特許 6337243 燃料電池のセパレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6337243

(24)【登録日】2018年5月18日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】燃料電池のセパレータ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0276 20160101AFI20180528BHJP

   H01M 8/0265 20160101ALI20180528BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20180528BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0276

   H01M8/0265

   !H01M8/10 101

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-172850(P2014-172850)

(22)【出願日】2014年8月27日

(65)【公開番号】特開2016-48620(P2016-48620A)

(43)【公開日】2016年4月7日

【審査請求日】2016年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】橋本 圭二

(72)【発明者】

【氏名】二見 諭

(72)【発明者】

【氏名】川尻 浩右

(72)【発明者】

【氏名】野々山 順朗

【審査官】 山内 達人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０３５４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９３２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４３２９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池セルの膜電極接合体に設けられて、前記燃料電池セルに流体を供給する流体流路の周囲を囲う形状で延びて該流体流路の側壁の一部をなす凸部を有し、前記凸部と同凸部の先端に接触する接触部分との間が前記流体流路からの前記流体の漏れを抑えるためのシール部になる燃料電池のセパレータにおいて、
前記凸部は、直線状に延びる直線部と湾曲した形状で延びる湾曲部とを有し、直線部と湾曲部とは共に断面台形状で延びており、当該断面台形状を、延設形状が剛性の低い形状である直線部については剛性の高くなる形状にするとともに、延設形状が剛性の高い湾曲部については剛性が低くなる形状にして、直線部の剛性と湾曲部の剛性との差を小さくする
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
前記湾曲部における前記断面台形状の脚にあたる側壁の傾斜が前記直線部における前記断面台形状の脚にあたる側壁の傾斜よりも緩やかである
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。

【請求項3】

請求項１または２に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
前記凸部は、湾曲した形状で延びる湾曲部を複数有し、全ての前記湾曲部の曲げ半径が同一である
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。

【請求項4】

燃料電池セルの膜電極接合体に設けられて、前記燃料電池セルに流体を供給する流体流路の周囲を囲う形状で延びて該流体流路の側壁の一部をなす凸部を有し、前記凸部と同凸部の先端に接触する接触部分との間が前記流体流路からの前記流体の漏れを抑えるためのシール部になる燃料電池のセパレータにおいて、
当該セパレータは薄板状の部材からなり、
前記凸部は、断面台形状で延びており、湾曲した形状で延びる湾曲部を複数有し、全ての前記湾曲部の曲げ半径が同一であり、
前記湾曲部は、前記断面台形状の脚にあたる側壁のうちの湾曲形状の内側にあたる内側壁の傾斜が同湾曲形状の外側にあたる外側壁の傾斜よりも緩やかである
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。

【請求項5】

請求項４に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
前記凸部は前記湾曲部のみによって構成される
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。

【請求項6】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
当該セパレータは薄板状の部材からなり、
前記凸部は、断面台形状で延びており、
前記湾曲部は、前記断面台形状の脚にあたる側壁のうちの湾曲形状の内側にあたる内側壁の傾斜が同湾曲形状の外側にあたる外側壁の傾斜よりも緩やかである
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池のセパレータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

固体高分子型の燃料電池のセルは、イオン交換膜からなる電解質膜を一対の電極で挟む膜電極接合体（いわゆるＭＥＡ）と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを備えている。そして、一方のセパレータと膜電極接合体との間に形成された流体流路に燃料ガス（例えば水素ガス）が供給され、他方のセパレータと膜電極接合体との間に形成された流体流路には酸化ガス（例えば、空気）が供給される。

【0003】

通常、燃料電池は複数のセルが積層された構造になっている。そして、隣り合うセルのセパレータ同士が接触するとともに、それらセパレータの間に形成された流体流路に冷却媒体（例えば冷却水）が供給される構造のものが知られている。

【0004】

上記セパレータとしては、薄板状の部材によって形成されたものが提案されている（特許文献１参照）。上記流体流路は各セパレータに形成された貫通孔や凸部によって区画形成されている。例えばセパレータにおける上記流体流路の周囲を囲う位置に凸部が延設されており、そうした凸部と同凸部に接触する接触部分（具体的には、セパレータ間に設けられたフレームや、他のセパレータ）との間にガスケットが介設される等して、凸部と接触部分との間がシールされている。こうしたセパレータを採用することにより、流体流路からの流体（燃料ガスや、酸化ガス、冷却媒体）の漏れが抑えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−１７５８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、上述のようにセパレータに流体流路の周囲を囲む形状の凸部が延設されている場合には、凸部の延設形状に起因して、凸部の各部における剛性にばらつきが生じやすい。そうした剛性のばらつきは、燃料電池が組み立てられた状態で、凸部と上記接触部分との合わせ面に作用する面圧にばらつきを生じさせるおそれがある。そして、この場合には、凸部に作用する面圧が低くなる部分ができてしまうために、これによるシール性能の低下を招くおそれがある。

