(57)【要約】【課題】酸素含有ガス及び水素含有ガスを、無加湿状態または低加湿状態で供給するものでありながらも、発生電力の安定化を図る固体高分子型の燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が積層され、酸素含有ガス及び水素含有ガスが、無加湿状態で、又は、酸素含有ガスまたは水素含有ガスを燃料電池セルＣの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態で、酸素供給流路Ｓ及び燃料供給流路Ｆに供給されるように構成され、酸素供給流路Ｓと燃料供給流路Ｆとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成され、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒの全体、及び、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとに亘る流路部分Ｆｒの全体が水平方向に沿う状態に形成されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルにおける酸素極側箇所に、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素供給流路を形成する酸素側セパレータを位置させ、かつ、前記燃料電池セルにおける燃料極側箇所に、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給流路を形成する燃料側セパレータを位置させた状態で、前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが積層され、
前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスを加湿しない無加湿状態、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスのいずれか一方を前記燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態、又は、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスを前記燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態で、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスが前記酸素供給流路及び前記燃料供給流路に供給されるように構成され、
前記酸素供給流路と前記燃料供給流路とが、前記燃料電池セルの積層方向視にて、前記酸素供給流路の入口部と前記燃料供給流路の出口部とを近づけて位置させ且つ前記酸素供給流路の出口部と前記燃料供給流路の入口部とを近づけて位置させて、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されている固体高分子型の燃料電池であって、
前記酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、前記燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態に形成されている固体高分子型の燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが、上下方向に沿って積層されることにより、前記酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、前記燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されている請求項１記載の固体高分子型の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが、水平方向に沿って積層され、
前記酸素供給流路の入口部と出口部とが、上下方向に沿って形成され、かつ、それらに亘る複数の流路部分が、上下方向に並ぶ状態で水平方向に沿って形成されることにより、前記酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成され、
前記燃料供給流路の入口部と出口部とが、上下方向に沿って形成され、かつ、それらに亘る複数の流路部分が、上下方向に並ぶ状態で水平方向に沿って形成されることにより、前記燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されている請求項１記載の固体高分子型の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルにおける酸素極側箇所に、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素供給流路を形成する酸素側セパレータを位置させ、かつ、前記燃料電池セルにおける燃料極側箇所に、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給流路を形成する燃料側セパレータを位置させた状態で、前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが積層され、
