JPH11354142A

JPH11354142A - 固体高分子電解質型燃料電池

Info

Publication number: JPH11354142A
Application number: JP10163717A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Saito; 和夫齊藤; Taiji Kogami; 泰司小上; Hiroshi Chisawa; 洋知沢; Sanji Ueno; 三司上野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】セパレータを薄くし、コンパクト化、軽量化、
システムの簡略化、ならびに低コスト化を図り、また反
応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要として、シ
ステムの信頼性、およびメンテナンス性の向上を図るこ
と。【解決手段】少なくとも固体高分子電解質膜９を挟んで
配置された燃料極３・酸化剤極４とからなる単電池を、
セパレータ１を介して複数個積層して構成される電池ス
タックを備えた体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータ１を金属製の薄板で構成し、セパレータ１のほ
ぼ中央部分に、プレス加工による複数の平行な波形状の
溝10を表裏に形成して、燃料極３と酸化剤極４との間に
反応ガスの流路7,8 を設け、セパレータ１のほぼ中央部
分を囲むようにシート状のシール部材2a,2b を表裏に配
置し、シール部材2a,2b の接触部に、反応ガスと冷却媒
体を夫々供給・排出する複数のマニホールド孔11a,11b,
12a,12b,13a,13b を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極
および酸化剤極とからなる単電池を、複数個積層して構
成される電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料
電池に係り、特に積層された単電池の厚みを薄くするこ
とにより電池スタックをコンパクト化し、また同時に電
池の信頼性の向上ならびに製造コストの大幅な低減を図
れるようにした固体高分子電解質型燃料電池に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料電池は、水素等の燃料ガス
と空気等の酸化剤ガスとを電気化学的に反応させること
により、燃料ガスの有する化学的エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する装置である。

【０００３】この燃料電池の一つとして、固体高分子膜
を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池があ
る。

【０００４】図４０は、この種の従来の固体高分子電解
質型燃料電池の電池スタックの基本的構成（単電池構
成）の一例を示す概要図である。

【０００５】図４０において、単電池１０１は、イオン
導電性を有する固体高分子膜１０２を挟んで配置した燃
料極（以下、アノード電極と称する）１０３および酸化
剤極（以下、カソード電極と称する）１０４からなり、
さらにこの単電池１０１を、アノード電極１０３および
カソード電極１０４に反応ガスである燃料ガスおよび酸
化剤ガスを供給するための溝１０３ｃ，１０４ｃを設け
た導電性を有するガス不透過性のガス供給溝付きのセパ
レータ１０５を介して複数個積層して、電池スタックが
構成されている。

【０００６】なお、アノード電極１０３は、アノード触
媒層１０３ａとアノード多孔質カーボン平板１０３ｂと
から形成され、カソード電極１０４は、カソード触媒層
１０４ａとカソード多孔質カーボン平板１０４ｂとから
形成されている。

【０００７】かかる構成の電池スタックを備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、アノード電極１０３に
燃料ガスを供給し、カソード極１０４に酸化剤ガスを供
給すると、単電池１０１のアノード電極１０３およびカ
ソード極１０４間で、電気化学反応によって起電力（電
気的出力）が発生する。

【０００８】ここで、通常、燃料ガスとして水素、酸化
剤ガスとして空気がそれぞれ使用されている。アノード
電極１０３に水素、カソード電極１０４に空気をそれぞ
れ供給すると、アノード電極１０３では、供給された水
素がアノード触媒層１０３ａで水素イオンと電子に解離
し、水素イオンは固体高分子膜１０２を通って、電子は
外部回路を通ってカソード電極１０４にそれぞれ移動す
る。

【０００９】一方、カソード電極１０４では、供給され
た空気中の酸素と上記水素イオンと電子が、カソード触
媒層１０４ａで反応して水を生成する。この時、外部回
路を通った電子は電流となり、電力を供給することがで
きる。

【００１０】すなわち、アノード電極１０３とカソード
電極１０４では、それぞれ以下のような反応が進行す
る。なお、生成した水は、未反応ガスと共に電池外に排
出される。

【００１１】アノード反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- カソード反応：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ単電池１０１の発生する起電力は、１Ｖ以下と低いた
め、通常は、上記セパレータ１０５を介して数十〜数百
枚の単電池１０１を積層し、電池スタックとして使用さ
れる。また、発電に伴なう電池スタックの昇温を制御す
るために、冷却板が数枚の単電池１０１毎に挿入されて
いる。

【００１２】一方、イオン導電性を有する固体高分子膜
１０２としては、例えばプロトン交換膜であるパーフル
オロロカーボンスルホン酸（ナフィオン^R：米国、デュ
ポン社）が知られている。この膜は、分子中に水素イオ
ンの交換基を持ち、飽和含水することによりイオン導電
性電解質として機能すると共に、燃料ガスと酸化剤ガス
とを分離する機能も有する。

【００１３】逆に、膜の含水量が少なくなると、イオン
抵抗が高くなり、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合（クロ
スオーバ）が発生して、電池での発電が不可能となる。
このため、固体高分子膜１０２を飽和含水としておくこ
とが望ましい。

【００１４】一方、発電によってアノード電極１０３で
分離した水素イオンが、固体高分子膜を通ってカソード
電極１０４に移動する時に、水も一緒に移動するため、
アノード電極１０３側では固体高分子膜１０２は乾燥傾
向になる。また、供給する燃料ガスまたは酸化剤ガスに
含まれる水蒸気が少ないと、それぞれの反応ガスの入口
付近で、固体高分子膜１０２は乾燥傾向になる。

【００１５】このため、上記のような理由から、固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックには、あらかじめ
加湿した燃料ガスと酸化剤ガスを供給することが一般的
に行なわれている。

【００１６】一方、この種の固体高分子電解質型燃料電
池の電池スタックで用いられているセパレータ１０５
は、各単電池１０１を分離する機能を持たせるために、
反応ガスあるいは冷却水等に対しては不透過性である必
要があり、しかも積層化した電池として機能させるため
に、電気的には導電体である必要がある。

【００１７】固体高分子電解質型燃料電池は、通常７０
℃〜９０℃の範囲で動作するが、電池内部のセパレータ
１０５は、その温度における飽和蒸気圧に近い水蒸気を
含んだ空気にさらされると同時に、電気化学反応に伴な
う電位差が生じる厳しい環境下に置かれている。そのた
め、セパレータ１０５としては、耐腐食性の材料が選択
されている。

【００１８】この場合、ステンレス等、一般的に用いら
れている耐食性の材料では、表面が酸化して、不動態膜
が形成されてしまうために、電池の抵抗損失が大きくな
り、発電効率が大きく低下するといった問題点がある。

【００１９】そこで、最近では、かつて１９７０年代に
米国でスペースシャトル用に開発された固体高分子電解
質型燃料電池スタックのセパレータとして、耐食性の貴
金属であるニオブ等が用いられている。

【００２０】しかしながら、このような貴金属系の材料
は、非常に高価であると共に、重いという問題点があ
る。

【００２１】そこで、このような問題を解決するため
に、カナダのバラード社が米国特許ＵＳ−５５２１０１
８に示したように、セパレータとして、カーボン板を使
用して、軽量化とコスト低減化を試みている。

【００２２】図４１は、この種のカーボン板を用いた固
体高分子電解質型燃料電池の電池スタックの構成例を示
す概要図である。

【００２３】図４１において、電池スタックは、反応ガ
スを反応させて発電を行なう電池部１１０と、反応ガス
を加湿するための加湿部１１１とから構成されている。

【００２４】電池部１１０は、複数の単電池１１２を積
層した構成となっており、それぞれの単電池１１２の構
成は、例えば図４２に示すように、カソード電極側のセ
パレータ１３２と高分子電解質膜１３４、アノード電極
側のセパレータ１３６と冷却用セパレータ１３８を積層
したものである。

【００２５】冷却用のセパレータは、反応に伴なって生
じる反応熱を冷却水に吸収し、電池部１１０の加熱を防
止する目的で設置されている。

【００２６】図４３は、この種の代表的なセパレータの
構成例を示す平面図であり、図４３ではカソード電極側
のセパレータを示している。

【００２７】図４３において、カーボン板からなるセパ
レータ１１３に、酸化剤ガスである空気入口側流路１１
４と空気出口流路１１５、燃料ガス入口流路１１６と燃
料ガス出口流路１１７、さらに冷却水入口、および出口
流路が設けられており、酸化剤ガスである空気を反応面
に導くために、サーペンタイン状の空気溝１１８が形成
されている。この空気溝１１８は、比較的柔らかいカー
ボン板にプレス加工によって形成されている。なお、ア
ノード電極側のセパレータ、冷却用セパレータも、同様
な構成となっている。

【００２８】一方、加湿部の構成は、電池部とほぼ同様
であるが、反応ガス同志が固体高分子電解質膜を介して
接するのとは異なり、水蒸気透過用の膜を介して反応ガ
スである酸化剤ガスまたは燃料ガスが冷却水と接するこ
とにより加湿される構成となっている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃
料電池においては、次に示すような問題点がある。

【００３０】すなわち、まず、セパレータにカーボン板
を用いた電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料
電池では、以下のような理由により、セパレータの厚み
を薄くするのには限界がある。

【００３１】（ａ）セパレータとしての強度を保つ。（ｂ）カーボン板は本質的に多孔質体であり、セパレー
タ間のガスの透過、水の透過を防止する必要がある。

【００３２】従来例で示した米国特許ＵＳ−５５２１０
１８では、セパレータの厚みは１．６ｍｍとなってい
る。電池スタックをコンパクト化するためには、単電池
の厚みを薄くすることが最も重要であるが、このように
カーボン板からなるセパレータを用いた場合には、薄く
することに限界があるため、コンパクト化が難しいとい
った問題点がある。

【００３３】また、カーボン材料はそれ自体が高価であ
るため、低コスト化が難しいといった問題点がある。

【００３４】さらに、カーボン板は、熱伝導率がアルミ
ニウム、銅等の金属に比較して悪いために、各単電池の
間に冷却水が流れる冷却プレートを挿入して、単電池を
冷却する必要がある。従って、より一層スタックが大き
くなるといった問題点があり、また空冷化が難しいとい
った問題点もある。

【００３５】一方、冷却水は、反応ガスを加湿するため
にも用いられているので、極めて純度の高い水を使用す
る必要がある。また、不純物が冷却水循環系に混入する
のを防止するために、循環系にフィルターを設置する必
要があり、コスト、スペース的に不利になるといった問
題点がある。

【００３６】この場合、安定した特性を長時間に渡り維
持していくためには、フィルターの交換や水の交換が定
期的に必要になる。

【００３７】さらに、加湿とは別系統の冷却系を設ける
ことが考えられるが、多孔質体というカーボン板の特性
上、微量ではあるが、冷却液がカーボン板を浸透して単
電池側に透過するのを防止することはできないため、水
以外の冷却媒体を採用することは難しいといった問題点
がある。

【００３８】そのため、水以外の冷却媒体を用いること
ができないことから、冬季周囲温度が０℃以下になるよ
うな環境では、冷却系の凍結防止のために、保温、ある
いは解氷等の手段が必要となる。

【００３９】従って、余分な熱を消費するために効率の
低下を招くと共に、コストアップ、スペース効率の悪化
を招くといった問題点がある。

【００４０】本発明の目的は、電池スタックの基本構成
要素であるセパレータを薄くし、かつ強度、流体の不透
過性に優れた材料で構成して、コンパクト化、軽量化、
システムの簡略化、ならびに低コスト化を図ることがで
き、また反応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要
として、システムの信頼性、およびメンテナンス性の向
上を図ることが可能な固体高分子電解質型燃料電池を提
供することにある。

【００４１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、少なくとも固体高分子電解
質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料
極および酸化剤極とからなり、反応ガスである燃料ガス
および酸化剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を
発生する単電池を、セパレータを介して複数個積層して
構成される電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃
料電池において、セパレータを金属製の薄板で構成し、
セパレータのほぼ中央部分に、プレス加工による複数の
平行な波形状の溝を表裏に形成して、燃料極と酸化剤極
との間に反応ガスの流路を設け、セパレータのほぼ中央
部分を囲むようにシート状のシール部材を表裏に配置
し、シール部材の接触部に、反応ガスと冷却媒体をそれ
ぞれ供給および排出する複数のマニホールド孔を設け
る。

【００４２】従って、請求項１の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、セパレータに金属製の薄板を
用い、そのほぼ中央部分にプレス加工によって反応ガス
の流路となる溝を設けると共に、その表裏の周辺部にシ
ート状のシール部材を配置することにより、薄いセパレ
ータに十分な強度を持たせ、また反応ガスがセパレータ
を透過することを防止することができる。これにより、
反応ガスの透過をほぼ完全に防止しつつ、単電池の厚み
を薄くすることが可能となり、電池スタックをコンパク
ト化することが可能となる。

【００４３】また、プレス加工は量産に向いており、カ
ーボンに比べて材料コストが低い金属を用いることによ
り、大幅な製造コスト低減ができる。

【００４４】さらに、セパレータのほぼ中央部分にプレ
ス加工で得られた溝と、その周辺部に配置された流体の
シールを兼ねるシート状のシール部材とによって、反応
ガスの流路を形成することにより、部品点数が少ない低
コストのセパレータを得ることができる。

【００４５】また、同一のセパレータに反応ガスを供給
するマニホールド孔と電池を冷却する冷却媒体を供給す
るマニホールド孔を備えていることにより、セパレータ
の外部にマニホールドを備えた外部マニホールド型式に
比べて、部品点数を大幅に削減することができると共
に、プレス加工が可能となり、製造工程の短縮を図るこ
とができる。これにより、固体高分子電解質型燃料電池
の大幅なコスト低減を図ることが可能となる。

