(57)【要約】【課題】流路入口領域や流路中央領域での乾燥を防ぐとともに、出口領域のフラッディングが起こりにくい燃料電池用セパレータを得る。【解決手段】この発明に係る燃料電池用セパレータは、流体甲が流れる溝状の甲用流路１と、表面に甲用流路１と並んで形成され流体乙が流れる溝状の乙用主流路２と、甲用流路１の一端部と接続された甲用入口マニホールド１１、及び甲用出口マニホールド１２と、乙用入口マニホールド１３、及び乙用出口マニホールド１４と、乙用入口貫通孔３ａを介して乙用入口マニホールド１３に接続された溝状の乙用入口副流路４ａと、乙用出口貫通孔３ｂを介して乙用出口マニホールド１４に接続された溝状の乙用出口副流路４ｂとを備えている。【選択図】図１
2006164606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の表面に複数回折り返されて形成され流体甲が流れる溝状の甲用流路と、
前記表面に前記甲用流路と並んで形成され流体乙が流れる溝状の乙用主流路と、
前記本体の周縁部に貫通して形成され前記甲用流路の一端部と接続された甲用入口マニホールド、及び前記甲用流路の他端部と接続された甲用出口マニホールドと、
前記本体の周縁部に貫通して形成された乙用入口マニホールド、及び乙用出口マニホールドと、
前記本体の周縁部で裏面に形成され、乙用入口貫通孔を介して前記乙用入口マニホールドに接続された溝状の乙用入口副流路と、
前記本体の周縁部で裏面に形成され、乙用出口貫通孔を介して前記乙用出口マニホールドに接続された溝状の乙用出口副流路と、
を備えた燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
さらに、前記本体の裏面に複数回折り返されて形成され流体丙が流れる溝状の丙用流路と、
前記裏面に前記丙用流路と並んで形成され流体丁が流れる溝状の丁用主流路と、
前記本体の周縁部に貫通して形成され前記丙用流路の一端部と接続された丙用入口マニホールド、及び前記丙用流路の他端部と接続された丙用出口マニホールドと、
前記本体の周縁部に貫通して形成された丁用入口マニホールド、及び丁用出口マニホールドと、
前記本体の周縁部で前記表面に形成され、丁用入口貫通孔を介して前記丁用入口マニホールドに接続された溝状の丁用入口副流路と、
前記本体の周縁部で表面に形成され、丁用出口貫通孔を介して前記丁用出口マニホールドに接続された溝状の丁用出口副流路と
を備えた請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記乙用入口貫通孔及び前記乙用出口貫通孔は、それぞれ複数形成されており、かつそれぞれの前記乙用入口貫通孔及び前記乙用出口貫通孔は、前記本体の側端面に対して平行で直線上に配設されており、
また、前記丁用入口貫通孔及び前記丁用出口貫通孔は、それぞれ複数形成されており、かつそれぞれの前記丁用入口貫通孔及び前記丁用出口貫通孔は、前記本体の側端面に対して平行で直線上に配設されている請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
空気極、固体高分子電解質膜及び燃料極からなる電極・膜接合体の両面が、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のセパレータで挟まれて構成されたセルが複数段に積層された燃料電池スタックであって、
前記流体甲及び前記流体乙は、酸化剤ガスであり、前記甲用入口マニホールドから流入した前記酸化剤ガスは、前記甲用流路を通って甲用出口マニホールドから排出された後、前記乙用入口マニホールド、前記乙用入口副流路、前記乙用入口貫通孔、前記乙用主流路、前記乙用出口貫通孔、前記乙用出口副流路を通って乙用出口マニホールドから排出される燃料電池スタック。
【請求項５】
空気極、固体高分子電解質膜及び燃料極からなる電極・膜接合体の両面が、請求項２または請求項３に記載のセパレータで挟まれて構成されたセルが複数段に積層された燃料電池スタックであって、
前記流体丙及び前記流体丁は、燃料ガスであり、前記丙用入口マニホールドから流入した前記燃料ガスは、前記丙用流路を通って丙用出口マニホールドから排出された後、前記丁用入口マニホールド、前記丁用入口副流路、前記丁用入口貫通孔、前記丁用主流路、前記丁用出口貫通孔、前記丁用出口副流路を通って丁用出口マニホールドから排出される燃料電池スタック。
