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JP7111661B2 - Metal separators for fuel cells, junction separators and power generation cells - Google Patents

Metal separators for fuel cells, junction separators and power generation cells Download PDF

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JP7111661B2 JP2019131135A JP2019131135A JP7111661B2 JP 7111661 B2 JP7111661 B2 JP 7111661B2 JP 2019131135 A JP2019131135 A JP 2019131135A JP 2019131135 A JP2019131135 A JP 2019131135A JP 7111661 B2 JP7111661 B2 JP 7111661B2
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Description

本発明は、ビードシールを備えた燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セルに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal separator for a fuel cell, a junction separator and a power generation cell with a bead seal.

従来、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、電解質膜の他方の面にカソード電極が配置されてなる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置されたセパレータ（バイポーラ板ともいう）とを備えた燃料電池（発電セル）が知られている。通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして、燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。 Conventionally, an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) in which an anode electrode is arranged on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is arranged on the other side of the electrolyte membrane, and both sides of the MEA There is known a fuel cell (power generation cell) including separators (also referred to as bipolar plates) arranged in each of the . Normally, a fuel cell stack is configured by stacking a predetermined number of power generation cells. A fuel cell stack is incorporated in a fuel cell vehicle (such as a fuel cell electric vehicle) as an in-vehicle fuel cell stack, for example.

燃料電池では、セパレータとして金属セパレータが使用される場合がある。その際、金属セパレータには、酸化剤ガス、燃料ガス、及び冷却媒体の漏れを防止するために、シール部材が設けられている。シール部材は、フッ素系樹脂やシリコーン等の弾性ゴムシールが使用されており、コストが高騰するという問題がある。 Metal separators are sometimes used as separators in fuel cells. At that time, the metal separator is provided with a sealing member in order to prevent leakage of the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium. As the sealing member, an elastic rubber seal such as a fluororesin or silicone is used, and there is a problem that the cost rises.

そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、弾性ゴムシールに代えて金属セパレータにシーリングビード（以下、ビードシールとも呼ぶ。）を形成する構成が採用されている。ビードシールは、金属セパレータの平坦部（ベースプレート部）から厚み方向に膨出した形状を有する。ビードシールは、プレス成形されるため、製造コストが安価になるという利点がある。 Therefore, for example, as disclosed in Patent Document 1, a configuration is adopted in which a sealing bead (hereinafter also referred to as a bead seal) is formed on the metal separator instead of the elastic rubber seal. The bead seal has a shape that protrudes in the thickness direction from the flat portion (base plate portion) of the metal separator. Since the bead seal is press-molded, it has the advantage of low manufacturing cost.

米国特許出願公開第２００６／００５４６６４号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2006/0054664

ビードシールは、突出した部分が他の部材（樹脂枠部材等）と当接することで、線状のシール部分を形成してシール機能を発揮する。ところが、従来のビードシールでは、ビードシールが他の部材と当接する部分が座屈して凹状に凹んでしまい、シール機能が低下することが判明した。 A bead seal exhibits a sealing function by forming a linear seal portion by contacting another member (resin frame member or the like) at the protruding portion. However, it has been found that in the conventional bead seal, the portion of the bead seal that abuts on another member buckles and becomes concave, resulting in a deterioration of the sealing function.

そこで、本発明は、ビードシールのシール面の変形を防ぐことにより、シール機能が低下しにくいビードシールを備えた燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セルを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal separator for a fuel cell, a junction separator, and a power generation cell having a bead seal whose sealing function is less likely to deteriorate by preventing deformation of the sealing surface of the bead seal.

本発明の一観点は、電解質膜の両側に電極がそれぞれ配置されてなる電解質膜・電極構造体と積層されて発電セルを構成し、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためのビードシールが前記電解質膜・電極構造体との積層方向に突出した燃料電池用金属セパレータであって、前記ビードシールの両側方の平坦部を構成し前記積層方向に垂直なベースプレート部を有し、前記ビードシールは、前記積層方向に圧縮されていない初期状態において、積層方向に離間して突出した湾曲部と、前記湾曲部の両側に設けられた屈曲部と、前記屈曲部から前記ベースプレート部に向けて傾斜して延び出たばね部と、を備え、前記ばね部は、前記湾曲部よりも、積層方向の荷重に対して柔らかいばね特性を有する、燃料電池用金属セパレータにある。
According to one aspect of the present invention, an electrolyte membrane/electrode structure in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte membrane is laminated to constitute a power generation cell, and leakage of a fluid that is a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium is prevented. A metal separator for a fuel cell in which a bead seal for preventing the above protrudes in the stacking direction with the electrolyte membrane-electrode assembly, and a base plate portion that forms flat portions on both sides of the bead seal and is perpendicular to the stacking direction wherein the bead seal has, in the initial state where it is not compressed in the stacking direction, a curved portion protruding apart in the stacking direction, bent portions provided on both sides of the curved portion, and from the bent portion and a spring portion extending obliquely toward the base plate portion , wherein the spring portion has a softer spring characteristic than the curved portion against a load in the stacking direction .

本発明の別の一観点は、上記一観点の燃料電池用金属セパレータが、複数積層された接合セパレータであって、隣接する前記燃料電池用金属セパレータは、各々のビードシールの頂部が互いに積層方向の逆向きに突出する向きで接合された接合セパレータにある。 In another aspect of the present invention, the metal separator for fuel cells according to the above aspect is a bonded separator in which a plurality of the fuel cell separators are laminated, and the adjacent metal separators for fuel cells are arranged such that the tops of the bead seals of the adjacent metal separators are aligned in the stacking direction. The junction separators are joined in a direction projecting in the opposite direction of the .

本発明の別の一観点は、電解質膜の両側に電極がそれぞれ配設されてなる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側にそれぞれ配設された金属セパレータとを備え、前記金属セパレータには、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためのビードシールが前記電解質膜・電極構造体と前記金属セパレータとの積層方向に突出して形成された発電セルであって、前記ビードシールの両側方の平坦部を構成し前記積層方向に垂直なベースプレート部を有し、前記ビードシールは、前記積層方向に圧縮されていない初期状態において、積層方向に離間して突出した湾曲部と、前記湾曲部の両側に設けられた屈曲部と、前記屈曲部から前記ベースプレート部に向けて傾斜して延び出たばね部と、を備え、前記ばね部は、前記湾曲部よりも、積層方向の荷重に対して柔らかいばね特性を有する、発電セルにある。
Another aspect of the present invention comprises an electrolyte membrane/electrode assembly in which electrodes are respectively arranged on both sides of the electrolyte membrane, and metal separators respectively arranged on both sides of the electrolyte membrane/electrode assembly. and a bead seal is formed on the metal separator so as to prevent leakage of the fuel gas, the oxidant gas, or the fluid that is the cooling medium, protruding in the stacking direction of the electrolyte membrane/electrode assembly and the metal separator. The power generation cell has base plate portions that constitute flat portions on both sides of the bead seal and are perpendicular to the stacking direction, and the bead seal is flat in the stacking direction in an initial state that is not compressed in the stacking direction. A curved portion protruding apart, a bent portion provided on both sides of the curved portion, and a spring portion extending obliquely from the bent portion toward the base plate portion , wherein the spring portion The power generation cell has a spring characteristic that is softer than that of the curved portion with respect to the load in the stacking direction .