【００４６】また、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、冷却媒
体のマニホールド孔の内部に、セパレータの一部を突出
させる。

【００４７】従って、請求項２の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項１の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、冷却媒体のマニホールド孔内
にセパレータの一部を突出させることにより、電池スタ
ックの冷却能力を向上させることができる。

【００４８】すなわち、燃料電池は発電と同時に熱も発
生するが、燃料電池を適正な温度で動作させるために
は、発生した熱の除去、つまり冷却を行なう必要があ
る。電池内部のセパレータを通って伝わってきた熱は、
冷却媒体用のマニホールド孔内の冷却媒体に伝えられる
が、このマニホールド孔内にセパレータの一部を突出さ
せることによって、伝熱面積を増大すると共に、乱流促
進効果によって熱伝達率も増大できるため、冷却能力を
より一層向上させることができる。

【００４９】さらに、請求項３の発明では、上記請求項
１の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、冷却
媒体用の流路を設けた複数のセパレータを、少なくとも
２つ以上の積層された単電池の間に挿入する。

【００５０】従って、請求項３の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項１の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、積層された単電池の間に冷却
媒体用の流路を設けたセパレータを挿入することによ
り、電池スタックの冷却能力を向上させることができ
る。

【００５１】すなわち、電池の冷却のために、冷却媒体
を発熱部分となる酸化剤極により近づけることができる
ため、冷却能力を向上させることができる。

【００５２】一方、請求項４の発明では、上記請求項１
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、マニホ
ールド孔の周囲を囲むシール部材に接するように、ほぼ
均一な高さの凸状のビード部を設ける。

【００５３】従って、請求項４の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項１の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、セパレータに設けられた内部
マニホールド孔の周囲にビード部を設けることにより、
セパレータのシール性をより一層向上させることができ
る。

【００５４】すなわち、セパレータの大きな役割の一つ
に、反応ガスを反応領域である電極に供給し、排出する
ことが挙げられる。この場合、燃料ガスを燃料極に、酸
化剤ガスとなる空気を酸化剤極にそれぞれ供給するため
に、それぞれのマニホールド孔を流れる流体を電極に導
いたり、また確実にシールする必要がある。そこで、ビ
ード部は確実にシールを行なうための手段であり、ビー
ド部に接するシール部材に、周囲より押し付け圧力の高
い線状のシール部を形成して、セパレータのシール性を
より一層向上させることができる。

【００５５】また、請求項５の発明では、上記請求項１
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパレ
ータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコーティング
を施す。

【００５６】従って、請求項５の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項１の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、金属製のセパレータの表面
に、導電性しかも耐食性を有するコーティングを施すこ
とにより、長時間に渡ってより安定した出力を得ると共
に、低コストのセパレータを得ることができる。

【００５７】すなわち、固体高分子電解質型燃料電池
は、通常７０℃〜９０℃と比較的低い温度範囲で動作す
るが、その内部は飽和水蒸気で満たされており、しかも
燃料電池特有の電位差がある状態となっているために、
セパレータにとってはかなり過酷な状態となっている。
この場合、貴金属系の金属は、かかる条件に対して十分
な耐食性を有するが、一般的な構造材料に用いられるよ
うな安価な金属にとっては厳しい条件となる。そこで、
耐食性のコーティングを施すことによって、長時間に渡
ってより安定した出力を得ると共に、低コストのセパレ
ータを得ることができる。

【００５８】さらに、請求項６の発明では、上記請求項
５の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、耐食
性かつ導電性を有するコーティングを、燃料極および酸
化剤極に接する部分の近傍に施す。

【００５９】従って、請求項６の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項５の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、セパレータの電極に接する部
分の近傍にのみ、導電性しかも耐食性を有する耐食コー
ティングを施すことにより、より一層低コストのセパレ
ータを製作することができる。

【００６０】すなわち、酸化被膜の形成による性能劣化
は、主に電極との間に形成される不動態膜によるもので
ある。そこで、電極と接する領域にのみコーティングを
施すことによって、コーティングの面積を小さくするこ
とができ、より一層低コストのセパレータを製作するこ
とができる。

【００６１】また、請求項７の発明では、上記請求項１
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、波形状
の溝が形成された中央部分の周囲を囲むように、少なく
とも当該溝の高さよりも厚いシート状のシール部材を配
置し、マニホールド孔と中央部分との間をシール部材の
一部を切欠いて、反応ガスの供給通路および排出通路を
設ける。

【００６２】従って、請求項７の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項１の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、シール部材の厚みをプレス加
工によって成形した溝の高さよりも厚くすることによ
り、溝と固体高分子電解質膜との間に設けられる電極等
の厚みを吸収でき、かつシール部材の潰ししろが確保で
きるため、より一層確実にシールすることができる。

【００６３】また、マニホールド孔と溝部との間のシー
ル部材を切欠いて、反応ガスの流路を確保することによ
り、セパレータに反応ガスの流路を設ける必要がなくな
るため、セパレータの厚みを薄くすることができ、より
一層コンパクト化が図れると共に、低コスト化すること
ができる。

【００６４】さらに、請求項８の発明では、上記請求項
１乃至請求項７のいずれか１項の発明の固体高分子電解
質型燃料電池において、シール部材とセパレータの波形
状の領域との間に形成される空間部に、シール部材の一
部を利用して反応ガスの流れを制御する手段を設ける。

【００６５】従って、請求項８の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項１乃至請求項７の
発明と同様の作用を奏するのに加えて、シール部材と溝
部との間に反応ガスを通過させるための空間部を設け、
その空間部にシール部材の一部を利用して反応ガスの流
れを制御する手段を設けることにより、セパレータに設
けられた複数の平行な溝を利用して反応ガスを反応面に
供給する際、溝の端部に形成された空間にシール材の一
部を突出させることによって、並行流やリターンフロー
等の流れを作り出すことができる。これにより、電池内
部の動作特性を向上させて、高信頼性、高性能化を達成
することが可能となる。

【００６６】一方、請求項９の発明では、少なくとも固
体高分子電解質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで配
置された燃料極および酸化剤極とからなり、反応ガスで
ある燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応により
電気的出力を発生する単電池を、セパレータを介して複
数個積層して構成される電池スタックを備えた固体高分
子電解質型燃料電池において、セパレータを金属製の薄
板で構成し、セパレータの一部を電池外部に突出させ、
電池スタックの一部に、水蒸気を選択的に透過する半透
過性の膜を介して未反応ガスと既反応ガスを接触させる
全熱交換手段を設ける。

【００６７】従って、請求項９の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、薄い金属からなるセパレータ
を電池外部へ突出させることにより、セパレータを空冷
の放熱フィンとすることができ、電気化学反応によって
生成された熱を簡単に大気へと逃がすことができる。

【００６８】また、水蒸気を選択的に透過する膜を介し
て既反応ガスと未反応ガスを接触させる全熱交換手段を
設けることにより、既反応ガスに含まれる反応生成水を
利用して反応ガスを加湿できるため、新たに加湿水を供
給するシステムが不要となる。これにより、電池スタッ
クの構造をより一層簡略化し、低コスト化できると共
に、冷却水が不要となるため、メンテナンスが不要とな
り、寒冷地における凍結の心配がない信頼性の高い電池
スタックを得ることが可能となる。

【００６９】また、請求項１０の発明では、上記請求項
９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータに、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施
した銅系またはアルミニウム系の金属板を用いる。

【００７０】従って、請求項１０の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータに銅系またはア
ルミニウム系の金属板を用いることにより、これらの金
属板は熱伝導率が良いため、効率よく熱を移動させるこ
とができ、セパレータをより一層薄い材料で構成するこ
とができる。これにより、電池スタックをより一層コン
パクト化することが可能となる。

【００７１】さらに、請求項１１の発明では、上記請求
項９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、全
熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸化剤ガ
スを半透過性の膜を介して接触させるようにする。

【００７２】従って、請求項１１の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段として、未反
応酸化剤ガスと既反応酸化剤ガスとの全熱交換手段を設
けることにより、十分に反応ガスを加湿することができ
る。

【００７３】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分に反応ガス
を加湿することができる。これにより、より一層コンパ
クトな電池スタックを得ることが可能となる。

【００７４】一方、請求項１２の発明では、上記請求項
９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、全熱
交換手段は、未反応ガスと既反応ガスが互いに対向して
流れるように、未反応ガスの入口部および出口部が既反
応ガスの入口部および出口部と互いに相対向するように
配置する。

【００７５】従って、請求項１２の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段は、未反応ガ
スと既反応ガスを互いに対向して流すように、それぞれ
のガスの入口部および出口部を相対向する位置に設ける
ことにより、対向型の熱交換あるいは湿度交換方式とし
て、同一の全熱交換効率にて電池スタックのより一層の
コンパクト化を図ることができる。

【００７６】また、請求項１３の発明では、上記請求項
９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、全熱
交換手段は、単電池の積層方向と同一方向に積層された
複数の全熱交換器からなる。

【００７７】従って、請求項１３の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段は、複数の全
熱交換器を、単電池のセパレータと同一方向に積層した
構成とすることにより、電池スタックと一体化し、スペ
ースを有効利用することによって、電池スタック全体の
より一層のコンパクト化を図ることができる。

【００７８】さらに、請求項１４の発明では、上記請求
項９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータの突出部分に、電気絶縁性を有するコーティン
グを施す。

【００７９】従って、請求項１４の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分に、
電気絶縁性を有するコーティングを施すことにより、各
セパレータは短絡を防止するためにお互い接触しないよ
うに配置されているが、予期せぬ外的な力が加わってセ
パレータが変形して接触という事態になっても、電気絶
縁性を有するコーティングによって、短絡を防止するこ
とができ、また素手で触れても感電するという危険がな
くなる。

【００８０】一方、請求項１５の発明では、上記請求項
９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータの突出部分の間に形成された各空間の一部に、電
気絶縁性を有するスペーサを配置する。

【００８１】従って、請求項１５の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分の間
に形成された空間に、電気絶縁性を有するスペーサを配
置することにより、セパレータ同士が接触することを防
止でき、短絡を回避することができる。

【００８２】また、請求項１６の発明では、上記請求項
９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータの突出部分の先端に接するように電気絶縁性を有
する支持体を配置する。

【００８３】従って、請求項１６の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分の先
端に、電気絶縁性を有するセパレータ支持体を配置する
ことにより、外的な力が加わってもセパレータの変形を
防止でき、電池の短絡事故を防止することができる。

【００８４】さらに、請求項１７の発明では、上記請求
項９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、燃
料極に流れる燃料ガスと酸化剤極に流れる酸化剤ガスが
互いに対向して流れるように、それぞれのガスの入口部
および出口部を互いに相対するように配置する。

【００８５】従って、請求項１７の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、燃料極に流れる燃料ガスと
酸化剤極を流れる酸化剤ガスが互いに対向して流れるよ
うに、それぞれの入口部および出口部を互いに相対向し
て配置することにより、反応ガスの加湿を効果的に行な
うことができる。

【００８６】すなわち、発電時、酸化剤極側で生成した
水は、酸化剤極出口へ向かって移動していくが、固体高
分子電解質膜を介した反対側の燃料極側では、入口部お
よび出口部が相対向して配置されているために、酸化剤
極出口側が比較的乾燥した燃料ガスが流れる燃料極入口
側となり、酸化剤極側の生成水が固体高分子電解質膜を
透過して燃料極側に移動し、燃料ガスを加湿することに
なる。また、反対に、燃料極出口付近では、流れる燃料
ガスの流量そのものは少ないものの、その燃料ガスは少
なくとも水蒸気飽和状態となっており、比較的乾燥した
酸化剤ガスを固体高分子電解質膜を介して加湿すること
となる。従って、電池内部では、水分が固体高分子電解
質膜を介して再循環する構成となり、反応ガスの加湿を
効果的に行なうことができる。これにより、スタックの
一部に設けられた加湿部である全熱交換器の大きさを小
さくすることができ、電池スタックのより一層のコンパ
クト化を図ることが可能となる。

【００８７】また、請求項１８の発明では、上記請求項
９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータは、酸化剤ガスの入口側にその突出部を設ける。

【００８８】従って、請求項１８の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分を酸
化剤ガスの入口側に設けることにより、安定した信頼性
の高い電池スタックを得ることができる。

【００８９】すなわち、セパレータの酸化剤ガス入口側
がより冷却されることにより、入口側から出口側へかけ
て温度が徐々に高くなるような温度分布が電池内部に生
じる。よって、酸化剤ガスにも同様の温度分布が生じ
て、出口側の温度が入口側の温度よりも高くなることに
より、水蒸気分圧を高くすることができ、生成した水を
酸化剤ガスへと吸収させることができる。従って、生成
水は電池内部で凝縮することなく排出され、凝縮水によ
るフラッディングを防止でき、安定した信頼性の高いス
タックを得ることができる。

【００９０】さらに、請求項１９の発明では、上記請求
項９の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、電
池スタックは、単電池が垂直方向となるように設置さ
れ、燃料ガス入口部が上部に、出口部が下部に配置され
ている。

【００９１】従って、請求項１９の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項９の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、積層された単電池が垂直方
向となるように設置され、かつ燃料ガスの入口部が上部
に、出口部が下部に配置されることにより、安定した信
頼性の高い電池スタックを得ることができる。

【００９２】すなわち、発電時、運転条件によっては、
燃料ガス側に透過してきた生成水が凝縮する可能性があ
るが、出口側において反応による燃料ガスの消費でガス
流量が減少しても、上部から下部へ流れるために、凝縮
水を滞留させずに電池の外部へ排出することができる。
従って、燃料ガス側におけるフラッディングを防止で
き、安定した信頼性の高い電池スタックを得ることがで
きる。