【0007】

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、凸部によるシール性能の低下を抑えることのできる燃料電池のセパレータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を達成するための燃料電池のセパレータは、燃料電池セルの膜電極接合体に設けられて、前記燃料電池セルに流体を供給する流体流路の周囲を囲う形状で延びて該流体流路の側壁の一部をなす凸部を有し、前記凸部と同凸部の先端に接触する接触部分との間が前記流体流路からの前記流体の漏れを抑えるためのシール部になる。そして、前記凸部は、直線状に延びる直線部と湾曲した形状で延びる湾曲部とを有し、直線部と湾曲部とは共に断面台形状で延びており、当該断面台形状を、延設形状が剛性の低い形状である直線部については剛性の高くなる形状にするとともに、延設形状が剛性の高い湾曲部については剛性が低くなる形状にして、直線部の剛性と湾曲部の剛性との差を小さくする。

【0009】

凸部の断面形状が同一であれば、凸部において延設形状が湾曲している部分（湾曲部）の剛性は直線状に延びる部分（直線部）の剛性と比較して高くなる。上記セパレータでは、延設方向と直交する方向における湾曲部の断面形状が、延設方向と直交する方向における直線部の断面形状と比較して、その突出方向（以下、厚さ方向）における剛性の低い形状になっている。そのため、延設方向と直交する方向における断面形状を、延設形状が剛性の低い形状である直線部については剛性の高くなる形状にするとともに、延設形状が剛性の高い形状である湾曲部については剛性が低くなる形状にすることができる。これにより、直線部の剛性と湾曲部の剛性との差を小さくすることが可能になる。そして、このようにして凸部の各部の剛性のばらつきを小さくすることにより、燃料電池を組み立てた際に凸部の各部に作用する面圧のばらつきを抑えることができるため、同凸部によるシール性能の低下を抑えることができる。

【0010】

上記セパレータにおいて、当該セパレータは薄板状の部材からなり、前記凸部は、断面台形状で延びており、前記湾曲部における前記断面台形状の脚にあたる側壁の傾斜が前記直線部における前記断面台形状の脚にあたる側壁の傾斜よりも緩やかであることが好ましい。

【0011】

上記セパレータでは、延設方向と直交する方向における凸部の断面が台形状である場合には、同凸部の厚さ方向における剛性は、台形状の脚にあたる側壁の傾斜が緩やかであるほど低くなる。上記セパレータによれば、直線部の上記側壁の傾斜よりも湾曲部の上記側壁の傾斜が緩やかであるため、湾曲部の延設方向と直交する方向における断面形状を、直線部の延設方向と直交する方向における断面形状と比較して、その厚さ方向における剛性の低い形状にすることができる。

【0012】

上記セパレータにおいて、前記凸部は、湾曲した形状で延びる湾曲部を複数有し、全ての前記湾曲部の曲げ半径が同一であることが好ましい。
湾曲部の剛性は、その曲げ半径によっても異なる。具体的には、曲げ半径が小さいほど湾曲部の剛性は高くなり易い。上記セパレータによれば、全ての湾曲部の曲げ半径が同一になっているために、複数の湾曲部における剛性のばらつきを抑えることができ、凸部の各部に作用する面圧にばらつきが生じることを抑えることができる。

【0013】

上記課題を達成するための燃料電池のセパレータは、燃料電池セルの膜電極接合体に設けられて、前記燃料電池セルに流体を供給する流体流路の周囲を囲う形状で延びて該流体流路の側壁の一部をなす凸部を有し、前記凸部と同凸部の先端に接触する接触部分との間が前記流体流路からの前記流体の漏れを抑えるためのシール部になる。そして、当該セパレータは薄板状の部材からなり、前記凸部は、断面台形状で延びており、湾曲した形状で延びる湾曲部を複数有し、全ての前記湾曲部の曲げ半径が同一であり、前記湾曲部は、前記断面台形状の脚にあたる側壁のうちの湾曲形状の内側にあたる内側壁の傾斜が同湾曲形状の外側にあたる外側壁の傾斜よりも緩やかである。