【請求項６】
空気極、固体高分子電解質膜及び燃料極からなる電極・膜接合体の両面が、請求項１に記載のセパレータで挟まれて構成されたセルが複数段に積層された燃料電池スタックであって、
前記流体甲は、燃料ガスであり、前記流体乙は、冷却水である燃料電池スタック。
【請求項７】
空気極、固体高分子電解質膜及び燃料極からなる電極・膜接合体の両面が、請求項２記載のセパレータで挟まれて構成されたセルが複数段に積層された燃料電池スタックであって、
前記流体丙は、冷却水であり、前記流体丁は、燃料ガスである燃料電池スタック。
【請求項８】
前記燃料極の電極基材には、撥水処理が施されている請求項６または請求項７に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記燃料極の電極基材と前記セパレータとの間には、前記燃料ガスに面する領域に孔を有する電子伝導性薄膜が設けられ、前記燃料ガスは前記孔を通じて前記電極基材に供給される請求項６または請求項７に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気化学的な反応を利用して発電する燃料電池に用いられる固体高分子形の燃料電池用セパレータ、及びそのセパレータを用いて構成された燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池用セパレータとして、２枚のセパレータを用いて、空気流路、燃料流路及び冷却水流路の３つの流体の流路を形成し、この２枚のセパレータで、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極から構成された電極・膜接合体の両面を挟んでセルを構成し、このセルを複数段に積層して構成された燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、一方のセパレータには、燃料極と接触して燃料ガスが流れる燃料ガス用流路が形成され、他方のセパレータには、空気極と接触して空気が流れる空気用流路が形成されており、また冷却水が流れる冷却水用流路が電極・膜接合体と接触しないようになっている。
【０００３】
この燃料電池スタックが固体高分子形の燃料電池スタックの場合、例えば８０℃程度の温度で運転され、空気極では水素と酸素とが反応して生成される生成水が水蒸気としてではなく、水滴として排出されるので、空気入口マニホールドを上側に、空気出口マニホールドを下側にし、水滴を排出し易いようにセパレータを地平線に対して垂直に立てて構成されることが多い。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５７２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体高分子形の燃料電池スタックの場合、水を含んで初めてイオン伝導性を発揮するために、空気および燃料ガスは加湿して燃料電池スタックに供給されるが、生成水が発生するので、空気用流路出口領域では、水滴が溜まり易くなり、空気用流路出口領域の空気極が過剰に濡れてしまい、ガス拡散性が阻害されたり、空気用流路の一時的な閉塞を引き起こして空気流量を変動させ、セル電圧が不安定に変化してしまう等の不具合が生じていた。
このような不都合は、反応によって生成水が生じ、さらに燃料極から空気極へ固体高分子電解質膜を介して陽子が移動する際に１陽子あたり数個の水分子が搬送される空気流路側において顕著であるが、燃料ガス側においても飽和に近く加湿されていて流量が空気の数分の１と流速の遅い燃料流路側でも同じような不都合を抱えていた。
【０００６】
特に、空気や燃料ガスの加湿温度を低くして運転する低加湿運転においては、空気流路入口領域や空気流路中央領域での加湿の不足と、空気流路出口領域でのフラッディングが顕著で、電流密度が空気流路出口領域に集中し、出力電圧が高温で加湿した場合に比べて１００ｍＶ近く低下し、寿命劣化も数倍激しくなる等、出力特性や寿命特性に対して大きな問題を抱えていた。