【００９３】一方、請求項２０の発明では、少なくとも
固体高分子電解質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで
配置された燃料極および酸化剤極とからなり、反応ガス
である燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応によ
り電気的出力を発生する単電池を、セパレータを介して
複数個積層して構成される電池スタックを備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、セパレータを金属製の
薄板で構成し、セパレータの周辺部に、反応ガスと冷却
媒体をそれぞれ供給および排出する複数のマニホールド
孔を設け、冷却媒体として、０℃以下の凝固点を有する
冷却媒体を用い、電池スタックの一部に、水蒸気を選択
的に透過する半透過性の膜を介して未反応ガスと既反応
ガスを接触させる全熱交換手段を設ける。

【００９４】従って、請求項２０の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、セパレータを金属製の薄板
で構成し、電池スタックの内部に凝固点が０℃以下でか
つ電気的に非導電体である冷却媒体の流路を配置すると
共に、電池スタックの一部に既反応ガスに含まれる生成
水を未反応ガスの加湿に利用できるように全熱交換手段
を設けることにより、冷却媒体がセパレータを透過して
反応部へ浸透する恐れがなくなるため、純水以外の冷却
媒体を使用することができる。従って、冷却媒体を自由
に選択できるため、冷却媒体の凝固点が０℃以下のもの
を用いると、寒冷地における凍結という問題が防止で
き、信頼性の高いスタックを得ることができる。また、
反応で生じた生成水を反応ガスの加湿に利用するため
に、新たな加湿源となる水が必要なくなるため、システ
ムを単純化でき、低コストな電池スタックを得ることが
できる。

【００９５】また、請求項２１の発明では、上記請求項
２０の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコーティ
ングを施す。

【００９６】従って、請求項２１の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項２０の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、金属製のセパレータの表
面に、導電性でしかも耐食性を有するコティング施すこ
とにより、セパレータにとってはかなり過酷な状態であ
る電池内部においても、耐食性のコーティングによっ
て、長時間に渡ってより安定した性能を得ると共に、よ
り一層低コストのセパレータを得ることができる。

【００９７】さらに、請求項２２の発明では、上記請求
項２０の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、
全熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸化剤
ガスを半透過性の膜を介して接触させる。

【００９８】従って、請求項２２の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項２０の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段として、未
反応酸化剤ガスと既反応酸化剤ガスとの全熱交換手段を
設けることにより、十分な反応ガスの加湿を行なうこと
ができる。

【００９９】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分な反応ガス
の加湿を行なうことができる。これにより、より一層コ
ンパクトな電池スタックを得ることが可能となる。

【０１００】また、請求項２３の発明では、上記請求項
２０の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、冷
却媒体のマニホールド孔の内部に、セパレータの一部を
突出させる。

【０１０１】従って、請求項２３の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項２０の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、冷却媒体のマニホールド
孔内にセパレータの一部を突出させることにより、セパ
レータと冷却媒体との伝熱面積を増加させて、冷却効率
を上げることができる。これにより、積層された単電池
間に挿入していた冷却媒体流路を省略することができ、
電池スタックの大幅なコンパクト化を図ることが可能と
なる。

【０１０２】さらに、請求項２４の発明では、上記請求
項２０乃至請求項２３のいずれか１項の発明の固体高分
子電解質型燃料電池において、冷却媒体の流路に、電気
絶縁性を有するコーティングを施す。

【０１０３】従って、請求項２４の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項２０乃至請求項
２３の発明と同様の作用を奏するのに加えて、冷却媒体
流路に、電気絶縁性を有するコーティングを施すことに
より、より一層信頼性の高い電池スタックを得ることが
できる。

【０１０４】すなわち、冷却媒体の種類によっては、電
気絶縁性の悪い冷却媒体やまた導電性の冷却媒体も存在
し、このような冷却媒体を用いると電池が短絡し、冷却
媒体として用いることができない。また、電気絶縁性を
有する冷却媒体を用いた場合でも、冷却媒体の中にイオ
ン等の不純物が混入して、絶縁性が悪化し、短絡という
事故につながる恐れもある。そこで、冷却媒体が接する
箇所に電気絶縁性を有するコーティングを施すことによ
り、どのような流体に対しても、短絡という事故を防止
することができ、より一層信頼性の高い電池スタックを
得ることができる。

【０１０５】一方、請求項２５の発明では、少なくとも
固体高分子電解質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで
配置された燃料極および酸化剤極とからなり、反応ガス
である燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応によ
り電気的出力を発生する単電池を、セパレータを介して
複数個積層して構成される電池スタックを備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、セパレータを展延性を
有する金属製の薄板で構成し、セパレータのほぼ中央部
分に、プレス加工によって少なくとも片面に当該セパレ
ータの厚みよりも浅い複数のサーペンタイン状の溝を形
成して、燃料極と酸化剤極との間に反応ガスの流路を設
け、セパレータのほぼ中央部分を囲むようにシート状の
シール部材を配置する。

【０１０６】従って、請求項２５の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、セパレータに展延性を有す
る金属製の薄板を用い、そのほぼ中央部分にプレス加工
によって薄板の厚みよりも浅い複数のサーペンタイン状
の溝を設けると共に、その周辺部にシート状のシール部
材を配置することにより、薄いセパレータに十分な強度
を持たせ、また反応ガスがセパレータを透過することを
防止することができる。

【０１０７】また、溝の深さは板厚よりも浅いために、
溝を形成する面とは反対側の面には変形を生じないよう
に形成することができる。

【０１０８】さらに、プレスによる溝の形成に伴なって
押し退けられた部分は、溝の両側が均等に盛り上がるよ
うに変形するため、結果的にこの部分も溝の一部として
利用することができる。これにより、サーペンタイン状
の溝を作ることも可能となり、大量生産に向く、低コス
トでかつシンプルな構成、しかもコンパクトな電池スタ
ックを得ることが可能となる。

【０１０９】また、請求項２６の発明では、上記請求項
２５の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、展
延性を有する金属製の薄板に、銅系またはアルミニウム
系の金属板を用いる。

【０１１０】従って、請求項２６の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項２５の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、展延性を有する金属製の
薄板に、銅系またはアルミニウム系の金属板を用いるこ
とにより、これらの金属板は特に展延性があり、プレス
加工を容易に行なうことができる。

【０１１１】また、熱伝導性が良好であるため、スタッ
クの冷却をより一層効率的に行なうことができる。

【０１１２】さらに、これらの金属は金額的に安いた
め、低コストなスタックを得ることができる。

【０１１３】さらに、請求項２７の発明では、上記請求
項２５の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、
展延性を有する金属製の薄板の表面に、耐食性かつ導電
性を有するコーティングを施す。

【０１１４】従って、請求項２７の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項２５の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、展延性を有する金属製の
薄板に、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施す
ことにより、金属の酸化皮膜である不動態の形成を阻止
でき、長時間に渡ってより安定した出力を得ると共に、
低コストのセパレータを得ることができる。

【０１１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【０１１６】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックの
要部構成例を模式的に示す縦断面図である。

【０１１７】図１において、金属製の薄板からなるセパ
レータ１は、そのほぼ中央部分に表裏に渡って、プレス
加工により複数の平行な波形状の溝を形成して、アノー
ド電極３とカソード電極４との間に反応ガスの流路を設
けている。

【０１１８】また、この波形状の溝が形成されたセパレ
ータ１の中央部分の周囲には（中央部分を囲むよう
に）、シート状のシール部材２ａ，２ｂを表裏に配置し
ている。

【０１１９】ここで、金属製の薄板としては、例えば厚
みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のステンレス系の金属
やアルミニウム系または銅系の金属板を使用することが
できる。

【０１２０】一方、固体高分子電解質膜９とこの固体高
分子電解質膜９を挟んで配置されたアノード電極３およ
びカソード電極４とから、反応ガスである燃料ガスおよ
び酸化剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生
する単電池を構成し、さらにこの単電池を上記セパレー
タ１を介して複数個積層して電池スタックを構成してい
る。

【０１２１】ここで、通常、これらのアノード電極３お
よびカソード電極４は、カーボン等の多孔質体を支持体
とし、白金等の貴金属を活性物質とする薄い触媒層が塗
布された構成となっている。

【０１２２】また、アノード電極３とセパレータ１の溝
とシール部材２ａに囲まれた領域７は燃料ガスの流路と
なっており、アノード電極３に燃料ガスを供給する役割
を果たしている。

【０１２３】同時に、固体高分子電解質膜９を挟んで反
対側の領域８は酸化剤ガスの流路となっており、カソー
ド電極４に酸化剤ガスを供給する役割を果たしている。

【０１２４】図２は、上記セパレータ１の構成例を模式
的に示す平面図である。

【０１２５】図２において、金属製の薄板からなるセパ
レータ１の中央部分には、プレス加工によって形成され
た複数の平行な溝１０を設けている。

【０１２６】また、この溝１０を取り囲むようにシール
部材２ａ，２ｂの接触部に、反応ガスと冷却媒体である
冷却水をそれぞれ供給および排出する複数のマニホール
ド孔が配置されている。

【０１２７】すなわち、１１ａは酸化剤ガスの入口側マ
ニホールド孔、１１ｂは酸化剤ガスの出口側マニホール
ド孔、１２ａは燃料ガス側の入口側マニホールド孔、１
２ｂは燃料ガスの出口側マニホールド孔を示している。

【０１２８】また、セパレータ１の下部に設けられてい
る１３ａおよび１３ｂは、それぞれ冷却媒体として使用
する冷却水の入口側マニホールド孔および出口側マニホ
ールド孔を示している。

【０１２９】いずれのセパレータ１も同様な形状をして
いるが、例えば図２の上面がカソード電極４と接してい
る場合には、酸化剤ガスは入口側マニホールド孔１１ａ
から入り、溝１０を通ってカソード電極４に酸化剤ガス
を供給し、反応に関与しなかった酸化剤ガスが出口側マ
ニホールド孔１１ｂより排出される。

【０１３０】また、酸化剤ガスを溝１０まで導くため
に、図示していないが、周辺部に配置されているシート
状のシール部材２ａ，２ｂとセパレータ１とで形成され
る溝が設けられており、この溝を通って酸化剤ガスがカ
ソード電極４面に導かれる。

【０１３１】なお、燃料ガスの場合についても、上記酸
化剤ガスの場合と同様である。

【０１３２】一方、冷却水は入口側マニホールド孔１３
ａを通り、スタックエンドで折り返して出口側マニホー
ルド孔１３ｂを通り排出される。

【０１３３】カソード電極４側で発生した熱は、セパレ
ータ１を伝導して冷却水へと吸収される。

【０１３４】また、セパレータ１の４隅に開けられた円
孔１５は、電池スタック全体を締め付けるロッドを通す
のに用いる穴である。

【０１３５】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ１に金属製の薄板を用い、その中央部分
にプレス加工によって反応ガスの流路となる溝１０を設
けると共に、その表裏の周辺部にシート状のシール部材
２ａ，２ｂを配置していることにより、カーボン等の多
孔質体からなるセパレータに比べて、金属製のセパレー
タ１は、薄くても十分な強度を保持し、またシール性が
良いため、反応ガスがセパレータ１を透過することをほ
ぼ完全に防止でき、信頼性の高い電池スタックを得るこ
とができる。

【０１３６】また、単電池の厚みを薄くすることがで
き、コンパクトで軽量かつ量産性のある低コストな電池
スタックを得ることができる。

【０１３７】さらに、プレス加工は量産に向いており、
カーボンに比べて材料コストが低い金属を用いているこ
とにより、大幅な製造コスト低減を図ることができる。

【０１３８】また、セパレータ１のほぼ中央部分にプレ
ス加工で得られた溝１０と、その周辺部に配置された流
体のシールを兼ねるシート状のシール部材２ａ，２ｂと
によって、反応ガスの流路を形成していることにより、
部品点数が少ない低コストのセパレータを得ることがで
きる。

【０１３９】さらに、同一のセパレータ１に反応ガスを
供給および排出するマニホールド孔１１ａ，１１ｂ，１
２ａ，１２ｂと電池を冷却する冷却媒体を供給および排
出するマニホールド孔１３ａ，１３ｂを備えていること
により、セパレータ１の外部にマニホールドを備えた外
部マニホールド型式に比べて、部品点数を大幅に削減す
ることができると共に、プレス加工が可能となり、製造
工程の短縮を図ることができる。

【０１４０】すなわち、抜き穴１５は、全てプレス加工
によって処理されるため、量産性がよく、外部にマニホ
ールドを設置した場合に比べて、部品点数を大幅に少な
くすることができ、また組立工程の削減にもつながり、
低コストの電池スタックを製造することができる。

【０１４１】上述したように、本実施の形態の電池スタ
ックを備えた固体高分子電解質型燃料電池では、電池ス
タックの基本構成要素であるセパレータ１を薄くし、か
つ強度、流体の不透過性に優れた材料で構成して、コン
パクト化、軽量化、システムの簡略化、ならびに低コス
ト化を図ることが可能となる。

【０１４２】（第２の実施の形態）図３は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックに
おけるセパレータ１の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図２と同一要素には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１４３】すなわち、基本的な構成は前記第１の実施
の形態と同様であり、図３に示すように、前記図２にお
ける冷却水入口側，出口側マニホールド孔１３ａ，１３
ｂの内部に、セパレータ１の一部１３ｃを突出させる構
成としている。

【０１４４】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第１の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、冷却水入口側，出口側マニホールド孔１３ａ，１
３ｂ内にセパレータ１の一部１３ｃを突出させているこ
とにより、放熱フィンと同様の効果により、熱交換量を
多くして、冷却効率を高めて電池スタックの冷却能力を
向上させることができる。