前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスを加湿しない無加湿状態、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスのいずれか一方を前記燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態、又は、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスを前記燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態で、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスが前記酸素供給流路及び前記燃料供給流路に供給されるように構成され、
前記酸素供給流路と前記燃料供給流路とが、前記燃料電池セルの積層方向視にて、前記酸素供給流路の入口部と前記燃料供給流路の出口部とを近づけて位置させ且つ前記酸素供給流路の出口部と前記燃料供給流路の入口部とを近づけて位置させて、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されている固体高分子型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる固体高分子型の燃料電池は、酸素含有ガス及び水素含有ガスを加湿しない無加湿状態、酸素含有ガス及び水素含有ガスのいずれか一方を燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態、又は、酸素含有ガス及び水素含有ガスを燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態で、酸素含有ガス及び水素含有ガスが酸素供給流路及び燃料供給流路に供給されるものであるため、酸素含有ガス及び水素含有ガスが、燃料電池セルの作動温度と同じ露点となる高加湿状態に加湿された状態で、酸素供給流路及び燃料供給流路に供給されるように構成する場合に較べて、加湿装置を省略できる、または、加湿装置を設けるにしても、簡素な加湿装置を設けるだけで良いため、全体の構成の簡素化を図ることができるものとなり、システムコストの低減を図ることができる。またシステムの簡素化によりセンサーや制御点数を少なくすることが可能となり、システムの信頼性向上も図ることが可能となる。
【０００３】
また、酸素供給流路と燃料供給流路とが、燃料電池セルの積層方向視にて、酸素供給流路の入口部と燃料供給流路の出口部とを近づけて位置させ且つ酸素供給流路の出口部と燃料供給流路の入口部とを近づけて位置させて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されているから、酸素供給流路の出口側部分と燃料供給流路の入口側部分とが、燃料電池セルの積層方向視にて、近づいた状態で位置するため、発電に伴って生成されて酸素供給流路に存在する水分を、燃料供給流路の入口側部分において適切に供給し易いため、固体高分子電解質膜の湿潤状態を的確に現出させて、発電を良好に行えるものである。
【０００４】
すなわち、かかる固体高分子型の燃料電池においては、発電に伴って燃料電池セルの酸素極にて水分が生成され、その水分が酸素含有ガスの流動に伴って酸素供給流路を流動しながら、水分濃度が低い燃料供給流路側に拡散することにより、固体高分子電解質膜を湿潤させることになる。
【０００５】
そして、発電に伴って生成される水分は、酸素含有ガスの流動に伴って、酸素供給流路の出口側部分に流動するため、酸素供給流路における水分量は、出口側ほど多い傾向となり、このように酸素供給流路の出口側部分に多量に存在する水分を、水分が少ない燃料供給流路の入口側部分に適切に拡散させることができるため、固体高分子電解質膜における燃料供給流路の入口側部分に対応する部分をも、的確に湿潤させるようにしながら、固体高分子電解質膜の湿潤状態を的確に現出させることができるのである。
【０００６】
かかる固体高分子型の燃料電池において、従来では、燃料電池セル、酸素側セパレータ、及び、燃料側セパレータが、水平方向に沿って積層され、そして、燃料供給流路が、上方の入口から下方の出口に向けて、上下方向に蛇行する状態に形成され、酸素供給流路が、下方の入口から上方の出口に向けて、上下方向に蛇行する状態に形成されていた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来では、酸素供給流路を流動する酸素含有ガスの流動状態が不安定になることに起因して、発生電力が安定し難い虞があり、改善が望まれるものであった。
すなわち、酸素供給流路には、上述の如く、発電に伴って発生する水分が出口側に向けて流動され、そして、その水分は、酸素供給流路の出口から排出されることになる。
【０００９】
しかしながら、従来では、酸素供給流路が、下方の入口から上方の出口に向けて、上下方向に蛇行する状態に形成されているから、酸素供給流路内の水分は、重力に抗して、酸素含有ガスの流動に伴って流動されることになるため、酸素供給流路内の水分を酸素含有ガスの流動に伴って出口側に流動させることを適切に行い難いものとなる。
このため、例えば、酸素供給流路内に水分の溜り部が生じて、酸素含有ガスの流動が妨げられることがある等に起因して、酸素供給流路を流動する酸素含有ガスの流動状態が不安定になり、発生電力が安定し難いものであった。
【００１０】
ちなみに、このような問題を解消すべく、酸素供給流路を、上方の入口から下方の出口に向けて、上下方向に蛇行する状態に形成し、燃料供給流路を、下方の入口から上方の出口に向けて、上下方向に蛇行する状態に形成することが考えられるが、この構成の場合には、酸素供給流路内に存在する水分を円滑に流動させることができるものの、燃料供給流路内に存在する水分を、重力に抗して、水素含有ガスの流動に伴って流動されることになるため、燃料供給流路内の水分を水素含有ガスの流動に伴って出口側に流動させることを適切に行い難いものとなる。
【００１１】