また、空気や燃料ガスを高温で加湿するには、多くの熱量と水を消費することになるので、固体高分子形の燃料電池の主な用途として期待されている給湯と発電を兼ねた家庭用コジェネレーション電源や業務用電源や自動車用電源の実用化には大きな妨げとなっていた。
【０００７】
また、上記構成の燃料電池スタックでは、空気、燃料ガス及び冷却水の３つの流体を流すために、構成の異なる2種類のセパレータを揃える必要性があった。
【０００８】
このように、従来の燃料電池スタックでは、小さな水滴が徐々に成長して空気流路出口側や燃料流路出口側に溜まってフラッディングする不具合が起き易く、加湿が不十分なために加湿温度を高めて運転する必要があるといった運転への制約が大きいという問題点があった。
また、空気、燃料ガス、冷却水の３つの流体を流すためには２種類のセパレータを揃える必要があり、コストが高くなるという問題点もあった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、流路入口領域や流路中央領域での乾燥を防ぐとともに、出口領域のフラッディングが起こりにくい燃料電池用セパレータ及び燃料電池スタックを得ることを目的とするものである。
また、セパレータは１種類でよく、コスト低減化を図ることができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池スタックを得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る燃料電池用セパレータは、本体の表面に複数回折り返されて形成され流体甲が流れる溝状の甲用流路と、前記表面に前記甲用流路と並んで形成され流体乙が流れる溝状の乙用主流路と、前記本体の周縁部に貫通して形成され前記甲用流路の一端部と接続された甲用入口マニホールド、及び前記甲用流路の他端部と接続された甲用出口マニホールドと、前記本体の周縁部に貫通して形成された乙用入口マニホールド、及び乙用出口マニホールドと、前記本体の周縁部で裏面に形成され、乙用入口貫通孔を介して前記乙用入口マニホールドに接続された溝状の乙用入口副流路と、前記本体の周縁部で裏面に形成され、乙用出口貫通孔を介して前記乙用出口マニホールドに接続された溝状の乙用出口副流路とを備えている。
【００１１】
また、この発明に係る燃料電池スタックは、空気極、固体高分子電解質膜及び燃料極からなる電極・膜接合体の両面が、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のセパレータで挟まれて構成されたセルが複数段に積層された燃料電池スタックであって、前記流体甲及び前記流体乙は、酸化剤ガスであり、前記甲用入口マニホールドから流入した前記酸化剤ガスは、前記甲用流路を通って甲用出口マニホールドから排出された後、前記乙用入口マニホールド、前記乙用入口副流路、前記乙用入口貫通孔、前記乙用主流路、前記乙用出口貫通孔、前記乙用出口副流路を通って乙用出口マニホールドから排出される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明による燃料電池用セパレータによれば、隣接した流路に個別に２種類の流体を流すことができ、これにより１つの面で２つの流体を電極・膜接合体の有効面積部に均一に供給することが可能になる。
【００１３】
また、この発明の燃料電池スタックによれば、流体甲および流体乙を酸化剤ガスとし、流体甲の排ガスを流体乙の入口ガスとしたので、入口側に、出口側で生成した水分を供給して乾燥を防ぐことができるとともに、流体の流速を２倍に上げてことができ、フラッディングの発生を防止することができる。
【００１４】
さらに、この発明の燃料電池スタックによれば、流体甲を燃料ガス、流体乙を冷却水としたので、燃料ガスと冷却水を隣接した流路に流すことができ、燃料ガス、空気、冷却水の３つの流体の流路で２枚必要であったセパレータの枚数を１枚に減らすことができ、コストが大幅に削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による固体高分子形の燃料電池用セパレータの表側の平面図、図２は、図１のセパレータの裏側の平面図であり、４隅のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの符号は表裏の対応を示している。