【０１４５】すなわち、燃料電池は発電と同時に熱も発
生するが、燃料電池を適正な温度で動作させるために
は、発生した熱の除去、つまり冷却を行なう必要があ
る。電池内部のセパレータ１を通って伝わってきた熱
は、冷却水入口側，出口側マニホールド孔１３ａ，１３
ｂ内の冷却水に伝えられるが、この冷却水入口側，出口
側マニホールド孔１３ａ，１３ｂ内にセパレータ１の一
部１３ｃを突出させることによって、伝熱面積を増大す
ると共に、乱流促進効果によって熱伝達率も増大できる
ため、冷却能力をより一層向上させることができる。

【０１４６】（第３の実施の形態）図４は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックの
要部構成例を模式的に示す縦断面図であり、図１と同一
要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。

【０１４７】すなわち、基本的な構成は前記第１の実施
の形態と同様であり、図４に示すように、前記図１にお
ける冷却媒体用の流路を設けた複数のセパレータ１を、
少なくとも２つ以上の積層された単電池の間に挿入する
構成としている。

【０１４８】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第１の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、電池の冷却を、単電池の間に挿入された冷却用の
セパレータ１により行ない、電池スタックの冷却能力を
向上させることができる。

【０１４９】すなわち、セパレータ１を挟んで反対側に
おいて、プレス成形された溝と、導電性のスペーサ５お
よびシール部材２ｃに囲まれた領域６が冷却水の流路と
なっている。電気化学反応に伴なって発生した熱は、こ
の冷却水によって電池スタック外部へと運び出されるこ
とになる。発電と共に生成される熱は、主にカソード電
極４で発生するが、本構成では、冷却水との距離が近く
なる、すなわち電池の冷却のために冷却水を発熱部分と
なるカソード電極４により近づけることができるため、
より一層冷却効率を高めて、電池スタックの冷却能力を
向上させることができる。

【０１５０】ただし、各単電池毎に冷却用のセパレータ
１を挿入する必要はなく、本実施の形態では熱伝導の良
い金属製のセパレータ１を用いているため、通常の電池
スタックの出力密度では、多くても２個の単電池毎に挿
入すれば十分である。これは、各単電池毎にこのような
冷却用のセパレータ１を挿入すると、逆に電池スタック
の大きさが大きくなり、出力密度が下がるという大きな
懸念があるからである。

【０１５１】なお、図４において、この冷却水流路は３
個の単電池毎に挿入されているが、このインターバルは
これに限ったものではなく、２個の単電池毎あるいは３
個の単電池以上等、電池スタックの出力密度に応じて設
ければよいことは言うまでもない。

【０１５２】（第４の実施の形態）図５および図６は、
本実施の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池
スタックにおけるセパレータの構成例を模式的に示す縦
断面図および平面図であり、図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１５３】すなわち、基本的な構成は前記第１の実施
の形態と同様であり、図５および図６に示すように、前
記図２におけるマニホールド孔１１ａ，１１ｂ，１２
ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの周囲を囲むシール部材２
ａ，２ｂに接するように、ほぼ均一な高さのセパレータ
１の平面部に対して凸状に盛り上がったビード部１６を
設ける構成としている。

【０１５４】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第１の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ１に設けられた各マニホールド孔１１
ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの周囲に
ビード部１６を設けていることにより、この上に配置さ
れるシール部材２ａ，２ｂの押し付け圧力をビード部１
６に沿って線状に高めることができるため、締め付け圧
力が小さくても流体のシール性を格段に向上することが
できる。これにより、より一層信頼性の高い電池スタッ
クを得ることができる。

【０１５５】また、これらのビード部１６は、プレス加
工によって処理されるため、量産性がよく、コストアッ
プも最小限に留めることができる。

【０１５６】（第５の実施の形態）図７は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックに
おけるセパレータの溝部分の構成例を模式的に示す拡大
縦断面図であり、図１と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【０１５７】すなわち、基本的な構成は前記第１の実施
の形態と同様であり、図７に示すように、前記図１にお
ける金属製の薄板からなるセパレータ１の表面に全面に
渡って、耐食性かつ導電性を有するコーティング１７を
施す構成としている。

【０１５８】ここで、コーティング１７の種類として
は、例えばカーボン、窒化クロム、ニッケルメッキ、貴
金属系金属等のコーティングを適用することができる。

【０１５９】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第１の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、金属製のセパレータ１の表面に、導電性しかも耐
食性を有するコーティング１７を施していることによ
り、長時間に渡ってより安定した出力を得ると共に、低
コストのセパレータ１を得ることができる。

【０１６０】すなわち、一般に、セパレータに、ステン
レス系やアルミニウム系の耐食性の金属を用いた場合で
も、燃料電池の環境下においては、時間と共にその表面
に絶縁性の酸化物が成長する。そして、電極との間にこ
の絶縁性の酸化物が入り込むと、電気的な接触抵抗が増
えるために、電池スタックの出力電圧が下がり、出力の
低下、効率の低下、廃熱の増加等性能に悪影響を及ぼ
す。

【０１６１】そこで、セパレータ１の表面に、耐食性の
コーティング１７を施すことによって、セパレータ１表
面における絶縁性の酸化物の形成を防止できる。よっ
て、セパレータ１とアノード電極３またはカソード電極
４との接触抵抗の増大を防ぐことができるため、長時間
に渡って安定した性能を得ることができる。

【０１６２】（第６の実施の形態）図８は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックに
おけるセパレータの溝部分の構成例を模式的に示す拡大
縦断面図であり、図７と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【０１６３】すなわち、基本的な構成は前記第５の実施
の形態と同様であり、図８に示すように、前記図７にお
けるコーティングを施す場所を、セパレータ１の表面全
面ではなく必要な部所だけとし、本実施の形態では、耐
食性かつ導電性を有するコーティング１８を、アノード
電極３およびカソード電極４に接する部分の近傍にのみ
施す構成としている。

【０１６４】ここで、コーティング１８の種類として
は、前記第５の実施の形態と同様に、例えばカーボン、
窒化クロム、ニッケルメッキ、貴金属系金属等のコーテ
ィングを適用することができる。

【０１６５】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第５の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、耐食性かつ導電性を有するコーティング１８を、
アノード電極３あるいはカソード電極４との接触部分に
のみ施していることにより、電気的な接触抵抗が問題と
なる接触部分のみをコーティングすることによって、全
面コーティングを施した場合と同一性能を保ちつつ、コ
ーティング面積を大幅に縮小することによって、コーテ
ィングによるコストの上昇を最小限に抑えて、より一層
低コストなセパレータ１を得ることができる。

【０１６６】（第７の実施の形態）図９および図１０
は、本実施の形態による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックにおけるセパレータの構成例を模式的に示
す平面図および縦断面図（図９のＡ−Ａ縦断面図）であ
り、図１および図２と同一要素には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０１６７】すなわち、基本的な構成は前記第１の実施
の形態と同様であり、図９および図１０に示すように、
前記図１および図２におけるセパレータ１の波形状の溝
１０が形成された中央部分の周囲を囲むように、少なく
ともこの溝１０の高さよりも厚いシート状のシール部材
１９を配置し、マニホールド孔と中央部分との間をシー
ル部材１９の一部を切欠いて（入口側の切り欠き部２０
ａ、出口側の切り欠き部２０ｂ）、反応ガスの供給通路
および排出通路を設ける構成としている。

【０１６８】なお、セパレータ１の溝１０の長手方向の
両端部には、酸化剤ガスのヘッダー部２１となる空間が
存在する。

【０１６９】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第１の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、シール部材１９の厚みをプレス加工によって成形
した溝１０の高さよりも厚くしていることにより、溝１
０と固体高分子電解質膜９との間に設けられる電極等の
厚みを吸収でき、かつシール部材１９の潰ししろが確保
できるため、より一層確実にシールすることができる。

【０１７０】また、各マニホールド孔１１ａ，１１ｂ，
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと溝１０との間のシー
ル部材１９を切欠いて、反応ガスの流路を確保している
ことにより、セパレータ１に反応ガスの流路を設ける必
要がなくなるため、セパレータ１の厚みを薄くすること
ができ、より一層コンパクト化が図れると共に、低コス
ト化することができる。

【０１７１】すなわち、酸化剤ガスは酸化剤ガス入口側
マニホールド孔１１ａから、入口側の切り欠き部２０ａ
を通ってヘッダー部２１へ導かれ、カソード電極４と接
する溝１０へ供給される。そして、酸化剤ガス中、反応
に利用されなかったガスは反対に位置するヘッダー部２
１を通り、出口側の切り欠き部２０ｂから出口側マニホ
ールド孔１１ｂへと排気される。また、シール部材１９
の厚みは、溝１０の高さよりも厚く設定され、本実施の
形態では、溝１０の高さと電極の厚みとを加えた厚さに
設定されている。

【０１７２】なお、燃料ガス側、冷却水側についても、
酸化剤ガス側と全く同様な方法で、それぞれの溝へ供給
され、そして排気されることになる。

【０１７３】このようにして、セパレータ１とシール部
材１９で反応ガスあるいは冷却水の流路を確保している
ことにより、部品点数が少ない、低コストな電池スタッ
クの製造が可能となる。

【０１７４】（第８の実施の形態）図１１は、本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
におけるセパレータの構成例を模式的に示す平面図であ
り、図９と同一要素には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１７５】すなわち、基本的な構成は前記第７の実施
の形態と同様であり、図１１に示すように、前記図９に
おけるシール部材１９とセパレータ１の波形状の領域と
の間に形成される空間部である酸化剤ガスのヘッダー部
２１に、シール部材１９の一部を利用して溝１０を流れ
る反応ガスの流れを制御する手段である突起部２２を設
ける構成としている。

【０１７６】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記実施の形態と同様の作用を奏するのに加えて、
セパレータ１に設けられた複数の平行な溝１０を利用し
て反応ガスを反応面に供給する際、シール部材１９と溝
１０との間に反応ガスを通過させるためのヘッダー部２
１に、ヘッダー部２１と相対する二つの突起部２２を設
けて反応ガスの流れを制御する、すなわち図示矢印のよ
うに溝１０を酸化剤ガスが一往復半する流れを作り出す
ことにより、反応ガスを反応部に均一に供給できると共
に、反応ガスの流速を相対的に上げることにより、生成
水の排出をより一層確実に行なうことができるようにな
る。従って、安定した性能と長期間に及ぶ信頼性を確保
することができるようになる。

【０１７７】なお、燃料ガス側についても、同様な構成
により流れの制御を行なうことができる。

【０１７８】また、各ヘッダー部２１に複数の突起部を
設けることも可能であり、一往復半の流れに限らず、様
々な流れのパターを作り出すことができる。

【０１７９】このようにして、セパレータ１とシール部
材１９という最小限の部品点数によって、確実な反応ガ
スの供給と流れの制御が行なえるようになるため、低コ
ストで、高い信頼性を持つ高性能の電池スタックを得る
ことができる。

【０１８０】（第９の実施の形態）図１２は、本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。

【０１８１】図１２において、電池スタックは、電池部
４２と自己加湿部４３とから構成され、エンドプレート
３３および締め付けロッド３４によって、電池スタック
全体を締め付ける構成としている。

【０１８２】電池部４２は、金属製の薄板からなるセパ
レータ３０を挟んで、単電池３１を複数個積層してなっ
ている。

【０１８３】また、電池部４２の両端には、集電板３２
を設置し、図示しない外部負荷へと接続している。

【０１８４】一方、自己加湿部４３は、燃料ガス用の未
反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器３５と、酸化剤ガ
ス用の未反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器３６とか
ら構成され、各全熱交換器３５，３５は未反応ガスが流
れる未反応ガス流路３９と既反応ガスが流れる既反応ガ
ス流路４０が、水蒸気を選択的に透過する半透過性膜４
１を介して接している。

【０１８５】また、図示左側のエンドプレート３３に
は、燃料ガス入口３７ａ、および燃料ガス出口３７ｂ、
酸化剤ガス入口３８ａ、および酸化剤ガス出口３８ｂを
それぞれ設けている。

【０１８６】図１３は、上記自己加湿部４３のセパレー
タ５０の構成例を模式的に示す平面図である。

【０１８７】図１３において、既反応ガスは、本自己加
湿部４３で加湿された水分と生成水とが含まれており、
動作温度に近い温度の通常飽和状態となっている。そし
て、この既反応ガスと未反応ガスとが半透過性膜４１を
介して接することにより、湿度交換と熱交換とを同時に
行なうようになっている。未反応ガスは、ここで固体高
分子電解質膜に必要な量だけ加湿されて、電池スタック
へと供給される。

【０１８８】自己加湿部４３の加湿セパレータ５０は、
放熱フィンが必要ないため、電池部４２のセパレータ３
０に見られたように突出部がない。その代り、未反応ガ
スと既反応ガスとの全熱交換を行なうために、両者のマ
ニホールド孔が新たに必要である。

【０１８９】４５ａは未反応ガスのうち燃料ガス用の入
口側マニホールド孔を示しており、全熱交換された後に
燃料ガス用の出口側マニホールド孔４５ｂへ排出され、
電池部４２へ供給される。また、４５ｃは既反応ガスの
燃料ガス用の入口側マニホールド孔を示し、電池部４２
から排出されてきた既反応ガスが入口側マニホールド孔
４５ｃより流入し、未反応ガスと全熱交換された後に燃
料ガス用の出口側マニホールド孔４５ｄから排出され
る。

【０１９０】一方、酸化剤ガス側についても全く同様で
あり、４６ａは酸化剤ガスの入口側マニホールド孔を、
４６ｄは酸化剤ガスの出口側マニホールド孔をそれぞれ
示している。

