(57)【要約】【課題】スタックへ流入するガスの予熱及びスタックの冷却を効率良く行なうことができる製造コストを抑制可能なコンパクトな燃料電池システムを提供する。【解決手段】膜／電極接合体を一対のセパレータで挟み込んだ単位電池セルを積層したスタック６を備えた燃料電池システムであって、スタック６の内部に設けられ、膜／電極接合体の電極に接触するガス流路壁１４、３４と、スタック６の内部に設けられ、ガス流路壁１４、３４と異なる経路を辿って、スタック６の内部を通過するガス通過部２２とガス通過部２２の入口である一端側に接続され、ガス供給源４からガス通過部２２へ流れるガスの経路の少なくとも一部を形成する第１配管２０と、ガス通過部２２の出口である他端側に接続され、ガス通過部２２からガス流路壁３４へ流れるガスの経路の少なくとも一部を形成する第２配管２４〜２８と、を含む、燃料電池システムを提供する。【選択図】図２
2015185333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜／電極接合体を一対のセパレータで挟み込んだ単位電池セルを積層したスタックを備えた燃料電池システムであって、
前記スタックの内部に設けられ、前記膜／電極接合体の電極に接触するガス流路壁と、
前記スタックの内部に設けられ、前記ガス流路壁と異なる経路を辿って、前記スタックの内部を通過するガス通過部と、
前記ガス通過部の入口である一端側に接続され、ガス供給源から前記ガス通過部へ流れるガスの経路の少なくとも一部を形成する第１配管と、
前記ガス通過部の出口である他端側に接続され、前記ガス通過部から前記ガス流路壁へ流れる前記ガスの経路の少なくとも一部を形成する第２配管と、
を含む、燃料電池システム。
【請求項２】
前記流路壁を通過したガスを、前記スタックの外部に排出する第３配管を含み、前記第３配管の少なくとも一部が、前記第１配管及び／又は前記第２配管に隣接する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第３配管と前記第１配管との隣接する部分を囲む第１断熱材、及び／又は前記第３配管と前記第２配管との隣接する部分を囲む第２断熱材を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ガス通過部を流れる前記ガスが、前記膜／電極接合体のカソード電極に供給される酸化ガスである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記酸化ガスを加湿する加湿器を備え、
前記加湿器が、前記ガス通過部の一端側よりも上流、及び／又は前記ガス通過部の他端側よりも下流に配置された、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ガス通過部を流れる前記ガスが、前記膜／電極接合体のアノード電極に供給される燃料ガスである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位電池セルを積層した燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜／電極接合体を一対のセパレータで挟み込んだ単位電池セルを積層した燃料電池スタック（以下、「スタック」と記載する）、及びこのスタックへのガス供給や排気を行なう手段を含む燃料電池システムが知られている。このような燃料電池システムでは、膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う。このような燃料電池システムでは、発電効率の向上の観点から、スタックに流入する燃料ガスや酸化ガスのガス温度を上昇させることが望ましい。
【０００３】
この要望に対応するため、例えば、引用文献１には、スタック（引用文献１では相当する部材として「インナケース」と記載されている）の外周面に、スタックへ燃料ガスや酸化ガスを流入させる入側配管、及びスタックを通ったガスを排気する排気側配管が巻回された燃料電池システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６０７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１に記載の燃料電池システムでは、スタック内を通過して高温になった排気ガスによって、入側配管を通る燃料ガスや酸化ガスを予熱することができる。しかし、スタックの周囲を多くの配管が巻回されており、更に排気側配管からの熱が周囲に放出されずに入側配管へ伝わるようにするため、スタックの周囲を断熱材で覆う必要がある。よって、引用文献１に記載のスタックは、外形が大きくなり、重量も増加し、製造コストも上昇する問題がある。更に、発電時の発熱でスタック内の温度が上昇しすぎる場合には、別途、冷却するための手段を備える必要がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、スタックへ流入するガスの予熱及びスタックの冷却を効率良く行なうことができる製造コストを抑制可能なコンパクトな燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、膜／電極接合体を一対のセパレータで挟み込んだ単位電池セルを積層したスタックを備えた燃料電池システムであって、前記スタックの内部に設けられ、前記膜／電極接合体の電極に接触するガス流路壁と、前記スタックの内部に設けられ、前記ガス流路壁と異なる経路を辿って、前記スタックの内部を通過するガス通過部と、前記ガス通過部の入口である一端側に接続され、ガス供給源から前記ガス通過部へ流れるガスの経路の少なくとも一部を形成する第１配管と、前記ガス通過部の出口である他端側に接続され、前記ガス通過部から前記ガス流路壁へ流れる前記ガスの経路の少なくとも一部を形成する第２配管と、を含む構成になっている。
【０００８】
このような構成により、発電に用いるガスが予めスタックの内部を通過して、発電で生じる熱で直接予熱されるので、高い効率で予熱が可能である。よって、高い発電効率が期待できる。
また、この予熱によって、発電で生じた熱を抜熱することができるので、予熱と同時にスタックの冷却を行なうことができる。よって、スタックの冷却の負担を軽減することができる。
更に、予熱のために、スタックの外周を配管が巻回されたり、断熱材でスタックが覆れたりする必要がないので、外形が大きくなることや、重量が重くなることを抑制し、製造コストを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の燃料電池システムでは、スタックへ流入するガスの予熱及びスタックの冷却を効率良く行なうことができる製造コストを抑制可能なコンパクトな燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るスタックの概要を示す模式図である。
【図２】本発明の燃料電池システムの第１の実施形態に係る、スタック、ガス供給・排気手段及びガスの予熱・加湿手段を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の燃料電池システムの第２の実施形態に係る、スタック、ガス供給・排気手段及びガスの予熱・加湿手段を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の燃料電池システムの第３の実施形態に係る、スタック、ガス供給・排気手段及びガスの予熱・加湿手段を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の燃料電池システムの第４の実施形態に係る、スタック、ガス供給・排気手段及びガスの予熱・加湿手段を模式的に示すブロック図である。