セパレータの本体の表側では、流体甲が流れる甲用流路１及び流体乙が流れる乙用主流路２が交互に隣接し、かつそれぞれが複数回折り返されて形成されている。
セパレータの本体の裏側では、流体丙が流れる丙用流路９及び流体丁が流れる丁用主流路１０が交互に隣接し、かつそれぞれが複数回折り返されて形成されている。
本体の長手方向の一方の片側には、流体甲を甲用流路１に供給する甲用入口マニホールド１１が形成されており、この甲用入口マニホールド１１の対角線上には、甲用流路１からの流体甲が排出される出口マニホールド１２が形成されている。甲用入口マニホールド１１の近傍には、流体乙を乙用主流路２に供給する乙用入口マニホールド１３が形成されている。この乙用入口マニホールド１３の対角線上には、乙用主流路２からの流体乙が排出される乙用出口マニホールド１４が形成されている。
【００１６】
また、セパレータの他方の片側には、甲用入口マニホールド１１と対向して流体丙を丙用流路９に供給する丙用入口マニホールド１５が形成されており、この丙用入口マニホールド１５の対角線上には、丙用流路９からの流体丙が排出される丙用出口マニホールド１６が形成されている。丙用入口マニホールド１５の近傍には、丁用主流路１０に流体丁を供給する丁用入口マニホールド１７が形成されており、この丁用入口マニホールド１７の対角線上には、丁用主流路１０からの流体丁が排出される丁用出口マニホールド１８が形成されている。
【００１７】
また、セパレータの本体の表側の面には、丁用入口マニホールド１７と連通した丁用入口副流路６ａが形成されている。この丁用入口副流路６ａの対角線上には丁用出口マニホールド１８と連通した丁用出口副流路６ｂが形成されている。
丁用入口副流路６ａの先端部には、セパレータの本体を貫通しセパレータの裏側の丁用主流路１０と丁用入口副流路６ａとを連通した丁用入口貫通孔５ａが形成されている。丁用出口副流路６ｂの先端部には、セパレータの本体を貫通しセパレータの裏側の丁用主流路１０と丁用出口副流路６ｂとを連通した丁用出口貫通孔５ｂが形成されている。
【００１８】
また、セパレータの本体の裏側の面には、乙用入口マニホールド１３と連通した乙用入口副流路４ａが形成されている。この乙用入口副流路４ａの対角線上には、乙用出口マニホールド１４と連通した乙用出口副流路４ｂが形成されている。
乙用入口副流路４ａの先端部には、セパレータの本体を貫通しセパレータの表側の乙用主流路２と乙用入口副流路４ａとを連通した乙用入口貫通孔３ａが形成されている。乙用出口副流路４ｂの先端部には、セパレータの本体を貫通しセパレータの表側の乙用主流路２と乙用出口副流路４ｂとを連通した乙用出口貫通孔３ｂが形成されている。
なお、符号８はセパレータ間に挟持される電極・膜接合体の電極領域を示している。
【００１９】
上記構成の燃料電池用セパレータでは、流体甲は、甲用入口マニホールド１１から、甲用流路１に供給され、途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、甲用出口マニホールド１２から排出される。
流体乙は、乙用入口マニホールド１３から、セパレータの裏側の乙用入口副流路４ａ、乙用入口貫通孔３ａを通って表側の乙用主流路２に流入し、乙用主流路２で途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、乙用出口貫通孔３ｂ、本体裏側の乙用出口副流路４ｂを通って乙用出口マニホールド１４に排出される。
流体丙は、丙用入口マニホールド１５から、丙用流路９に供給され、途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、丙用出口マニホールド１６から排出される。
流体丁は、丁用入口マニホールド１７から、本体表側の丁用入口副流路６ａ、丁用入口貫通孔５ａを通って本体裏側の丁用主流路１０に流入し、丁用主流路１０で途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、丁用出口貫通孔５ｂ、本体表側の丁用出口副流路６ｂを通って丁用出口マニホールド１８に排出される。
【００２０】
上記実施の形態１のセパレータによれば、甲、乙、丙、丁の４種類の流体が混合することなく電極領域８に対して隅々まで供給される。