【０１９１】なお、各マニホールド孔４５ｂ，４５ｃ，
４６ｂ，４６ｃは、それぞれ電池部４２のセパレータ３
０のマニホールド孔と連通している。

【０１９２】図１４は、上記電池部４２のセパレータ３
０の構成例を模式的に示す平面図である。

【０１９３】図１４において、セパレータ３０は単電池
外部へ突出し、単電池のセパレータ機能と共に放熱フィ
ンとしても機能し、単電池内部で発生した熱を単電池外
部へ放熱する役割を果たす。

【０１９４】また、４５ｂは燃料ガス入口側マニホール
ド孔、４５ｃは燃料ガス出口側マニホールド孔、４６ｂ
は酸化剤ガス入口側マニホールド孔、４６ｃは酸化剤ガ
ス出口側マニホールド孔、４７は締め付けロッドが通る
締め付けロッド用穴をそれぞれ示している。

【０１９５】なお、１０はカソード電極側の時は酸化剤
ガスが通る溝、アノード電極側の時は燃料ガスが通る前
記溝を示している。

【０１９６】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ３０に熱伝導率のよい金属製の薄板を用
いていることにより、セパレータ３０を空冷の放熱フィ
ンとして利用できるようになるため、セパレータ３０を
空冷式の放熱フィンとすることができ、電気化学反応に
よって生成された熱を簡単に大気へと逃がすことができ
る。

【０１９７】この空冷式を採用すると、冷却水が不要と
なり、冷却水循環のための配管、ポンプ等が不要とな
り、システムが簡素化できると共に、電池内部の冷却水
マニホールド孔が不要となり、コンパクトなシステム、
電池スタックを得ることができる。

【０１９８】また、冷却水を用いていないので、環境条
件が０℃以下になるような寒冷地においても、凍結の心
配がなく、信頼性の高い電池スタックを得ることができ
る。

【０１９９】さらに、金属製のセパレータ３０は、多孔
質材のカーボンに比べてガスのシール性が良いため、よ
り一層薄いセパレータとすることができ、より一層コン
パクトな電池スタックを得ることができる。

【０２００】一方、冷却水を未反応ガスの加湿に利用す
る場合が一般的であったが、本電池スタックでは空冷で
冷却水がないため、これを利用することができない。し
かし、自己加湿部４３を有しているため、新たに加湿用
の水源を設置する必要がなく、タンク、ポンプ等が不要
となり、電池スタックをコンパクト化することができ
る。

【０２０１】すなわち、水蒸気を選択的に透過する半透
過性膜４１を介して既反応ガスと未反応ガスを接触させ
る全熱交換器３５，３６を設けていることにより、既反
応ガスに含まれる反応生成水を利用して反応ガスを加湿
できるため、新たに加湿水を供給するシステムが不要と
なる。これにより、電池スタックの構造をより一層簡略
化し、低コスト化できると共に、冷却水が不要となるた
め、メンテナンスが不要となり、寒冷地における凍結の
心配がない信頼性の高い電池スタックを得ることができ
る。

【０２０２】上述したように、本実施の形態の電池スタ
ックを備えた固体高分子電解質型燃料電池では、前記第
１の実施の形態の場合と同様の効果が得られるのに加え
て、反応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要とし
て、システムの信頼性、およびメンテナンス性の向上を
図ることが可能となる。

【０２０３】（第１０の実施の形態）本実施の形態の基
本的な構成は前記第９の実施の形態と同様であり、前記
第９の実施の形態におけるセパレータ３０に、熱伝導率
がよくかつ低コストな材料である、銅系の金属、または
アルミニウム系の金属を用いる構成としている。さら
に、その表面には、腐食によって不動態膜が形成される
のを防止するために、耐食性かつ導電性を有するコーテ
ィングを施している。もちろん、自己加湿部セパレータ
５０は集電部の外にあるために、導電性のコーティング
ではなく、高分子材料やテフロン系の非導電性のもので
あっても構わない。

【０２０４】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ３０に耐食性かつ導電性を有するコー
ティングを施した銅系またはアルミニウム系の金属板を
用いていることにより、これらの金属板は熱伝導率が良
いため、効率よく熱を移動させることができ、セパレー
タ３０をより一層薄い材料で構成することができる。こ
れにより、電池スタックをより一層コンパクト化するこ
とができる。

【０２０５】すなわち、熱伝導率が大きいセパレータ３
０を用いると、セパレータ３０内の熱抵抗が小さくなる
ため、セパレータ３０を通って外気への熱伝達がより一
層効率よく行なえるため、より一層金属性のセパレータ
３０をより薄くすることができ、電池スタックをコンパ
クト化することができる。そして、コーティングを施す
ことによって、長時間の使用においても電圧の低下のな
い、信頼性の高い電池スタックを得ることができる。

【０２０６】（第１１の実施の形態）図１５は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部４３のセパレータ５０の構成例を模
式的に示す平面図、図１６は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部４
２のセパレータ３０の構成例を模式的に示す平面図、図
１７は本実施の形態による固体高分子電解質型燃料電池
の電池スタックの要部構成例を模式的に示す縦断面図で
あり、図１２乃至図１４と同一要素には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。

【０２０７】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図１５乃至図１７に示すように、
前記図１２乃至図１４における全熱交換手段を、未反応
の酸化剤ガスと既反応の酸化剤ガスを半透過性の膜４１
を介して接触させる構成としている。

【０２０８】ここでは、燃料ガス側の全熱交換器がない
構成としている。

【０２０９】これは、酸化剤ガスと燃料ガスの流量比率
は、圧倒的に酸化剤ガスの方が大きく、また生成水はカ
ソード電極である酸化剤ガス側に排出されるために、酸
化剤ガスだけを全熱交換することによって、ほぼ目的と
する性能が得られることになるからである。

【０２１０】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、全熱交換手段として、未反応酸化剤ガスと既反応
酸化剤ガスとの全熱交換手段を設けていることにより、
十分に反応ガスを加湿することができる。

【０２１１】すなわち、酸化剤ガス入口側マニホールド
孔４６ａから流入した未反応酸化剤ガスは、既反応ガス
と全熱交換された後に酸化剤ガス出口側マニホールド孔
４６ｂへ排出され、電池部４２のマニホールド孔４６ｂ
へ流入する。電池部４２においてマニホールド孔４６ｂ
へ排出された既反応ガスは、自己加湿部４３においてマ
ニホールド孔４６ｃから流入し、未反応ガスと全熱交換
後にマニホールド孔４６ｄへと排出される。

【０２１２】一方、燃料ガスは、自己加湿部４３におい
ては全熱交換されずに、未反応燃料ガスは自己加湿部４
３の燃料ガス入口側マニホールド孔４５ａから流入し、
直接電池部４２の入口側マニホールド孔４５ａへ導か
れ、反応後に電池部４２および自己加湿部４３の出口側
マニホールド孔４５ｂへ排出される。

【０２１３】このように、自己加湿部４３の燃料ガス全
熱交換部が不要となり、また自己加湿部４３の加湿部セ
パレータ５０のマニホールド孔が少なくなるため、より
一層スタックをコンパクト化することができる。

【０２１４】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分に反応ガス
を加湿することができる。これにより、より一層コンパ
クトな電池スタックを得ることができる。

【０２１５】（第１２の実施の形態）図１８は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部４３のセパレータ５０の構成例を模
式的に示す平面図、図１９は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部４
２のセパレータ３０の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図１２乃至図１４と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【０２１６】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図１８および図１９に示すよう
に、前記図１２乃至図１４における全熱交換手段を、未
反応ガスと既反応ガスが互いに対向して流れるように、
未反応ガスの入口部および出口部が既反応ガスの入口部
および出口部と互いに相対向するように配置する構成と
している。

【０２１７】ここでは、自己加湿部４３の全熱交換部に
ついて、未反応ガスの流れと既反応ガスの流れがお互い
対向するようにしている。

【０２１８】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、全熱交換部は、未反応ガスと既反応ガスを互いに
対向して流すように、それぞれのガスの入口部および出
口部を相対向する位置に設けていることにより、対向型
の熱交換あるいは湿度交換方式として、同一の全熱交換
効率にて電池スタックのより一層のコンパクト化を図る
ことができる。

【０２１９】すなわち、酸化剤ガス入口側マニホールド
孔４６ａから流入した未反応酸化剤ガスは、溝１０を図
示左から右へ流れて、既反応ガスと全熱交換された後
に、酸化剤ガス出口側マニホールド孔４６ｂへ排出さ
れ、電池部４２のマニホールド孔４６ｂへ流入する。電
池部４２においては、マニホールド孔４６ｂへ排出され
た既反応ガスは、自己加湿部４３においてマニホールド
孔４６ｃから流入し、溝１０を図示右から左へと流れ
て、未反応ガスと全熱交換後にマニホールド孔４６ｄへ
と排出される。

【０２２０】一方、燃料ガスも同様に、燃料ガス入口側
マニホールド孔４５ａから流入した未反応燃料ガスは、
溝１０を図示右から左へ流れて、既反応ガスと全熱交換
された後、マニホールド孔４５ｂへ排出され、電池部４
２のマニホールド孔４５ｂへ流入する。電池部４２にお
いては、マニホールド孔４５ｃへ排出された既反応ガス
は、自己加湿部４３においてマニホールド孔４５ｃから
流入し、溝１０を図示左から右へと流れて、未反応ガス
と全熱交換後にマニホールド孔４６ｄへと排出される。

【０２２１】このように、自己加湿部４３の未反応ガス
と既反応ガスの流れをお互い対向させることによって、
熱交換効率、湿度交換効率をより向上させ、電池スタッ
クの大きさをより一層コンパクトにすることができる。

【０２２２】なお、本実施の形態においても、もちろん
燃料ガス側の全熱交換部を省略することも可能であり、
さらなるコンパクト化が図れることは言うまでもない。

【０２２３】（第１３の実施の形態）本実施の形態の基
本的な構成は前記第９の実施の形態と同様であり、前記
第９の実施の形態における全熱交換手段を、単電池の積
層方向と同一方向に積層された複数の全熱交換器から構
成している。

【０２２４】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、全熱交換手段は、複数の全熱交換器を、単電池の
セパレータと同一方向に積層した構成としていることに
より、電池部４２の電池スタックと一体化し、スペース
を有効利用することによって、電池スタック全体をより
一層コンパクト化することができる。

【０２２５】すなわち、電池スタックの一部に全熱交換
器を設ける際に、様々な配置が考えられるが、本実施の
形態では、電池部４２の単電池３１の積層方向と同一方
向に全熱交換器３５，３６を積層配置していることによ
り、電池部４２との一体化が可能となり、スペースを有
効に利用できることから、より一層コンパクトな電池ス
タックを得ることができる。

【０２２６】（第１４の実施の形態）図２０は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の電池部４２のセパレータ３０の構成例を模式的に示す
平面図であり、図１２乃至図１４と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０２２７】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図２０に示すように、前記図１２
乃至図１４における単電池外部に突出したセパレータ３
０の表面部分に、電気絶縁性を有するコーティング５１
を施す構成としている。

【０２２８】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ３０の突出部分に、電気絶縁性を有す
るコーティング５１を施していることにより、各セパレ
ータ３０は短絡を防止するためにお互い接触しないよう
に配置されているが、予期せぬ外的な力が加わってセパ
レータ３０が変形して接触という事態になっても、電気
絶縁性を有するコーティング５１によって、短絡を防止
することができ、また素手で触れても感電するという危
険がなくなる。

【０２２９】すなわち、外部に突出したセパレータ３０
は、外的要因によって変形し易く、変形した場合には隣
接するセパレータ３０がお互い接触して、短絡事故につ
ながる恐れがある。従って、単電池外部に突出したセパ
レータ３０の表面に電気絶縁性を有するコーティング５
１を施すことによって、たとえセパレータ３０同志が接
触しても、短絡事故を防止することができ、もってより
一層信頼性の高い電池スタックを得ることができる。

【０２３０】なお、上記コーティング５１は、片面に施
しただけでも効果があるが、もちろん両面に施すように
してもよい。

【０２３１】（第１５の実施の形態）図２１は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クの要部構成例を模式的に示す縦断面図であり、図１２
乃至図１４と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２３２】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図２１に示すように、前記図１２
乃至図１４における電池部４２の外部に張り出されたセ
パレータ３０の突出部分の間に形成された各空間の一部
に、電気絶縁性を有するスペーサ５２を配置する構成と
している。

【０２３３】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ３０の突出部分の間に形成された空間
に、電気絶縁性を有するスペーサ５２を配置しているこ
とにより、セパレータ３０が外部要因によって変形して
も、セパレータ３０同士が接触することを防止でき、短
絡事故を回避することができる。従って、より一層信頼
性の高い電池スタックを得ることができる。

【０２３４】なお、上記スペーサ５２は、本実施の形態
に限定されるものではなく、セパレータの表面に絶縁性
の突起を設けたものでも、同様の効果が期待できること
は言うまでもない。

【０２３５】（第１６の実施の形態）図２２は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クの要部構成例を模式的に示す縦断面図であり、図１２
乃至図１４と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２３６】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図２２に示すように、前記図１２
乃至図１４におけるセパレータ３０の突出部分の先端に
接するように、電気絶縁性を有する支持体５３を配置す
る構成としている。

【０２３７】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、電池部４２の外部に突出したセパレータ３０の先
端部に、セパレータ３０を支持固定する電気絶縁性を有
する支持体５２を設けていることにより、セパレータ３
０が外部要因によって変形しても、セパレータ３０同士
が接触することを防止でき、短絡事故を回避することが
できる。従って、より一層信頼性の高いスタックを得る
ことができる。

【０２３８】なお、上記支持体５２は、本実施の形態に
限定されるものではなく、セパレータ３０の先端部に独
立して複数の絶縁部材を取り付けても同様の効果が期待
できることは言うまでもない。