【0014】

上記セパレータによれば、全ての湾曲部の曲げ半径が同一になっているために、複数の湾曲部における剛性のばらつきを抑えることができる。そして、このようにして凸部の各部の剛性のばらつきを小さくすることにより、燃料電池を組み立てた際に凸部の各部に作用する面圧のばらつきを抑えることができるため、同凸部によるシール性能の低下を抑えることができる。

【0015】

上記セパレータにおいて、前記凸部は前記湾曲部のみによって構成されることが好ましい。
上記セパレータによれば、凸部の全ての部分を曲げ半径が同一の湾曲部によって構成することができる。そのため、凸部の各部における剛性のばらつきを、ひいては凸部の各部に作用する面圧のばらつきを抑えることができる。

【0016】

上記セパレータにおいて、当該セパレータは薄板状の部材からなり、前記凸部は、断面台形状で延びており、前記湾曲部は、前記断面台形状の脚にあたる側壁のうちの湾曲形状の内側にあたる内側壁の傾斜が同湾曲形状の外側にあたる外側壁の傾斜よりも緩やかであることが好ましい。

【0017】

上記セパレータでは、湾曲部の内側壁の傾きと外側壁の傾きとが同一の場合には、内側壁の曲げ半径が外側壁の曲げ半径よりも小さくなるため、内側壁の剛性が外側壁の剛性よりも高くなる。上記セパレータによれば、そうした湾曲部の内側壁の傾きが外側壁の傾きよりも緩やかであるため、曲げ半径が小さい内側壁を剛性の低くなる形状にし、曲げ半径が大きい外側壁を剛性が高くなる形状にすることができる。これにより、湾曲部の内側壁の剛性と外側壁の剛性との差を小さくすることが可能になるため、湾曲部の湾曲形状における内側と外側とでの面圧の差を抑えることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、セパレータの凸部によるシール性能の低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一実施形態にかかる第１セパレータの平面図。

【図2】同実施形態にかかる第２セパレータの平面図。

【図3】燃料電池セルの図１の３−３線に沿った端面図。

【図4】燃料電池セルの図１の４−４線に沿った端面図。

【図5】燃料電池セルの図１の５−５線に沿った端面図。

【図6】凸部の直線部の断面形状を示す断面図。

【図7】凸部の湾曲部の断面形状を示す断面図。

【図8】他の実施形態にかかる凸部の湾曲部の断面形状を示す断面図。

【図9】他の実施形態にかかるセパレータの平面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、燃料電池のセパレータの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１に示す第１セパレータ２０は、燃料電池スタックを構成する燃料電池セル１０が備えるものである。第１セパレータ２０は、金属製の薄板状部材にプレス加工により起伏が付与されたものである。この起伏は、凹部２１および凸部２２によって構成されている。凸部２２には、燃料電池セル１０の内部において反応ガス（具体的には、水素ガスや酸素ガス）の通路を区画したり、反応ガスや冷却水を流通させる流体流路を燃料電池スタックの外部から遮断するシール構造を構成したりする役割がある。

【0021】

第１セパレータ２０には、上記薄板状部材が打ち抜かれることで貫通孔２３〜２８が形成されている。貫通孔２３および貫通孔２４は、各燃料電池セル１０を冷却するための冷却水が通過する冷却水流路の一部を構成する。貫通孔２５および貫通孔２６は、各燃料電池セル１０に供給される水素ガスが通過する水素ガス流路の一部を構成する。貫通孔２７および貫通孔２８は、各燃料電池セル１０に供給される酸素ガスが通過する酸素ガス流路の一部を構成する。

【0022】

図２に示すように、第２セパレータ３０は、金属製の薄板状部材にプレス加工により起伏が付与されたものである。この起伏は、凹部３１および凸部３２によって構成されている。凸部３２には、燃料電池セル１０の内部において水素ガス流路や酸素ガス流路を区画したり、水素ガス流路や酸素ガス流路、冷却水流路を燃料電池スタックの外部から遮断するシール構造を構成したりする役割がある。なお、上記第２セパレータ３０の形状は、図１に示した第１セパレータ２０の形状の鏡像になっている。第２セパレータ３０にも、第１セパレータ２０（図１参照）と同様に、上記薄板状部材が打ち抜かれることで貫通孔３３〜３８が形成されている。

