(57)【要約】【課題】電解質膜を適湿に保ち、反応ガス流路に水が溜まり難く、セル面内の反応ガス流路間でのガスリークが生じ難い燃料電池の提供。【解決手段】セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとの各々複数の反応ガス流路が交差して配設され、一旦使用された各々の反応ガスをセル段間でリターンさせて、前記セル面内に、各々、未使用の反応ガスとリターンさせた再使用の反応ガスとを流す燃料電池において、前記セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と未使用酸化剤ガス流路の上流端側、及び、最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側と再使用酸化剤ガス流路の下流端側とが交差しないように反応ガス流路が配置されたことを特徴とする。【選択図】　　　　図３
2004039483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとの各々複数の反応ガス流路が交差して配設され、一旦使用された各々の反応ガスをセル段間でリターンさせて、前記セル面内に、各々、未使用の反応ガスとリターンさせた再使用の反応ガスとを流す燃料電池において、
前記セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と未使用酸化剤ガス流路の上流端側、及び、最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側と再使用酸化剤ガス流路の下流端側とが交差しないように反応ガス流路が配置されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
セル面内における、最後のリターンによる再使用の燃料ガス又は酸化剤ガスの何れかの反応ガス流路が、再使用の反応ガスの反応ガス流路の間、又は未使用のガスの反応ガス流路と再使用のガスの反応ガス流路との間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとの各々複数の反応ガス流路が交差して配設され、一旦使用された各々の反応ガスをセル段間でリターンさせて、前記セル面内に、各々、未使用の反応ガスとリターンさせた再使用の反応ガスとを流す燃料電池において、
前記セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用酸化剤ガス流路の下流端側、及び、未使用酸化剤ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側とが交差するよう反応ガス流路が配置されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとが交差して流れるよう配設される燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の双方又は一方の反応ガス流路は、セル面の一辺側から相対する辺側に向かって複数並列に形成された直線状の溝、又は、前記一辺側から相対する辺側との間を１回以上折り返して最終的に相対する辺側に到る複数並列に形成された蛇腹状の溝であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池。
【請求項５】
燃料電極や酸化剤電極が形成される電極基材に当接されるセパレータに形成された複数の反応ガス流路を流れる反応ガスが、隣り合う反応ガス流路に当該電極基材内部と経て漏れないよう、前記セパレータの反応ガス流路間の境界領域に当接する前記電極基材の面部分に電極基材側境界シール部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の燃料電池。
【請求項６】
電極基材の電極基材側境界シール部が当接するセパレータの反応ガス流路間の境界領域に、前記電極基材側境界シール部に密接するセパレータ側境界シール部を設けたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
セパレータ側境界シール部は、セパレータの面に設けられたシール溝と、当該シール溝に埋め込まれた親水性多孔質部材と、前記シール溝と当該セパレータの背面に設けられた冷却水路とを連通させるよう当該セパレータを貫通して設けられた導水孔とから成り、前記親水性多孔質部材に冷却水を含ませたことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
電極基材側境界シール部が当接するセパレータの反応ガス流路間の境界領域に、前記電極基材側境界シール部が蓋のように密接するシール溝を設け、当該シール溝の一方端側を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水供給孔に、シール溝の他方端を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水排出孔に連通させたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項９】
電解質膜の一側に酸化剤電極が他側に燃料電極が一体的に接合された電極・膜接合体とセパレータとが水平方向に交互に積層され、セル面内の燃料ガスの反応ガス流路が重力方向に向けて配設された積層体と、
当該積層体の一方端に設けられた燃料側リターンマニホールドと、
当該積層体の他方端に設けられた酸化剤側リターンマニホールドとを備えた燃料電池において、
前記燃料側及び酸化剤側リターンマニホールドの一方又は双方に、リターンする反応ガスの流路に、乾燥した反応ガスには水分を奪わせ、水分を過分に含む反応ガスからは水分を吸収する親水性多孔質基板を反応ガスと接触するように設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン導電性を有する電解質膜を用いた燃料電池に関し、例えば、固体高分子形燃料電池のセパレータ、積層体及びリターンマニホールドの構造等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来技術を固体高分子形燃料電池を例にして説明する。
固体高分子形燃料電池は、動作温度が８０℃程度と他の燃料電池に比べて低いため、生成水が水蒸気としてよりも水滴となって、燃料ガスや酸化剤ガス等の反応ガスの反応ガス流路に生じ易く、この水滴が速やかに排出されないと、反応ガス流路が閉塞されてしまい、燃料欠乏や空気欠乏を起こしてしまうという問題があった。
例えば、燃料欠乏が起こると、水素の代わりに、燃料電池の主要な構成材料であるカーボンと水との電気化学的な反応によりプロトンと電子とが放出されて、一酸化炭素や二酸化炭素が生成され、主要な構成材料であるカーボンを腐食させてしまうし、空気欠乏が起こると、電流密度分布の急激な変化を引き起こしてしまう。
このため、固体高分子形燃料電池では、反応ガス流路の水滴を速やかに排出する必要がある。これは、８０℃程度の低温で動作させるリン酸形燃料電池やアルカリ形燃料電池等でも同様である。
【０００３】
この問題を解消するため、この種の燃料電池では、セパレータに形成される燃料ガス流路や酸化剤ガス流路等の反応ガス流路や、冷却水を流通させるための冷却水流路として、サーペンタイン流路（蛇腹状流路）が一般的に用いられている。このサーペンタイン流路を設けることによって流速を速め、速やかに水を排出させるためである。サーペンタイン流路を設けた例としては、本出願人の特許第１７５８７２６号、特許第１６０４０４８号及び特許第１５０２６１７号等がある。
しかし、このサーペンタイン流路は、反応ガスの流速を速めて水滴の排出を容易にするという利点があるものの、形状が複雑であるため、安価なモールド加工が難しく、しかも、圧力損失が大きくて補機損失も大きくなる等の不利な点があった。