上記観点の燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セルによれば、ビードシールのシール面の変形を防ぐことにより、シール機能の低下を防ぐことができる。 According to the metal separator for a fuel cell, the junction separator, and the power generation cell of the above-described viewpoints, deterioration of the sealing function can be prevented by preventing deformation of the sealing surface of the bead seal.

本発明の実施形態に係る発電セルの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a power generation cell according to an embodiment of the present invention; FIG. 図１の発電セルの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the power generation cell of FIG. 1; 図２の第２金属セパレータの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the second metal separator of FIG. 2; 図１のビードシールのシールラインに垂直な面に沿った断面形状を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape along a plane perpendicular to the seal line of the bead seal of FIG. 1; FIG. 図５Ａは、比較例に係るビードシールの断面図であり、図５Ｂは比較例に係るビードシールの変形を示す説明図である。FIG. 5A is a cross-sectional view of a bead seal according to a comparative example, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing deformation of the bead seal according to the comparative example. 図４のビードシールの積層状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a laminated state of the bead seal of FIG. 4;

以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る発電セル１０（燃料電池）は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２（以下、「樹脂枠付きＭＥＡ１２」という）と、樹脂枠付きＭＥＡ１２の両側にそれぞれ配置された金属セパレータ１４とを備える。発電セル１０は、例えば、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型燃料電池である。
As shown in FIGS. 1 and 2, a power generation cell 10 (fuel cell) according to the present embodiment includes a resin-framed electrolyte membrane /electrode structure 12 (hereinafter referred to as "resin-framed MEA 12") and a resin-framed MEA 12. and metal separators 14 respectively arranged on both sides of the MEA 12 . The power generation cell 10 is, for example, a horizontally long (or vertically long) rectangular polymer electrolyte fuel cell.

複数の発電セル１０は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されるとともに、積層方向の締付荷重（圧縮荷重）が付与されて、燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車等に搭載される。 A plurality of power generating cells 10 are stacked in, for example, the direction of arrow A (horizontal direction) or the direction of arrow C (gravitational direction), and a tightening load (compressive load) in the stacking direction is applied to form a fuel cell stack. be done. A fuel cell stack is mounted on a fuel cell electric vehicle or the like as an in-vehicle fuel cell stack, for example.

図１に示すように、発電セル１０の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に連通して、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、冷却媒体入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂが設けられている。酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、酸化剤ガスとして酸素含有ガス（例えば、空気）を供給する。冷却媒体入口連通孔２０ａは、冷却媒体（例えば、水）を供給する。燃料ガス出口連通孔１６ｂは、燃料ガスとして水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、冷却媒体入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に離間して配列されている。 As shown in FIG. 1, at one end edge of the power generating cell 10 in the arrow B direction (horizontal direction), there are provided an oxidant gas inlet communication hole 18a and a cooling medium inlet communication hole communicating in the direction of arrow A, which is the stacking direction. 20a and a fuel gas outlet communication hole 16b are provided. The oxygen-containing gas inlet communication hole 18a supplies an oxygen-containing gas (for example, air) as the oxygen-containing gas. The cooling medium inlet communication hole 20a supplies a cooling medium (for example, water). The fuel gas outlet communication hole 16b discharges hydrogen-containing gas as fuel gas. The oxidant gas inlet communication hole 18a, the cooling medium inlet communication hole 20a, and the fuel gas outlet communication hole 16b are spaced apart in the direction of arrow C (vertical direction).

発電セル１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に連通して延びる、燃料ガス入口連通孔１６ａ、冷却媒体出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂが設けられている。燃料ガス入口連通孔１６ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔２０ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔１８ｂは、酸化剤ガスを排出する。燃料ガス入口連通孔１６ａ、冷却媒体出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂは、矢印Ｃ方向に離間して配列されている。 At the other edge portion of the power generation cell 10 in the arrow B direction, there are provided a fuel gas inlet communication hole 16a, a cooling medium outlet communication hole 20b, and an oxidant gas outlet communication hole 18b that extend in communication with each other in the arrow A direction. . The fuel gas inlet communication hole 16a supplies fuel gas. The cooling medium outlet communication hole 20b discharges the cooling medium. The oxidizing gas outlet communication hole 18b discharges the oxidizing gas. The fuel gas inlet communication hole 16a, the cooling medium outlet communication hole 20b, and the oxidizing gas outlet communication hole 18b are spaced apart in the arrow C direction.

発電セル１０では、樹脂枠付きＭＥＡ１２が金属セパレータ１４により挟持される。以下、樹脂枠付きＭＥＡ１２の一方の面に配設された金属セパレータ１４を「第１金属セパレータ１４ａ」といい、樹脂枠付きＭＥＡ１２の他方の面に配設された金属セパレータ１４を「第２金属セパレータ１４ｂ」ともいう。第１金属セパレータ１４ａ及び第２金属セパレータ１４ｂは、横長（又は縦長）の長方形状に形成されている。 In the power generation cell 10 , the resin-framed MEA 12 is sandwiched between metal separators 14 . Hereinafter, the metal separator 14 provided on one side of the resin-framed MEA 12 will be referred to as the "first metal separator 14a", and the metal separator 14 provided on the other side of the resin-framed MEA 12 will be referred to as the "second metal separator 14a". Also referred to as separator 14b. The first metal separator 14a and the second metal separator 14b are formed in a horizontally long (or vertically long) rectangular shape.

樹脂枠付きＭＥＡ１２は、電解質膜・電極構造体１２ａ（以下、「ＭＥＡ１２ａ」という）と、ＭＥＡ１２ａの外周部に接合されるとともに、ＭＥＡ１２ａの外周部を周回するように樹脂枠部材２２とを備える。ＭＥＡ１２ａは、電解質膜２３と、電解質膜２３の一方の面２３ａに設けられたアノード電極２４と、電解質膜２３の他方の面２３ｂに設けられたカソード電極２６とを有する。 The MEA 12 with a resin frame includes an electrolyte membrane-electrode assembly 12a (hereinafter referred to as "MEA 12a") and a resin frame member 22 that is joined to the outer periphery of the MEA 12a and surrounds the outer periphery of the MEA 12a. The MEA 12 a has an electrolyte membrane 23 , an anode electrode 24 provided on one surface 23 a of the electrolyte membrane 23 , and a cathode electrode 26 provided on the other surface 23 b of the electrolyte membrane 23 .