【0023】

図３に示すように、燃料電池セル１０は、上記第１セパレータ２０および第２セパレータ３０の他に、膜電極接合体４０とフレーム５０とを備えている。
膜電極接合体４０は、固体高分子膜である電解質膜４１と、電解質膜４１を挟む一対の電極４２，４３とを備えている。すなわち、本実施形態では、燃料電池セル１０として、固体高分子形燃料電池を例示している。膜電極接合体４０は、フレーム５０に接続されている。詳しくは、電解質膜４１の端部をフレーム５０が挟み込むことで、電解質膜４１がフレーム５０に接続されている。これは、図３においては、燃料電池セル１０の上記貫通孔２５，３５よりも内方側（同図の左側）では電解質膜４１がフレーム５０に挟まれる一方、貫通孔２５，３５よりも外方側（同図の右側）においては電解質膜４１が存在しないことで示されている。なお、フレーム５０にも、各貫通孔２３〜２８，３３〜３８に対応する位置にそれぞれ貫通孔５１が形成されている。

【0024】

第２セパレータ３０における貫通孔３５の周縁や貫通孔３６（図示略）の周縁は凹部３１となっており、この凹部３１とフレーム５０との接触部分によって、貫通孔３５，３６の内部（水素ガス流路）が燃料電池セル１０の内部に対してシールされている。ただし、第２セパレータ３０における貫通孔３５，３６の周縁の一部は、フレーム５０に形成された溝部５２と接触した状態になっている。この溝部５２は、フレーム５０の表面が切削されてその厚さが低減された形状になっている。こうした構成によれば、水素ガス流路における上記貫通孔３５，３６によって区画される部分内の水素ガスは、図３中に矢印で示すように、溝部５２を介して、水素ガス流路における上記膜電極接合体４０と第２セパレータ３０内面とによって区画される部分に対して流入または流出する。このように、本実施形態では、溝部５２によって、各燃料電池セル１０に水素ガスを分配する水素ガス流路の一部が形成されている。

【0025】

一方、第１セパレータ２０における貫通孔２５の周縁や貫通孔２６（図示略）の周縁は凹部２１になっており、この凹部２１とフレーム５０との接触部分によって、貫通孔２５，２６の内部（水素ガス流路）を燃料電池セル１０の内部に対してシールしている。また、第１セパレータ２０における貫通孔２５，２６の周縁に接触する部分には溝部５２が配置されない。これは、本実施形態においては、膜電極接合体４０およびフレーム５０と第２セパレータ３０との間に水素ガスを流通させ、膜電極接合体４０およびフレーム５０と第１セパレータ２０との間に水素ガスを流通させない設定を例示していることに対応している。

【0026】

図４に示すように、第１セパレータ２０における貫通孔２７の周縁や貫通孔２８（図示略）の周縁は凹部２１となっている。そして、これら凹部２１とフレーム５０との接触部分によって、貫通孔２７，２８の内部（酸素ガス流路）に対して燃料電池セル１０の内部をシールしている。ただし、第１セパレータ２０における貫通孔２７，２８の周縁の一部は、フレーム５０に形成された溝部５２（図示略）と接触した状態になっている。この溝部５２は、フレーム５０の表面が切削されてその厚さが低減された形状になっている。こうした構成によれば、酸素ガス流路における上記貫通孔２７，２８によって区画される部分内の酸素ガスは、上記溝部５２を介して、酸素ガス流路における上記膜電極接合体４０（図３参照）と第１セパレータ２０内面とによって区画される部分に対して流入または流出する。このように、本実施形態では、溝部５２によって、各燃料電池セル１０に酸素ガスを分配する酸素ガス流路の一部が形成されている。

【0027】

一方、第２セパレータ３０における貫通孔３７の周縁部分や貫通孔３８（図示略）の周縁部分は、いずれも凹部３１となっている。そして、これら凹部３１とフレーム５０との接触部分によって、貫通孔３７，３８の内部（酸素ガス流路）に対して燃料電池セル１０内をシールしている。また、第２セパレータ３０における貫通孔３７，３８の周縁に接触する部分には溝部５２が配置されない。これは、本実施形態においては、膜電極接合体４０（図３参照）およびフレーム５０と第１セパレータ２０との間に酸素ガスを流通させ、膜電極接合体４０およびフレーム５０と第２セパレータ３０との間に酸素ガスを流通させない設定を例示していることに対応している。