【０００４】
そこで、更にこの問題を解消するため、本出願人によって出願された特開平１１−２３３１２６号公報では、サーペンタイン流路に代えて、流速を速める方法として、流路形状をシンプル化したストレート流路を採用した流路構成が提案されている。
以下、この従来の流路構造を図２９乃至図３２に基づいて説明する。
図２９はセパレータの燃料ガス流路側の平面図、図３０はセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図、図３１はセル面内における燃料ガスと酸化剤ガスの流れの位置関係を示す平面図、図３２は冷却水流路の平面図である。
【０００５】
図２９乃至図３２において、図中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄはセパレータの共通のコーナ部、白三角は反応ガスの入口、黒三角は反応ガスの出口、実線の白矢印は反応ガスの流れる方向、破線の白矢印はリターンマニホールドでの反応ガスの流れ方向を示す。
先ず図２９において、セパレータの一側面（片面）に設けられる燃料ガス流路は、重力に対して順方向にガスが流れるよう直線状に形成された多数の細い溝（ガス溝）からなり、図の例では、この多数の溝を左右の二群に分けている。即ち、図において左側の一群が第１燃料ガス流路１、右側の一群が第２燃料ガス流路である。
尚、燃料ガス及び酸化剤ガスを総称して反応ガスともいう。又、燃料ガスが流れる複数の溝から成る燃料ガス流路、及び酸化剤ガスが流れる複数の溝から成る酸化剤ガス流路を総称して反応ガス流路、若しくは単にガス流路ともいう。
【０００６】
図３０において、セパレータの他側面に設けられる酸化剤ガス流路は、当該セパレータの一側面に設けられた燃料ガス流路即ち第１燃料ガス流路１及び第２燃料ガス流路２と交差する方向に酸化剤ガスが流れるよう、図示の例では、水平方向に多数の溝が形成されており、この多数の溝が上下の二群に分けられている。即ち、図において上側の一群が第１酸化剤ガス流路３、下側の一群が第２酸化剤ガス流路４である。
【０００７】
図２９及び図３０において、一側に燃料ガス流路即ち第１燃料ガス流路１及び第２燃料ガス流路２、他側に酸化剤ガス流路即第１酸化剤ガス流路３及び第２第２酸化剤ガス流路４が配設されているセパレータの外周縁側には、これ等の反応ガス流路１〜４に所要の反応ガスを給排するガス供給孔及びガス排出孔が、積層方向に当該セパレータを貫通するように適宜配設されている。
又、前記冷却水流路を備えた冷却機能を持つセパレータ（以下、冷却板ともいう）に冷却水を給排するための冷却水供給孔及び冷却水排出孔も、同様に、セパレータを貫通するように適宜配設されている。
【０００８】
即ち、図２９において、５は、第１燃料ガス流路１に燃料ガスを供給するガス供給孔としての第１燃料ガス供給孔であり、未使用の燃料ガスを第１燃料ガス流路１に供給する。
６は、第１燃料ガス流路１を経た燃料ガスのガス排出孔としての第１燃料ガス排出孔であり、第１燃料ガス流路１から排出された燃料ガスを、積層体の一方の端部側に設けた燃料側のリターンマニホールド（図示せず、以下、燃料側リターンマニホールドという。）に導く。
７は、第１燃料ガス流路１で一旦使用されて回収された燃料ガスが、前記燃料側リターンマニホールドを経て、再使用のため送り出されるガス供給孔としての第２燃料ガス供給孔であり、この再使用の燃料ガス（再使用燃料ガス）を第２燃料ガス流路２に供給する。
８は、第２燃料ガス流路２を経た燃料ガスのガス排出孔としての第２燃料ガス排出孔であり、第２燃料ガス流路２から排出された再使用（２回目）の燃料ガスを、前記燃料側リターンマニホールドに導いて、積層体（図示せず）外に排出（回収）する。
【０００９】
又、図３０において、９は、第１酸化剤ガス流路３に酸化剤ガスを供給するガス供給孔としての第１酸化剤ガス供給孔であり、未使用の酸化剤ガスを第１酸化剤ガス流路３に供給する。
１０は、第１酸化剤ガス流路３を経た酸化剤ガスのガス排出孔としての第１酸化剤ガス排出孔であり、第１酸化剤ガス流路３から排出された酸化剤ガスを、積層体の他方の端部側に設けた酸化剤側のリターンマニホールド（図示せず、以下、酸化剤側リターンマニホールドという。）に導く。
１１は、第１酸化剤ガス流路３で一旦使用されて回収された酸化剤ガスが、前記酸化剤側リターンマニホールドを経て、再使用のため送り出されるガス供給孔としての第２酸化剤ガス供給孔であり、この再使用の酸化剤ガス（再使用酸化剤ガス）を第２燃料ガス流路４に供給する。
１２は、第２酸化剤ガス流路４を経た酸化剤ガスのガス排出孔としての第２酸化剤ガス排出孔であり、第２酸化剤ガス流路４から排出された再使用（２回目）の酸化剤ガスを、前記酸化剤側リターンマニホールドに導いて、積層体（図示せず）外に排出（回収）する。
【００１０】
尚、図２９及び図３０において、セパレータのコーナ部Ａ、Ｂ側に示す１３、１３は、図示されていない冷却板に冷却水を供給する水供給孔としての冷却水供給孔であり、セパレータのコーナ部Ｃ、Ｄ側に示す１４、１４は、冷却板を流れた冷却水を回収する水排出孔としての冷却水排出孔である。
又、図２９の１５で示す矢印は第１燃料ガス流路１から第２燃料ガス流路２への燃料ガスのリーク方向を示し、図３０の１６で示す矢印は第１酸化剤ガス流路３から第２酸化剤ガス流路４への酸化剤ガスのリーク方向を示す。
【００１１】
図３１において、セパレータのコーナ部Ｂ側の１７は、積層された状態におけるセル面内において、未使用の燃料ガスが流入する第１燃料ガス流路１（図２９、３０）の上流端側と、未使用の酸化剤ガスが流入する第１酸化剤ガス流路３（図２９、３０）の上流端とが交差する領域、即ち、未使用反応ガス交差領域を示す。
又、コーナ部Ｄ側の１８は、再使用の燃料ガスが当該セル面内から最終的に流出する第２燃料ガス流路２の下流端側と、同じく再使用の酸化剤ガスが当該セル面内から最終的に流出する第２酸化剤ガス流路４の下流端側とが交差する領域、即ち、最後のリターン（この例では１回）を経て最終的に積層体外へ排出される再使用反応ガス交差領域を示す。
【００１２】
燃料電池の積層体（図示せず）は、燃料電極と酸化剤電極とでイオン導電性を有する固体高分子膜を挟持して接合一体化された電極・膜接合体と、一側面に前記第１及び第２の燃料ガス流路１、２、他側面に前記第１及び第２の酸化剤ガス流路３、４が形成されたセパレータとが交互に、水平方向に向けて所定枚数重ね合わせされて構成される。この場合、適宜間隔にて、セパレータに代えて冷却機能を持つセパレータ（冷却板）が配置される。
【００１３】
この冷却板としてのセパレータとしては、図示していないが、例えば、燃料ガス流路と冷却水流路とが表裏に形成された一方のセパレータ構成部分と、酸化剤ガス流路が片面（一側）に形成された他方のセパレータ構成部分とを、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが外側となるように張り合わせて一体的に形成されたものがある。以下、このような冷却板をも含めてセパレータともいう。
尚、図３２は、セパレータ（冷却板）の一側面に配設された冷却水流路１９を示す平面図である。図において、図２９及び図３１と同一の符号は、同一の内容である。
【００１４】
こうして形成された積層体の積層方向の両端側には端板が配されており、この両端板が積層体を挟んで締結されて、一体化された燃料電池スタックが構成される。このように構成された燃料電池では、積層された各セパレータ（冷却板を含む）の縁側に当該セパレータを貫通して形成された燃料ガスのガス供給孔５、７、燃料ガスのガス排出孔６、８、酸化剤ガスのガス供給孔９、１１、酸化剤ガスのガス排出孔１０、１２、冷却水供給孔１３、１３、冷却水排出孔１４、１４などが、各々独立して積層方向に連なる管を形成する。