また、セパレータの表側では、甲用流体及び乙用流体が平行で、途中複数回折り返されており、甲用入口マニホールド１１と乙用入口マニホールド１３とは接近して設けられており、また甲用出口マニホールド１２と乙用出口マニホールド１４とは接近して設けられているが、本体裏側に乙用入口副流路４ａ、乙用出口副流路４ｂ、これらの副流路４ａ，４ｂと連通する乙用入口貫通孔３ａ、乙用出口貫通孔３ｂを形成することで、甲用流体と乙用流体とが交叉して交わるようなことは防止される。
【００２１】
また、本体裏側では、丙用流体及び丁用流体が平行で、途中複数回折り返されており、丙用入口マニホールド１５と丁用入口マニホールド１７とは接近して設けられており、また丙用出口マニホールド１６と丁用出口マニホールド１８とは接近して設けられているが、本体表側に丁用入口副流路６ａ、丁用出口副流路６ｂ、これらの副流路６ａ，６ｂと連通する丁用入口貫通孔５ａ、丁用出口貫通孔５ｂを形成することで、丙用流体と丁用流体とが交叉して交わるようなことは防止される。
【００２２】
また、セパレータのＡ−Ｂの辺を重力に対して上向きに立てて使用した場合に、乙用入口マニホールド１３及び丁用入口マニホールド１７は、最上部に位置し、乙用出口マニホールド１４及び丁用出口マニホールド１８は、最下部に位置するので、マニホールド１３，１７内には水が蓄積することなく、全て主流路２，１０を通じて乙用出口マニホールド１４及び丁用出口マニホールド１８に排出される。
即ち、この実施の形態１のセパレータでは、特に、流体乙及び流体丁において、水分を多量に含んでいても、全て主流路２，１０に流れ、また主流路２，１０の内部に残らないように外部に排出することができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３〜図６は、この発明の実施の形態２による２枚セットで組み合わせて使用される固体高分子形燃料電池用セパレータの平面図であり、４隅のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの符号は表裏の対応を示している。
この実施の形態では、第１のセパレータ及び第２のセパレータの長手方向の一方の片側の中間部には、流体戊である冷却水用の戊用入口マニホールド１９が形成されている。第１のセパレータ及び第２のセパレータの他方の片側の中間部には、戊用入口マニホールド１９と対向して戊用出口マニホールド２０が形成されている。
図３に示す第１のセパレータの表面には、流体甲が流れる甲用流路１及び流体乙が流れる乙用主流路２が平行に、かつそれぞれが複数回折り返されて形成されている。
図４に示す第１のセパレータの裏面には、乙用入口副流路４ａ及び乙用出口副流路４ｂが対角線上に位置して形成されている。
【００２４】
図５に示す第２のセパレータの表面には、戊用入口マニホールド１９と戊用出口マニホールド２０との間を接続した戊用流路７が形成されている。この戊用流路７は、途中９０度に複数回折曲されている。
また、第２のセパレータの表面には、丁用入口副流路６ａ及び丁用出口副流路６ｂが対角線上に位置して形成されている。
図６に示す第２のセパレータの裏面には、流体丙が流れる丙用流路９及び流体丁が流れる丁用主流路１０が平行に、かつそれぞれが複数回折り返されて形成されている。
【００２５】
上記構成の燃料電池用セパレータでは、流体甲は、甲用入口マニホールド１１から、第１のセパレータの甲用流路１に供給され、途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、甲用出口マニホールド１２から排出される。
流体乙は、乙用入口マニホールド１３から、第１のセパレータの裏側の乙用入口副流路４ａ、乙用入口貫通孔３ａを通って第１のセパレータの表側の乙用主流路２に流入し、乙用主流路２で途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、乙用出口貫通孔３ｂ、第１のセパレータの裏側の乙用出口副流路４ｂを通って乙用出口マニホールド１４に排出される。
流体丙は、丙用入口マニホールド１５から、第２のセパレータの裏側の丙用流路９に供給され、途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、丙用出口マニホールド１６から排出される。