電解質膜２３は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜２３は、アノード電極２４及びカソード電極２６に挟持される。電解質膜２３は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。 The electrolyte membrane 23 is, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane). The solid polymer electrolyte membrane is, for example, a thin film of perfluorosulfonic acid containing moisture. The electrolyte membrane 23 is sandwiched between the anode electrode 24 and the cathode electrode 26 . The electrolyte membrane 23 can use an HC (hydrocarbon)-based electrolyte in addition to the fluorine-based electrolyte.

図２に示すように、アノード電極２４は、電解質膜２３の一方の面２３ａに接合される第１電極触媒層２４ａと、第１電極触媒層２４ａに積層される第１ガス拡散層２４ｂとを有する。カソード電極２６は、電解質膜２３の他方の面２３ｂに接合される第２電極触媒層２６ａと、第２電極触媒層２６ａに積層される第２ガス拡散層２６ｂとを有する。 As shown in FIG. 2, the anode electrode 24 includes a first electrode catalyst layer 24a bonded to one surface 23a of the electrolyte membrane 23 and a first gas diffusion layer 24b laminated on the first electrode catalyst layer 24a. have. The cathode electrode 26 has a second electrode catalyst layer 26a bonded to the other surface 23b of the electrolyte membrane 23, and a second gas diffusion layer 26b laminated on the second electrode catalyst layer 26a.

樹脂枠部材２２は、その内周部がＭＥＡ１２ａの外周部に接合された平面形状が長方形の枠状の樹脂フィルム（サブガスケット）である。樹脂フィルムは、２枚の樹脂フィルムを重ねて構成してもよい。樹脂枠部材２２は、一定の厚みを有する。図１において、樹脂枠部材２２の矢印Ｂ方向の一端部には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、冷却媒体入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂが設けられる。樹脂枠部材２２の矢印Ｂ方向の他端部には、燃料ガス入口連通孔１６ａ、冷却媒体出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂが設けられる。樹脂枠部材２２に設けられる連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂは、それぞれ、第１金属セパレータ１４ａ及び第２金属セパレータ１４ｂに設けられる連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂと同一形状に設定される。 The resin frame member 22 is a frame-shaped resin film (subgasket) having a rectangular planar shape, the inner peripheral portion of which is joined to the outer peripheral portion of the MEA 12a. The resin film may be configured by stacking two resin films. The resin frame member 22 has a constant thickness. In FIG. 1, one end of the resin frame member 22 in the arrow B direction is provided with an oxidant gas inlet communication hole 18a, a cooling medium inlet communication hole 20a, and a fuel gas outlet communication hole 16b. At the other end of the resin frame member 22 in the arrow B direction, a fuel gas inlet communication hole 16a, a cooling medium outlet communication hole 20b, and an oxidant gas outlet communication hole 18b are provided. The communication holes 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b provided in the resin frame member 22 correspond to the communication holes 16a, 16b, 18a, 18b, 20a provided in the first metal separator 14a and the second metal separator 14b, respectively. It is set to have the same shape as 20b.

樹脂枠部材２２の構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。 Examples of the constituent material of the resin frame member 22 include PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyether sulfone), LCP (liquid crystal polymer), PVDF (polyfluoride). vinylidene), silicone resin, fluororesin, m-PPE (modified polyphenylene ether resin), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), modified polyolefin, and the like.

なお、樹脂枠部材２２を用いることなく、電解質膜２３を外方に突出させてもよい。また、アノード電極２４及びカソード電極２６よりも外方に突出した電解質膜２３の両側に、枠形状のフィルムを設けてもよい。 Alternatively, the electrolyte membrane 23 may protrude outward without using the resin frame member 22 . Further, frame-shaped films may be provided on both sides of the electrolyte membrane 23 projecting outward from the anode electrode 24 and the cathode electrode 26 .

金属セパレータ１４は、セパレータ本体である金属プレート１５を有する。以下では金属プレート１５自体の構成を説明する際にも、「金属セパレータ１４」との呼称を用いる場合がある。 The metal separator 14 has a metal plate 15 which is a separator body. In the following description, the term “metal separator 14” may also be used when describing the configuration of the metal plate 15 itself.

金属セパレータ１４を構成する金属プレート１５は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波型にプレス成形して構成される。第１金属セパレータ１４ａと第２金属セパレータ１４ｂとは、外周を溶接、ろう付け、又はかしめ等により一体に接合され、接合セパレータ３２を構成する。金属セパレータ１４の板厚は、例えば０．０５～０．１５ｍｍとすることができる。 The metal plate 15 constituting the metal separator 14 is, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin metal plate whose metal surface is subjected to anti-corrosion surface treatment and press-molded into a corrugated cross section. Configured. The first metal separator 14a and the second metal separator 14b are integrally joined together by welding, brazing, caulking, or the like at their outer peripheries to form a joined separator 32. As shown in FIG. The plate thickness of the metal separator 14 can be, for example, 0.05 to 0.15 mm.

第１金属セパレータ１４ａの樹脂枠付きＭＥＡ１２に向かう面１４ａｓには、燃料ガス入口連通孔１６ａと燃料ガス出口連通孔１６ｂとに連通する燃料ガス流路３８が設けられる。具体的には、燃料ガス流路３８は、第１金属セパレータ１４ａと樹脂枠付きＭＥＡ１２との間に形成される。燃料ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。 The surface 14as of the first metal separator 14a facing the resin-framed MEA 12 is provided with a fuel gas passage 38 that communicates with the fuel gas inlet communication hole 16a and the fuel gas outlet communication hole 16b. Specifically, the fuel gas channel 38 is formed between the first metal separator 14a and the MEA 12 with a resin frame. The fuel gas channel 38 has a plurality of linear channel grooves (or wavy channel grooves) extending in the arrow B direction.

図３に示すように、第２金属セパレータ１４ｂの樹脂枠付きＭＥＡ１２に向かう面１４ｂｓには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する酸化剤ガス流路４０が設けられる。具体的に、酸化剤ガス流路４０は、第２金属セパレータ１４ｂと樹脂枠付きＭＥＡ１２との間に形成される。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。 As shown in FIG. 3, on the surface 14bs of the second metal separator 14b facing the MEA 12 with a resin frame, an oxidizing gas flow path 40 communicating with the oxidizing gas inlet communicating hole 18a and the oxidizing gas outlet communicating hole 18b is formed. be provided. Specifically, the oxidant gas channel 40 is formed between the second metal separator 14b and the MEA 12 with a resin frame. The oxidizing gas channel 40 has a plurality of linear channel grooves (or wavy channel grooves) extending in the arrow B direction.