このため、例えば、燃料供給流路内に水分の溜り部が生じて、水素含有ガスの流動が妨げられることがある等に起因して、燃料供給流路を流動する水素含有ガスの流動状態が不安定になり、発生電力が安定し難いものとなる。
しかも、燃料供給流路を流動する水素含有ガスの流動状態が不安定になると、水素含有ガスの供給が不安定となることに起因して、固体高分子電解質膜を損傷する虞もある。
【００１２】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸素含有ガス及び水素含有ガスを、無加湿状態または低加湿状態で供給するものでありながらも、発生電力の安定化を図ることができる固体高分子型の燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の固体高分子型の燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルにおける酸素極側箇所に、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素供給流路を形成する酸素側セパレータを位置させ、かつ、前記燃料電池セルにおける燃料極側箇所に、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給流路を形成する燃料側セパレータを位置させた状態で、前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが積層され、
前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスを加湿しない無加湿状態、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスのいずれか一方を前記燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態、又は、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスを前記燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態で、前記酸素含有ガス及び前記水素含有ガスが前記酸素供給流路及び前記燃料供給流路に供給されるように構成され、
前記酸素供給流路と前記燃料供給流路とが、前記燃料電池セルの積層方向視にて、前記酸素供給流路の入口部と前記燃料供給流路の出口部とを近づけて位置させ且つ前記酸素供給流路の出口部と前記燃料供給流路の入口部とを近づけて位置させて、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されているものであって、その第１特徴構成は、
前記酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、前記燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態に形成されている点を特徴とする。
【００１４】
すなわち、酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態に形成されているから、酸素供給流路内の水分は、水平方向に沿って、酸素含有ガスの流動に伴って流動されることになるため、酸素供給流路内の水分を酸素含有ガスの流動に伴って出口側に流動させることを円滑に行うことができ、また、燃料供給流路内の水分は、水平方向に沿って、水素含有ガスの流動に伴って流動されることになるため、燃料供給流路内の水分を水素含有ガスの流動に伴って出口側に流動させることを円滑に行うことができる。
【００１５】
このように、酸素供給流路内の水分を酸素含有ガスの流動に伴って出口側に流動させることを円滑に行うことができ、また、燃料供給流路内の水分を水素含有ガスの流動に伴って出口側に流動させることを円滑に行うことができるため、酸素供給流路内に水分の溜り部が生じて、酸素含有ガスの流動が不安定になることや、燃料供給流路内に水分の溜り部が生じて、水素含有ガスの流動が不安定になることがなくなるため、発生電力が安定することになる。
【００１６】
要するに、本発明の第１特徴構成によれば、酸素含有ガス及び水素含有ガスを、無加湿状態または低加湿状態で供給し、且つ、対向流状態で流動させるものでありながらも、発生電力の安定化を図ることができる固体高分子型の燃料電池を提供するに至った。
【００１７】
本発明の固体高分子型の燃料電池の第２特徴構成は、
前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが、上下方向に沿って積層されることにより、前記酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、前記燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されている点を特徴とする。
【００１８】
すなわち、燃料電池セル、酸素側セパレータ、及び、燃料側セパレータが、上下方向に沿って積層されることにより、酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されているから、酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるようにしながらも、酸素供給流路や燃料供給流路を蛇行状にする等、酸素供給流路や燃料供給流路を種々の形態に形成できるものとなる。
【００１９】
要するに、本発明の第２特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体、及び、燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるようにしながらも、酸素供給流路や燃料供給流路を種々の形態に形成することができ固体高分子型の燃料電池を提供するに至った。