【図６】上記燃料電池スタックを構成するセパレータの一例を示すものである。（ａ）は、セパレータを構成する一方の板の概略図であり、（ｂ）は、セパレータを構成する他方の概略図である。
【図７】図６の断面Ａ−Ａを示す断面図であって、スタックを構成する複数の単位電池セルのうち、１つの単位電池セルの前後上下面における模式部分断面図である。
【図８】図６に示すセパレータの連通凹部によるガスの流れを示すものである。（ａ）はセパレータの部分平面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面Ｂ−Ｂを示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）の断面Ｃ−Ｃを示す断面図である。
【図９】本発明のその他の実施形態に係るセパレータの要部を示すものである。（ａ）は予熱するガスが流入する領域の部分平面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面Ｄ−Ｄを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて、図１〜図７を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るスタックの概要を示す。図２〜図５は、燃料電池システムにおけるスタック、ガス供給・排気手段、及びガスの予熱・加湿手段を模式的に示す。図６及び図７は、図１〜５に示す実施形態を実現するためのセパレータ及び単位電池セルの実施形態の構造を示す。なお、図６及び図７において、これら図面の上下左右（前後）の向きは各図中の直交する矢印によって示される。
【００１２】
はじめに、本発明の実施形態に係る燃料電池システムに含まれるスタックの構造を、図１を用いて簡略に説明する。燃料ガスのイオン（例えば、水素イオン）を透過する固体高分子電解質膜５８を挟んでアノード５２とカソード５４とを備えた膜／電極接合体（membrane electrode assembly；ＭＥＡとも称する）５０を一対のセパレータ５６で挟み込んで、単位電池セルが構成される。この単位電池セルを積層し、両端にエンドプレート（図示せず）を配置して、スタック６が構成される。燃料電池システムの燃料ガス供給手段から供給された燃料ガス（例えば「水素ガス」）が、スタック６内に流入して、燃料ガス流路壁７６から構成される燃料ガス発電経路９２内を通過する間に、膜／電極接合体５０のアノード電極５２と接触する。一方、燃料電池システムの酸化ガス供給手段から供給された酸化ガス（例えば「空気」）が、スタック６内に流入して、酸化ガス流路壁６６から構成される酸化ガス発電経路９０内を通過する間に、膜／電極接合体５０のカソード電極５４に接触する。これにより、燃料ガスのイオン（水素イオン）が、固体高分子電解質膜５８を透過して、燃料ガス（水素）及び酸化ガス（酸素）の電気化学反応が生じ、これによって起電力が発生する。このとき、同時に熱と水が発生する。よって、スタック６は高温になり、電気化学反応で用いられなかった残りのガスは加熱され、特に、酸化ガスは水分を含むことになる。
【００１３】
電気化学反応において、発電効率の向上の観点から、酸化ガス発電経路９０に流入する酸化ガスや、燃料ガス発電経路９２に流入する燃料ガスのガス温度を上昇させることが望ましい。また、固体高分子電解質膜５８は、含水状態においてプロトンの導電性を有するので、膜／電極接合体５０へ供給する酸化ガス等で、固体高分子電解質膜５８を加湿するのが望ましい。
燃料ガスや酸化ガスのガス温度を上昇させるため、本実施形態では、スタック６内に、酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４（ガス通過部用流路壁６８から構成される）が設けられている。このガス通過部９４内を、酸化ガスまたは燃料ガスが流れ、この間に、燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応によって生じる熱で、流れるガスを予熱することができる。そして、予熱された酸化ガスまたは燃料ガスを、酸化ガス発電経路９０または燃料ガス発電経路９２に流入させて発電を行うことにより、発電効率を向上させることができる。
【００１４】
また、例えば、酸化ガスを酸化ガス発電経路９０に流入させて発電を行う前に、酸化ガスを加湿器に通し、更に、電気化学反応によって生じた水分を含んだ排気側の酸化ガスも加湿器に通すことにより、排気側の酸素ガスが含む水分を用いて、入側の酸化ガスを加湿することもできる。このような加湿された酸化ガスを用いて、高分子電解質膜５８に水分を与えて、発電効率を向上させることもできる。
発電で生じた熱及び水をリサイクルして使用することができるので、省エネルギーに貢献し、環境保護に優れた燃料電池システムを提供できる。
【００１５】
以下に、このようなガス通過部を有するスタック及び加湿器を備えた本発明の燃料電池システムの第１〜第４の実施形態を、図２〜図５を用いて説明する。図２〜図５は、何れもスタック、ガス供給・排気手段及びガスの予熱・加湿手段を模式的に示すブロック図である。図２〜図４は、酸化ガスがガス通過部９４を通過して予熱される場合を示し、図５は、燃料ガスがガス通過部９４を通過して予熱される場合を示す。なお、図２〜図５の全てにおいて、酸化ガスが加湿される場合を示す。
【００１６】
＜＜第１の実施形態＞＞
図２に示す本発明の燃料電池システムの第１の実施形態では、スタック６と、スタック６へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給源２と、スタック６へ酸化ガスを供給するエアーポンプ（酸化ガス供給源）４と、加湿器８と、燃料ガス経路１２〜１６と、酸化ガス経路２０〜２８、３４〜４０と、断熱材１０とを備える。ガスの流れに沿って、以下に詳細に説明する。
【００１７】
燃料ガスのガス経路について詳細に説明すると、燃料ガス供給源２から供給された燃料ガスは、入側ガス経路（「第１配管」と称する場合がある）である燃料ガス経路ａ１２内を流れて、スタック６内に流入する。スタック６内に流入した燃料ガスは、スタック６内に設けられた燃料ガス経路ｂ１４内を流れ、このときアノード５２と接触する。これにより、流れている燃料ガスがイオン化して、高分子膜５８を介して酸化ガス側へ透過し、電気化学反応で起電力が発生する。つまり、燃料ガス経路ｂ１４が、図１の「燃料ガス流路壁７６から構成される燃料ガス発電経路９２」に相当する。後述するように、発電とともに発生する熱及び水が、酸化ガスが酸化ガス発電経路９０に流入して発電を行う前に、入側の酸化ガスを予熱及び加湿する。
スタック６内の燃料ガス経路ｂ１４から流出した残りの燃料ガスは、排気側ガス経路（「第３配管」と称する場合がある）である燃料ガス経路ｃ１６へ流れ出る。燃料ガス
経路ｃ１６は、例えば、燃料ガス供給源２に接続して、残った燃料ガスを戻すこともできる。ただし、これに限られるものではない。
【００１８】
酸化ガスのガス経路について詳細に説明すると、エアーポンプ（酸化ガス供給源）４から供給された酸化ガスは、入側ガス経路（「第１配管」と称する場合がある）である酸化ガス経路ａ２０内を流れて、スタック６内に流入する。スタック６内に流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｂ２２内を流れ、このとき、発電に伴う熱により予熱される。つまり、酸化ガス経路ｂ２２が、図１の「酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４（ガス通過部用流路壁６８から構成される）」に相当する。