図１において、互いに隣接する第１金属セパレータ１４ａと第２金属セパレータ１４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２０ａと冷却媒体出口連通孔２０ｂとに連通する冷却媒体流路４２が、矢印Ｂ方向に延在して形成されている。 In FIG. 1, between the first metal separator 14a and the second metal separator 14b that are adjacent to each other, there is a cooling medium flow path 42 that communicates with the cooling medium inlet communication hole 20a and the cooling medium outlet communication hole 20b. It is formed extending in the direction.

第１金属セパレータ１４ａのＭＥＡ１２ａに向かう面１４ａｓには、流体（燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体）の漏れを防止するための第１シールライン４４が第１金属セパレータ１４ａと一体にプレス成形により設けられる。第１シールライン４４は、第１金属セパレータ１４ａの外周部を周回する。第１シールライン４４は、樹脂枠部材２２に向かって膨出（突出）するとともに、樹脂枠部材２２に気密及び液密に当接する。 On the surface 14as of the first metal separator 14a facing the MEA 12a, a first seal line 44 for preventing leakage of a fluid (fuel gas, oxidant gas or cooling medium) is integrally formed with the first metal separator 14a by press molding. be provided. The first seal line 44 surrounds the outer peripheral portion of the first metal separator 14a. The first seal line 44 bulges (protrudes) toward the resin frame member 22 and contacts the resin frame member 22 in an air-tight and liquid-tight manner.

第１シールライン４４は、複数のビードシール４５（メタルビードシール）を有する。複数のビードシール４５は、外側ビードシール４５ａと外側ビードシール４５ａよりも内側に設けられた内側ビードシール４５ｂとを有する。外側ビードシール４５ａは、燃料ガス流路３８、燃料ガス入口連通孔１６ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂを周回し且つこれらを連通させる。内側ビードシール４５ｂは、連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを個別に囲む複数の連通孔ビード部４５ｃを有する。
The first seal line 44 has a plurality of bead seals 45 (metal bead seals). The plurality of bead seals 45 has outer bead seals 45a and inner bead seals 45b provided inside the outer bead seals 45a. The outer bead seal 45a surrounds the fuel gas flow path 38, the fuel gas inlet communication hole 16a, and the fuel gas outlet communication hole 16b and communicates them. The inner bead seal 45b has a plurality of communicating hole bead portions 45c individually surrounding the communicating holes 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b.

図３に示すように、第２金属セパレータ１４ｂのＭＥＡ１２ａに向かう面１４ｂｓには、流体の漏れを防止するため、この第２金属セパレータ１４ｂの外周部を周回する第２シールライン４６が第２金属セパレータ１４ｂと一体にプレス成形により設けられる。第２シールライン４６は、樹脂枠部材２２に向かって膨出するとともに、樹脂枠部材２２に気密及び液密に当接する。第１シールライン４４と第２シールライン４６は樹脂枠部材２２を介して対向する。樹脂枠部材２２は、第１シールライン４４と第２シールライン４６との間に挟持される。 As shown in FIG. 3, the surface 14bs of the second metal separator 14b facing the MEA 12a is provided with a second seal line 46 extending around the outer periphery of the second metal separator 14b to prevent fluid leakage. It is provided integrally with the separator 14b by press molding. The second seal line 46 protrudes toward the resin frame member 22 and contacts the resin frame member 22 in an airtight and liquid-tight manner. The first seal line 44 and the second seal line 46 face each other with the resin frame member 22 interposed therebetween. The resin frame member 22 is sandwiched between the first seal line 44 and the second seal line 46 .

第２シールライン４６は、複数のビードシール４７（メタルビードシール）を有する。複数のビードシール４７は、外側ビードシール４７ａと、外側ビードシール４７ａよりも内側に設けられた内側ビードシール４７ｂとを有する。外側ビードシール４７ａは、酸化剤ガス流路４０、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂを周回し、且つこれらを連通させる。内側ビードシール４７ｂは、連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを個別に囲む複数の連通孔ビード部４７ｃを有する。
The second seal line 46 has a plurality of bead seals 47 (metal bead seals). The plurality of bead seals 47 have outer bead seals 47a and inner bead seals 47b provided inside the outer bead seals 47a. The outer bead seal 47a surrounds the oxidizing gas flow path 40, the oxidizing gas inlet communication hole 18a, and the oxidizing gas outlet communication hole 18b, and communicates them. The inner bead seal 47b has a plurality of communicating hole bead portions 47c individually surrounding the communicating holes 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b.

図４に示すように、ビードシール４５、４７は、金属セパレータ１４（金属プレート１５）のベースプレート部１５ａから、発電セル１０の積層方向（ＭＥＡ１２ａと金属セパレータ１４との積層方向）であって、ＭＥＡ１２ａに向かって突出して形成されている。 As shown in FIG. 4, the bead seals 45 and 47 extend from the base plate portion 15a of the metal separator 14 (metal plate 15) in the stacking direction of the power generating cell 10 (the stacking direction of the MEA 12a and the metal separator 14), and the MEA 12a. formed to protrude toward the

ビードシール４５は、電解質膜・電極構造体１２ａと積層されていない状態、すなわち、積層方向に圧縮荷重が付与されていない状態において、ベースプレート部１５ａから、発電セル１０の積層方向（ＭＥＡ１２ａと金属セパレータ１４との積層方向）であって、ＭＥＡ１２ａに向かって突出した頂部５０を含む湾曲部５１と、湾曲部５１の両端部とベースプレート部１５ａとをつなぐ側部５２、５３とを有する。湾曲部５１は、ビードシール４５の幅方向の中央部（領域Ｅ）に設けられており、頂部５０の突出方向に凸に突出するように弧状に湾曲して形成されている。 The bead seal 45 extends from the base plate portion 15a in the stacking direction of the power generating cell 10 (MEA 12a and metal separator 14) and includes a curved portion 51 including a top portion 50 projecting toward the MEA 12a, and side portions 52 and 53 connecting both ends of the curved portion 51 and the base plate portion 15a. The curved portion 51 is provided in the center portion (area E) of the bead seal 45 in the width direction, and is curved in an arc shape so as to protrude in the projecting direction of the top portion 50 .