【０２３９】（第１７の実施の形態）図２３は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部４３のセパレータ５０の構成例を模
式的に示す平面図、図２４は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部４
２のセパレータ３０の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図１２乃至図１４と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【０２４０】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図２３および図２４に示すよう
に、前記図１２乃至図１４における固体高分子電解質膜
を介して隣接するアノード電極に流れる燃料ガスとカソ
ード電極に流れる酸化剤ガスが互いに対向して流れるよ
うに、それぞれのガスの入口部および出口部を互いに相
対するように、電池部４２および自己加湿部４３のマニ
ホールド孔を設ける構成としている。

【０２４１】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、アノード電極に流れる燃料ガスとカソード電極を
流れる酸化剤ガスが互いに対向して流れるように、それ
ぞれの入口部および出口部を互いに相対向して配置して
いることにより、反応ガスの加湿を効果的に行なうこと
ができる。

【０２４２】固体高分子電解質膜は、水の透過性がある
ことが知られているが、この性質を利用して、電池部４
２において酸化剤ガスと燃料ガスとの部分的な湿度交換
と熱交換をさせることができる。

【０２４３】すなわち、酸化剤入口側マニホールド孔４
６ａから流入した未反応酸化剤ガスは、溝１０を図示左
から右へ流れて、既反応ガスと全熱交換された後に、酸
化剤ガス出口側マニホールド孔４６ｂへ排出され、電池
部４２のマニホールド孔４６ｂへ流入する。

【０２４４】一方、燃料ガスも同様に、燃料ガス入口側
マニホールド孔４５ａから流入した未反応燃料ガスは、
溝１０を図示右から左へ流れて、既反応ガスと全熱交換
された後、マニホールド孔４５ｂへ排出され、電池部４
２のマニホールド孔４５ｂへ流入する。電池部４２にお
いては、マニホールド孔４６ｂに流入した酸化剤ガス
は、溝１０を図示上から下へのリターンフローとして流
れ、反応後にマニホールド孔４６ｃへ排出される。ま
た、これに固体高分子電解質膜を介して隣接する燃料ガ
スについては、マニホールド孔４５ｂから流入し、溝１
０を図示下から上へのリターンフローとして流れ、反応
後にマニホールド孔４５ｃへ排出される。

【０２４５】このように、電池部４２においては、酸化
剤ガスと燃料ガスは互いに相対向するように流れること
になる。そして、電池部４２から排出されたそれぞれの
ガスは、自己加湿部４３で全熱交換されて、電池スタッ
クから排出される。これにより、電池部４２のセパレー
タ３０上部においては、未反応の酸化剤ガスと既反応の
燃料ガスとが隣接し、また電池部４２のセパレータ３０
下部においては、未反応の燃料ガスと既反応の酸化剤ガ
スとが隣接することとなり、これら流体間で全熱交換が
効率的に行なわれることになる。

【０２４６】この結果、自己加湿部４３の全熱交換部の
役割を一部補完することができ、同全熱交換部の容積を
小さくすることができ、もってより一層コンパクトなス
タックを得ることができる。

【０２４７】（第１８の実施の形態）図２５は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図、図１６は本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部４２のセパレータ３０の構成例を模式
的に示す平面図であり、図１２乃至図１４と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【０２４８】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図２５および図２６に示すよう
に、前記図１２乃至図１４におけるセパレータ３０は、
酸化剤ガスの入口側にその突出部を設ける構成としてい
る。

【０２４９】ここでは、電池部４２の外部に突出したセ
パレータ３０は、スタックの下部のみであり、上部には
セパレータ３０は張り出していない。

【０２５０】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ３０の突出部分を酸化剤ガスの入口側
に設けていることにより、安定した信頼性の高いスタッ
クを得ることができる。

【０２５１】すなわち、スタック下部には、図２６に示
すように、酸化剤ガスの入口部が隣接しており、酸化剤
ガスが図示下から上へ向かって流れるようになってい
る。電池内部では、反応が進むにつれてカソード電極側
に水が生成されるが、周囲の雰囲気が水蒸気飽和状態と
なっている場合には生成水は凝縮し、これがカソード電
極に滞留して、反応面にガスが到達し難くなる現象、つ
まりフラッディングと称される現象が生じることが知ら
れている。このフラッディングは、反応ガスの反応面へ
の拡散性を阻害し、電池性能の悪化を引き起こす原因と
なる。

【０２５２】この点、本実施の形態においては、酸化剤
ガスの入口側をセパレータ３０の放熱フィンで冷却する
ことにより、入口部から出口部にかけて温度が上昇する
ように温度勾配をつけることができる。当然、酸化剤ガ
スの温度も入口から出口にかけて徐々に上昇することに
なり、この温度上昇につれて、水蒸気分圧が上昇し、酸
化剤ガスへの水蒸気の吸収量がより多くなる。

【０２５３】これにより、反応が進むにしたがって生成
された水も、酸化剤ガス中に吸収できるようになるた
め、生成水の凝縮を防止でき、フラッディングといった
問題を回避することができる。従って、より一層信頼性
の高い電池スタックを得ることができる。

【０２５４】（第１９の実施の形態）図２７は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部４３のセパレータ５０の構成例を模
式的に示す平面図、図２８は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部４
２のセパレータ３０の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図１２乃至図１４と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【０２５５】すなわち、基本的な構成は前記第９の実施
の形態と同様であり、図２７および図２８に示すよう
に、前記図１２乃至図１４における電池スタックを、単
電池が垂直方向となるように設置し、燃料ガス入口部を
上部に、出口部を下部に配置する構成としている。

【０２５６】ここでは、電池部４２において、アノード
電極側の水の排出をスムーズにするように、垂直方向に
設置された単電池内部の燃料ガスの流れが図示上から下
へ流れるように構成している。

【０２５７】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、積層された単電池が垂直方向となるように設置さ
れ、かつ燃料ガスの入口部が上部に、出口部が下部に配
置されていることにより、安定した信頼性の高い電池ス
タックを得ることができる。

【０２５８】すなわち、燃料ガスは、電池部４２のセパ
レータ３０下部の燃料ガス入口側マニホールド孔４５ｂ
から流入し、溝１０を図示上から下へとリターンフロー
を繰り返しながら流れて反応し、出口側マニホールド孔
４５ｃへと排出される。燃料ガスは、酸化剤ガスに比べ
て流量が少なく、かつ反応によってさらに流量が少なく
なるため、アノード電極側に浸透してきた水が凝縮した
場合、特に負荷変動時のような非定常状態においてよく
見られるが、勢い良く水を押し流すことができない。従
って、下から上へと流した場合には、電池内部に水が滞
留し、各単電池への均等な配流や、安定した燃料ガスの
供給が阻害され、電池の性能に悪影響を及ぼす可能性が
ある。

【０２５９】この点、本実施の形態においては、図２８
に示すように、燃料ガスを図示上から下へと流すことに
より、水の排出をスムーズにすることによって、電池内
部での水の滞留を防ぎ、安定した良好な性能を得ること
ができる。従って、より一層信頼性の高い電池スタック
を得ることができる。

【０２６０】すなわち、発電時、運転条件によっては、
燃料ガス側に透過してきた生成水が凝縮する可能性があ
るが、出口側において反応による燃料ガスの消費でガス
流量が減少しても、上部から下部へ流れるために、凝縮
水を滞留させずに電池の外部へ排出することができる。
従って、燃料ガス側におけるフラッディングを防止で
き、安定した信頼性の高い電池スタックを得ることがで
きる。

【０２６１】（第２０の実施の形態）図２９は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。

【０２６２】図２９において、スタックは、電池部４２
と自己加湿部４３とから構成され、エンドプレート３３
および締め付けロッド３４によって、電池スタック全体
を締め付ける構成としている。

【０２６３】電池部４２は、金属製の薄板からなるセパ
レータ３０を挟んで、単電池３１および冷却ジャケット
６３を複数個積層してなっている。

【０２６４】また、電池部４２の両端には、集電板３２
を設置し、図示しない外部負荷へと接続している。

【０２６５】一方、自己加湿部４３は、燃料ガス用の未
反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器３５と、酸化剤ガ
ス用の未反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器３６とか
ら構成され、各全熱交換器３５，３５は未反応ガスが流
れる未反応ガス流路３９と既反応ガスが流れる既反応ガ
ス流路４０が、水蒸気を選択的に透過する半透過性膜４
１を介して接している。

【０２６６】また、図示左側のエンドプレート３３に
は、燃料ガス入口３７ａ、および燃料ガス出口３７ｂ、
酸化剤ガス入口３８ａ、および酸化剤ガス出口３８ｂを
それぞれ設けている。

【０２６７】さらに、図示右側のエンドプレート３３に
は、冷却媒体入口６０、冷却媒体出口６１をそれぞれ設
けている。

【０２６８】図３０は、上記電池部４２のセパレータ３
０の構成例を模式的に示す平面図である。

【０２６９】図３０において、セパレータ３０の周辺部
には、酸化剤ガス入口側マニホールド孔４６ｂ、酸化剤
ガス出口側マニホールド孔４６ｃ、燃料ガス入口側マニ
ホールド孔４５ｂ、燃料ガス出口側マニホールド孔４５
ｃ、締め付けロッドが通る締め付けロッド用穴４７をそ
れぞれ設けている。

【０２７０】また、冷却媒体用の入口側マニホールド孔
６２ａ、出口側マニホールド孔６２ｂが開けられてお
り、冷却媒体入口側マニホールド孔６２ａより流入した
冷却媒体は、溝１０を通って冷却媒体出口側マニホール
ド孔６２ｂへと排出されるようになっている。

【０２７１】さらに、冷却媒体は集電板３２で仕切ら
れ、自己加湿部４３には入り込まない構成としている。

【０２７２】なお、本実施の形態では、冷却媒体として
水を用いずに、凝固点が０℃以下の電気的に非導電性を
有する液体を用いる場合のシステム構成例について示し
ている。

【０２７３】図３１は、上記自己加湿部４３のセパレー
タ５０の構成例を模式的に示す平面図である。

【０２７４】図３１において、既反応ガスは、本自己加
湿部４３で加湿された水分と生成水とが含まれており、
動作温度に近い温度の通常飽和状態となっている。そし
て、この既反応ガスと未反応ガスが半透過性膜４１を介
して接することにより、湿度交換と熱交換とを同時に行
なうようになっている。未反応ガスは、ここで固体高分
子電解質膜に必要な量だけ加湿されて、電池スタックへ
と供給される。

【０２７５】また、未反応ガスと既反応ガスの全熱交換
を行なうために、両者のマニホールド孔が新たに必要で
ある。

【０２７６】４５ａは未反応ガスのうち燃料ガス用の入
口側マニホールド孔を示しており、全熱交換された後に
燃料ガス用の出口側マニホールド孔４５ｂへ排出され、
電池部４２へ供給される。また、４５ｃは既反応ガスの
燃料ガス用の入口側マニホールド孔を示し、電池部４２
から排出されてきた既反応ガスが入口側マニホールド孔
４５ｃより流入し、未反応ガスと全熱交換された後に燃
料ガス用の出口側マニホールド孔４５ｄから排出され
る。

【０２７７】一方、酸化剤ガス側についても全く同様で
あり、４６ａは酸化剤ガスの入口側マニホールド孔を、
４６ｄは酸化剤ガスの出口側マニホールド孔をそれぞれ
示している。

【０２７８】なお、各マニホールド孔４５ｂ，４５ｃ，
４６ｂ，４６ｃは、それぞれ電池部４２のセパレータ３
０のマニホールド孔と連通している。

【０２７９】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ３０を金属製の薄板で構成し、電池スタ
ックの内部に凝固点が０℃以下でかつ電気的に非導電性
を有する冷却媒体の流路を設けると共に、電池スタック
の一部に既反応ガスに含まれる生成水を未反応ガスの加
湿に利用できるように全熱交換器３５，３６を設けてい
ることにより、冷却媒体がセパレータ３０を透過して反
応部へ浸透する恐れがなくなるため、純水以外の冷却媒
体を使用することができる。

【０２８０】すなわち、電池スタックは、その用途によ
っては、周辺環境が０℃以下の低温下でも良好に動作す
る必要がある。この場合、冷却媒体として水を用いた場
合には、電池が動作していない時に電池内部の水が凍結
し、特に冷却水マニホールド内やセパレータの溝（流
路）のように水が密閉されたような状態にある箇所にお
いて、凍結時の水の膨張によって電池スタックが破壊さ
れる恐れがある。

【０２８１】この点、、本実施の形態では、セパレータ
３０に金属製の薄板を用いていることにより、水以外の
冷却媒体を用いても、カーボンの多孔質体のように反応
部へ冷却媒体が不純物としてしみ出すことはなく、電池
の動作に悪影響を及ぼすことはない。また、凝固点が０
℃以下の水以外の液体を冷却媒体として用いていること
により、寒冷地における使用条件下においても凍結とい
う問題を回避することができる。

【０２８２】この場合、自己加湿部４３には水分が存在
するが、電池の動作中は水蒸気の形で存在し、動作終了
後に温度が下がって凝縮してもその量は僅かであり、流
路やマニホールドを埋めるようなことにはならないた
め、凍結しても大きな問題とはならない。

【０２８３】ここで用いる冷却媒体としては、例えばエ
チレングリコール水溶液が、最も一般的である。もちろ
ん、代替フロンのような潜熱を利用したシステムも用い
ることができる。さらに、ヒートポンプの熱源としても
用いることができ、この場合には廃熱を暖房用として用
いたり、また廃熱温度より高温の給湯水を作り出すこと
もできる。