スタック６内の酸化ガス経路ｂ２２で予熱された酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｃ２４内を流れて、加湿器８内に流入する。酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｄ２６内を流れ、このとき加湿される。更に詳細に述べれば、膜／電極接合体５０の電気化学反応により生じた水分を含んだ排気側の酸化ガスが有する水分で、入側の酸化ガスが加湿される。
【００１９】
加湿器８内の酸化ガス経路ｄ２６で加湿された酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｅ２８内を流れて、再びスタック６内に流入する。ここで、スタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｃ２４及び酸化ガス経路ｅ２８は、放熱を防ぐため、発泡ウレタン等の断熱材１０によって覆われている。更に、後述するように、酸化ガス経路ｃ２４及び酸化ガス経路ｅ２８は、断熱材１０内では、排気側の酸化ガスのガス経路と隣接して配置されており、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスによって、予熱されるようになっている。
このようなスタック６を出て再びスタック６へ戻る間（つまり予熱と発電との間）の、酸化ガス経路ｃ２４、酸化ガス経路ｄ２６及び酸化ガス経路ｅ２８を、「第２配管」と称する場合がある。
なお、加湿器８は、特開２００４−９３０７２号公報に記載の公知の加湿器を用いることができるが、加湿器の種類は、これに限定されることはない。
【００２０】
酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｈ３４内を流れ、このときカソード５４と接触する。これにより、高分子膜５８を介して透過した燃料ガスのイオンと接触して、電気化学反応で起電力が発生する。このとき、酸化ガスは予熱されているので、発電効率が向上する。また、酸化ガスは、加湿器８で加湿されているので、高分子電解質膜５８に水分を与えて、発電効率が向上する。
つまり、酸化ガス経路ｈ３４が、図１の「酸化ガス流路壁６６から構成される酸化ガス発電経路９０」に相当する。このとき、発電とともに熱と水が生じるので、電気化学反応で使われなかった残りの酸化ガスは、加熱され、水分を含むことになる。
スタック６内の酸化ガス経路ｈ３４で加熱、加湿された残りの酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｉ３６内を流れて、加湿器８内に流入する。この排気側の酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｊ３８内を流れ、このとき、酸化ガス経路ｄ２６内を流れる入側の酸化ガスに水分を与えて加湿する。加湿器８内で加湿を行った排気側の酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｋ４０へ流れ出る。酸化ガス経路ｋ４０は、例えば、他端を大気解放とすることもできる。ただし、これに限られるものではない。
【００２１】
ここで、スタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｉ３６及び酸化ガス経路ｋ４０は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われ、更に、入側の酸化ガス経路ｃ２４及び酸化ガス経路ｅ２８と隣接して配置されている。これにより、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスの有する熱を、入側の酸化ガスに伝えて予熱することができる。
このようなスタック６内から出た排気側ガス経路の酸化ガス経路ｉ３６、酸化ガス経路ｊ３８及び酸化ガス経路ｋ４０を、「第３配管」と称する場合がある。また、第３配管（酸化ガス経路ｉ３６、ｋ４０）と第２配管（酸化ガス経路ｃ２４、ｅ２８）との隣接する部分を囲む上記の断熱材１０（２カ所）を第２断熱材と称する場合がある。
【００２２】
以上のように、スタックに酸化ガス発電経路や燃料ガス発電経路と異なるガス通過部を設けることにより、発電に用いるガスが予めスタックの内部を通過して、発電で生じる熱で直接予熱されるので、高い効率で予熱が可能である。よって、高い発電効率が期待できる。
また、この予熱によって、発電で生じた熱を抜熱することができるので、予熱と同時にスタックの冷却を行なうことができる。よって、スタックの冷却の負担を軽減することができる。
また、予熱のために、スタックの外周を配管が巻回されたり、断熱材でスタックを覆たりする必要もないので、外形が大きくなることや、重量が重くなることを抑制し、製造コストを抑制することができる。
また、発電時に生じる水分を用いて、発電に用いる入側のガスを予め加湿することができ、この加湿されたガスで高分子電解質膜に水分を与えて、発電効率を向上させることができる。
また、発電時に生じる熱で加熱された排気側のガスの経路と、入側のガスの経路とを隣接して配置し、周囲を断熱材で覆うことによって、発電に用いる入側のガスを予熱して、発電の効率を向上させることができる。
【００２３】
＜＜第２の実施形態＞＞
次に、図３を用いて、燃料電池システムの第２の実施形態の説明を行う。第1の実施形態では、入側の酸化ガスをスタック内で予熱した後、加湿器で加湿しているが、本実施形態では、入側の酸化ガスを加湿器で加湿した後、スタック内で予熱している点で異なる。
【００２４】
図３に示す本発明の燃料電池システムの第２の実施形態では、スタック６と、スタック６へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給源２と、スタック６へ酸化ガスを供給するエアーポンプ（酸化ガス供給源）４と、加湿器８と、燃料ガス経路１２〜１６と、酸化ガス経路２０、２６〜４０と、断熱材１０とを備える。ガスの流れに沿って、以下に詳細に説明する。
なお、燃料ガスのガス経路については、上述の第1の実施形態同様なので、詳細な説明は省略する。
【００２５】
酸化ガスのガス経路について詳細に説明すると、エアーポンプ（酸化ガス供給源）４から供給された酸化ガスは、酸化ガス経路ａ２０内を流れて、加湿器８内に流入する。加湿器８内に流入した酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｄ２６内を流れ、このとき加湿される。更に詳細に述べれば、膜／電極接合体５０の電気化学反応により生じた水分を含んだ排気側の酸化ガスが有する水分で、入側の酸化ガスが加湿される。
【００２６】
加湿器８内の酸化ガス経路ｄ２６で加湿された酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｅ２８内を流れて、スタック６内に流入する。ここで、加湿器の手前の酸化ガス経路ａ２０及びスタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｅ２８は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われている。更に、後述するように、酸化ガス経路ａ２０及び酸化ガス経路ｅ２８は、断熱材１０内では、排気側の酸化ガスのガス経路と隣接して配置されており、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスによって、予熱されるようになっている。