湾曲部５１の幅方向の中央部には、積層方向に最も突出した頂部５０が形成されている。また、湾曲部５１の両端部には傾斜角が変化する屈曲部５２ｃ、５３ｃが形成されている。側部５２、５３は、屈曲部５２ｃ、５３ｃとベースプレート部１５ａとの間の領域Ｄに形成されている。側部５２、５３は、ベースプレート部１５ａから湾曲部５１に向かうにしたがって、徐々にベースプレート部１５ａの面内方向の基準位置からＭＥＡ１２ａに向かって突出するように傾斜している。屈曲部５２ｃ、５３ｃ付近において、ベースプレート部１５ａに対する側部５２、５３の傾斜角度は、湾曲部５１の傾斜角度よりも小さくなっており側部５２、５３は湾曲部５１よりも積層方向の圧縮荷重に対して変形しやすくなっている。 A central portion in the width direction of the curved portion 51 is formed with a top portion 50 that protrudes most in the stacking direction. At both ends of the curved portion 51, bent portions 52c and 53c having different inclination angles are formed. The side portions 52, 53 are formed in a region D between the bent portions 52c, 53c and the base plate portion 15a. The side portions 52 and 53 are inclined so as to gradually protrude from the reference position in the in-plane direction of the base plate portion 15a toward the MEA 12a toward the curved portion 51 from the base plate portion 15a. In the vicinity of the bent portions 52c and 53c, the inclination angle of the side portions 52 and 53 with respect to the base plate portion 15a is smaller than the inclination angle of the curved portion 51. It is easy to deform against.

ビードシール４５では、屈曲部５２ｃ、５３ｃを境にしてビードシール４５の変形態様が大きく変化する。すなわち、湾曲部５１は屈曲部５２ｃ、５３ｃ付近に比較的大きな傾斜角の部分が形成されていることにより、積層方向の荷重入力に対して変形しにくく形成される。その一方で、側部５２、５３は、湾曲部５１よりも小さな傾斜角に形成されることにより、積層方向の荷重に対して湾曲部５１よりも変形しやすくなっている。側部５２、５３（屈曲部５２ｃ、５３ｃ）の積層方向の荷重に対する変形の割合を示すばね係数Ｋ１は、湾曲部５１の積層方向の荷重に対する変形の度合いを示すばね係数Ｋ２よりも小さく形成されている。したがって、積層方方向の圧縮荷重を加えると、湾曲部５１よりも先に側部５２、５３が弾性変形する。このようにして、側部５２、５３は本実施形態のビードシール４５のばね部を構成する。 In the bead seal 45, the deformation mode of the bead seal 45 changes greatly across the bent portions 52c and 53c. That is, the curved portion 51 is formed so as to be resistant to deformation with respect to load input in the stacking direction, since portions with relatively large inclination angles are formed in the vicinity of the bent portions 52c and 53c. On the other hand, the side portions 52 and 53 are formed with a smaller angle of inclination than the curved portion 51, so that they are more easily deformed than the curved portion 51 with respect to the load in the stacking direction. A spring coefficient K1 indicating the rate of deformation of the side portions 52 and 53 (bending portions 52c and 53c) with respect to the load in the stacking direction is set smaller than the spring coefficient K2 indicating the degree of deformation of the curved portion 51 with respect to the load in the stacking direction. ing. Therefore, when a compressive load is applied in the stacking direction, the side portions 52 and 53 elastically deform before the curved portion 51 . Thus, the sides 52, 53 constitute the spring portion of the bead seal 45 of this embodiment.

なお、ビードシール４５の頂部５０付近の表面に薄膜状の樹脂製シール部材４９が設けられていてもよい。樹脂製シール部材４９には、例えばポリエステル繊維を用いることができ、印刷法又は塗布法で形成できる。樹脂製シール部材４９を設ける場合には、ビードシール４５、４７が樹脂製シール部材４９を介して樹脂枠部材２２に当接する。樹脂製シール部材４９は、ＭＥＡ１２側に設けられていてもよい。 A thin resin sealing member 49 may be provided on the surface of the bead seal 45 near the top 50 . Polyester fiber, for example, can be used for the resin sealing member 49, and can be formed by a printing method or a coating method. When the resin seal member 49 is provided, the bead seals 45 and 47 contact the resin frame member 22 via the resin seal member 49 . The resin sealing member 49 may be provided on the MEA 12 side.

ビードシール４７は、ビードシール４５と反対方向のＭＥＡ１２ａに向かって突出した湾曲部６１と、湾曲部６１の両端部とベースプレート部１５ａとをつなぐ側部６２、６３とを有する。湾曲部６１は、ビードシール４７の幅方向の中央部（領域Ｅ）に設けられており、頂部６０の突出方向に凸に突出するように弧状に湾曲して形成されている。 The bead seal 47 has a curved portion 61 projecting toward the MEA 12a in the direction opposite to the bead seal 45, and side portions 62 and 63 connecting both ends of the curved portion 61 and the base plate portion 15a. The curved portion 61 is provided in the center portion (area E) of the bead seal 47 in the width direction, and is curved in an arc shape so as to protrude in the projecting direction of the top portion 60 .

湾曲部６１の幅方向の中央部には、積層方向に最も突出した頂部６０が形成されている。また、湾曲部６１の両端部には傾斜角が変化する屈曲部６２ｃ、６３ｃが形成されている。側部６２、６３は、屈曲部６２ｃ、６３ｃとベースプレート部１５ａとの間の領域Ｄに形成されている。側部６２、６３は、ベースプレート部１５ａから湾曲部６１に向かうにしたがって、徐々にベースプレート部１５ａの面内方向の基準位置からＭＥＡ１２ａに向かって突出するように傾斜している。屈曲部６２ｃ、６３ｃ付近において、ベースプレート部１５ａに対する側部６２、６３の傾斜角度は、湾曲部６１の傾斜角度よりも小さくなっており側部６２、６３は湾曲部６１よりも積層方向の圧縮荷重に対して変形しやすくなっている。 A central portion in the width direction of the curved portion 61 is formed with a top portion 60 that protrudes most in the stacking direction. Both ends of the curved portion 61 are formed with bent portions 62c and 63c having different inclination angles. The side portions 62, 63 are formed in a region D between the bent portions 62c, 63c and the base plate portion 15a. The side portions 62 and 63 are inclined so as to gradually protrude from the reference position in the in-plane direction of the base plate portion 15a toward the MEA 12a toward the curved portion 61 from the base plate portion 15a. In the vicinity of the bent portions 62c and 63c, the inclination angle of the side portions 62 and 63 with respect to the base plate portion 15a is smaller than the inclination angle of the curved portion 61. It is easy to deform against.