流体丁は、丁用入口マニホールド１７から、第２のセパレータの表側の丁用入口副流路６ａ、丁用入口貫通孔５ａを通って第２のセパレータの裏側の丁用主流路１０に流入し、丁用主流路１０で途中複数回折り返され、電極領域８の隅々を通過した後、丁用出口貫通孔５ｂ、第２のセパレータの表側の丁用出口副流路６ｂを通って丁用出口マニホールド１８に排出される。
流体戊は、図５に示す戊用入口マニホールド１９から、戊用流路７に供給され、戊用出口マニホールド２０から排出される。この流体戊は電極とは接せず、戊用通路７は冷却水用通路として機能する。
【００２６】
この実施の形態では、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、さらに流体戊（冷却水）を電極と接触することなくセパレータに流すことができる。
【００２７】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による固体高分子形の燃料電池用セパレータの表側の平面図、図８は、図７のセパレータの裏側の平面図であり、４隅のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの符号は表裏の対応を示している。
この実施の形態３によるセパレータでは、乙用入口貫通孔３ａ、乙用出口貫通孔３ｂ、丁用入口貫通孔５ａ及び丁用出口貫通孔５ｂのそれぞれがセパレータの側面端面に対して平行に一列に並んで形成されている。
他の構成は実施の形態１のセパレータの構成と同じである。
【００２８】
この実施の形態によるセパレータでは、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、甲用マニホールド１１，１２、乙用マニホールド１３，１４、丙用マニホールド１５，１６側の長手方向のセパレータの外形寸法を短くすることができ、セパレータの外形に比べて電極領域８の比率を十分に大きく確保することができ、セパレータの低コスト化を図ることができる。
【００２９】
実施の形態４．
図９及び図１０は、図１及び図２に示された実施の形態１のセパレータを用いて構成したセルを５０段積層して構成された燃料電池スタックの斜視模式図である。
この実施の形態では、流体甲として酸化剤ガスである空気、流体乙として甲用出口マニホールド１２から排出された流体甲の空気、流体丙として冷却水、流体丁として燃料ガスである場合を示している。
流体甲である空気は、矢印３３から甲用入口マニホールド１１に入り、分配されて各セルのセパレータの甲用流路１を通過した後、甲用出口マニホールド１２に集合される。
図９に示すように甲用出口マニホールド１２と乙用入口マニホールド１３との間は連絡マニホールド２１で接続されており、流体乙は、乙用入口マニホールド１３から再び分配されて実施の形態１の各セパレータの乙用主流路２を通過した後、乙用出口マニホールド１４に集合され、矢印３４に従って外部へ排出される。即ち、空気は、２回単セルに供給されることになる。
【００３０】
これによって、一度単セルを通って生成した生成水によって暖かくて水分を多量に含んだ空気が再度、単セルの空気入口付近に供給されるので、単セルの空気入口付近での膜の乾燥が大幅に緩和される。
また、空気が２度単セルを通過するので、空気の通過距離が２倍となり、その結果線流速が２倍になり、それだけ甲用流路１、乙用主流路２での水滴を吹き飛ばし易くなり、同一面に一続きの流路を形成したセパレータと比較して、複雑な蛇行を繰り返す必要がなく、甲用流路１、乙用主流路２それぞれの折り返し回数を少なくてすみ、工作コストを下げることができる。
【００３１】
流体丙は冷却水であって、冷却水は、図１０の矢印３７から丙用入口マニホールド１５に入り、分配されて各々の実施の形態１のセパレータの丙用流路９を通過した後、丙用出口マニホールド１６に集合されて、矢印３８に示すように外部に排出される。
流体丁は燃料ガスであって、燃料ガスは、図１０の矢印３５から丁用入口マニホールド１７に入り、分配されて各々の実施の形態１のセパレータの丁用主流路１０を通過した後、丁用出口マニホールド１８に集合されて、矢印３６に示すように外部に排出される。
【００３２】