なお、スタック６へ流入する前の入側ガス経路である酸化ガス経路ａ２０、酸化ガス経路ｄ２６及び酸化ガス経路ｅ２８を「第１配管」と称する場合がある。
【００２７】
スタック６内に流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｆ３０内を流れ、このとき、発電に伴う熱により予熱される。つまり、酸化ガス経路ｆ３０が、図１の「酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４（ガス通過部用流路壁６８から構成される）」に相当する。
スタック６内の酸化ガス経路ｆ３０で予熱された酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｇ３２内を流れて、再び、スタック６へ戻る。このようなスタック６を出て再びスタック６へ戻る間（つまり予熱と発電との間）の酸化ガス経路ｇ３２を、「第２配管」と称する場合がある。なお、保温の観点からも、酸化ガス経路ｇ３２は、短い経路であることが好ましい。
【００２８】
スタック６へ流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｈ３４内を流れ、このときカソード５４と接触する。これにより、高分子膜５８を介して透過した燃料ガスのイオンと接触して、電気化学反応で起電力が発生する。このとき、酸化ガスは予熱されているので、発電効率が向上する。また、酸化ガスは、加湿器８で加湿されているので、高分子電解質膜５８に水分を与えて、発電効率が向上する。
つまり、酸化ガス経路ｈ３４が、図１の「酸化ガス流路壁６６から構成される酸化ガス発電経路９０」に相当する。このとき、発電とともに熱と水が生じるので、電気化学反応で使われなかった残りの酸化ガスは、加熱され、水分を含むことになる。
スタック６内の酸化ガス経路ｈ３４で加熱、加湿された残りの酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｉ３６内を流れて、加湿器８内に流入する。この排気側の酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｊ３８内を流れ、このとき、酸化ガス経路ｄ２６内を流れる入側の酸化ガスに水分を与えて加湿する。加湿器８内で加湿を行った排気側の酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｋ４０へ流れ出る。
【００２９】
ここで、スタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｉ３６及び加湿器８の出側の酸化ガス経路ｋ４０は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われ、更に、入側の酸化ガス経路ａ２０及び酸化ガス経路ｅ２８と隣接して配置されている。これにより、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスの有する熱を、入側の酸化ガスに伝えて予熱することができる。
このようなスタック６内から出た排気側ガス経路の酸化ガス経路ｉ３６、酸化ガス経路ｊ３８及び酸化ガス経路ｋ４０を、「第３配管」と称する場合がある。また、第３配管（酸化ガス経路ｉ３６、ｋ４０）と第２配管（酸化ガス経路ａ２０、ｅ２８）との隣接する部分を囲む上記の断熱材１０（２カ所）を第１断熱材と称する場合がある。
【００３０】
燃料電池システムの第２の実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。特に、発電に用いるガスのガス温度を重視する場合には、加湿、予熱の順となる第２の実施形態が好ましいと言える。
【００３１】
＜＜第３の実施形態＞＞
次に、図４を用いて、燃料電池システムの第３の実施形態の説明を行う。第１の実施形態では、入側の酸化ガスをスタック内で予熱した後、加湿器で加湿しているが、本実施形態では、入側の酸化ガスをスタック内で予熱した後、加湿器で加湿し、その後再びスタック内で予熱している点で異なる。
【００３２】
図４に示す本発明の燃料電池システムの第３の実施形態では、スタック６と、スタック６へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給源２と、スタック６へ酸化ガスを供給するエアーポンプ（酸化ガス供給源）４と、加湿器８と、燃料ガス経路１２〜１６と、酸化ガス経路２０〜４０と、断熱材１０とを備える。ガスの流れに沿って、以下に詳細に説明する。
なお、燃料ガスのガス経路については、上述の第１の実施形態同様なので、詳細な説明は省略する。
【００３３】
酸化ガスのガス経路について詳細に説明すると、エアーポンプ（酸化ガス供給源）４から供給された酸化ガスは、入側ガス経路（「第１配管」と称する場合がある）である酸化ガス経路ａ２０内を流れて、スタック６内に流入する。スタック６内に流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｂ２２内を流れ、このとき、発電に伴う熱により予熱される。つまり、酸化ガス経路ｂ２２が、図１の「酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４（ガス通過部用流路壁６８から構成される）」の少なくとも一部に相当する。
スタック６内の酸化ガス経路ｂ２２で予熱された酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｃ２４内を流れて、加湿器８内に流入する。加湿器８内に流入した酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｄ２６内を流れ、このとき加湿される。更に詳細に述べれば、膜／電極接合体５０の電気化学反応により生じた水分を含んだ排気側の酸化ガスが有する水分で、入側の酸化ガスが加湿される。
【００３４】
加湿器８内の酸化ガス経路ｄ２６で加湿された酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｅ２８内を流れて、再びスタック６内に流入する。ここで、スタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｃ２４及び酸化ガス経路ｅ２８は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われている。更に、酸化ガス経路ｃ２４及び酸化ガス経路ｅ２８は、後述するように、断熱材１０内では、排気側の酸化ガスのガス経路と隣接して配置されており、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスによって、予熱されるようになっている。
【００３５】
スタック６内に流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｆ３０内を流れ、このとき、発電に伴う熱により予熱される。つまり、酸化ガス経路ｆ３０が、図１の「酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４（ガス通過部用流路壁６８から構成される）」の少なくとも一部に相当する。