【００２０】
本発明の固体高分子型の燃料電池の第３特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記燃料電池セル、前記酸素側セパレータ、及び、前記燃料側セパレータが、水平方向に沿って積層され、
前記酸素供給流路の入口部と出口部とが、上下方向に沿って形成され、かつ、それらに亘る複数の流路部分が、上下方向に並ぶ状態で水平方向に沿って形成されることにより、前記酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成され、
前記燃料供給流路の入口部と出口部とが、上下方向に沿って形成され、かつ、それらに亘る複数の流路部分が、上下方向に並ぶ状態で水平方向に沿って形成されることにより、前記燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されている点を特徴とする。
【００２１】
すなわち、燃料電池セル、酸素側セパレータ、及び、燃料側セパレータを、水平方向に沿って積層しながら、酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体の全体を、水平方向に沿う状態となるように形成し、かつ、燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体を、水平方向に沿う状態となるようにすることができる。
【００２２】
このように、酸素供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体の全体、及び、燃料供給流路の入口部と出口部とに亘る流路部分の全体が、水平方向に沿う状態となるようにしながらも、燃料電池セル、酸素側セパレータ、及び、燃料側セパレータを、水平方向に沿って積層するものであるから、積層されて燃料電池セルの積層方向に長くなる燃料電池セル、酸素側セパレータ、及び、燃料側セパレータからなる積層体を、横倒れ姿勢で安定性良く設置できるものとなり、設置面において有利となる。
【００２３】
要するに、本発明の第３特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、設置面において有利となる固体高分子型の燃料電池を提供するに至った。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の燃料電池を示す正面図
【図２】第１実施形態の燃料電池の要部を示す分解斜視図
【図３】第１実施形態の燃料電池の要部を示す展開図
【図４】第１実施形態の燃料電池の要部を示す分解斜視図
【図５】第２実施形態の燃料電池を示す正面図
【図６】第２実施形態の燃料電池の要部を示す分解斜視図
【図７】第２実施形態の燃料電池の要部を示す展開図
【図８】第３実施形態の燃料電池を示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、固体高分子型の燃料電池は、固体高分子電解質膜１の一方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備えた燃料電池セルＣを備えている。
尚、図２にも示すように、燃料電池セルＣにおける固体高分子電解質膜１の一方の面には、酸素極２に加えて、ガスおよび水分の透過性を備えたカーボン製の集電板４が配置され、且つ、固体高分子電解質膜１の一方の面には、燃料極３加えて、ガスおよび水分の透過性を備えたカーボン製の集電板４が配置されている。
【００２６】
そして、燃料電池セルＣにおける酸素極側箇所に、酸素極２に酸素含有ガスを供給する酸素供給流路Ｓを形成する酸素側セパレータ５を位置させ、かつ、燃料電池燃料電池セルＣにおける燃料極側箇所に、燃料極３に水素含有ガスを供給する燃料供給流路Ｆを形成する燃料側セパレータ６を位置させた状態で、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が積層され、さらに、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６を積層した積層体の両端部夫々に、電力取り出し用の集電部７が設けられて、セルスタックＮＣが構成されている。
尚、一対の集電部７には、発電電力を消費する外部負荷Ｒが接続されることになる。
【００２７】
固体高分子電解質膜１は、例えば、フッ素樹脂系のイオン交換膜（ナフィオン等）にて構成され、酸素極２及び燃料極３は、白金等の電極触媒を担持したカーボンから成る多孔状の導電材から形成され、酸素側セパレータ５及び燃料側セパレータ６は、カーボン等から成る気密性の導電材にて形成されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、酸素側セパレータ５の酸素極２に対向する一方の面に、酸素供給流路Ｓを形成する酸素含有ガス通流溝５ｓが形成され、且つ、図４に示すように、酸素側セパレータ５の他方の面に、冷却水を通流させる冷却水通流溝５ｗが形成されている。
また、図３に示すように、燃料側セパレータ６の燃料極３に対向する一方の面に、燃料供給流路Ｆを形成する水素含有ガス通流溝６ｆが形成され、且つ、図４に示すように、燃料側セパレータ６の他方の面に、酸素側セパレータ５の冷却水通流溝５ｗと面対称となる冷却水通流溝６ｗが形成されている。
【００２９】
図２〜図４に示すように、固体高分子電解質膜１、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６の夫々には、それらを積層した状態において、その積層方向に連なる酸素供給通路Ａを形成する貫通孔１ａ、５ａ、６ａ、及び、その積層方向に連なる酸素排出通路Ｂを形成する貫通孔１ｂ、５ｂ、６ｂが形成されている。