【００１５】
そして、積層方向に延在する燃料ガス供給孔５、７及び燃料ガス排出孔６、７が端板側に設けられた燃料ガス入口ポート及び出口ポート（図示せず）に連通されると共に、積層方向に延在する酸化剤ガス供給孔９、１１及び酸化剤ガス排出孔１０、１２が、端板側に設けられた酸化剤ガス入口ポート及び出口ポート（図示せず）に連通される。
又、積層方向に延在する冷却水供給孔１３、１３、及び冷却水排出孔１４、１４も端板側に設けられた冷却水ガス入口ポート及び出口ポート（（図示せず）に連通される。
【００１６】
このように、反応ガス流路にストレート流路を採用し、積層体の端板側にリターンマニホールド（中間マニホールド）を設けて、セル面内に複数配設された反応ガス流路に反応ガスを、単に順方向に繰り返して流す構成においては、第１燃料ガス流路１の上流端側と第１酸化剤ガス流路３の上流端側とが、セパレータの同じコーナ部Ｂ側にて交差する未使用反応ガス交差領域１７が生ずる（図３１）。
一方、そのコーナ部Ｂと対角の位置にあるコーナ部Ｄ側では、第２燃料ガス流路２の下流端側と第２酸化剤ガス流路４の下流端側とが交差する再使用反応ガス交差領域１８が生ずる（図３１）。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このため、ストレート流路を採用した前記の流路構成による燃料電池では次のような問題があった。
第１に、図３１において、未使用反応ガス交差領域１７、即ち当該セル面内の反応ガス流路の入口領域では、８０度前後の反応ガスが常時流入してくるため、高温領域となる。これによって、反応ガス即ち燃料ガスや酸化剤ガス中の相対湿度が減少するため、固体高分子膜が乾燥してイオン伝導抵抗が増大し、セル電圧が低下してしまう。
逆に、再使用反応ガス交差領域１８、即ち当該セル面内の反応ガス流路の出口領域では、反応を繰り返した反応ガスが重なるため低温領域となる。
このような低温領域を燃料ガスや酸化剤ガスが流れると、ガス中の水蒸気（生成水）が凝縮して水滴となり易く、これが反応ガス流路に溜まってガス流路を閉塞したり、詰まらせたりして、セル電圧を経時的に大きく変化させたり、燃料不足となって燃料極のカーボンや触媒粒子、特にＣＯ被毒対策として添加しているルテニウムを溶出させたりして、ＣＯ被毒耐性を急激に低下させたりする。
【００１８】
第２に、燃料側リターンマニホールドでは、第１燃料ガス排出孔６から回収されてきた再使用（１回目）の燃料ガスを第２燃料ガス供給孔７に送り出す流れに対して、各セル面内における第１燃料ガス流路１と第２燃料ガス流路２との境界領域、特にその下流端側の境界領域で、第１燃料ガス流路１を流れる燃料ガスが燃料電極基材（図示せず）を介して拡散し、隣の第２燃料ガス流路２の下流端側を経て、直接、第２燃料ガス排出孔８に短絡する流れ、即ちリーク１５（図２９）が発生し、第２燃料ガス排出孔８を流れる再使用反応ガス（２回目）と共に積層体外へと回収されてしまうため、第２燃料ガス流路２への燃料ガスの供給量が不十分となってしまう。
【００１９】
同様に、酸化剤ガス側リターンマニホールドでも、第１酸化剤ガス排出孔１０から回収されてきた再使用（１回目）の酸化剤ガスを第２酸化剤ガス供給孔１１に送り出す流れに対して、各セル面内における第１酸化剤ガス流路３と第２燃料ガス流路４との境界領域、特にその下流端側の境界領域で、第１酸化剤ガス流路３を流れる酸化剤ガスが、酸化剤電極基材（図示せず）を介して拡散し、隣の第２酸化剤ガス流路４の下流端側を経て、直接、第２酸化剤ガス排出孔１２に短絡する流れ、即ちリーク１６（図３０）が発生し、第２酸化剤ガス排出孔１２を流れる再使用反応ガス（２回目）と共に積層体外に回収されてしまうため、第２酸化剤ガス流路４への燃料ガスの供給量が不十分となってしまう。
【００２０】
このような問題は、従来技術で示した２つの燃料ガス流路１、２と酸化剤ガス流路３、４とが配設されている場合（図２９乃至図３２）に限らず、セル面内に反応ガス流路が複数隣り合わせに配設されている場合に生ずる。
例えば、図３３に示すように、各々３つの燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが配設されている場合でも同様であり、４つ以上の反応ガス流路が各々配設される場合も同様である。尚、図３３において、図２９乃至図３２と同じ符号は同一の内容である。
【００２１】
本発明は、上記のような諸問題を解消し、電解質膜を適湿に保ち、反応ガス流路に水が溜まり難く、セル面内の反応ガス流路間でのガスリークが生じ難い燃料電池の提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとの各々複数の反応ガス流路が交差して配設され、一旦使用された各々の反応ガスをセル段間でリターンさせて、前記セル面内に、各々、未使用の反応ガスとリターンさせた再使用の反応ガスとを流す燃料電池において、前記セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と未使用酸化剤ガス流路の上流端側、及び、最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側と再使用酸化剤ガス流路の下流端側とが交差しないように反応ガス流路が配置されたことを内容とする。
【００２３】
又、本発明は、セル面内における、最後のリターンによる再使用の燃料ガス又は酸化剤ガスの何れかの反応ガス流路が、再使用の反応ガスの反応ガス流路の間、又は未使用のガスの反応ガス流路と再使用のガスの反応ガス流路との間に配置されたことを内容とする。
【００２４】
又、本発明は、セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとの各々複数の反応ガス流路が交差して配設され、一旦使用された各々の反応ガスをセル段間でリターンさせて、前記セル面内に、各々、未使用の反応ガスとリターンさせた再使用の反応ガスとを流す燃料電池において、前記セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用酸化剤ガス流路の下流端側、及び、未使用酸化剤ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側とが交差するよう反応ガス流路が配置されたことを内容とする。
【００２５】
又、本発明は、セル面内に燃料ガスと酸化剤ガスとが交差して流れるよう配設される燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の双方又は一方の反応ガス流路は、セル面の一辺側から相対する辺側に向かって複数並列に形成された直線状の溝、又は、前記一辺側から相対する辺側との間を１回以上折り返して最終的に相対する辺側に到る複数並列に形成された蛇腹状の溝であることを内容とする。
【００２６】
又、本発明は、燃料電極や酸化剤電極が形成される電極基材に当接されるセパレータに形成された複数の反応ガス流路を流れる反応ガスが、隣り合う反応ガス流路に当該電極基材内部と経て漏れないよう、前記セパレータの反応ガス流路間の境界領域に当接する前記電極基材の面部分に電極基材側境界シール部を設けたことを内容とする。
【００２７】
又、本発明は、電極基材の電極基材側境界シール部が当接するセパレータの反応ガス流路間の境界領域に、前記電極基材側境界シール部に密接するセパレータ側境界シール部を設けたことを内容とする。
【００２８】
又、本発明は、セパレータ側境界シール部は、セパレータの面に設けられたシール溝と、当該シール溝に埋め込まれた親水性多孔質部材と、前記シール溝と当該セパレータの背面に設けられた冷却水路とを連通させるよう当該セパレータを貫通して設けられた導水孔とから成り、前記親水性多孔質部材に冷却水を含ませたことを内容とする。
【００２９】