スタック６内の酸化ガス経路ｆ３０で予熱された酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｇ３２内を流れて、再び、スタック６へ戻る。このようなスタック６を出て再びスタック６へ戻る間（つまり予熱と発電との間）の酸化ガス経路ｇ３２を、「第２配管」と称する場合がある。なお、保温の観点からも、酸化ガス経路ｇ３２は、短い経路であることが好ましい。
【００３６】
スタック６へ流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｈ３４内を流れ、このときカソード５４と接触する。これにより、高分子膜５８を介して透過した燃料ガスのイオンと接触して、電気化学反応で起電力が発生する。このとき、酸化ガスは予熱されているので、発電効率が向上する。また、酸化ガスは、加湿器８で加湿されているので、高分子電解質膜５８に水分を与えて、発電効率が向上する。
つまり、酸化ガス経路ｈ３４が、図１の「酸化ガス流路壁６６から構成される酸化ガス発電経路９０」に相当する。このとき、発電とともに熱と水が生じるので、電気化学反応で使われなかった残りの酸化ガスは、加熱され、水分を含むことになる。
スタック６内の酸化ガス経路ｈ３４で加熱、加湿された残りの酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｉ３６内を流れて、加湿器８内に流入する。この排気側の酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｊ３８内を流れ、このとき、酸化ガス経路ｄ２６内を流れる入側の酸化ガスに水分を与えて加湿する。加湿器８内で加湿を行った排気側の酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｋ４０へ流れ出る。
【００３７】
ここで、スタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｉ３６及び加湿器８の出側の酸化ガス経路ｋ４０は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われ、更に、酸化ガス経路ｃ２４及び酸化ガス経路ｅ２８と隣接して配置されている。これにより、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスの有する熱を、入側の酸化ガスに伝えて予熱することができる。
このようなスタック６内から出た排気側ガス経路の酸化ガス経路ｉ３６、酸化ガス経路ｊ３８及び酸化ガス経路ｋ４０を、「第３配管」と称する場合がある。また、第３配管（酸化ガス経路ｉ３６、ｋ４０）と第２配管（酸化ガス経路ｃ２４、ｅ２８）との隣接する部分を囲む上記の断熱材１０（２カ所）を第２断熱材と称する場合がある。
【００３８】
燃料電池システムの第２の実施形態においても、上述の第１、２の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。特に、本実施形態では、発電に用いるガスを２度、スタック内に通して予熱するため、ガス温度を更に高めることができるので、発電効率の更なる向上が期待できる。
【００３９】
＜＜第４の実施形態＞＞
次に、図５を用いて、燃料電池システムの第４の実施形態の説明を行う。第１〜３の実施形態では、酸化ガスを予熱しているが、本実施形態では、燃料ガスを予熱している点で異なる、なお、本実施形態でも、第１〜３の実施形態と同様に、加湿器を用いて酸化ガスを加湿している。
【００４０】
図５に示す本発明の燃料電池システムの第４の実施形態では、スタック６と、スタック６へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給源２と、スタック６へ酸化ガスを供給するエアーポンプ（酸化ガス供給源）４と、加湿器８と、燃料ガス経路１２〜１６、４２〜４４と、酸化ガス経路２０、２６〜２８、３４〜４０と、断熱材１０とを備える。ガスの流れに沿って、以下に詳細に説明する。
【００４１】
燃料ガスのガス経路について詳細に説明すると、燃料ガス供給源２から供給された燃料ガスは、入側ガス経路（「第１配管」と称する場合がある）である燃料ガス経路ａ１２内を流れて、スタック６内に流入する。このとき、スタック６の手前の燃料ガス経路ａ１２は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われている。更に、燃料ガス経路ａ１２は、後述するように、断熱材１０内では、排気側の酸化ガス経路ｋ４０と隣接して配置されており、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスによって、予熱されるようになっている。
【００４２】
スタック６内に流入した燃料ガスは、スタック６内に設けられた燃料ガス経路ｄ４２内を流れ、このとき、発電に伴う熱により予熱される。つまり、燃料ガス経路ｄ４２が、図１の「酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４（ガス通過部用流路壁６８から構成される）」に相当する。スタック６内の燃料ガス経路ｄ４２で予熱された燃料ガスは、スタック６を出て、燃料ガス経路ｅ４４内を流れて、再びスタック６へ流入する。
【００４３】
再びスタック６内に流入した燃料ガスは、スタック６内に設けられた燃料ガス経路ｂ１４内を流れ、このときアノードと接触する。これにより、流れている燃料ガスがイオン化して、高分子膜５８を介して酸化ガス側へ透過し、電気化学反応で起電力が発生する。このとき、燃料ガスは予熱されているので、発電効率が向上する。つまり、燃料ガス経路ｂ１４が、図１の「燃料ガス流路壁７６から構成される燃料ガス発電経路９２」に相当する。このとき発電とともに熱が発生する。その熱が燃料ガス経路ｄ４２内を流れる燃料ガスを予熱する。また、発電とともに発生する熱で加熱された排気側の酸化ガスが、発電に用いる燃料ガスや酸化ガスを予熱する。なお、このようなスタック６を出て再びスタック６へ戻る間（つまり予熱と発電との間）の燃料ガス経路ｅ４４が、「第２配管」と称される場合がある。なお、保温の観点からも、燃料ガス経路ｅ４４は、短い経路であることが好ましい。
スタック６内の燃料ガス経路ｂ１４から流出した残りの燃料ガスは、排気側ガス経路（「第３配管」と称する場合がある）である燃料ガス経路ｃ１６へ流れ出る。
【００４４】
酸化ガスのガス経路について詳細に説明すると、エアーポンプ（酸化ガス供給源）４から供給された酸化ガスは、酸化ガス経路ａ２０内を流れて、加湿器８内に流入する。加湿器８内に流入した酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｄ２６内を流れ、このとき加湿される。更に詳細に述べれば、膜／電極接合体５０の電気化学反応により生じた水分を含んだ排気側の酸化ガスが有する水分で、入側の酸化ガスが加湿される。
【００４５】
加湿器８内の酸化ガス経路ｄ２６で加湿された酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｅ２８内を流れて、スタック６内に流入する。ここで、加湿器の手前の酸化ガス経路ａ２０及びスタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｅ２８は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われている。更に、酸化ガス経路ａ２０及び酸化ガス経路ｅ２８は、後述するように、断熱材１０内では、排気側の酸化ガスのガス経路と隣接して配置されており、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスによって、予熱されるようになっている。