【0028】

図５に示すように、第１セパレータ２０における貫通孔２３の周縁部分や貫通孔２４の周縁部分は、いずれも凹部２１となっている。そして、これら凹部２１とフレーム５０との接触部分によって、貫通孔２３，２４の内部（冷却水流路）が燃料電池セル１０の内部に対してシールされている。一方、第２セパレータ３０における貫通孔３３の周縁部分や貫通孔３４の周縁部分は、いずれも凹部３１となっている。そして、これら凹部３１とフレーム５０との接触部分によって、貫通孔２３，２４の内部（冷却水流路）を燃料電池セル１０内に対してシールしている。

【0029】

そして、隣接する一対の燃料電池セル１０のうちの一方の第１セパレータ２０に他方の第２セパレータ３０（図５中の上部に示す）が重ねられることで、冷却水流路が区画形成される。すなわち、図５においては、貫通孔２３よりも内方側（同図の左側）において、一方の燃料電池セル１０の第１セパレータ２０外面と他方の燃料電池セル１０の第２セパレータ３０外面とによって区画される空間が冷却水流路になる。なお、この冷却水流路を通じて供給される冷却水（図５中に矢印で示す）の冷却対象となる燃料電池セルは、その両側の一対の燃料電池セル１０である。

【0030】

第１セパレータ２０の凸部２２および第２セパレータ３０の凸部３２における上記貫通孔２５，２６の周囲を囲む部分や貫通孔３５，３６の周囲を囲む部分は、水素ガス流路の側壁の一部を構成している。また、この部分では、第１セパレータ２０の凸部２２の先端と第２セパレータ３０の凸部３２の先端との接触部分に合成ゴム製のゴムシール２９が設けられている。具体的には、第１セパレータ２０の凸部２２の先端に合成ゴムが印刷されることにより、同凸部２２の先端部分の一部がゴムシール２９によって構成されている。本実施形態では、そうした各凸部２２，３２の先端が水素ガス流路からの水素ガスの漏れを抑えるためのシール部として機能する。なお図１においては、凸部２２のうち、シール部として機能する部分を網掛けで示すとともに、それ以外の部分を実線で示すことで区別している。本実施形態では、そうしたシール部として機能する部分がゴムシール２９を有している。

【0031】

一方、上記各凸部２２，３２における上記貫通孔２７，３７の周囲を囲む部分や貫通孔２８，３８の周囲を囲む部分は、酸素ガス流路の側壁の一部を構成している。また、この部分では、第１セパレータ２０の凸部２２の先端と他の燃料電池セル１０の第２セパレータ３０の凸部３２の先端との接触部分に上記ゴムシール２９が設けられている。本実施形態では、そうした各凸部２２，３２の先端が酸素ガス流路からの酸素ガスの漏れを抑えるためのシール部として機能する。

【0032】

他方、上記各凸部２２，３２における上記貫通孔２３，２４およびそれら貫通孔２３，２４を繋ぐ領域の周囲を囲む部分は、冷却水流路の側壁の一部を構成している。また、こうした部分では、第１セパレータ２０の凸部２２の先端と第２セパレータ３０の凸部３２の先端との接触部分に上記ゴムシール２９が設けられている。本実施形態では、第１セパレータ２０の凸部２２の先端や第２セパレータ３０の凸部３２の先端が冷却水流路からの冷却水の漏れを抑えるためのシール部として機能する。

【0033】

なお本実施形態では、第１セパレータ２０および第２セパレータ３０において、膜電極接合体４０から離間する方向に突出する部分を凸部２２，３２とし、膜電極接合体４０に近接する方向に突出する部分を凹部２１，３１としている。

【0034】

図１および図２に示すように、凸部２２，３２は直線状に延びる直線部６０と湾曲した形状で延びる湾曲部６１とを有している。また図６および図７に示すように、凸部２２，３２の直線部６０と湾曲部６１とは共に、左右対称の断面略台形状で延びている。そして、図７に示す凸部２２，３２の湾曲部６１における前記断面台形状の脚にあたる側壁６２の傾斜が、図６に示す直線部６０における前記断面台形状の脚にあたる側壁６２の傾斜よりも緩やかになっている。これにより、直線部６０の延設方向と直交する方向における断面形状（図６に示す断面形状）が湾曲部６１の延設方向と直交する方向における断面形状（図７に示す断面形状）よりも突出方向（図６、図７の上下方向、以下「厚さ方向」という）における剛性が低い形状になる。また、図１および図２に示すように、凸部２２，３２は、全ての湾曲部６１の曲げ半径（詳しくは、断面台形状における上底の幅方向における中心を繋いだ線の曲げ半径）が同一に設定されている。