【０２８４】また、タックは、自己加湿部４３を有して
いることにより、反応で生じた生成水を反応ガスの加湿
に利用するために、これまでのように冷却水を加湿源と
する必要がなく、また新たな加湿源を加える必要もない
ため、システムを単純化できると共に、低コストかつコ
ンパクト化することができる。

【０２８５】上述したように、本実施の形態の電池スタ
ックを備えた固体高分子電解質型燃料電池では、セパレ
ータ３０を金属で構成しているので、冷却媒体がセパレ
ータ３０を透過して反応部へ浸透する恐れがなくなるた
め、純水以外の冷却媒体の使用が可能となる。従って、
冷却媒体を自由に選択できるため、冷却媒体の凝固点が
０℃以下のものを用いると、寒冷地における凍結という
問題が防止でき、信頼性の高い電池スタックを得ること
ができる。

【０２８６】また、反応で生じた生成水を反応ガスの加
湿に利用しているので、新たな加湿源となる水が必要な
くなるため、システムを単純化でき、低コストでコンパ
クトな電池スタックを得ることができる。

【０２８７】（第２１の実施の形態）本実施の形態の基
本的な構成は前記第２０の実施の形態と同様であり、前
記第２０の実施の形態におけるセパレータ３０の表面
に、腐食によって不動態膜が形成されるのを防止するた
めに、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施す構
成としている。

【０２８８】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第９の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、金属製のセパレータ３０の表面に、導電性でしか
も耐食性を有するコティング施していることにより、セ
パレータ３０表面における絶縁性の酸化物の形成を防止
できるため、接触抵抗の増大を防ぐことができ、長時間
に渡って安定した性能を得ることができる。

【０２８９】従って、セパレータ３０にとってはかなり
過酷な状態である電池内部においても、耐食性のコーテ
ィングによって、長時間に渡ってより安定した性能を得
ると共に、より一層低コストのセパレータ３０を得るこ
とができる。

【０２９０】（第２２の実施の形態）図３２は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図、図３３は本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部４２のセパレータ３０の構成例を模式
的に示す平面図、図３４は本実施の形態による固体高分
子電解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部
４３のセパレータ５０の構成例を模式的に示す平面図で
あり、図２９乃至図３１と同一要素には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。

【０２９１】すなわち、基本的な構成は前記第２０の実
施の形態と同様であり、図３２乃至図３４に示すよう
に、図２９乃至図３１における全熱交換手段を、未反応
の酸化剤ガスと既反応の酸化剤ガスを半透過性の膜４１
を介して接触させる構成としている。

【０２９２】ここでは、燃料ガス側の全熱交換器がない
構成としている。

【０２９３】これは、酸化剤ガスと燃料ガスの流量比率
は、圧倒的に酸化剤ガスの方が大きく、また生成水はカ
ソード電極である酸化剤ガス側に排出されるために、酸
化剤ガスだけを全熱交換することによって、ほぼ目的と
する性能が得られることになるからである。

【０２９４】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第２０の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、全熱交換手段として、未反応酸化剤ガスと既反
応酸化剤ガスとの全熱交換手段を設けていることによ
り、十分な反応ガスの加湿を行なうことができる。

【０２９５】すなわち、酸化剤ガス入口側マニホールド
孔４６ａから流入した未反応酸化剤ガスは、既反応ガス
と全熱交換された後に酸化剤ガス出口側マニホールド孔
４６ｂへ排出され、電池部４２のマニホールド孔４６ｂ
へ流入する。電池部４２においてマニホールド孔４６ｂ
へ排出された既反応ガスは、自己加湿部４３においてマ
ニホールド孔４６ｃから流入し、未反応ガスと全熱交換
後にマニホールド孔４６ｄへと排出される。

【０２９６】一方、燃料ガスは、自己加湿部４３におい
ては全熱交換されずに、未反応燃料ガスは自己加湿部４
３の燃料ガス入口側マニホールド孔４５ａから流入し、
直接電池部４２の入口側マニホールド孔４５ａへ導か
れ、反応後に電池部４２および自己加湿部４３の出口側
マニホールド孔４５ｂへ排出される。

【０２９７】このように、自己加湿部４３の燃料ガス全
熱交換部が不要となり、また自己加湿部４３の加湿部セ
パレータ５０のマニホールド孔が少なくなるため、より
一層電池スタックをコンパクト化することができる。

【０２９８】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分に反応ガス
を加湿することができる。これにより、より一層コンパ
クトな電池スタックを得ることができる。

【０２９９】また、電池部４２においても、自己加湿部
４３のコンパクト化に応じて、冷却媒体用の入口側マニ
ホールド孔６２ａおよび出口側マニホールド孔６２ｂ
を、セパレータ３０の下部に配置していることにより、
セパレータ３０の大きさをより一層小さくすることがで
き、電池スタックのより一層のコンパクト化を図ること
ができる。

【０３００】（第２３の実施の形態）図３５は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図、図３６は本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部４２のセパレータ３０の構成例を模式
的に示す平面図であり、図２９乃至図３１と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【０３０１】すなわち、基本的な構成は前記第２０の実
施の形態と同様であり、図３５および図３６に示すよう
に、図２９乃至図３１における冷却媒体の入口マニホー
ルド孔６２ａおよび出口マニホールド孔６２ｂの内部
に、セパレータ３０の一部を突出させる（セパレータ突
出部６４）構成としている。

【０３０２】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第２０の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、冷却媒体のマニホールド孔６２ａ，６２ｂ内に
セパレータ３０の一部を突出させていることにより、セ
パレータ３０と冷却媒体との伝熱面積を増加させて、冷
却効率を上げることができる。これにより、積層された
単電池３１間に挿入していた冷却媒体流路を省略するこ
とができ、電池スタックを大幅にコンパクト化すること
ができる。

【０３０３】すなわち、セパレータ突出部６４がない場
合には、セパレータ３０から冷却媒体への伝熱面積がマ
ニホールドの周囲長さとセパレータ３０の肉厚部分とを
掛け合わせただけであるのに対して、セパレータ突出部
６４の面積が加算されることになり、伝熱面積を大幅に
拡大することができる。これにより、セパレータ３０か
ら冷却媒体への伝熱量を多くすることができ、熱伝導率
が高い金属製のセパレータ３０−を用いることにより、
図３６に示すように、積層された単電池３１の間に冷却
媒体の流路を設けなくても、スタックの冷却を十分に行
なうことができる。従って、電池スタックを大幅にコン
パクト化することができる。

【０３０４】なお、上記セパレータ突出部６４は、図３
６に示すような形状のものに限られるわけではなく、突
起状のものやメッシュ状のものであっても構わない。

【０３０５】（第２４の実施の形態）本実施の形態の基
本的な構成は前記第２０乃至第２３の実施の形態と同様
であり、前記冷却媒体の流路に、電気絶縁性を有するコ
ーティングを施す構成としている。

【０３０６】ここでは、前記図３３の実施の形態におけ
る冷却媒体入口側マニホールド孔６２ａおよび出口側マ
ニホールド孔６２ｂ内の冷却媒体に接触する箇所に、電
気絶縁性を有するコーティングを施す構成としている。

【０３０７】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第２０乃至第２３の実施の形態と同様の作用を
奏するのに加えて、冷却媒体入口側マニホールド孔６２
ａおよび出口側マニホールド孔６２ｂ内の冷却媒体に接
触する箇所に、電気絶縁性を有するコーティングを施し
ていることにより、より一層信頼性の高い電池スタック
を得ることができる。

【０３０８】すなわち、冷却媒体の種類によっては、電
気絶縁性の悪い冷却媒体やまた導電性の冷却媒体も存在
し、このような冷却媒体を用いると電池が短絡し、冷却
媒体として用いることができない。また、電気絶縁性を
有する冷却媒体を用いた場合でも、冷却媒体の中にイオ
ン等の不純物が混入して、絶縁性が悪化し、短絡という
事故につながる恐れもある。

【０３０９】この点、本実施の形態では、冷却媒体が接
する箇所に電気絶縁性を有するコーティングを施してい
ることにより、どのような冷却媒体に対しても、短絡と
いう事故を防止することができ、より一層信頼性の高い
電池スタックを得ることができる。

【０３１０】（第２５の実施の形態）図３７は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部カソード電極側のセパレータの構成例
を模式的に示す平面図である。

【０３１１】図３７において、展延性を有する金属製の
薄板からなるセパレータ７０には、締め付け用ロッドが
通る締め付けロッド用穴７１、燃料ガス入口側マニホー
ルド孔７２ａ、および燃料ガス出口側マニホールド孔７
２ｂを設けてあり、燃料ガスはカソード電極側ではシー
ルされている。

【０３１２】ここで、セパレータ７０の肉厚としては、
通常０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。そして、この
程度の肉厚でも、金属製の板を用いることにより、強度
的に十分強い、しかもガスシール性が良いセパレータを
得ることができる。

【０３１３】また、セパレータ７０には、酸化剤ガス入
口側マニホールド孔７３ａ、および酸化剤ガス出口側マ
ニホールド孔７３ｂを設けており、酸化剤ガスは、酸化
剤ガス入口側マニホールド孔７３ａから流出し、セパレ
ータ７０の中央部に設けられた酸化剤ガス用サーペンタ
イン状の流路（溝）７４を通って反応面に供給され、既
反応ガスとして、酸化剤ガス出口側マニホールド孔７３
ｂへ排出されるようになっている。

【０３１４】なお、セパレータ７０は、酸化剤ガス用サ
ーペンタイン流路７４が設けられた中央部から大きく張
り出し、空冷用のフィンとしても利用されるようになっ
ている。

【０３１５】図３８は、本実施の形態による固体高分子
電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部アノー
ド電極側のセパレータの構成例を模式的に示す平面図で
あり、図３７で示した面の裏面に相当するアノード電極
面の平面図を示している。なお、図３７と同一要素には
同一符号を付して示している。

【０３１６】図３８において、燃料ガスは、セパレータ
７０に設けられた燃料ガス入口側マニホールド孔７２ａ
から流入し、セパレータ７０の中央部に設けられた燃料
ガス用サーペンタイン状の流路（溝）７５を通って反応
面に供給され、既反応ガスとして、燃料ガス出口側マニ
ホールド孔７２ｂへ排出されるようになっている。

【０３１７】図３９は、本実施の形態による固体高分子
電解質型燃料電池の電池スタックの要部構成例を模式的
に示す縦断面図である。

【０３１８】図３９において、固体高分子電解質膜７６
とこの固体高分子電解質膜７６を挟んで配置されたアノ
ード電極７７およびカソード電極７８とから、反応ガス
である燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応によ
り電気的出力を発生する単電池を構成し、さらにこの単
電池を上記セパレータ７０を介して複数個積層して電池
スタックを構成している。

【０３１９】また、セパレータ７０の両面には、プレス
加工により成形された燃料ガス用サーペンタイン流路
（溝）７９、酸化剤ガス用サーペンタイン流路（溝）８
０を設けており、さらにこれらの溝が形成されたセパレ
ータ７０中央部分の周囲には、シート状のシール部材８
１を配置している。

【０３２０】なお、燃料ガス用サーペンタイン流路
（溝）７９、酸化剤ガス用サーペンタイン流路（溝）８
０の山の高さは、基材の厚みよりも高くなっているが、
これは展延性を有する基材を用いてプレス加工によって
谷を形成した際に、谷に相当する部分に存在した基材が
押し込まれて、サイドに盛り上がったことにより高くな
ったものであり、結果的にこの部分も溝の一部として利
用することができる。

【０３２１】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ７０に展延性を有する金属製の薄板を用
い、そのほぼ中央部分に薄板の厚みよりも浅い複数の燃
料ガス用サーペンタイン流路（溝）７９、酸化剤ガス用
サーペンタイン流路（溝）８０を設けると共に、その周
辺部にシート状のシール部材８１を配置していることに
より、薄いセパレータ７０に十分な強度を持たせ、また
反応ガスがセパレータ７０を透過することを防止するこ
とができ、さらに生成水を効率よく電池外部に排出する
ことができる。

【０３２２】また、溝の深さは薄板の厚みよりも浅いた
めに、プレス加工によっても、両面に形成された溝同志
がお互い干渉しないように、すなわち溝を形成する面と
は反対側の面には変形を生じないように、サーペンタイ
ン状の溝を形成することができる。

【０３２３】さらに、プレスによる溝の形成に伴なって
押し退けられた部分は、溝の両側が均等に盛り上がるよ
うに変形するため、結果的にこの部分も溝の一部として
利用することができる。これにより、大量生産に向く、
低コストでかつシンプルな構成、しかもコンパクトな電
池スタックを得ることが可能となる。

【０３２４】なお、本実施の形態の構成は前述のものに
限定されるものではなく、カソード電極側とアノード電
極側のセパレータを分割し、片面のみにプレス加工によ
ってサーペンタイン状の流路（溝）を形成し、これらを
組み合わせたものを使用するようにしても、同様の作用
効果が得られることは言うまでもない。

【０３２５】また、空冷の他に、冷却水による冷却、水
以外の冷却媒体による冷却ももちろん可能である。

【０３２６】（第２６の実施の形態）本実施の形態の基
本的な構成は前記第２５の実施の形態と同様であり、前
記第２５の実施の形態におけるセパレータ７０を構成す
る展延性を有する金属製の薄板として、熱伝導率がよく
かつ低コストな材料である、銅系の金属板、またはアル
ミニウム系の金属板を用いる構成としている。

【０３２７】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第２５の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、展延性を有する金属製の薄板に、銅系またはア
ルミニウム系の金属板を用いていることにより、これら
の金属板は特に展延性があり、プレス加工を容易に行な
うことができる。