又、本発明は、電極基材側境界シール部が当接するセパレータの反応ガス流路間の境界領域に、前記電極基材側境界シール部が蓋のように密接するシール溝を設け、当該シール溝の一方端側を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水供給孔に、シール溝の他方端を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水排出孔に連通させたことを内容とする。
【００３０】
又、本発明は、電解質膜の一側に酸化剤電極が他側に燃料電極が一体的に接合された電極・膜接合体とセパレータとが水平方向に交互に積層され、セル面内の燃料ガスの反応ガス流路が重力方向に向けて配設された積層体と、
当該積層体の一方端に設けられた燃料側リターンマニホールドと、
当該積層体の他方端に設けられた酸化剤側リターンマニホールドとを備えた燃料電池において、
前記燃料側及び酸化剤側リターンマニホールドの一方又は双方に、リターンする反応ガスの流路に、乾燥した反応ガスには水分を奪わせ、水分を過分に含む反応ガスからは水分を吸収する親水性多孔質基板を反応ガスと接触するように設けたことを内容とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を固体高分子形燃料電池を例にして、図１乃至図２８に基づいて説明する。尚、図において、従来技術として説明した図２９乃至図３３と同じ符号は実質的に同じ内容である。尚、固体高分子形燃料電池を単に燃料電池ともいう。
【００３２】
実施の形態１．
実施の形態１を図１乃至図３に基づいて説明する。図１はセパレータの一側に配設された燃料ガス流路を示す平面図、図２はセパレータの他側に配設された酸化剤ガス流路を示す平面図、図３はセパレータの表裏に配設された燃料ガス流路と酸化剤ガス流路の位置関係を示す平面図である。
尚、図１乃至図２８に示すセパレータは、外形が１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚さ３ｍｍで、カーボン粒子とフェノール樹脂とのモールド加工によってガス溝が加工されたものである。又、図１乃至図２７に示す反応ガス流路は、セル面の一辺側即ちセパレータの一辺側から相対する辺側に向かって複数並列に形成された直線状の溝で構成されている。
【００３３】
この燃料電池は、セル面内に、燃料ガスが重力方向に順に流れるように配設された少なくとも第１及び第２の２つの燃料ガス流路１、２（図１、図３）と、この２つの燃料ガス流路１、２と交差する水平方向に酸化剤ガスが順に流れるように配設された少なくとも第１及び第２の２つの酸化剤ガス流路３、４（図２、図３）とを備えている。
【００３４】
第１の燃料ガス流路（第１燃料ガス流路）１には未使用の燃料ガス（未使用燃料ガス）を流し、第２の燃料ガス流路（第２燃料ガス流路）２には、第１燃料ガス流路１に流されて一旦（この例では１回）使用された再使用の燃料ガス（再使用燃料ガス）を流すと共に、第１の酸化剤ガス流路（第１酸化剤ガス流路）３には未使用の酸化剤ガス（未使用酸化剤ガス）を流し、第２の酸化剤ガス流路（第２酸化剤ガス流路）４には、第１酸化剤ガス流路１に流されて一旦（この例では１回）使用された再使用の酸化剤ガス（再使用酸化剤ガス）を流すよう、セル段間でリターンさせるリターンマニホールドを積層体の端板側に備えている。即ち、積層体の一方端に燃料側リターンマニホールド、他方端側に酸化剤側リターンマニホールドが配設されている（図示せず）。
【００３５】
このように構成された燃料電池において、セル面内における、未使用燃料ガス流路即ち第１燃料ガス流路１の上流端側と未使用酸化剤ガス流路即ち第１酸化剤ガス流路３の上流端側、及び、最後のリターン、この形態では１回リターンされた再使用燃料ガス流路即ち第２燃料ガス流路２の下流端側と再使用酸化剤ガス流路即ち第２酸化剤ガス流路４の下流端側とが、当該セル面内において交差しないように配置されている。
【００３６】
図３において、セル面内における燃料ガス流路１、２及び酸化剤ガス流路３、４の反応ガス流路の交差を説明する。
図示されていない電解質膜（この例では固体高分子膜）の一方側に当接される一方のセパレータの一側に配設された燃料ガスの入口領域即ち第１燃料ガス流路１の上流端側と、当該電解質膜の他方に当接される他方のセパレータの一側に配設された酸化剤ガスの入口領域即ち第１の酸化剤ガス流路３の上流端側とが、積層体の積層方向から見て重ならないように位置にされている。
又、同様に、燃料ガスの出口領域即ち第２の燃料ガス流路２の下流端側と、酸化剤ガスの出口領域即ち第２の酸化剤ガス流路４の下流端側も、積層体の積層方向から見て重ならないように位置にされている。
【００３７】
これを、従来の反応ガス流路を示す図３１と対比して説明すると、図３１における第２の酸化剤ガス排出孔１２を図３において第１の酸化剤ガス供給孔９とし、図３１における第２の酸化剤ガス流路４を図３において第１の酸化剤ガス流路３とし、図３１における第２の酸化剤ガス供給孔１１を図３において第１の酸化剤ガス排出孔９とし、図３１における第１の酸化剤ガス排出孔１０を図３において第２の酸化剤ガス供給孔１１とし、図３１における第１の酸化剤ガス流路３を図３において第２の酸化剤ガス流路４とし、図３１における第１の酸化剤ガス供給孔９を図３において第２の酸化剤ガス排出孔１２として機能するように構成したものである。
【００３８】
即ち、図３において、一方の、未使用反応ガスとしての燃料ガス（未使用燃料ガス）のセル面内への入口領域となる第１燃料ガス流路１の上流側即ち第１燃料ガス供給孔５側の領域（最高温領域）は、他方の、再使用反応ガスとしての酸化剤ガス（再使用酸化剤ガス）が流れる第２酸化剤ガス流路４の下流端側即ち第２酸化剤ガス排出孔１２側の領域（最低温領域）と重ねられている（コーナＢ側）。
又、再使用反応ガスとしての燃料ガス（再使用燃料ガス）が当該セル面内から排出される直前の、第２燃料ガス流路２の下流側即ち第２燃料ガス排出孔８側の領域（最低温領域）は、未使用反応ガスとしての酸化剤ガス（未使用酸化剤ガス）の第１酸化剤ガス流路３の上流端側即ち第１酸化剤ガス供給孔９側の領域（最高温領域）と重ねられている。
【００３９】
この実施の形態では、セル面内における、一方の反応ガス流路の最高温領域と他方の反応ガスの最高温領域、及び、一方の反応ガス流路の最低温領域と他方の反応ガス流路の最低温領域との重なりを避けるだけでなく、一方の反応ガス流路の最高温領域を他方の反応ガス流路の最低温領域と重ね、一方の反応ガス流路の最低温領域を他方の反応ガス流路の最高温領域と重ねた構成としている。
【００４０】
このように、この実施の形態では、反応ガス流路の互いの最高温領域が重ならないように構成されているので、従来のように、反応ガス延いては電解質膜を異常乾燥させることなく、適湿に保つことができる。
又、従来のように反応ガス流路の互いの最低温領域が重ならないように構成されているので、従来のように、反応ガスの温度低下によって反応ガス中の水蒸気が凝縮しての水滴の発生が抑制されて反応ガスの流通が円滑に行われ、流路間でのガスリークが生じ難い高性能の燃料電池を提供することができる。
【００４１】
しかも、この実施の形態では、一方の反応ガス流路の最高温領域と他方の反応ガス流路の最低温領域とを重ねると共に、一方の反応ガス流路の最低温領域と他方の反応ガス流路の最低温領域とを重ねた構成としているので、最高温領域と最低温領域とが中和されてセル面内の温度分布を均一化することができる。
【００４２】
この実施の形態の燃料電池では、セル面内に、リターン前の未使用ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）と１回使用（１回リターン）させた再使用反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）との２つの反応ガス流路を備えた構成としているが、これに限らず、複数回リターンさせて、リターン毎に再使用反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を流すよう３つ以上の反応ガス流路（燃料ガス、酸化剤ガス）を配設した構成であってもよい。