ビードシール４７では、屈曲部６２ｃ、６３ｃを境にしてビードシール４７の変形態様が大きく変化する。すなわち、湾曲部６１は屈曲部６２ｃ、６３ｃ付近に比較的大きな傾斜角の部分が形成されていることにより、積層方向の荷重入力に対して変形しにくく形成される。その一方で、側部６２、６３は、湾曲部６１よりも小さな傾斜角に形成されることにより、積層方向の荷重に対して湾曲部６１よりも変形しやすくなっている。側部６２、６３（屈曲部６２ｃ、６３ｃ）の積層方向の荷重に対する変形の割合を示すばね係数Ｋ１は、湾曲部６１の積層方向の荷重に対する変形の度合いを示すばね係数Ｋ２よりも小さく形成されている。したがって、積層方方向の圧縮荷重を加えると、湾曲部６１よりも先に側部６２、６３が弾性変形する。このようにして、側部６２、６３は本実施形態のビードシール４７のばね部を構成する。 In the bead seal 47, the deformation mode of the bead seal 47 changes greatly across the bent portions 62c and 63c. That is, since the curved portion 61 is formed with portions having a relatively large inclination angle near the bent portions 62c and 63c, it is formed so as to be resistant to deformation with respect to load input in the stacking direction. On the other hand, the side portions 62 and 63 are formed with a smaller inclination angle than the curved portion 61, so that they are more easily deformed than the curved portion 61 with respect to the load in the stacking direction. A spring coefficient K1 indicating the rate of deformation of the side portions 62 and 63 (bending portions 62c and 63c) with respect to the load in the stacking direction is set smaller than the spring coefficient K2 indicating the degree of deformation of the curved portion 61 with respect to the load in the stacking direction. ing. Therefore, when a compressive load is applied in the stacking direction, the side portions 62 and 63 are elastically deformed before the curved portion 61 is. Thus, the sides 62, 63 constitute the spring portion of the bead seal 47 of this embodiment.

なお、ビードシール４７は、ビードシール４５と積層方向に対称に形成されていることが好ましいが、一部分において積層方向に対称でない箇所があってもよい。また、ビードシール４７の頂部６０付近の表面に薄膜状の樹脂製シール部材４９が設けられていてもよい。この樹脂製シール部材４９は、ビードシール４５に設けられる樹脂製シール部材４９と同様である。 The bead seal 47 is preferably formed symmetrically with the bead seal 45 in the stacking direction, but a portion of the bead seal 47 may not be symmetrical in the stacking direction. Also, a thin resin sealing member 49 may be provided on the surface of the bead seal 47 near the top 60 . This resin sealing member 49 is similar to the resin sealing member 49 provided on the bead seal 45 .

以上のように構成される発電セル１０の動作及び作用について、以下に説明する。 The operation and effect of the power generation cell 10 configured as above will be described below.

図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔１６ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２０ａには、純水やエチレングリコール、又はオイル等の冷却媒体が供給される。 As shown in FIG. 1, an oxidizing gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidizing gas inlet passage 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet passage 16a. be. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 20a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから第２金属セパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路４０に導入され、矢印Ｂ方向に移動してＭＥＡ１２ａのカソード電極２６に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔１６ａから第１金属セパレータ１４ａの燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ１２ａのアノード電極２４に供給される。 Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet passage 18a into the oxidant gas channel 40 of the second metal separator 14b, moves in the direction of arrow B, and is supplied to the cathode electrode 26 of the MEA 12a. On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas inlet communication hole 16a into the fuel gas channel 38 of the first metal separator 14a. The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 38 and is supplied to the anode electrode 24 of the MEA 12a.

したがって、ＭＥＡ１２ａでは、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２４に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２６ａ及び第１電極触媒層２４ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。 Therefore, in the MEA 12a, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode electrode 24 are consumed by electrochemical reactions in the second electrode catalyst layer 26a and the first electrode catalyst layer 24a. power is generated.

次いで、図１において、カソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って、矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔１６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。 Next, in FIG. 1, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode electrode 26 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 18b. Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 24 is discharged in the arrow A direction along the fuel gas outlet communication hole 16b.

また、冷却媒体入口連通孔２０ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ１４ａと第２金属セパレータ１４ｂとの間の冷却媒体流路４２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ１２ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔２０ｂから排出される。 Also, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 20a flows in the arrow B direction after being introduced into the cooling medium flow path 42 between the first metal separator 14a and the second metal separator 14b. After cooling the MEA 12a, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 20b.

この場合、本実施形態に係る金属セパレータ１４を備えた発電セル１０は、以下の作用を奏する。 In this case, the power generation cell 10 including the metal separator 14 according to this embodiment has the following effects.

図５Ａにおいて、比較例に係る金属セパレータのビードシール４５Ａの断面形状は、圧縮荷重を付与しない初期状態において、頂部５０が最も高くなるように突出した弧状の湾曲部５１Ａが形成されている。図５Ｂに示すように、ビードシール４５Ａに圧縮荷重を付与すると、ビードシール４５Ａの幅方向の中央部の頂部５０が押圧されて幅方向に矢印Ｓ１、Ｓ２に示すように広がるように歪みつつ、積層方向（矢印ｄ方向）に変形してゆく。その際に、ビードシール４５Ａの幅方向の剛性が高いため、実線Ｐ２に示すように、頂部５０が凹状に凹むことで、幅方向の歪を緩和するように変形してしまう。このようにして、ビードシール４５Ａの断面がＭ字状に変形すると、中央の頂部５０付近（ビード幅方向中央部）での面圧が低下してしまう。その結果、所望のシール性が確保できず、流体リークが発生するおそれがある。 In FIG. 5A, the cross-sectional shape of the bead seal 45A of the metal separator according to the comparative example has an arcuate curved portion 51A that protrudes so that the top portion 50 is the highest in the initial state where no compressive load is applied. As shown in FIG. 5B, when a compressive load is applied to the bead seal 45A, the apex 50 at the center in the width direction of the bead seal 45A is pressed and distorted to widen in the width direction as indicated by arrows S1 and S2. It deforms in the stacking direction (arrow d direction). At this time, since the bead seal 45A has high rigidity in the width direction, the top portion 50 is recessed as shown by the solid line P2, thereby deforming so as to alleviate the strain in the width direction. When the cross section of the bead seal 45A is thus deformed into an M-shape, the surface pressure near the central top portion 50 (the central portion in the bead width direction) is reduced. As a result, the desired sealing performance cannot be ensured, and fluid leakage may occur.

これに対し、図６に示すように、本実施形態に係る金属セパレータ１４では、ビードシール４５、４７において、湾曲部５１、６１よりも柔らかいばね特性を有する側部５２、５３、６２、６３（ばね部）を備える。そのため、ビードシール４５、４７に圧縮荷重を付与すると、湾曲部５１、６１よりも先に、側部５２、５３、６２、６３が変形して反力を発生する。これにより、湾曲部５１、６１の頂部５０、６０に荷重及び歪が集中して頂部５０、６０付近が凹状に凹むのを防ぐことができる。その結果、ビードシール４５、４７の頂部５０、６０が十分な面圧で樹脂枠部材２２に当接して、良好なシール性を確保することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 6, in the metal separator 14 according to the present embodiment, in the bead seals 45 and 47, the side portions 52, 53, 62, 63 ( spring part). Therefore, when a compressive load is applied to the bead seals 45, 47, the side portions 52, 53, 62, 63 are deformed before the curved portions 51, 61 to generate a reaction force. As a result, it is possible to prevent the load and strain from concentrating on the top portions 50 and 60 of the curved portions 51 and 61, thereby preventing the vicinity of the top portions 50 and 60 from being dented. As a result, the top portions 50 and 60 of the bead seals 45 and 47 are brought into contact with the resin frame member 22 with a sufficient surface pressure, and good sealing performance can be ensured.