【０３２８】また、熱伝導性が良好であるため、電池ス
タックの冷却をより一層効率的に行なうことができる。

【０３２９】さらに、これらの金属は金額的に安いた
め、低コストな電池スタックを得ることができる。

【０３３０】これにより、金属製のセパレータ７０をよ
り一層薄くすることができ、電池スタックのコンパクト
化が可能になると共に、長時間の使用においても電圧の
低下のない、信頼性の高い電池スタックを得ることがで
きる。

【０３３１】（第２７の実施の形態）本実施の形態の基
本的な構成は前記第２５の実施の形態と同様であり、前
記第２５の実施の形態におけるセパレータ７０を構成す
る展延性を有する金属製の薄板の表面に、耐食性かつ導
電性を有するコーティングを施す構成としている。

【０３３２】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第２５の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、展延性を有する金属製の薄板に、耐食性かつ導
電性を有するコーティングを施していることにより、金
属の酸化皮膜である不動態の形成を阻止でき、長時間に
渡ってより安定した出力を得ると共に、低コストのセパ
レータを得ることができる。

【０３３３】これにより、金属製のセパレータ７０をよ
り一層薄くすることができ、電池スタックを備えたスタ
ックのコンパクト化が可能になると共に、長時間の使用
においても電圧の低下のない、信頼性の高い電池スタッ
クを得ることができる。

【０３３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子電解質型燃料電池によれば、コンパクトで軽量かつ量
産性のある低コストな電池スタックを得ることが可能と
なる。

【０３３５】また、金属製のセパレータは、薄くても十
分な強度を保持し、またシール性が良いため、反応ガス
がセパレータを透過することを防止でき、信頼性の高い
電池スタックを得ることが可能となる。

【０３３６】さらに、金属製の薄板からなるセパレータ
の表面に、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施
して、金属表面の酸化による不動態膜の成長を防止で
き、長時間に渡り安定した性能を維持できる電池スタッ
クを得ることが可能となる。

【０３３７】また、熱伝導率の高い金属製のセパレータ
を放熱フィンと兼用して、空冷化を可能とすると共に、
未反応ガスと既反応ガスとの全熱交換手段を電池スタッ
クの一部に配置して、シンプル、コンパクトかつメンテ
ナンスが容易な電池スタックを得ることが可能となる。

【０３３８】さらに、シール性の高い金属製のセパレー
タの性質を利用して、水以外の凝固点が０℃以下の液体
を冷却媒体として利用することができるため、０℃以下
の環境条件においても、良好な動作特性を示す信頼性の
高い電池スタックを得ることが可能となる。

【０３３９】以上により、電池スタックの基本構成要素
であるセパレータを薄くし、かつ強度、流体の不透過性
に優れた材料で構成して、コンパクト化、軽量化、シス
テムの簡略化、ならびに低コスト化を図ることができ、
また反応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要とし
て、システムの信頼性、およびメンテナンス性の向上を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の電
池スタックの第１の実施の形態を示す縦断面図。

【図２】同第１の実施の形態の固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例を示す
平面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す平面図。

【図４】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の電
池スタックの第３の実施の形態を示す縦断面図。

【図５】本発明の第４の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す平面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す縦断面図。

【図７】本発明の第５の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータ近傍の構
成例を示す縦断面。

【図８】本発明の第６の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す拡大断面図。

【図９】本発明の第７の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるカソード電極側のシ
ート状シール部材の構成例を示す平面図。

【図１０】本発明の第７の実施の形態の固体高分子電解
質型燃料電池の電池スタックにおける電池構成部の一例
を示す縦断面図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態の固体高分子電解
質型燃料電池の電池スタックにおけるカソード電極側の
シート状シール部材の構成例を示す平面図。

【図１２】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第９の実施の形態を示す縦断面図。

【図１３】同第９の実施の形態の固体高分子電解質型燃
料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセパレータ
の構成例を示す平面図。

【図１４】同第９の実施の形態の固体高分子電解質型燃
料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの構
成例を示す平面図。

【図１５】本発明の第１１の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。

【図１６】同第１１の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図１７】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第１１の実施の形態を示す縦断面図。

【図１８】本発明の第１２の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。

【図１９】同第１２の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図２０】本発明の第１４の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレ
ータの構成例を示す平面図。

【図２１】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第１５の実施の形態を示す縦断面図。

【図２２】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第１６の実施の形態を示す縦断面図。

【図２３】本発明の第１７の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。

【図２４】同第１７の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図２５】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第１８の実施の形態を示す縦断面図。

【図２６】同第１８の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図２７】本発明の第１９の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。

【図２８】同第１９の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図２９】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第２０の実施の形態を示す縦断面図。

【図３０】同第２０の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図３１】同第２０の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセパレー
タの構成例を示す平面図。

【図３２】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第２２の実施の形態を示す縦断面図。

【図３３】同第２２の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図３４】同第２２の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセパレー
タの構成例を示す平面図。

【図３５】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第２３の実施の形態を示す縦断面図。

【図３６】同第２３の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。

【図３７】本発明の第２５の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部カソード
サイドのセパレータの構成例を示す平面図。

【図３８】同第２５の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部アノードサイド
のセパレータの構成例を示す平面図。

【図３９】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第２５の実施の形態を示す縦断面図。

【図４０】従来の固体高分子電解質型燃料電池の電池ス
タックの基本的構成（単電池構成）の一例を示す概要
図。

【図４１】カーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックの構成例を示す概要図。

【図４２】カーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックの単電池の構成例を示す概要図。

【図４３】カーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックのセパレータの構成例を示す平面
図。

【符号の説明】

１…セパレータ、２ａ，２ｂ，２ｃ…シール部材、３…アノード電極、４…カソード電極、５…スペーサ、６…冷却水流路、７…燃料ガス流路、８…酸化剤ガス流路、９…固体高分子電解質膜、１０…波形状の溝、１１ａ，１１ｂ…酸化剤ガス入口側，出口側マニホール
ド孔、１２ａ，１２ｂ…燃料ガス入口側，出口側マニホールド
孔、１３ａ，１３ｂ…冷却水入口側，出口側マニホールド
孔、１５…締め付けロッド用穴、１６…ビード部、１７…コーティング、１８…コーティング、１９…シール部材、２０ａ，２０ｂ…切り欠き部、２１…反応ガスヘッダー部、２２…突起部、３０…セパレータ、３１…単電池、３２…集電板、３３…エンドプレート、３４…締め付けロッド、３５…燃料ガス用全熱交換器、３６…酸化剤ガス用全熱交換器、３７ａ，３７ｂ…燃料ガス入口，出口、３８ａ，３８ｂ…酸化剤ガス入口，出口、３９…未反応ガス流路、４０…既反応ガス流路、４１…水蒸気半透過性膜、４２…電池部、４３…自己加湿部、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ…電池部４２、自己加
湿部４３の燃料ガス入口側，出口側マニホールド孔、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ…電池部４２、自己加
湿部４３の酸化剤ガス入口側，出口側マニホールド孔、４７…締め付けロッド用穴、５０…セパレータ、５１…コーティング、５２…スペーサ、５３…支持体、６０…冷却媒体入口、６１…冷却媒体出口、６２ａ，６２ｂ…冷却媒体入口側マニホールド孔，出口
側マニホールド孔、６３…冷却ジャケット、６４…セパレータ突出部、７０…セパレータ、７１…締め付けロッド用穴、７２ａ，７２ｂ…燃料ガス用入口側，出口側マニホール
ド孔、７３ａ，７３ｂ…酸化剤ガス用入口側，出口側マニホー
ルド孔、７４…酸化剤ガス用サーペンタイン流路、７５…燃料ガス用サーペンタイン流路、７６…固体高分子電解質膜、７７…アノード電極、７８…カソード電極、７９…燃料ガス用サーペンタイン流路、８０…酸化剤ガス用サーペンタイン流路、８１…シール部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上野三司神奈川県川崎市川崎区浮島町二丁目１番地株式会社東芝浜川崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも固体高分子電解質膜と当該固
体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化
剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤
ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単電
池を、セパレータを介して複数個積層して構成される電
池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池におい
て、前記セパレータを金属製の薄板で構成し、前記セパレータのほぼ中央部分に、プレス加工による複
数の平行な波形状の溝を表裏に形成して、前記燃料極と
酸化剤極との間に前記反応ガスの流路を設け、前記セパレータのほぼ中央部分を囲むようにシート状の
シール部材を表裏に配置し、前記シール部材の接触部に、前記反応ガスと冷却媒体を
それぞれ供給および排出する複数のマニホールド孔を設
けたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】前記請求項１に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、前記冷却媒体のマニホールド孔の内部に、前記セパレー
タの一部を突出させたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
【請求項３】前記請求項１に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、前記冷却媒体用の流路を設けた複数のセパレータを、少
なくとも２つ以上の積層された単電池の間に挿入したこ
とを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項４】前記請求項１に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、前記マニホールド孔の周囲を囲むシール部材に接するよ
うに、ほぼ均一な高さの凸状のビード部を設けたことを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項５】前記請求項１に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、前記セパレータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコ
ーティングを施したことを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
【請求項６】前記請求項５に記載の固体高分子電解質
型燃料電池スタックにおいて、前記耐食性かつ導電性を有するコーティングは、前記燃
料極および酸化剤極に接する部分の近傍に施したことを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項７】前記請求項１に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、前記波形状の溝が形成された中央部分の周囲を囲むよう
に、少なくとも当該溝の高さよりも厚いシート状のシー
ル部材を配置し、前記マニホールド孔と前記中央部分と
の間を前記シール部材の一部を切欠いて、前記反応ガス
の供給通路および排出通路を設けたことを特徴とする固
体高分子電解質型燃料電池。
【請求項８】前記請求項１乃至請求項７のいずれか１
項に記載の固体高分子電解質型燃料電池において、前記シール部材と前記セパレータの波形状の領域との間
に形成される空間部に、前記シール部材の一部を利用し
て前記反応ガスの流れを制御する手段を設けたことを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項９】少なくとも固体高分子電解質膜と当該固
体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化
剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤
ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単電
池を、セパレータを介して複数個積層して構成される電
池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池におい
て、前記セパレータを金属製の薄板で構成し、前記セパレータの一部を電池外部に突出させ、電池スタックの一部に、水蒸気を選択的に透過する半透
過性の膜を介して未反応ガスと既反応ガスを接触させる
全熱交換手段を設けたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
【請求項１０】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記セパレータに、耐食性かつ導電性を有するコーティ
ングを施した銅系またはアルミニウム系の金属板を用い
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項１１】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記全熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸
化剤ガスを前記半透過性の膜を介して接触させることを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項１２】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記全熱交換手段は、未反応ガスと既反応ガスが互いに
対向して流れるように、未反応ガスの入口部および出口
部が既反応ガスの入口部および出口部と互いに相対向す
るように配置したことを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池。
【請求項１３】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記全熱交換手段は、前記単電池の積層方向と同一方向
に積層された複数の全熱交換器からなることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項１４】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記セパレータの突出部分に、電気絶縁性を有するコー
ティングを施したことを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池。
【請求項１５】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記セパレータの突出部分の間に形成された各空間の一
部に、電気絶縁性を有するスペーサを配置したことを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項１６】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記セパレータの突出部分の先端に接するように電気絶
縁性を有する支持体を配置したことを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。
【請求項１７】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記燃料極に流れる燃料ガスと前記酸化剤極に流れる酸
化剤ガスが互いに対向して流れるように、それぞれのガ
スの入口部および出口部を互いに相対するように配置し
たことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項１８】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記セパレータは、酸化剤ガスの入口側に突出部を設け
たことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項１９】前記請求項９に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、前記電池スタックは、前記単電池が垂直方向となるよう
に設置され、前記燃料ガス入口部が上部に、出口部が下
部に配置されていることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
【請求項２０】少なくとも固体高分子電解質膜と当該
固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸
化剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化
剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単
電池を、セパレータを介して複数個積層して構成される
電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、前記セパレータを金属製の薄板で構成し、前記セパレータの周辺部に、前記反応ガスと冷却媒体を
それぞれ供給および排出する複数のマニホールド孔を設
け、前記冷却媒体として、０℃以下の凝固点を有する冷却媒
体を用い、電池スタックの一部に、水蒸気を選択的に透過する半透
過性の膜を介して未反応ガスと既反応ガスを接触させる
全熱交換手段を設けたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
【請求項２１】前記請求項２０に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、前記セパレータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコ
ーティングを施したことを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
【請求項２２】前記請求項２０に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、前記全熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸
化剤ガスを前記半透過性の膜を介して接触させることを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項２３】前記請求項２０に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、前記冷却媒体のマニホールド孔の内部に、前記セパレー
タの一部を突出させたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
【請求項２４】前記請求項２０乃至請求項２３のいず
れか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池におい
て、前記冷却媒体の流路に、電気絶縁性を有するコーティン
グを施したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。
【請求項２５】少なくとも固体高分子電解質膜と当該
固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸
化剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化
剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単
電池を、セパレータを介して複数個積層して構成される
電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、前記セパレータを展延性を有する金属製の薄板で構成
し、前記セパレータのほぼ中央部分に、プレス加工によって
少なくとも片面に当該セパレータの厚みよりも浅い複数
のサーペンタイン状の溝を形成して、前記燃料極と酸化
剤極との間に前記反応ガスの流路を設け、前記セパレータのほぼ中央部分を囲むようにシート状の
シール部材を配置したことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
【請求項２６】前記請求項２５に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、前記展延性を有する金属製の薄板に、銅系またはアルミ
ニウム系の金属板を用いることを特徴とする固体高分子
電解質型燃料電池。
【請求項２７】前記請求項２５に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、前記展延性を有する金属製の薄板の表面に、耐食性かつ
導電性を有するコーティングを施したことを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池。