【００４３】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１のセパレータを用いて積層された積層体の両端側の、一方に燃料側リターンマニホールドを、他方に酸化剤ガス側リターンマニホールドを備えた燃料電池において、両リターンマニホールドに、相応する反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）が流れる無数の案内溝が形成された親水性多孔質基板を配設して、ガス排出孔６、１０を経て当該リターンマニホールドに回収されてきた反応ガスが、再びガス供給孔７、１２に向かって、当該リターンマニホールド内を前記案内溝を通過して行く際に、水を過剰に含んだ反応ガスに対しては吸水作用によって水を吸収して乾燥化させ、乾燥し過ぎた反応ガスに対しては、親水性多孔質基板に含水されている水を放出して湿潤化させて、反応ガスを適度に湿潤化させる構成としたものである。
【００４４】
以下、図４乃至図８に基づいて説明する。図４は燃料側マニホールドプレートの平面図、図５は酸化剤側マニホールドプレートの平面図、図６は燃料側マニホールドプレートの一部切断断面図、図７は燃料ガスの流れを示す積層体の平面図、図８はマニホールドプレートでの燃料ガスの流れを示す模式図である。
尚、積層体は、電解質膜（一側に酸化剤電極が他側に燃料電極が一体的に接合された電極・膜接合体）と、実施の形態１のセパレータとが、水平方向に交互に積層され、セル面内の燃料ガス流路１、２が重力方向に向けられて配設されたものである。
又、燃料ガス側及び酸化剤側リターンマニホールドは、積層体の積層方向に貫通させた燃料ガス及び酸化剤ガスのガス排出孔６、１０を介して各セル面内から排出されてきた反応ガスをリターンさせて、積層体の積層方向に貫通させた燃料ガス及び酸化剤ガスのガス供給孔７、１１を介して各セル面内に供給させるものである。
【００４５】
図４乃至図５において、親水性多孔質基板２１は、反応ガスを流通させる無数の案内溝が形成された多孔質プレートであって、マニホールドプレートに配置されている。以下、この親水性多孔質基板２１を多孔質プレート２１ともいう。
２２はリターンマニホールド側に開口するガス排出孔６の開口部に接するよう延在された多孔質プレート２１の導入部であり、２３は多孔質プレート２１から当該リターンマニホールド側に開口する燃料ガス供給孔７の開口部へ連絡するように延在された導出部である。
この多孔質プレート２１は重力方向に沿うよう垂直に設けられており、リターンマニホールドの下部に開口された燃料ガス排出孔口６の排出口から流入してきた燃料ガスが、導入部２２、多孔質プレート２１を経て下方側から上方側へと流れ、導出部２３を介して、当該リターンマニホールドの上部に開口された燃料ガス供給孔口７から送り出される。
【００４６】
図６乃至図８において、図示の燃料側リターンマニホールドの構造に基づいて説明する。
図中の４０は第１透水膜、４１は第２透水膜（図７、図８）、４２は第１燃料マニホールドプレート、４３は第２燃料マニホールドプレート（図７、図８）、４４は第３燃料マニホールドプレート（図７、図８）、４５は第４燃料マニホールドプレート、５８は多孔質プレート２１に形成された反応ガスの案内溝、５９は第４燃料マニホールドプレートに形成された反応ガスの流路としての案内溝である。
【００４７】
図４において、多孔質プレート２１が、マニホールドプレートの中央を占めるように配設されている。この多孔質プレート２１は平均気孔径が３５μｍで、気孔率７５％、厚さ１．５ｍｍの多孔質カーボン基材を用いて形成されている。
更に、この多孔質プレート２１はガス排出孔６に接するように延在する導入部分２２と、ガス供給孔７へ連絡するように延在する導出部２３とを上述のように備えている。
導入部２２は多孔質プレート２１の一部を単に延在させて設けたものであるが、導出部２３はカーボンと樹脂のモールド加工によってマニホールドプレートと共に形成されており、縦横に交差している案内溝は、この例では幅が約１ｍｍ、溝深さが約１ｍｍである。
【００４８】
図４において、第１燃料ガス排出孔６から排出された燃料ガス（燃料中間ガス）は、当該第１燃料ガス排出孔６に接した導入部２２から多孔質プレート２１の中央をへて導出部２３に達し、第２燃料ガス供給孔７に導かれる。この間、燃料ガスのうち、ガスは案内溝５８（図６）を通って運ばれるが、液体の水は多孔質プレート２１のポア吸引力によって吸収されて上方へ運ばれる。
カーボン繊維からなるこの多孔質プレート２１は、上記のように、小さな気孔を多数有しているため、液体の水を容易に保持することができ、しかも、大きな表面積を有しているので、カーボン繊維への凝縮とカーボン繊維からの蒸発が容易である。
【００４９】
このため、リターンマニホールドに回収されてきた燃料ガスの湿度が高すぎる場合には、カーボン繊維表面に水が凝縮して多孔質プレート２１に水が貯蔵され、湿度が低すぎる場合には、カーボン繊維表面から水が蒸発して多孔質プレートの水が放出される。
こうして、燃料側リターンマニホールドでは、多孔質プレート２１によって、燃料ガスに含まれる余分な水が取り除かれて貯蔵されると共に、運転状況の変化等で、燃料ガスの湿度が一時的に低下した場合には、水の蓄えられた多孔質プレート２１から水分が付与され、十分な加湿を得て、第２燃料ガス供給孔７に運ばれる。即ち、多孔質プレート２１によって、燃料ガス（燃料中間ガス）の湿度が調整される。
【００５０】
図５において、第１酸化剤ガス排出孔１０から排出された酸化剤ガス（酸化剤中間ガス）は、当該第１酸化剤ガス排出孔１０に接した多孔質プレート２１の導入部２２から、多孔質プレート２１の中央をへて導出部２３に達して、第２酸化剤ガス供給孔１１に導かれる。この間、酸化剤ガスのうち、ガスは上述の燃料ガスと同様に、案内溝５８（図６参照）を通って運ばれるが、液体の水は多孔質プレート２１のポア吸引力によって吸収されて上方に運ばれる。
【００５１】
そして、リターンマニホールドに回収されてきた酸化剤ガスの湿度が高すぎる場合には、カーボン繊維表面に水が凝縮して多孔質プレート２１に水が貯蔵され、湿度が低すぎる場合には、カーボン繊維表面から水が蒸発して多孔質プレートの水が放出されることにより、酸化剤側リターンマニホールドでも、多孔質プレート２１によって、酸化剤ガスに含まれる余分な水が取り除かれて貯蔵されると共に、運転状況の変化等で、酸化剤ガスの湿度が一時的に低下した場合には、水の蓄えられた多孔質プレート２１から水分が付与され、十分な加湿を得て、第２酸化剤ガス供給孔１１に運ばれる。即ち、この多孔質プレート２１によって、酸化剤料ガス（酸化剤中間ガス）の湿度も調整される。
【００５２】
尚、図６において、多孔質プレート２１に吸収された水は、第１透水膜４０を介して燃料ガスに付与される。透水膜４０としては、ジャパンゴアッテクス社製の厚さ３０μｍのゴア膜を用いたが、勿論、これに限定されない。
又、図４及び図５において、燃料側リターンマニホールドには燃料側排水ポート６２を、又、酸化剤側リターンマニホールドには酸化剤側排水ポート６３をそれぞれ設けて、リターンマニホールド内に過剰な水が蓄積された場合には、余分な水を排出して、運転に支障をきたさないようにしている。これ等の排水ポートは通常は閉鎖されており、水を抜く場合に開放される。
【００５３】
図７において、２４は７５セルが積層された積層体（スタック）、２５は積層体２４の一方の端板側に設けられた燃料側リターンマニホールド、２６は積層体２４の他方の端板側に設けられた酸化剤側リターンマニホールドである。