本実施形態の燃料電池用金属セパレータ１４及び発電セル１０は、以下の効果を奏する。 The fuel cell metal separator 14 and the power generation cell 10 of the present embodiment have the following effects.

本実施形態の燃料電池用金属セパレータ１４は、電解質膜２３の両側に電極２４、２６がそれぞれ配置されてなる電解質膜・電極構造体１２ａと積層されて発電セル１０を構成し、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためのビードシール４５、４７が電解質膜・電極構造体１２ａとの積層方向に突出した燃料電池用金属セパレータ１４であって、ビードシール４５、４７の両側方の平坦部を構成し積層方向に垂直なベースプレート部１５ａを有し、ビードシール４５、４７は、積層方向に圧縮されていない初期状態において、積層方向に離間して突出した湾曲部５１、６１と、湾曲部５１、６１の両側に設けられた屈曲部５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃと、屈曲部５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃからベースプレート部１５ａに向けて傾斜して延び出たばね部（側部５２、５３、６２、６３）と、を備える。 The metal separator 14 for a fuel cell of this embodiment is laminated with an electrolyte membrane/electrode structure 12a in which electrodes 24 and 26 are arranged on both sides of an electrolyte membrane 23 to form a power generation cell 10. Fuel gas, oxidation The metal separator 14 for a fuel cell has bead seals 45, 47 for preventing leakage of the fluid, which is the agent gas or the cooling medium, protruding in the stacking direction with the electrolyte membrane/electrode assembly 12a, wherein the bead seals 45, 47 and has a base plate portion 15a perpendicular to the stacking direction, and the bead seals 45 and 47 have curved portions 51 protruding apart in the stacking direction in the initial state where they are not compressed in the stacking direction. , 61, bending portions 52c, 53c, 62c, and 63c provided on both sides of the bending portions 51 and 61, and spring portions ( sides 52, 53, 62, 63).

上記のように構成することにより、ビードシール４５、４７に圧縮荷重を付与すると、湾曲部５１、６１よりも先に、ばね部を構成する側部５２、５３、６２、６３が変形して反力を発生する。これにより、湾曲部５１、６１の頂部５０、６０（シール面）に荷重及び歪が集中して頂部５０、６０付近が凹状に凹むのを防ぐことができる。その結果、ビードシール４５、４７の頂部５０、６０が十分な面圧で樹脂枠部材２２に当接して、所望のシール性を確保することができる。 By configuring as described above, when a compressive load is applied to the bead seals 45 and 47, the side portions 52, 53, 62 and 63 constituting the spring portions deform and recoil before the curved portions 51 and 61. generate force. As a result, it is possible to prevent the load and strain from concentrating on the top portions 50 and 60 (seal surfaces) of the curved portions 51 and 61, thereby preventing the vicinity of the top portions 50 and 60 from being dented. As a result, the top portions 50 and 60 of the bead seals 45 and 47 are brought into contact with the resin frame member 22 with a sufficient surface pressure, and the desired sealing performance can be ensured.

上記の燃料電池用金属セパレータ１４において、ばね部（側部５２、５３、６２、６３）は、ベースプレート部１５ａから湾曲部５１、６１に向かうにしたがってベースプレート部１５ａの位置から積層方向に突出するように傾斜してもよい。 In the fuel cell metal separator 14, the spring portions (side portions 52, 53, 62, 63) protrude from the position of the base plate portion 15a in the stacking direction toward the curved portions 51, 61 from the base plate portion 15a. can be tilted to

上記のようにばね部（側部５２、５３、６２、６３）を傾斜させることにより、側部５２、５３、６２、６３が圧縮荷重に対して積層方向に変形可能な柔らかばね特性を発揮することができる。 By inclining the spring portions (side portions 52, 53, 62, 63) as described above, the side portions 52, 53, 62, 63 exhibit soft spring characteristics that allow deformation in the stacking direction against compressive load. be able to.

上記の燃料電池用金属セパレータ１４において、ばね部（側部５２、５３、６２、６３）の傾斜は、屈曲部５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃの近傍の湾曲部５１、６１の傾斜よりも緩い傾斜に形成されていてもよい。このように構成することにより、ばね部（側部５２、５３、６２、６３）が積層方向の荷重に対して突っ張ることなく柔軟に変形することができる。 In the fuel cell metal separator 14 described above, the slope of the spring portions (side portions 52, 53, 62, 63) is gentler than the slope of the curved portions 51, 61 near the bent portions 52c, 53c, 62c, 63c. may be formed in By configuring in this way, the spring portions (side portions 52, 53, 62, 63) can be flexibly deformed without stretching against the load in the stacking direction.

上記の燃料電池用金属セパレータ１４において、ばね部（側部５２、５３、６２、６３）は、湾曲部５１、６１よりも柔らかいばね特性とすることができる。これにより、シール面の変形を防ぐことができ、良好なシール性を確保できる。 In the fuel cell metal separator 14 described above, the spring portions (side portions 52 , 53 , 62 , 63 ) can have softer spring characteristics than the curved portions 51 , 61 . As a result, deformation of the sealing surface can be prevented, and good sealing performance can be ensured.

本実施形態の接合セパレータ３２は、上記の燃料電池用金属セパレータ１４が、複数積層された接合セパレータ３２であって、隣接する燃料電池用金属セパレータ１４は、各々のビードシール４５、４７の頂部５０、６０が互いに積層方向の逆向きに突出する向きで接合されている。これにより、シール面の変形を防ぐことができ、良好なシール性を確保できる。 The junction separator 32 of the present embodiment is a junction separator 32 in which a plurality of the fuel cell metallic separators 14 described above are stacked, and the adjacent fuel cell metallic separators 14 are formed at the top portions 50 of the bead seals 45 and 47, respectively. , 60 are joined so as to protrude in the direction opposite to the stacking direction. As a result, deformation of the sealing surface can be prevented, and good sealing performance can be ensured.