酸素供給通路Ａは、酸素側セパレータ５の酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩに接続され、酸素排出通路Ｂは、酸素側セパレータ５の酸素供給流路Ｓの出口部ＳＯに接続されている。
【００３０】
したがって、酸素供給通路Ａを通流する酸素含有ガスが、複数の酸素側セパレータ５の夫々に形成した酸素供給流路Ｓに分岐流動し、各酸素供給流路Ｓを流動する酸素含有ガスが酸素排出通路Ｂに流動する形態で、酸素含有ガスが流動するように構成されている。
【００３１】
また、図２〜図４に示すように、固体高分子電解質膜１、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６の夫々には、それらを積層した状態において、その積層方向に連なる燃料供給通路Ｄを形成する貫通孔１ｄ、５ｄ、６ｄ、及び、その積層方向に連なる燃料排出通路Ｅを形成する貫通孔１ｅ、５ｅ、６ｅが形成されている。
燃料供給通路Ａは、燃料側セパレータ６の燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩに接続され、燃料排出通路Ｅは、燃料側セパレータ６の燃料供給流路Ｆの出口部ＦＯに接続されている。
【００３２】
したがって、燃料供給通路Ｄを通流する水素含有ガスが、複数の燃料側セパレータ６の夫々に形成した燃料供給流路Ｆに分岐流動し、各燃料供給流路Ｆを流動する水素含有ガスが燃料排出通路Ｅに流動する形態で、水素含有ガスが流動するように構成されている。
【００３３】
さらに、図２〜図４に示すように、固体高分子電解質膜１、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６の夫々には、それらを積層した状態において、その積層方向に連なる冷却水供給通路Ｇを形成する貫通孔１ｇ、５ｇ、６ｇ、及び、その積層方向に連なる冷却水排出通路Ｈを形成する貫通孔１ｈ、５ｈ、６ｈが形成されている。
冷却水供給通路Ｇは、酸素側セパレータ５及び燃料側セパレータ６の冷却水通流溝５ｗ、６ｗの入口部に接続され、冷却水排出通路Ｈは、酸素側セパレータ５及び燃料側セパレータ６の冷却水通流溝５ｗ、６ｗの出口部に接続されている。
【００３４】
したがって、冷却水供給通路Ｇを通流する冷却水が、酸素側セパレータ５及び燃料側セパレータ６の冷却水通流溝５ｗ、６ｗに分岐流動し、酸素側セパレータ５及び燃料側セパレータ６の冷却水通流溝５ｗ、６ｗを流動する冷却水が冷却水排出通路Ｈに流動する形態で、冷却水が流動するように構成されている。
【００３５】
図１に示すように、セルスタックＮＣの積層方向の一端部には、酸素供給通路Ａ、燃料供給通路Ｄ、及び、冷却水供給通路Ｇに各別に連通する３個の筒状の接続部８ａ、８ｄ、８ｇを備えた供給側端板９が設けられている。
また、セルスタックＮＣの積層方向の他端部には、酸素排出通路Ｂ、燃料排出通路Ｅ、及び、冷却水排出通路Ｈに各別に連通する３個の筒状の接続部１０ｂ、１０ｅ、１０ｈを備えた排出側端板１１が設けられている。
【００３６】
供給側端板９における酸素供給通路Ａに連通する接続部８ａには、酸素含有ガス供給管１２が接続され、供給側端板９における燃料供給通路Ｄに連通する接続部８ｄには、水素含有ガス供給管１３が接続され、供給側端板９における冷却水供給通路Ｇに連通する接続部８ｇには、冷却水供給管１４が接続されている。
【００３７】
尚、例示はしないが、排出側端板１１における酸素排出通路Ｂに連通する接続部１０ｂには、酸素排出管が接続され、排出側端板１１における燃料排出通路Ｅに連通する接続部１０ｅには、燃料排出管が接続され、排出側端板１１における冷却水排出通路Ｈに連通する排出部１０ｈには、冷却水排出管が接続されることになる。
【００３８】
そして、酸素含有ガスとしての空気を供給する送風機１５から供給される空気を、無加湿状態で、酸素含有ガス供給管１２を通して酸素供給通路Ａに供給し、水素含有ガス供給源１６から供給される水素含有ガスとしての水素を、無加湿状態で、水素含有ガス供給管１３を通して燃料供給通路Ｄに供給することにより、各燃料電池セルＣにて発電するように構成されている。
すなわち、本実施形態においては、酸素含有ガスとしての空気、及び、水素含有ガスとしての水素を無加湿状態で供給し、そして、発電に伴って燃料電池セルＣの酸素極２に生成される水分を、酸素含有ガスの流動に伴って酸素供給流路Ｓを流動させながら、水分濃度が低い燃料供給流路Ｄ側に拡散されることにより、固体高分子電解質膜１を湿潤させるようして、燃料電池セルＣにて発電するように構成されている。
【００３９】
また、冷却水供給ポンプ１７にて供給される冷却水を、冷却水供給管１４を通して冷却水供給通路Ｇに供給することにより、各燃料電池セルＣに対応する冷却水通流溝５ｗ，６ｗを冷却水が通流して、各燃料電池セルＣの温度が所定温度（例えば、７０℃）に維持されるように構成されている。
【００４０】
また、本実施形態においては、酸素供給流路Ｓと燃料供給流路Ｆとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されて、酸素極２に生成される水分にて固体高分子電解質膜１を湿潤させることを良好に行えるようにしてある。
【００４１】
燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させる構成について説明する。
すなわち、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が、燃料電池セルＣの積層方向視にて、矩形状に構成されるため、セルスタックＮＣは、燃料電池セルＣの積層方向視にて、矩形状に形成されている。
【００４２】