図１１は、実施の形態４における燃料電池スタックにおいて、一対のセパレータが電極・膜接合体を挟持したときの様子を示す断面模式図である。簡単のため、流路１，９、主流路２，１０の本数を極端に少なくして示している。
電極・膜接合体は、燃料極２６、固体高分子電解質膜２７及び空気極２８で構成されており、この電極・膜接合体は、第１のセパレータ２４及び第２のセパレータ２５で挟まれている。
【００３３】
電極・膜接合体へは、第１のセパレータ２４の丁用主流路１０から燃料ガスが燃料極２６に供給される。なお、第１のセパレータ２４の丙用流路９を通る冷却水も燃料極２６に接触しているが、燃料極２６の電極基材には撥水処理が施されており、冷却水が燃料極２６の電極基材を通じて流れ出すことはない。
一方、空気は、第２のセパレータ２５の甲用流路１から電極・膜接合体へ供給された後、乙用主流路２から再度電極・膜接合体へ供給される。乙用主流路２では、生成水が空気極２８を通じて固体高分子電解質膜２７に供給される。
【００３４】
図１２は、実施の形態４の燃料電池スタックの他の例について示したもので、電子伝導性薄膜２９が燃料極２６の電極基材とセパレータ２４，２５との間に設けられ、電子伝導性薄膜２９の燃料ガスに面する部分には、図１３及び図１４に示すように、多数の孔３０が形成されており、燃料ガスは丁用主流路１０から電子伝導性薄膜２９の孔３０を介して燃料極２６の電極基材に供給される。
電子伝導性薄膜２９としては、膨張黒鉛を圧縮して厚さ０．１ｍｍ前後にまで薄膜化したフレキシブルな黒鉛シート（商品名ＧＲＡＦＯＩＬ  巴工業株式会社）にプレス加工によって孔３０を空けて用いるのが望ましいが、耐食性に優れた金属薄膜を用いてもよい。
従って、冷却水は、不透気性の電子伝導性薄膜２９に遮られて、燃料極２６の電極基材に浸透することはない。
【００３５】
燃料極２６の電極基材に撥水処理が施されている、図１１に示された燃料電池セルの場合には、冷却水として純水を用いる場合に適用できる。
エチレングルコールなどの入った不凍液を用いる冷却水の場合には、エチレングリコールが多少なりとも燃料極２６に浸透し、電極反応に悪影響を及ぼす恐れがあり望ましくないが、冷却水として純水を用いる場合には、冷却水の一部が蒸発して燃料極２６に供給されることで加湿効果と冷却効果が得られる。
一方、燃料極２６とセパレータ２４，２５との間に電子伝導性薄膜２９が施されている、図１２に示された燃料電池セルの場合には、冷却水中のエチレングリコールが電子伝導性薄膜２９により燃料極２６に浸透するのが防止されるので、冷却水として不凍液を用いる場合に特に効果が高い。
【００３６】
なお、燃料ガス中に含まれる水素の拡散性は、空気中に含まれる酸素に比べて数倍高く、しかも燃料ガス中の水素濃度も空気中の酸素濃度に比べて高い。従って、燃料極２６側については、この実施の形態に示すように、燃料ガス用主流路である丁用主流路１０と冷却水用主流路である丙用流路９とが一つおきに配列されていても、水素は固体高分子電解質膜２７に十分に供給される。
【００３７】
実施の形態５．
図１５及び図１６は、図３〜図５に示された実施の形態２のセパレータを用いて構成したセルを３０段積層して構成された燃料電池スタックの斜視模式図である。
この実施の形態では、流体甲として空気、流体乙として甲用出口マニホールド１２から排出された流体甲の空気、流体丙として燃料ガス、流体丁として丙用出口マニホールド１６から排出された流体丙の燃料ガス、流体戊として冷却水である場合を示している。
流体甲及び流体乙の空気の流れは、実施の形態４の燃料電池スタックと同じであり、その説明は省略する。
流体丙である燃料ガスは、図１６中の矢印３７から丙用入口マニホールド１５に入り、分配されて各々の実施の形態２のセパレータの丙用流路９から各々の単セルに供給された後、丙用出口マニホールド１６に集合される（図３〜図６参照）。
【００３８】
図１６に示すように、丙用出口マニホールド１６と丁用入口マニホールド１７との間は連絡マニホールド２２で接続されており、流体丁である燃料ガスは、丁用入口マニホールド１７から再び分配されて各々の実施の形態２のセパレータの丁用主流路１０から各々の単セルに供給された後、丁用出口マニホールド１８に集合され、矢印３６に示す方向に流れ、外部に排出される。