本実施形態の発電セル１０は、電解質膜２３の両側に電極２４、２６がそれぞれ配設されてなる電解質膜・電極構造体１２ａと、電解質膜・電極構造体１２ａの両側にそれぞれ配設された金属セパレータ１４とを備え、金属セパレータ１４には、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためのビードシール４５、４７が電解質膜・電極構造体１２ａと金属セパレータ１４との積層方向に突出して形成された発電セルであって、ビードシール４５、４７の両側方の平坦部を構成し積層方向に垂直なベースプレート部１５ａを有し、ビードシール４５、４７は、積層方向に圧縮されていない初期状態において、積層方向に離間して突出した湾曲部５１、６１と、湾曲部５１、６１の両側に設けられた屈曲部５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃと、屈曲部５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃからベースプレート部１５ａに向けて傾斜して延び出たばね部（側部５２、５３、６２、６３）と、を備える。これにより、湾曲部５１、６１の頂部５０、６０に荷重及び歪が集中して頂部５０、６０付近が凹状に凹むのを防ぐことができる。その結果、ビードシール４５、４７の頂部５０、６０が十分な面圧で樹脂枠部材２２と当接して、良好なシール性を確保することができる。 The power generating cell 10 of this embodiment includes an electrolyte membrane/electrode assembly 12a in which electrodes 24 and 26 are arranged on both sides of an electrolyte membrane 23, and an electrolyte membrane/electrode assembly 12a which is arranged on both sides of the electrolyte membrane/electrode assembly 12a. The metal separator 14 has bead seals 45 and 47 for preventing leakage of fuel gas, oxidant gas, or fluid, which is a cooling medium, between the electrolyte membrane/electrode assembly 12a and the metal separator 14. It has a base plate portion 15a that forms flat portions on both sides of the bead seals 45 and 47 and is perpendicular to the stacking direction, and the bead seals 45 and 47 are arranged in the stacking direction. In the initial state where it is not compressed to the maximum, the curved portions 51 and 61 projecting apart in the stacking direction, the curved portions 52c, 53c, 62c and 63c provided on both sides of the curved portions 51 and 61, the curved portion 52c, spring portions (side portions 52, 53, 62, 63) extending obliquely from 53c, 62c, 63c toward the base plate portion 15a; As a result, it is possible to prevent the load and strain from concentrating on the top portions 50 and 60 of the curved portions 51 and 61, thereby preventing the vicinity of the top portions 50 and 60 from being dented. As a result, the top portions 50 and 60 of the bead seals 45 and 47 are brought into contact with the resin frame member 22 with sufficient surface pressure, thereby ensuring good sealing performance.

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. stomach.

１０…発電セル １２ａ…ＭＥＡ
１４…金属セパレータ ２３…電解質膜
２４…アノード電極 ２６…カソード電極
４５、４７…ビードシール ５０、６０…頂部
５１、６１…湾曲部 ５２、５３、６２、６３…側部 10... Power generation cell 12a... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14... Metal separator 23... Electrolyte membrane 24... Anode electrode 26... Cathode electrode 45, 47... Bead seal 50, 60... Top part 51, 61... Curved part 52, 53, 62, 63... Side part

Claims (5)

電解質膜の両側に電極がそれぞれ配置されてなる電解質膜・電極構造体と積層されて発電セルを構成し、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためのビードシールが前記電解質膜・電極構造体との積層方向に突出した燃料電池用金属セパレータであって、
前記ビードシールの両側方の平坦部を構成し前記積層方向に垂直なベースプレート部を有し、
前記ビードシールは、前記積層方向に圧縮されていない初期状態において、積層方向に離間して突出した湾曲部と、前記湾曲部の両側に設けられた屈曲部と、前記屈曲部から前記ベースプレート部に向けて傾斜して延び出たばね部と、を備え、
前記ばね部は、前記湾曲部よりも、積層方向の荷重に対して柔らかいばね特性を有する、燃料電池用金属セパレータ。 An electrolyte membrane-electrode assembly, in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane, is laminated to form a power generation cell, and a bead seal is provided to prevent leakage of the fluid, which is the fuel gas, the oxidant gas, or the cooling medium. A fuel cell metal separator protruding in a stacking direction with the electrolyte membrane/electrode assembly,
a base plate portion that forms flat portions on both sides of the bead seal and is perpendicular to the stacking direction;
In an initial state in which the bead seal is not compressed in the stacking direction, the bead seal includes a curved portion protruding apart in the stacking direction, bent portions provided on both sides of the curved portion, and from the bent portion to the base plate portion. a spring portion extending obliquely toward
The metal separator for a fuel cell, wherein the spring portion has a softer spring characteristic with respect to a load in the stacking direction than the curved portion . 請求項１記載の燃料電池用金属セパレータであって、前記ばね部は、前記ベースプレート部から前記湾曲部に向かうにしたがって前記ベースプレート部の位置から前記積層方向に突出するように傾斜している、燃料電池用金属セパレータ。 2. The fuel cell metal separator according to claim 1, wherein said spring portion is inclined so as to protrude in said stacking direction from said base plate portion toward said curved portion from said base plate portion. Metal separator for batteries. 請求項２記載の燃料電池用金属セパレータであって、前記ばね部の傾斜は、前記屈曲部の近傍の前記湾曲部の傾斜よりも緩い傾斜に形成されている、燃料電池用金属セパレータ。 3. The metal separator for a fuel cell according to claim 2, wherein the slope of the spring portion is gentler than the slope of the curved portion near the bent portion. 請求項１記載の燃料電池用金属セパレータが、複数接合された接合セパレータであって、隣接する前記燃料電池用金属セパレータは、各々のビードシールの頂部が互いに積層方向の逆向きに突出する向きで接合された接合セパレータ。 2. The metal separator for fuel cells according to claim 1 is a joined separator in which a plurality of metal separators for fuel cells are joined, and the tops of the bead seals of adjacent said metal separators for fuel cells project in directions opposite to the stacking direction. Spliced splice separator. 電解質膜の両側に電極がそれぞれ配設されてなる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側にそれぞれ配設された金属セパレータとを備え、前記金属セパレータには、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためのビードシールが前記電解質膜・電極構造体と前記金属セパレータとの積層方向に突出して形成された発電セルであって、
前記ビードシールの両側方の平坦部を構成し前記積層方向に垂直なベースプレート部を有し、
前記ビードシールは、前記積層方向に圧縮されていない初期状態において、積層方向に離間して突出した湾曲部と、前記湾曲部の両側に設けられた屈曲部と、前記屈曲部から前記ベースプレート部に向けて傾斜して延び出たばね部と、を備え、
前記ばね部は、前記湾曲部よりも、積層方向の荷重に対して柔らかいばね特性を有する、
発電セル。 An electrolyte membrane/electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane; and metal separators arranged on both sides of the electrolyte membrane/electrode assembly, wherein the metal separators contain a fuel gas. , a power generation cell in which a bead seal for preventing leakage of a fluid that is an oxidant gas or a cooling medium is formed so as to protrude in the stacking direction of the electrolyte membrane electrode assembly and the metal separator,
a base plate portion that forms flat portions on both sides of the bead seal and is perpendicular to the stacking direction;
In an initial state in which the bead seal is not compressed in the stacking direction, the bead seal includes a curved portion protruding apart in the stacking direction, bent portions provided on both sides of the curved portion, and from the bent portion to the base plate portion. a spring portion extending obliquely toward
The spring portion has a spring characteristic that is softer than the curved portion with respect to a load in the stacking direction ,
power generation cell.
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