又、２７は燃料ガス入口ポート、２８は燃料出口ガスによる被加湿燃料ガスの流れ、２９は燃料ガスの移動孔での移動、３０は第３燃料マニホールドプレートでの再使用の反応ガス（燃料中間ガス）による被加湿燃料ガスの流れ、３１は第１燃料ガス供給孔５での燃料ガスの流れ、３２は第１燃料ガス流路１での燃料ガスの流れ、３３は第１燃料ガス排出孔６での燃料ガスの流れ、３４は第１燃料マニホールドプレートを流れる燃料ガスの流れ、３５は第２燃料ガス供給孔７を流れる燃料ガスの流れ、３６は第２燃料ガス流路２での燃料ガスの流れ、３７は第２燃料ガス排出孔８での燃料ガスの流れ、３８は第２燃料マニホールドプレートを流れる燃料ガスの流れを示す。
尚、図中の３９は燃料ガス出口ポート、４６は酸化剤供給ガス入口ポート、４７は酸化剤排出ガス出口ポート、６０は閉塞孔、６１は開口孔、６２は燃料側排水ポート、６３は酸化剤側排出ポートである。
【００５４】
図７及び図８において、燃料ガスの流れを説明する。
燃料ガスは、積層体２４の最端部の金属板に取り付けられた燃料ガス入口ポート２７から、第３燃料リターンマニホールドプレートに入り、透水膜４１から水分を受け取って加湿されて、燃料ガスの移動孔２９を通って、第４燃料リターンマニホールドプレートに達し、ここで再度透水膜４０から水分を受け取って加湿されて第１燃料ガス供給孔３１（６）を通って、各セル面内に供給される。
各セル面内において、第１燃料ガス流路１を通って、反応に用いられた燃料ガス（燃料中間ガス）は、生成水を伴って、第１燃料ガス排出孔３３（６）に集められ、第１燃料リターンマニホールドプレート４２に達する。
【００５５】
ここで、燃料ガス（燃料中間ガス）は、上述したように、第１燃料リターンマニホールドプレートの多孔質プレート２１に水分を凝縮された後、第２燃料ガス供給孔３５（７）に運ばれ、再び各セルに供給され、セル面内の第２燃料ガス流路３６（２）を通って、燃料電池反応に用いられ、生成水を伴って第２燃料ガス排出孔３７（８）に集められ、第２燃料リターンマニホールドプレートを流れて、多孔質プレート２１に水分を付与した後、燃料ガス出口ポート３９に達する。
尚、この燃料ガスの流れは、閉塞孔６０と開口孔６１とを使い分けることで何通りも選択可能である。
【００５６】
以上のプロセスで燃料ガスは、燃料中間ガス（この例では１回使用された燃料ガス）と燃料ガス（この例では２回使用された燃料ガス、即ち燃料排出ガス）とによって、２度にわたって加湿される。
積層体２４の外側は放熱によって温度が下がるので、燃料ガスは比較的低温で燃料ガス（燃料排出ガス）からの加湿を得た後、比較的高温で燃料中間ガスからの加湿を受ける。
尚、この例では、２回使用された燃料ガス（燃料排出ガス）は、低温によって水分の大部分が除去された後、排出される。
供給される未使用の燃料ガスが全く乾燥した反応ガスであっても、この２度にわたる加湿によって十分な湿度を得ることができ、逆に、スチームカーボン比の大きな比率で水蒸気改質された改質ガスの場合のように、過剰な水分を持っている場合では、２度にわたる燃料側リターンマニホールドの多孔質プレート２１による水分の調整（吸収及び放出）を得て、適度な湿度が確保される。
【００５７】
以上、燃料側リターンマニホールド２５について説明したが、酸化剤側リターンマニホールド２６の多孔質プレート２１による場合も、同様であるから、その説明を省略する。
このように、酸化剤ガスも燃料ガスと同様に、２度にわたる水分の吸収或いは放出による調整を得て適度な湿度が確保される。
又、この実施の形態では、積層体端部のリターンマニホールドでガスを流す配置を１例でしか示していないが、その他にも、数多くの配置が可能であり、同様の効果が得られる。
又、ガス供給孔やガス排出孔が増えるほど、その組み合わせは指数関数的に増えるので、自由に選択することができる。
【００５８】
実施の形態３．
実施の形態３は、燃料電極や酸化剤電極の電極基材に触媒層を介して当接される上記実施の形態１のセパレータの当接面に形成された未使用反応ガス流路や、１又は複数の再使用反応ガス流路を流れるガスが隣の反応ガス流路に漏れないように、反応ガス流路間の境界領域に当接する電極基材側境界シール部を電極基材に設けた構成としたものである。
以下、これを図９乃至図１１に基づいて説明する。図９は電極・膜接合体（ＭＥＡ）の酸化剤電極側の平面図、図１０は電極・膜接合体（ＭＥＡ）の燃料電極側の平面図、図１１は両側にセパレータが接着された電極・膜接合体（ＭＥＡ）の一部切断断面拡大図を示す。
【００５９】
図９において、５０は電解質膜、この例では電極・膜接合体の酸化剤極側を示す。又、５２は電極基材の第１酸化剤領域有効面積部、５３は当該電極基材の第２領域酸化剤領域有効面積部であり、５１Ｂは第１酸化剤領域有効面積部５２と第２酸化剤領域有効面積部５３との境界領域に形成された電極基材側境界シール部を示す。
この第１酸化剤領域有効領域面積部５２は図２に示す第１酸化剤ガス流路３に、第２酸化剤領域有効領域面積部５３は第２酸化剤ガス流路４に各々対応し、電極基材側境界シール部５１Ｂが図２に示すセパレータの第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との境界領域に対応している。
【００６０】
又、図１０において、５５は電解質膜の燃料極側を示し、５６は電極基材の第１燃料領域有効面積部、５７は第２燃料領域有効面積部であり、５１Ａは第１燃料域有効面積部５６と第２燃料領域有効面積部５７との境界領域の電極基材側境界シール部を示す。
この第１燃料領域有効領域面積部５６は図１に示す第１燃料ガス流路１に、第２燃料領域有効領域面積部５７は第２燃料ガス流路２に各々対応し、電極基材側境界シール部５１Ａが図２のセパレータの第１燃料ガス流路１と第２燃料ガス流路２との境界領域に対応している。尚、図９及び図１０中の５４はガスケットである。
【００６１】
図１１において、６４は、一側面に燃料ガス流路が形成され、他側面に冷却水路７１を備えて冷却機能を持つセパレータ（冷却板）としての燃料ガスセパレータである。６５は燃料ガスセパレータ６４の燃料ガス流路として形成された溝（ガス溝）、６６は燃料極触媒層、６７は固体高分子電解質膜である。又、６８は酸化剤セパレータ、６９は酸化剤ガス流路として形成された溝（ガス溝）、７０は酸化剤極触媒層である。
尚、図示の例では、固体高分子電解質膜としては旭化成社製のアシプレックスを用い、電極基材５５、５６としては東レ社製の厚さ０．２ｍｍのカーボンペーパーを用い、ガスケット５４としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のフィルムを用いているが、勿論これに限定されない。
【００６２】
図１１に示すセルは、燃料ガス流路の溝６５と冷却水流路７１とが表裏に形成された燃料セパレータ（冷却板）６４と、酸化剤ガス流路の溝６９のみが片面に設けられた酸化剤セパレータとの２種類のセパレータとが、電解質膜（ＭＥＡ）５０の両面に当接するよう重ねられている。
尚、これら２種類のセパレータ６４、６８は、共に、カーボン粉末とフェノール樹脂の混合物のモールド加工によって製作されており、反応ガス流路の形状がストレート流路なので、サーペンタイン流路に比べて簡単であり、容易に成形することができる。
【００６３】
電解質膜（ＭＥＡ）５０の表裏の電極基材の一方には、図９に示すように、第１酸化剤領域有効面積部５２と第２領域酸化剤領域有効面積部５３とが上下に二分割されて、左右水平方向に延在するその境界領域には電極基材側境界シール部５１Ｂが設けられている。
こうして分けられた第１酸化剤領域有効面積部５２に、図２で説明した酸化剤側セパレータの第１酸化剤ガス流路３が、第２酸化剤領域有効面積部５３に第２酸化剤ガス流路４が当接されると共に、電極基材側境界シール部５１Ｂが、酸化剤側セパレータの第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との境界領域に密着する。