そして、図３に示すように、酸素側セパレータ５の酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと燃料側セパレータ６の燃料供給流路Ｆの出口部ＦＯとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて矩形状となるセルスタックＮＣにおける４隅の１つの隅部に対応する箇所に近づいた状態で位置し、かつ、酸素側セパレータ５の酸素供給流路Ｓの出口部ＳＯと燃料側セパレータ６の燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて矩形状となるセルスタックＮＣにおける４隅のうちの１つの隅部であって、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩや燃料供給流路Ｆの出口部ＦＯが位置する隅部に対して対角線上に位置する隅部に対応する箇所に、近づいた状態で位置するように設けられている。
【００４３】
酸素側セパレータ５における酸素供給流路Ｓを形成する酸素含有ガス通流溝５ｓが、図３に示すように、蛇行状に形成されている。
また、燃料側セパレータ６における燃料供給流路Ｆを形成する水素含有ガス通流溝６ｆが、図３に示すように、蛇行状に形成されている。
【００４４】
つまり、酸素側セパレータ５における酸素供給流路Ｓを形成する酸素含有ガス通流溝５ｓと、燃料側セパレータ６における燃料供給流路Ｆを形成する水素含有ガス通流溝６ｆとが、同じ形態で溝部分を備えるように構成されている。
換言すれば、酸素側セパレータ５における酸素供給流路Ｓ及び燃料側セパレータ６における燃料供給流路Ｆが、入口部ＳＩ、ＦＩ及び出口部ＳＯ、ＦＯを除いた大部分の流路部分Ｓｒ、Ｆｒを同じ形態とする状態に構成されている。
【００４５】
そして、酸素側セパレータ５における酸素供給流路Ｓを形成する酸素含有ガス通流溝５ｓ、及び、燃料側セパレータ６における燃料供給流路Ｆを形成する水素含有ガス通流溝６ｆが、つまり、酸素側セパレータ５における酸素供給流路Ｓ及び燃料側セパレータ６における燃料供給流路Ｆが、入口部ＳＩ、ＦＩ及び出口部ＳＯ、ＦＯを除いた大部分の流路部分Ｓｒ、Ｆｒが、燃料電池セルＣの積層方向視において、重複する状態で位置されて、酸素供給流路Ｓと燃料供給流路Ｆとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されている。
【００４６】
また、本実施形態においては、図１に示すように、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が、上下方向に沿って積層されている。
このように、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が、上下方向に沿って積層されるため、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒの全体、及び、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとに亘る流路部分Ｆｒの全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されることになる。
【００４７】
したがって、酸素供給流路Ｓ内の水分は、水平方向に沿って、酸素含有ガスの流動に伴って流動されることになるため、酸素含有ガスの流動に伴って出口側に向けて円滑に流動し、また、燃料供給流路Ｆ内の水分は、水平方向に沿って、水素含有ガスの流動に伴って流動されることになるため、水素含有ガスの流動に伴って出口側に向けて円滑に流動することになる。
その結果、酸素供給流路Ｓを流動する酸素含有ガスの流動状態が安定し、且つ、燃料供給流路Ｆを流動する水素含有ガスの流動状態が安定することになるため、燃料電池の発生電力が安定するものとなる。
【００４８】
ちなみに、この第１実施形態においては、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６を、上下方向に沿って積層することによって、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒの全体、及び、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとに亘る流路部分Ｆｒの全体を、水平方向に沿う状態となるように形成するものであるから、酸素供給流路Ｓ及び燃料供給流路Ｆの形態は、上記した構成以外のものを採用できるものあり、例えば、後述する第２実施形態と同様な形態に構成する等、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるものであれば、種々の形態に構成できるものである。
【００４９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
この第２実施形態は、酸素供給流路Ｓと燃料供給流路Ｆとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させ、且つ、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒの全体、及び、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとに亘る流路部分Ｆｒの全体を、水平方向に沿う状態にする構成の別実施形態を示すものであり、第１実施形態と同様な構成については、重複する記載を省略するために、その説明を省略する。
【００５０】
この第２実施形態においては、図５に示すように、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が、水平方向に沿って積層されている。
燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６が、燃料電池セルＣの積層方向視にて、矩形状に構成されるため、セルスタックＮＣは、燃料電池セルＣの積層方向視にて、矩形状に形成されている点は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
また、固体高分子電解質膜１、酸素側セパレータ５、及び、燃料側セパレータ６の夫々に、その積層方向に連なる酸素供給通路Ａを形成する貫通孔１ａ、５ａ、６ａ、その積層方向に連なる酸素排出通路Ｂを形成する貫通孔１ｂ、５ｂ、６ｂ、その積層方向に連なる燃料供給通路Ｄを形成する貫通孔１ｄ、５ｄ、６ｄ、その積層方向に連なる燃料排出通路Ｅを形成する貫通孔１ｅ、５ｅ、６ｅ、その積層方向に連なる冷却水供給通路Ｇを形成する貫通孔１ｇ、５ｇ、６ｇ、及び、その積層方向に連なる冷却水排出通路Ｈを形成する貫通孔１ｈ、５ｈ、６ｈが形成される点も、第１実施形態と同様である。
【００５２】
この第２実施形態においては、供給側端版９の位置する側から燃料電池を見た場合において、燃料電池セルＣの積層方向視にて矩形状となるセルスタックＮＣにおける４隅のうちの、上方側で左側の隅部に対応する箇所に、酸素供給通路Ａが形成され、セルスタックＮＣにおける４隅のうちの、下方側で右側の隅部に対応する箇所に、酸素排出通路Ｂが形成されている。
また、供給側端版９の位置する側から燃料電池を見た場合において、燃料電池セルＣの積層方向視にて矩形状となるセルスタックＮＣにおける４隅のうちの、上方側で右側の隅部に対応する箇所に、燃料供給通路Ｄ及び冷却水排出通路Ｈが形成され、セルスタックＮＣにおける４隅のうちの、下方側で左側の隅部に対応する箇所、燃料排出通路Ｅ及び冷却水供給通路Ｇが形成されている。
【００５３】
尚、このように、冷却水供給通路Ｇを下方側に設けることにより、セルスタックＮＣの下方側を上方側より低温に冷却して、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒのうちの酸素排出通路Ｂに近い下方側部分の温度を低くできるため、その下方側部分に多量に存在する水分が気化して酸素排出通路Ｂに出て行くことを抑制できるものとなる。
【００５４】
そして、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとが、セルスタックＮＣの横幅方向に離れた位置に、酸素側セパレータ５の上部から下部に亘って伸びる状態で上下方向に沿って形成され、かつ、それらに亘る複数の流路部分Ｓｒ、つまり、酸素含有ガス通流溝５ｓが、上下方向に並ぶ状態で水平方向に沿って形成されることにより、酸素供給流路の入口部Ｓ１と出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒの全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されている。
ちなみに、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとは、それらに亘る複数の流路部分Ｓｒ、つまり、酸素含有ガス通流溝５ｓの幅よりも十分に大きな幅を有する状態に形成されて、酸素含有ガスを貯留するマニホールドとしての作用を発揮するように構成されている。
【００５５】
また、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとが、セルスタックＮＣの横幅方向に離れた位置に、燃料側セパレータ６の上部から下部に亘って伸びる状態で上下方向に沿って形成され、かつ、それらに亘る複数の流路部分Ｆｒ、つまり、水素含有ガス通流溝６ｆが、上下方向に並ぶ状態で水平方向に沿って形成されることにより、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとに亘る流路部分Ｆｒの全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されている。
ちなみに、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとは、それらに亘る複数の流路部分Ｆｒ、つまり、水素含有ガス通流溝６ｆの幅よりも十分に大きな幅を有する状態に形成されて、水素含有ガスを貯留するマニホールドとしての作用を発揮するように構成されている。
【００５６】
さらに、この第２実施形態においては、燃料電池セルＣの積層方向視において、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと燃料供給流路Ｆの出口部ＦＯとが重複する状態で位置し、かつ、酸素供給流路Ｓの出口部ＳＯと燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩとが重複する状態で位置することになり、酸素供給流路Ｓと燃料供給流路Ｆとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されている。
【００５７】
したがって、この第２実施形態においては、酸素供給流路Ｓと燃料供給流路Ｆとが、燃料電池セルＣの積層方向視にて、酸素含有ガスと水素含有ガスとを対向流状態で流動させるように構成されているため、酸素極２に生成される水分にて固体高分子電解質膜１を湿潤させることを良好に行えるものとなる。
【００５８】
また、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとに亘る流路部分Ｓｒの全体、及び、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとに亘る流路部分Ｆｒの全体が、水平方向に沿う状態となるように形成されているため、酸素供給流路Ｓ内の水分が、酸素含有ガスの流動に伴って出口側に向けて円滑に流動し、また、燃料供給流路Ｆ内の水分が、水素含有ガスの流動に伴って出口側に向けて円滑に流動することになる。