なお、スタック６へ流入する前の入側ガス経路である酸化ガス経路ａ２０、酸化ガス経路ｄ２６及び酸化ガス経路ｅ２８が「第１配管」と称される場合がある。
【００４６】
スタック６へ流入した酸化ガスは、スタック６内に設けられた酸化ガス経路ｈ３４内を流れ、このときカソードと接触する。これにより、高分子膜５８を介して透過した燃料ガスのイオンと接触して、電気化学反応で起電力が発生する。このとき、排気側の酸化ガスで入側の酸化ガスは予熱されているので、発電効率が向上する。また、入側の酸化ガスは、加湿器８で加湿されているので、高分子電解質膜５８に水分を与えて、発電効率を向上させることができる。
つまり、酸化ガス経路ｈ３４が、図１の「酸化ガス流路壁６６から構成される酸化ガス発電経路９０」に相当する。このとき、発電とともに熱と水が生じるので、電気化学反応で使われなかった残りの酸化ガスは、加熱され、水分を含むことになる。
スタック６内の酸化ガス経路ｈ３４で加熱、加湿された残りの酸化ガスは、スタック６を出て、酸化ガス経路ｉ３６内を流れて、加湿器８内に流入する。この排気側の酸化ガスは、加湿器８に設けられた酸化ガス経路ｊ３８内を流れ、このとき、酸化ガス経路ｄ２６内を流れる入側の酸化ガスに水分を与えて加湿する。加湿器８内で加湿を行った排気側の酸化ガスは、加湿器８を出て、酸化ガス経路ｋ４０へ流入する。
【００４７】
ここで、スタック６及び加湿器８の間の酸化ガス経路ｉ３６及び加湿器８の出側の酸化ガス経路ｋ４０は、放熱を防ぐため、断熱材１０によって覆われ、更に、入側の燃料ガス経路ａ１２、入側の酸化ガス経路ａ２０及び酸化ガス経路ｅ２８と隣接して配置されている。これにより、スタック６内の電気化学反応により生じた熱で加熱された排気側の酸化ガスが、入側のガスを予熱する。なお、図５では、排気側の燃料ガス経路ｃ１６が、断熱材１０を横切って示されているが、燃料ガス経路ｃ１６は、断熱材１０の中を通過していないことを付言しておく。
このようなスタック６内から出た排気側ガス経路の酸化ガス経路ｉ３６、酸化ガス経路ｊ３８及び酸化ガス経路ｋ４０が、「第３配管」と称される場合がある。また、第３配管（酸化ガス経路ｉ３６、ｋ４０）と第２配管（酸化ガス経路ａ２０、ｅ２８）との隣接する部分を囲む上記の断熱材１０（２カ所）を第１断熱材と称する場合がある。
【００４８】
燃料ガスを予熱する燃料電池システムの第４の実施形態においても、上述の第１〜３の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【００４９】
＜＜燃料電池システムのその他の実施形態＞＞
上述の実施形態では、酸化ガス及び燃料ガスの一方をスタックに通して予熱しているが、これに限られるものではなく、酸化ガス及び燃料ガスの両方をスタックに通して予熱することができる。上述の実施形態では、排気側の酸化ガスを用いて入側のガスを予熱しているが、これに限られるものではなく、排気側の燃料ガスを用いて入側のガスを予熱することもできる。また、排気側の酸化ガス及び燃料ガスの両方を用いて、入側のガスを予熱することもできる。
上述の実施形態では、発電に用いるガスを、スタックに２回通して予熱しているが、回数は２回に限られるものではなく、構造上可能であれば、発電に用いるガスを、スタックに任意の回数通して予熱することができる。このとき、ガスをスタックに通すタイミングと、ガスを加湿器に通すタイミングは、任意に定めることができる。このことは、酸化ガスだけでなく、燃料ガスにも適用可能である。
上述の実施形態では、発電で生じた水を用いてガス加湿しているが、これに限られるものではなく、その他の手段でガスを加湿することができる。
【００５０】
＜＜セパレータの１つの実施形態＞＞
次に、上述の燃料電池システムの実施形態を実現するため、酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４を形成可能なセパレータの一例を、図６及び図６の断面Ａ−Ａを示す断面図である図７を用いて説明する。なお、図６及び図７において、これら図面の上下左右（前後）の向きは各図中の直交する矢印によって示される。
はじめに図６を用いて、本発明の実施形態に係るセパレータ５６の説明を行なう。このセパレータ５６は、一方の板６０及び他方の板７０が貼り合わされた構造を有する。図６（ａ）は、一方の板６０の外面６２の形状を示す平面図である。図６（ｂ）は、他方の板７０の外面７２の形状を示す平面図である。つまり、図６（ａ）及び（ｂ）は、１つのセパレータの表裏の面を示している。図６に示すように、板６０、７０の平面形状が概略長方形の場合には、左右方向が長手方向となり、上下方向が短手方向になる。ただし、板６０、７０の平面形状が長方形の場合に限られるものではなく、例えば概略正方形の場合があり得る。なお、図６（ａ）及び（ｂ）は表裏の面を示しており、上下が逆に表されている。
【００５１】
＜酸化ガス流路の説明＞
図６(ａ)に示すように、一方の板６０の外面６２には、例えばプレス成型で形成された左右方向に沿う複数の凹凸形状が設けられる。外面６２に設けられる凹凸形状は、外面６２と反対側の一方の板６０の貼合せ面６４（図７参照）において、凹凸が逆転した形状となる。
この板６０の外面６２における凹部（具体的には、凹部の両側面+底面）により、複数の酸化ガス流路壁６６が形成されている。つまり、カソード５４及び酸化ガス流路壁６６で囲まれた空間が酸化ガス発電経路９０となる（図７参照）。
【００５２】
図６（ａ）から明らかなように、酸化ガス用開口８０ａ、ｂが、酸化ガス流路壁６６の左右両端に設けられる。よって、スムーズなガスの流れが実現でき、燃料電池の効率を高めることができる。
図６（ａ）における酸化ガス発電経路９０での酸化ガスの流れについて説明する。酸化ガスは、酸化ガスの第１または第２配管からスタック６へ供給される。供給された酸化ガスは、入側の酸化ガス用開口８０ａから流入し、酸化ガス流路壁６６内を左から右へ向けて流れて、酸化ガスの出側の第１開口３０ｂから第３配管へ流れ出る。
【００５３】
＜燃料ガス流路の説明＞
図６(ｂ)に示すように、他方の板７０の外面７２の中央部には、例えばプレス成型で形成された左右方向に沿う複数の凹凸形状が設けられている。外面７２に設けられる凹凸形状は、外面７２と反対側の他方の板７０の貼合せ面７４（図７参照）において、凹凸が逆転した形状となる。
他方の板７０の外面７２における凹部（具体的には、凹部の両側面+底面）により、複数の燃料ガス流路壁７６が形成されている。つまり、アノード５２及び燃料ガス流路壁７６で囲まれた空間が、燃料ガス発電経路９２の直線流路部分となる（図７参照）。
【００５４】
本実施形態では、燃料ガス用開口８２ａ、ｂが、燃料ガス流路壁７６の左下及び右上の端部に設けられている。更に、複数の燃料ガス流路壁７６と燃料ガス用開口８２ａ、ｂとの間に、遷移領域１００ａ、ｂが設けられる。複数の燃料ガス流路壁７６と遷移領域１００ａ、ｂとの間に、拡散領域１０２ａ、ｂが設けられている。つまり、他方の板７０の中央部に設けられた燃料ガス流路壁７６の左右両側に、拡散領域１０２ａ、ｂが配置される。拡散領域１０２ａ、ｂの左右両側に遷移領域１００ａ、ｂが配置されている。更に遷移領域１００ａ、ｂの上下に、燃料ガス用開口８２ａ、８２ｂが設けられている。
【００５５】
ガスの流れに沿って、位置関係を更に詳細に述べる。図６（ｂ）において、左下に入側の燃料ガス用開口８２ａが設けられる。入側の燃料ガス用開口８２ａの上側に隣接して、入側の遷移領域１００ａが設けられる。遷移領域１００ａの右側に入側の拡散領域１０２ａが設けられる。拡散領域１０２ａの右側に酸化ガス流路壁７６が設けられる。酸化ガス流路壁７６の右側に出側の拡散領域１０２ｂが設けられる。拡散領域１０２ｂの右側に出側の遷移領域１００ｂが設けられる。遷移領域１００ｂの上側に隣接して、出側の燃料ガス用開口８２ｂが設けられる。