【００６４】
同様に、電解質膜（ＭＥＡ）５０の表裏の電極基材の他方には、図１０に示すように、第１燃料領域有効面積部５６と第２燃料領域有効面積部５７とが左右に二分割されて、縦方向（垂直方向）に延在するその境界領域には電極基材側境界シール部５１Ａが設けられている。
こうして分けられた第１燃料領域有効面積部５６に、図１で説明した燃料側セパレータの第１燃料ガス流路１が、第２燃料領域有効面積部５７に第２酸化剤ガス流路２が当接されると共に、電極基材側境界シール部５１Ａが、酸化剤側セパレータの第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との境界領域に密着する。
【００６５】
これ等、電解質膜（ＭＥＡ）５０の表裏の電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂは、この例では、図１１に示すように、ペースト状のシリコーン樹脂を電極基材に含浸させて電極基材の気孔を閉塞させて形成しているので、電極基材の気孔を通じてのガスの流通が阻止される。
【００６６】
この実施の形態によれば、従来技術で説明した図２９の符号１５及び図３０の符合１６で示す、電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂにおける境界領域を越えてのガスリークを阻止することができる。
即ち、図９において、第１酸化剤領域有効面積部５２から拡散によって直接、第２酸化剤排出孔１２にガスリークして排出されるのを防止することができる。又、同様に第１燃料領域有効面積部５６から拡散によって直接、第２燃料ガス排出孔８にガスリークして排出されるのを防止することができる。
【００６７】
実施の形態１の７５セルスタックと、これと全く同じ仕様の電解質膜（ＭＥＡ）を用いた従来例の７５セルスタックの運転比較試験を実施した。
運転条件としては、２５０ｍＡ／ｃｍ２、酸化剤として空気、燃料として、水素７５％、二酸化炭素２５％、一酸化炭素２０ｐｐｍの改質模擬ガスを用い、約８０℃の動作温度で、朝、運転を開始して、夕方停止するモードでそれぞれ一ヶ月間運転した。
【００６８】
その結果、実施の形態１の７５セルスタック（１．３ｋＷ級）では平均７１０ｍＶの高いセル電圧が安定して得られたのに対して、従来例の７５セルスタック（１．３ｋＷ級）では、初期こそ、平均６９０ｍＶのセル電圧が得られたものの、数日の運転で多くのセルに不安定現象が発生し、平均６５０ｍＶ程度のセル電圧しか得られなくなった。
従来例について分解調査した結果、特性が不安定なセルについては、燃料ガス出口と酸化剤ガス出口が重なる領域の燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に水詰まりが観測された。
【００６９】
更に、水詰まりした部分の電極触媒層の分析の結果、燃料極に用いていた白金ルテニウム合金触媒のうち、ルテニウムが減少しており、空気極の白金粒径が大きく増大する等、燃料欠乏による腐食現象が起きていることが確認された。
又、運転初期の６９０ｍＶと、実施の形態１よりも平均セル電圧が低いのは空気入口側と燃料入口側が重なる領域で乾燥し、イオン伝導抵抗が高くなったためと考えられる。
【００７０】
実施の形態４．
実施の形態４は、上記実施の形態３において、電極基材側に設けた電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂに対応して、セパレータの反応ガス流路間の境界領域に、電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂに密接するセパレータ側境界シール部を設けた構成としたものである。
以下、これを図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２はセパレータの燃料ガス流路側の平面図、と図１３はセパレータの酸化剤ガス流路の平面図である。
【００７１】
図１２において、７２Ａは、セパレータの第１燃料ガス流路１と第２燃料ガス流路２との間の境界領域の延在方向に浅く形成されたシール溝（図示せず）と、当該シール溝を満たすように埋設された親水性多孔質部材とから成るセパレータ側境界シール部である。
又、図１３におい、７２Ｂは、セパレータの第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との間の境界領域に浅く形成されたシール溝（図示せず）と、当該シール溝を満たすように埋設された親水性多孔質部材とから成るセパレータ側境界シール部である。
親水性多孔質部材としては、厚さ１ｍｍ、幅１ｍｍ、長さ１００ｍｍで平均気孔径３５μｍ、気孔率７０％のカーボン基材を用いているが、これに限らず、適宜な材質のものを用いればよい。
この親水性多孔質基板７２Ａ、Ｂは、保持した水が、これに接する電極基材の気孔に浸透して通気性を奪うため、水の浸透した領域においてガスリークを防止することができる。
【００７２】
この実施の形態によれば、電極基材側に設けられた電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂと密着されるセパレータ側境界シール部７２Ａ、７２Ｂをセパレータ側に設けたので、両シール部が相まって、実施の形態３を超えたシール機能を発揮することができる。
尚、この実施の形態について、４セルスタックを構成して運転試験を実施したところ、実施の形態１と同様に、高いセル電圧が得られた。
【００７３】
実施の形態５．
実施の形態５は、上記実施の形態３の電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂが蓋のように密接する溝を上記実施の形態４のようにセパレータの反応ガス流路の境界領域に設けて、前記溝を満たすよう親水性多孔質部材を埋設し、この溝と、当該セパレータの背面に設けられた冷却水路とを連通する導水孔を当該セパレータに貫通して設けて、前記の親水性多孔質部材に、常時、水を含ませよう冷却水を供給する構成としたものである。
以下、これを図１４乃至図１７に基づいて説明する。図１４はセパレータの燃料ガス流路側の平面図、図１５はセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図、図１６は図１４に示すセパレータの背面側に設けられた冷却水流路を示す平面図、図１７は図１５に示すセパレータの背面側を示す平面図である。
【００７４】
図１４において、７２Ａは、第１燃料ガス流路１と第２燃料ガス流路２との境界領域に形成されたセパレータ側境界シール部であり、７３は、セパレータ側境界シール部７２Ａの溝と当該セパレータの裏面側に形成された冷却水路７４（図１６）とを連通するよう当該セパレータを貫通させて設けられた貫通孔としての導水孔である。この導水孔７３はセパレータ側境界シール部７２Ａの延在方向に適宜間隔をおいて複数形成されている。
又、図１５において、７２Ｂは、第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との境界領域に形成されたセパレータ側境界シール部であり、７３Ｂは、セパレータ側境界シール部７２Ｂの溝と当該セパレータの裏面側に当接される更に別のセパレータに形成された図１６と同様の冷却水路７４とを連通させるよう当該セパレータを貫通して設けられた貫通孔としての導水孔である。
【００７５】
この実施の形態によれば、この親水性多孔質部材に常時、冷却水が供給されるため、実施の形態４に比べて、シール機能を更に有効に発揮させることができる。
又、この実施の形態によれば、反応ガス流路間の境界領域に冷却水が通る導水孔７３、７３Ｂが設けられているので、冷却水によってセルの中央付近を効率よく冷却することができ、セル面における温度分布を均一化させることができる。