その結果、酸素供給流路Ｓを流動する酸素含有ガスの流動状態が安定し、且つ、燃料供給流路Ｆを流動する水素含有ガスの流動状態が安定することになるため、燃料電池の発生電力が安定するものとなる。
【００５９】
ちなみに、この第２実施形態においては、上下方向に沿って形成される酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯとの夫々を、酸素含有ガスが上方側から下方側に向かって流動させることにより、酸素供給流路Ｓの入口部ＳＩと出口部ＳＯの下方側に水溜りが生成されて、酸素含有ガスの通流が阻害される事態が発生するのを回避するようにしている。
同様に、この第２実施形態においては、上下方向に沿って形成される燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯとの夫々を、水素含有ガスが上方側から下方側に向かって流動させることにより、燃料供給流路Ｆの入口部ＦＩと出口部ＦＯの下方側に水溜りが生成されて、水素含有ガスの通流が阻害される事態が発生するのを回避するようにしている。
【００６０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
この第３実施形態は、酸素含有ガスを、燃料電池セルＣの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿された状態で、酸素供給流路Ｓに供給する構成を例示するものであって、その他の構成は、第２実施形態と同様であるので、第２実施形態と同様の構成についての説明は省略する。
【００６１】
すなわち、図８に示すように、酸素含有ガスとしての空気を供給する送風機１５から供給側端板９の接続部８ａに供給される空気を加湿する加湿手段Ｋが設けられている。
この加湿手段Ｋは、吸湿性を備えた膜状体２０の両側部のうちの一方側を通して、送風機１５から供給される酸素含有ガスとしての空気を通流させ、そして、膜状体２０の両側部のうちの他方側を通して、排出側端板１１の接続部１０ｂから排出された酸素含有ガスを通流させるように構成されている。
【００６２】
そして、排出側端板１１の接続部１０ｂから排出された酸素含有ガスに含まれている水分を膜状体２０に吸収して、膜状体２０に吸収した水分にて水素含有ガス（水素）を加湿するように構成されるものである。
ちなみに、燃料電池セルＣの作動温度が、例えば７０℃であるのに対して、加湿手段Ｋは常温にて作動させるため、水素含有ガスが、燃料電池セルＣの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿されることになる。
【００６３】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）上記第３実施形態においては、水素含有ガスを無加湿状態で燃料供給流路に供給する場合を例示したが、酸素含有ガスに加えて、水素含有ガスを、燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿した状態で、燃料供給流路に供給するように構成してもよい。
ちなみに、この場合、酸素含有ガスを、燃料電池セルＣの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿することを省略するようにしても良い。
【００６４】
（ロ）水素含有ガス又は酸素含有ガスを、燃料電池セルの作動温度よりも低い露点となる低加湿状態に加湿する場合において、その加湿手段は、上記の第３実施形態にて例示した加湿手段に代えて、タンク内に貯留した加湿水の内部を通して、水素含有ガス又は酸素含有ガスを通流させる構成を採用する等、水素含有ガス又は酸素含有ガスを加湿するための構成は、種々変更できるものである。
【００６５】
（ハ）上記の各実施形態において、水素含有ガスとは、水素ガスを主成分とするガスであり、純水素ガスに限定されるものではなく、例えば、炭化水素系のガスを、水蒸気を用いて改質した改質ガスでも良い。ちなみに、水素含有ガスには、基本的には酸素ガスは含まれるものではないが、燃料電池セルにおける発電反応に影響を与えない程度の微量の酸素ガスを含んでいても良い。
【００６６】
（ニ）上記実施形態においては、酸素側セパレータ及び燃料側セパレータの両者に、冷却水を通流させるように構成したが、酸素側セパレータ及び燃料側セパレータの酸素側セパレータ及び燃料側セパレータのいずれか一方に冷却水を通流させるように構成する形態で実施してもよい。
【００６７】
（ホ）酸素側セパレータ及び燃料側セパレータは、必ずしも別体に構成する必要はなく、
一体状態に構成してもよい。
この場合、一体状態に構成されたセパレータの内部を通して、冷却水を通流させるようにすると良い。
【符号の説明】
【００６８】
１    電解質層
２    酸素極
３    燃料極
５    酸素側セパレータ
６    燃料側セパレータ
Ｃ    燃料電池セル
Ｆ    燃料供給流路
ＦＩ  入口部
ＦＯ  出口部
Ｆｒ  流路部分
Ｓ    酸素供給流路
ＳＩ  入口部
ＳＯ  出口部
Ｓｒ  流路部分
【図１】
2011258467.tif 000003
【図２】
2011258467.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011258467.tif 000007
【図６】
2011258467.tif 000008
【図７】
2011258467.tif 000009
【図８】
2011258467.tif 000010