【００５６】
遷移領域１００ａ、ｂでは、他方の板７０の貼合せ面７４における凹部である連通凹部７８が形成されている。連通凹部７８に対応した他方の板７０の外面７２における凸部の周囲を、燃料ガスが左右方向及び上下方向に流れるようになっている。連通凹部７８に対応した凸部の上下方向の長さは、少なくとも２つの酸化ガス流路壁６６を繋ぐ長さを有するので、左右方向よりも上下方向の長さが長い平面形状を有する（図７（ｂ）参照）。
拡散領域１０２ａ、ｂでは、他方の板７０の外面７２に複数の突起８６が設けられている（図６（ｂ）参照）。
この突起８６の周囲を、燃料ガスが左右方向及び上下方向に流れるようになっている。なお、突起８６の上下方向の長さは、連通凹部７８に対応した凸部の上下方向の長さより短くなっている。本実施形態では、突起８６の左右方向及び上下方向の寸法がほぼ同じであり、概略円形の平面形状を有する。ただし、これに限られるものではなく、その他の任意の平面形状を有することができる。
【００５７】
以上のように、アノード５２及び燃料ガス流路壁７６で囲まれた空間、アノード５２及び連通凹部７８に対応した凸部とその周囲の平面部とから構成された遷移領域１００ａ、ｂで囲まれた空間、並びにアノード５２及び突起８６とその周囲の平面部とから構成された拡散領域１０２ａ、ｂで囲まれた空間が、燃料ガス発電経路９２となる。
図６（ｂ）を用いて燃料ガス流路におけるガスの流れを説明する。燃料ガスは、燃料ガスの第１または第２配管からスタック６へ供給される。供給された燃料ガスは、左下の入側の燃料ガス用開口８２ａから、下から上へ向けて流入する。燃料ガスは、入側の遷移領域１００ａで、左から右及び下から上に向けて流れる。遷移領域１００ａによって、燃料ガスは、各々の燃料ガス流路壁７６へ行き渡るように流れる。更に、燃料ガスは、入側の拡散領域１０２ａにおいて、拡散領域１０２ａに形成された複数の突起８６によって、全領域においてより均等に流れる。燃料ガスは、入側の拡散領域１０２ａから、複数の燃料ガス流路壁７６へ、左から右へ向けて流入する。燃料ガスは、燃料ガス流路壁７６内を左から右へ向けて流れて、出側の拡散領域１０２ｂへ流入する。複数の突起８６が形成された出側の拡散領域１０２ｂ及び出側の遷移領域１００ｂでは、燃料ガスは、左から右及び下から上へ向けて流れて、出側の燃料ガス用開口８２ｂから燃料ガスの第３配管へ流れ出る。
【００５８】
＜ガス通過部の説明＞
次に、図６及び図７を用いて、一方の板６０及び他方の板７０の間に形成されたガス通過部９４の説明を行なう。
一方の板６０の貼合せ面６４における左右方向に沿う複数の凹凸形状の凹部で構成された複数のガス通過部用流路壁６８と、他方の板７０の貼合せ面７４とで囲まれた空間が、ガス通過部９４を形成する。なお、他方の板７０の貼合せ面７４が平板状であっても、凹凸形状が設けられていても、一方の板６０側の凹部で構成されたガス通過部用流路壁６８により、左右方向に沿うガス通過部９４が形成される。このガス通過部９４内を、発電に用いる酸化ガスまたは燃料ガスを通過させることによって、発電で生じた熱により、通過するガスを予熱することができる。
【００５９】
図６（ｂ）に示されるように、セパレータ５６の右下に、入側のガス通過部用開口８４ａが設けられる。一方、セパレータ５６の左上に出側のガス通過部用開口８４ｂが設けられる。
第１配管等から供給される予熱されるガスは、入側のガス通過部用８４ａから、一方の板６０及び他方の板７０の間に設けられたガス通過部９４内に流入する。このとき、入側のガス通過部用開口８４ａの近傍において、他方の板７０の貼合せ面７４には、複数のガス通過部用流路壁６８の間を上下方向に接続する連通凹部７８が設けられている。この連通凹部７８により、左右方向に沿った複数のガス通過部用流路壁６８の間が連通されるので、入側のガス通過部用開口８４ａから流入したガスは、右から左向きだけでなく、下から上向きにも流れて、各々のガス通過部用流路壁６８へ行き渡るようにすることができる。なお、詳細については、図８を用いて後述する。
【００６０】
そして、セパレータ５６の中央部において、ガスは複数のガス通過部用流路壁６８内を右から左に向けて流れる。入側と同様に、出側のガス通過部用開口８４ｂの近傍に設けられた連通凹部７８により、左右方向に沿った複数のガス通過部用流路壁６８の間が連通されるので、各々のガス通過部用流路壁６８を流れたガスは、右から左だけでなく、下から上に向けて流れて、出側のガス通過部用開口８４ｂから第２配管等へ流れ出ることができる。
【００６１】
＜連通凹部＞
図８を用いて、連通凹部７８による予熱されるガスの流れを更に詳細に説明する。図８（ａ）は、予熱されるガスが流入する入側のガス通過部用開口８４ａ、遷移領域１００ａ及び拡散領域１０２ａを拡大して示す。つまり、図６（ｂ）の一部（右下の部分）を拡大した図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の断面Ｂ−Ｂを示す断面図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）の断面Ｃ−Ｃを示す断面図である。
【００６２】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、他方の板７０の貼合せ面７４に設けられ、複数のガス通過部用流路壁６８の間を上下方向に接続する連通凹部７８が設けられている。この連通凹部７８により、左右方向に沿った複数のガス通過部用流路壁６８の間が連通されるので、入側のガス通過部用開口８４ａから流入したガスは、左右方向だけでなく、上下方向にも流れて、各々のガス通過部用流路壁６８へ行き渡るようにすることができる。
【００６３】
図８（ｂ）に示すように、一方の板６０の外面６２における凹部の底部に対応する貼合せ面６４における凸部の頂部１２０と、対向する連通凹部７８の底部１２２とが所定に間隔で離間している。これにより、入側のガス通過部用８４ａから１番目の左右方向に沿う直線状のガス通過部用流路壁６８による流路に入ったガスは、連通凹部７８により上下方向に流れて、隣の左右方向に沿う直線状のガス通過部用流路壁６８による流路に流入することができる。よって、確実に１つのガス通過部用流路壁６８による流路から他のガス通過部用流路壁６８による流路に、ガスを流すことができる。
【００６４】
なお、図８（ｂ）では、隣接する直線状の流路の間を連通する連通凹部７８を示している。しかし、図８（ａ）に示すように、３つの直線状のガス通過部用流路壁６８による流路の間を連通する連通凹部７８も設けられている。なお、これに限られるものではなく、任意の数の直線状のガス通過部用流路壁６８による流路の間を連通する連通凹部７８を設けることができる。つまり、連通凹部７８が、少なくとも隣接するガス通過部用流路壁６８の間に渡って延びていれば、ガスを各々のガス通過部用流路壁６８へ行き渡るようにすることができ、十分なガスの予熱を実施することができる。
なお、図８（ｃ）には、左右方向に沿った図８（ａ）の断面Ｃ−Ｃにおいて、ガス通過部用流路壁６８で形成された左右方向に沿った流路に連通凹部７８が接続された状態が示される。
【００６５】
連通凹部７８は、入側のガス通過部用開口８４ａに隣接した領域に設けられており、セパレータ５６に流入したガスを速やかに、各々のガス通過部用流路壁６８へ行き渡らせることができる。