【0035】

以下、本実施形態の第１セパレータ２０および第２セパレータ３０の作用を説明する。
第１セパレータ２０および第２セパレータ３０では、延設方向と直交する方向における凸部２２，３２の断面が略台形状である。そのため、凸部２２，３２の厚さ方向における剛性は、台形状の脚にあたる側壁６２の傾斜が緩やかであるほど低くなる。上記各セパレータ２０，３０では、直線部６０の上記側壁６２の傾斜よりも湾曲部６１の上記側壁６２の傾斜が緩やかになっているため、湾曲部６１の延設方向と直交する方向における断面形状が、直線部６０の延設方向と直交する方向における断面形状と比較して、その厚さ方向における剛性の低い形状になる。

【0036】

凸部２２，３２の延設方向における断面形状が同一であれば、凸部２２，３２における湾曲部６１の剛性は直線部６０の剛性と比較して高くなる。
この点、第１セパレータ２０および第２セパレータ３０では、凸部２２，３２の延設方向と直交する方向における湾曲部６１の断面形状が、延設方向と直交する方向における直線部６０の断面形状と比較して、その厚さ方向における剛性の低い形状になっている。そのため、延設方向と直交する方向における断面形状を、延設形状が剛性の低い形状である直線部６０については剛性の高くなる形状にするとともに、延設形状が剛性の高い形状である湾曲部６１については剛性が低くなる形状にすることができる。これにより、直線部６０の剛性と湾曲部６１の剛性との差を小さくすることが可能になる。本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、直線部６０の剛性と湾曲部６１の剛性とが略同一になるように、直線部６０および湾曲部６１の形状が設定されている。

【0037】

また、上記湾曲部６１の剛性は、その曲げ半径によっても異なる。具体的には、曲げ半径が小さいほど湾曲部６１の剛性は高くなり易い。第１セパレータ２０および第２セパレータ３０では、全ての湾曲部６１の曲げ半径が同一になっているため、複数の湾曲部６１における剛性のばらつきが抑えられる。また、湾曲部６１の曲げ半径として１つの値のみを考慮すればよくなるため、各セパレータ２０，３０の形状設定にかかる作業が容易になる。

【0038】

本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）直線部６０の延設方向と直交する方向における断面形状を、湾曲部６１の延設方向と直交する方向における断面形状よりも、厚さ方向における剛性が低い形状にした。そのため、直線部６０の剛性と湾曲部６１の剛性との差を小さくすることが可能になる。そして、このようにして凸部２２，３２の各部の剛性のばらつきを小さくすることにより、燃料電池スタックを組み立てた際に凸部２２，３２の各部に作用する面圧のばらつきを抑えることができるため、同凸部２２，３２によるシール性能の低下を抑えることができる。

【0039】

（２）湾曲部６１における前記断面台形状の脚にあたる側壁６２の傾斜を、直線部６０における前記断面台形状の脚にあたる側壁６２の傾斜よりも緩やかにした。そのため、湾曲部６１の延設方向と直交する方向における断面形状を、直線部６０の延設方向と直交する方向における断面形状と比較して、その厚さ方向における剛性の低い形状にすることができる。

【0040】

（３）全ての湾曲部６１の曲げ半径を同一に設定したために、それら湾曲部６１における剛性のばらつきを抑えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

【0041】

・各セパレータ２０，３０の凸部２２，３２の全ての湾曲部６１の曲げ半径を同一にしなくてもよい。
・各セパレータ２０，３０の凸部２２，３２の全ての湾曲部６１の曲げ半径が同一なのであれば、直線部６０の断面形状と湾曲部６１の断面形状とを同一の形状にしてもよい。こうしたセパレータによっても、複数の湾曲部６１における剛性のばらつきを抑えることはできる。

【0042】

・湾曲部６１の肉厚を、直線部６０の肉厚と比較して、薄くしてもよい。こうしたセパレータによっても、直線部６０の延設方向と直交する方向における断面形状と比較して、湾曲部６１の延設方向と直交する方向における断面形状を、その厚さ方向における剛性の低い形状にすることができる。