即ち、燃料ガスについても、空気と同様に、２回単セルに供給されることになり、燃料ガスが欠乏してセパレータの材料であるカーボンが腐蝕する事態を防止することができる。
【００３９】
実施の形態６．
図１７及び図１８は、図７及び図８に示された実施の形態３のセパレータを用いて構成したセルを５０段積層して構成された燃料電池スタックの斜視模式図である。
この実施の形態では、流体甲として燃料ガス、流体乙として冷却水、流体丙として空気、流体丁として丙用出口マニホールド１６から排出された流体丙を使用した場合を示している。
流体甲である燃料ガスは、矢印３５から甲用入口マニホールド１１に入り、分配されて各々の実施の形態３のセパレータの甲用流路１から各々の単セルに供給された後、甲用出口マニホールド１２に集合される。
流体乙である冷却水は、矢印３７から乙用入口マニホールド１３に入り、分配されて各々の実施の形態３のセパレータの乙用主流路２から各々の単セルに供給された後、乙用出口マニホールド１４に集合される。
【００４０】
流体丙である空気は、矢印３３から丙用入口マニホールド１５に入り、分配されて各セルのセパレータの丙用流路９を通過した後、丙用出口マニホールド１６に集合される。
図１８に示すように丙用出口マニホールド１６と丁用入口マニホールド１７との間は連絡マニホールド２３で接続されており、流体丙は、丁用入口マニホールド１７から再び分配されて実施の形態３の各セパレータ（図７及び図８参照）の丁用主流路１０を通過した後、丁用出口マニホールド１８に集合され、矢印３４に従って外部へ排出される。即ち、空気は、２回単セルに供給されることになる。
【００４１】
このように、流体丙及び流体丁である空気の流れは、実施の形態４に示したものと基本的には同じであり、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１による燃料電池用セパレータの表側の平面図である。
【図２】図１の燃料電池用セパレータの裏側の平面図である。
【図３】実施の形態２による一方の燃料電池用セパレータの表側の平面図である。
【図４】図３の燃料電池用セパレータの裏側の平面図である。
【図５】実施の形態２による他方の燃料電池用セパレータの表側の平面図である。
【図６】図５の燃料電池用セパレータの裏側の平面図である。
【図７】実施の形態３による燃料電池用セパレータの表側の平面図である。
【図８】図７の燃料電池用セパレータの裏側の平面図である。
【図９】実施の形態４による燃料電池スタックの斜視模式図である。
【図１０】実施の形態４による燃料電池スタックの斜視模式図である。
【図１１】実施の形態４による燃料電池スタックのセルの断面模式図である。
【図１２】実施の形態４による燃料電池スタックのセルの他の例を示す断面模式図である。
【図１３】図１２の電子伝導性薄膜を示す平面図である。
【図１４】電子伝導性薄膜の他の例を示す平面図である。
【図１５】実施の形態５による燃料電池スタックを示す斜視模式図である。
【図１６】実施の形態５による燃料電池スタックを示す斜視模式図である。
【図１７】実施の形態６による燃料電池スタックを示す斜視模式図である。
【図１８】実施の形態６による燃料電池スタックを示す斜視模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  甲用流路、２  乙用主流路、３ａ  乙用入口貫通孔、３ｂ  乙用出口貫通孔、４ａ  乙用入口副流路、４ｂ  乙用出口副流路、５ａ  丁用入口貫通孔、５ｂ  丁用出口貫通孔、６ａ  丁用入口副流路、６ｂ  丁用出口副流路、７  戊用流路、９  丙用流路、１０  丁用主流路、１１  甲用入口マニホールド、１２  甲用出口マニホールド、１３  乙用入口マニホールド、１４  乙用出口マニホールド、１５  丙用入口マニホールド、１６  丙用出口マニホールド、１７  丁用入口マニホールド、１８  丁用出口マニホールド、１９  戊用入口マニホールド、２０  戊用出口マニホールド、２６  燃料極、２７  固体高分子電解質膜、２８  空気極、２９  電子伝導性薄膜、３０  孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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