なお、燃料ガス流路壁７６の左右方向における中央部分では、一方の板６０の貼合せ面６４におけるガス通過部用流路壁６８（具体的には、凹部の両側面+底面）と、他方の板７０の貼合せ面７４における凹部（具体的には、凹部の両側面+底面）により囲まれた領域が、予熱されるガスが流れる流路（つまり、ガス通過部）になっている。
以上のような構造により、１の面の凹凸形状がその反対側の面（裏面）で凹凸が逆転した形状となるパターンを有する板を用いたセパレータにおいて、燃料ガスや酸化ガスの流路の確保、及び予熱されるガスの流路の確保を両立させることが可能な厚みの薄いセパレータ５６を提供することができる。
【００６６】
以上のような構造により、厚みの薄いセパレータにおいて、酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２と異なるガス通過部９４を設けることができる。ただし、本発明のセパレータ、スタックはこれに限られるものではなく、酸化ガス発電経路９０や燃料ガス発電経路９２の形状に影響されない任意のガス通過部９４を設けることもできる。例えば、各ガス流路の高さを抑制することによって、厚みの薄いセパレータにおいて、互いに形状が干渉されない、酸化ガス発電経路、燃料ガス発電経路及びガス通過部を設けることもできる。
【００６７】
＜＜セパレータのその他の実施形態＞＞
上記の互いに形状が干渉されない、酸化ガス発電経路、燃料ガス発電経路及びガス通過部が設けられた厚みの薄いセパレータの一例を、図９を用いて説明する。本実施形態のセパレータ５６’は、一方の板６０’と他方の板７０’とを貼り合せて形成される。図９（ａ）は、セパレータ５６’のガス通過部用開口８４’ａ近くの領域を、一方の板６０’の外面６２’側から見た図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の断面Ｄ−Ｄを示す断面図である。
一方の板６０’に、プレス加工による突起部１３０が設けられている。突起部１３０は、一方の板６０’の貼合せ面６４’側に突出している。一方の板６０’と他方の板７０’との貼り合せ時には、突起部１３０と他方の板７０’の貼合せ面７４’とが当接して、一方の板６０’の貼り合せ面６４’と他方の板７０’の貼り合せ面７４’との間に、予熱されるガスが流れるガス通過部９４が形成される。図９（ａ）に示すように、上下方向に沿って延びた突起部１３０の列が複数設けられており、ガス通過部用開口８４ａから流入した予熱されるガスは、これらの突起部１３０の列に沿って下から上へ流れる。
【００６８】
これに対して、一方の板６０’の外面６２‘には、リブ１３２が設けられており、これにより膜／電極接合体との間に酸化ガス流路が形成される。他方の板７０’の外面７２‘には、リブ１３４が設けられており、これにより膜／電極接合体との間に燃料ガス流路が形成される。
本実施形態では、突起部１３０の形状と、リブ１３２、１３４の形状とは、互いに干渉されずに、異なる任意の形状を形成することができる。よって、厚みの薄いセパレータにおいて、互いに形状が干渉されない、酸化ガス発電経路、燃料ガス発電経路及びガス通過部を実現することができる。
【００６９】
なお、スタックは、複数のセパレータ５６’が積層されて構成される。このため、セパレータ５６’が、ボルトの締結によって積層方向（即ち、図９（ｂ）の前後方向）の圧力を受ける。このような圧力によって、セパレータ５６’を構成する薄い金属板が変形すると、予熱するガスが通過するための空間が塞がれてしまう。よって、このような問題を解消するために、適切な間隔で複数の突出部１３０が形成される。
【符号の説明】
【００７０】
２                燃料ガス供給源
４                エアーポンプ（酸化ガス供給源）
６                スタック（燃料電池本体）
８                加湿器
１０              断熱材
１２              燃料ガス経路ａ（燃料ガスの第１配管）
１４              燃料ガス経路ｂ（燃料ガスのガス流路壁から構成されるガス経路）
１６              燃料ガス経路ｃ（燃料ガスの第３配管）
２０              酸化ガス経路ａ（酸化ガスの第１配管）
２２              酸化ガス経路ｂ（酸化ガスのガス通過部）
２４              酸化ガス経路ｃ（酸化ガスの加湿器入側の第２配管）
２６              酸化ガス経路ｄ（酸化ガスの加湿器内の第２配管）
２８              酸化ガス経路ｅ（酸化ガスの加湿器出側の第２配管）
３０              酸化ガス経路ｆ（酸化ガスのガス通過部）
３２              酸化ガス経路ｇ（酸化ガスの第２配管）
３４              酸化ガス経路ｈ（酸化ガスのガス流路壁から構成されるガス経路）
３６              酸化ガス経路ｉ（酸化ガスの加湿器入側の酸化ガスの第３配管）
３８              酸化ガス経路ｊ（酸化ガスの加湿器内の酸化ガスの第３配管）
４０              酸化ガス経路ｋ（酸化ガスの加湿器出側の酸化ガスの第３配管）
４２              燃料ガス経路ｄ（燃料ガスのガス通過部）
４４              燃料ガス経路ｅ（燃料ガスの第２配管）
５０              膜／電極接合体（ＭＥＡ）
５２              アノード
５４              カソード
５６、５６’      セパレータ
５８              高分子膜
６０、６０’      一方の板
６２、６２’      一方の板の外面
６４、６４’      一方の板の貼合せ面
６６              酸化ガス流路壁
６８              ガス通過部用流路壁
７０、７０’      他方の板
７２、７２’      他方の板の外面
７４、７４’      他方の板の貼合せ面
７６              燃料ガス流路壁
７８              連通凹部
８０              酸化ガス用開口
８０ａ            酸化ガス用開口（入側）
８０ｂ            酸化ガス開口（出側）
８２              燃料ガス用開口
８２ａ            燃料ガス用開口（入側）
８２ｂ            燃料ガス用開口（出側）
８４              ガス通過部用開口
８４ａ、８４’ａ  ガス通過部用開口（入側）
８４ｂ            ガス通過部用開口（出側）
８６              突起
９０              酸化ガス発電経路
９２              燃料ガス発電経路
９４              ガス通過部
１００ａ、ｂ      遷移領域
１０２ａ、ｂ      拡散領域
１２０            凸部の頂部
１２２            連通凹部の底部
１３０            突起部
１３２            リブ（酸化ガス用）
１３４            リブ（燃料ガス用）
【図１】
2015185333.tif 000003
【図２】
2015185333.tif 000004
【図３】
2015185333.tif 000005
【図４】
2015185333.tif 000006
【図５】
2015185333.tif 000007
【図６】
2015185333.tif 000008
【図７】
2015185333.tif 000009
【図８】
2015185333.tif 000010
【図９】
2015185333.tif 000011