【0043】

・凸部２２，３２を左右対称の断面略台形状（断面略等脚台形状）に形成したが、凸部２２，３２の２つの側壁６２の傾きを、湾曲部６１の湾曲形状の内側と外側とで異ならせてもよい。図８に示すように、この場合には、湾曲部７１の、湾曲形状の内側にあたる内側壁７２の傾斜を同湾曲形状の外側にあたる外側壁７３の傾斜よりも緩やかにすればよい。ここで、湾曲部７１の内側壁７２の傾きと外側壁７３の傾きとが同一の場合には、内側壁７２の曲げ半径が外側壁７３の曲げ半径よりも小さくなるために、内側壁７２の剛性が外側壁７３の剛性よりも高くなる。上記セパレータによれば、そうした湾曲部７１の内側壁７２の傾きが外側壁７３の傾きよりも緩やかであるため、曲げ半径が小さい内側壁７２を剛性の低くなる形状にし、曲げ半径が大きい外側壁７３を剛性が高くなる形状にすることができる。これにより、湾曲部７１の内側壁７２の剛性と外側壁７３の剛性との差を小さくすることが可能になるため、湾曲部７１の湾曲形状における内側と外側とで、同湾曲部７１に作用する面圧の差を抑えることができる。

【0044】

・図９に示すように、セパレータ８０の凸部のうちの流体流路の側壁の一部を構成する部分（凸部８２）を、直線状に延びる直線部を形成することなく、同一の曲げ半径の湾曲部８１のみによって構成するようにしてもよい。こうしたセパレータ８０によれば、凸部８２の全ての部分を曲げ半径が同一の湾曲部８１によって構成することができる。そのため、凸部８２の各部における剛性のばらつきを、ひいては燃料電池が組み立てられた状態で凸部８２の先端に作用する面圧のばらつきを抑えることができる。

【0045】

・ゴムシールを第２セパレータ３０の凸部３２の突端に設けるようにしてもよい。また、ゴムシールに代えて、第１セパレータ２０の凸部２２の突端と第２セパレータ３０の凸部３２の突端との間にガスケットを介設するようにしてもよい。なお、第１セパレータ２０の凸部２２の突端と第２セパレータ３０の凸部３２の突端とが互いに及ぼしあう力によって十分なシール性能を確保できるならば、ゴムシールやガスケットを設けなくてもよい。

【0046】

・セパレータに形成されて先端がフレーム５０に接触する部分であり、且つ水素ガス流路（あるいは酸素ガス流路）の周囲を囲む形状で延びる部分（上記実施形態における凹部２１，３１［図３参照］）を、膜電極接合体４０に近接する方向に突出する凸部として、上記実施形態に記載の凸部２２，３２と同様の形状に形成してもよい。

【0047】

・第１セパレータ２０や第２セパレータ３０としては、金属製の薄板状部材がプレス加工により起伏を有するように成形されたものに限らない。たとえば、カーボン素材が上記実施形態において例示したような形状に成形されたものであってもよい。

【0048】

・上記実施形態では、冷却水用の貫通孔と水素ガス用の貫通孔との間に酸素ガス用の貫通孔を形成したが、これに限らない。例えば水素ガス用の貫通孔と酸素ガス用の貫通孔との間に、冷却水用の貫通孔を形成してもよい。

【0049】

・燃料電池のセル用の流体としては、上記実施形態に例示したものに限らない。例えば、流体のうちの反応ガスとしては、酸素ガスに代えて空気を用いてもよい。また、冷媒としては、冷却水以外の流体を採用してもよい。

【0050】

・上記実施形態では、膜電極接合体４０のうち電解質膜４１の端部がフレーム５０に挟まれる構成としたが、これは必須ではない。

【符号の説明】

【0051】

１０…燃料電池セル、２０…第１セパレータ、２１…凹部、２２…凸部、２３〜２８…貫通孔、２９…ゴムシール、３０…第２セパレータ、３１…凹部、３２…凸部、３３〜３８…貫通孔、４０…膜電極接合体、４１…電解質膜、４２，４３…電極、５０…フレーム、５１…貫通孔、５２…溝部、６０…直線部、６１，７１，８１…湾曲部、６２…側壁、７２…内側壁、７３…外側壁、８０…セパレータ、８２…凸部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】