【００７６】
この実施の形態５についても、実施の形態４の場合と同様に４セルスタックを構成して運転試験を実施し、実施の形態４の場合よりも、温度が均一化し、５ｍＶほど高いセル電圧が得られた。
【００７７】
実施の形態６．
実施の形態６は、電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂが当接するセパレータの反応ガス流路間の境界領域に、前記電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂが蓋のように密接する溝を設け、当該溝の一方端側を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水供給孔に、他方端を同じく当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水排出孔に連通させた構成としたものである。
以下、これを図１８及び図１９に基づいて説明する。図１８はセパレータの燃料ガス流路側の平面図、図１９はセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図である。
【００７８】
図１８及び図１９において、７７Ａは、セパレータの第１燃料ガス流路１と第２燃料ガス流路２との間の境界領域の延在方向に浅く形成されたシール溝（親水性多孔質部材は埋設されていない）から成るセパレータ側境界シール部である。又、７７Ｂも、セパレータの第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との間の境界領域に浅く形成されたシール溝（親水性多孔質部材は埋設されていない）から成るセパレータ側境界シール部である。
これらセパレータ側境界シール部７７Ａ及び７７Ｂが当接される電極基材側には、上記実施の形態３で説明した電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂが設けてあり、当該電極基材の表裏面に前記２つのセパレータを当接した際、電極基材側境界シール部５１Ａ、５１Ｂが前記セパレータのセパレータ側境界シール部７７Ａ、７７Ｂを覆うように密着することによって、当該セパレータ側境界シール部７７Ａ、７７Ｂのシール溝が密閉されて、電極基材側境界シール部５１Ａ及びセパレータ側境界シール部７７Ａと、電極基材側境界シール部５１Ｂ及びセパレータ側境界シール部７７Ｂとから成る境界冷却水流路が、この例では、セル面内を中央を縦横に横断するよう十字状に形成される。
【００７９】
この各境界冷却水流路（５１Ａ及び７７Ａと５１Ｂ及び７７Ｂ）は、隣り合う反応ガス流路の間の境界領域の全長にわたって延在し、その一方端側はセパレータの縁側に当該セパレータの積層方向に貫通するように設けられた冷却水供給孔７５に、他方端側は、同様に、セパレータの縁側に設けられた冷却水排出孔７６に連通されており、常時、冷却水が流通する構成としてある。
尚、この例に示す境界冷却水流路は、深さ１ｍｍ、幅１．５ｍｍである。又、電極基材側境界シール部がセパレータのセパレータ側境界シール部を覆うように密着するため、境界冷却水路（５１Ａ及び７７Ａと５１Ｂ及び７７Ｂ）を流れる冷却水は電極基材側からは漏れない。
【００８０】
この実施の形態６によれば、セパレータに形成される反応ガス流路の間の境界領域に境界冷却水路（５１Ａ及び７７Ａと５１Ｂ及び７７Ｂ）が形成されるので、当該境界領域を間にして隣り合う反応ガス流路間におけるガスリークをより確実に防止することができる。
又、この実施の形態６によれば、セル面内の中央領域を縦横に横断する境界冷却水路（５１Ａ及び７７Ａと５１Ｂ及び７７Ｂ）を流れる冷却水によって、当該セルで発生した熱を効率よく除去することができるので、この実施の形態に示す１種類のセパレータの他に、冷却機能を備えたセパレータ即ち冷却板を必要としない。
しかも、セルの一側面に境界冷却水流路（７７Ａ）及び燃料ガス流路が、他側面に境界冷却水流路（７７Ｂ）と酸化剤ガス流路を備えた１種類のセパレータのみで構成することができるので、従来当該積層体に介在させていた冷却板の厚さ×枚数分の容積分の冷却機能を備えたセパレータを削減することができる。
従って、積層体の容積を大幅に減少させることができ、小型で、安価な積層体、延いては燃料電池を提供することができる。
【００８１】
この実施の形態６についても、実施の形態４や実施の形態５の場合と同様に４セルスタックを構成して運転試験を実施した。
その結果は、実施の形態４の場合よりも、温度は均一ではなく、５ｍＶほど低いものの、１セルあたりのセパレータの使用枚数が２枚から１枚に減少したので、容積を半減させることができ、コンパクトな積層体を得ることができた。
【００８２】
実施の形態７．
実施の形態７は、上記実施の形態１乃至６では、セル面内において、交差して配置される燃料ガス流路と酸化剤ガス流路として、各セル面の一方の辺から他方の辺に直線的に配設された各々２本の反応ガス流路を例にして説明したが、この実施の形態では、各々３本の反応ガス流路を用いて、未使用燃料ガス流路の上流端側と未使用酸化剤ガス流路の上流端側、及び、最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側と再使用酸化剤ガス流路の下流端側とが交差しないように反応ガス流路を配置した構成としたものである。
以下、これをセパレータの燃料ガス流路と酸化剤ガス流路の位置関係を示す平面図である図２０に基づいて説明する。
【００８３】
図２０において、図示の例では、セル面内に各々３本の燃料ガス流路１、２、１０３及び酸化剤ガス流路３、４、２０３とが縦横に平行に配設されている。
図において、７８は第３燃料ガス供給孔であり、第３燃料ガス流路１０３に、第２燃料ガス流路２、第２燃料ガス排出孔８、及び燃料側リターンマニホールド（図示せず）を経た再使用燃料ガス（３回目）が供給される。　７９はこの第３燃料ガス流路１０３から排出された燃料ガスを回収するための第３燃料ガス排出孔である。
【００８４】
同様に、図２０において、８０は第３酸化剤ガス供給孔であり第３酸化剤ガス流路２０３に、第２酸化剤ガス流路４、第２酸化剤ガス排出孔１２及び酸化剤側リターンマニホールド（図示せず）を経た再使用酸化剤ガス（３回目）が供給される。８１は、この第３酸化剤ガス流路２０３から排出された酸化剤ガスを回収するための第３酸化剤ガス排出孔である。
【００８５】
図２０に示す例では、セパレータのコーナ部Ａ側からコーナ部Ｂ側にかけての上辺から、コーナ部Ｄ側からコーナ部Ｃ側にかけての下辺に到る第１、第２、第３の３本の燃料ガス流路１、２、１０３が、セル面を四等分するように垂直方向に平行に配設されている。
他方、セパレータのコーナ部Ｂからコーナ部Ｃにかけての左辺から、コーナ部Ａからコーナ部Ｄにかけての右辺に到る第１、第２、第３の３本の酸化剤ガス流路３、４、２０３が同じくセル面を四等分するように水平方向に平行に配設されている。
そして、燃料ガスが第１、第２、第３の燃料ガス流路１、２、１０３を、酸化剤ガスは、第１、第２、第３の酸化剤ガス流路３、４、２０３をそれぞれ順に流れるように、例えば、積層体の端部側に適宜リターンマニホールドを配して構成されている。反応ガスの流れは、このリターンマニホールドのプレートの構成を適宜変更することで容易に変更可能である。
【００８６】
図２０において、高温の未使用の燃料ガスは、セパレータの上辺のコーナ部Ａ側の燃料ガス供給孔５から、第１燃料ガス流路１を介してセル面内に流入し、第１燃料ガス排出孔６を経て、燃料側リターンマニホールドに回収され、再使用の燃料ガスとして、再び、第２燃料ガス供給孔７から第２燃料ガス流路２を介してセル面内に流入し、第２燃料ガス排出孔８を経て、燃料側リターンマニホールドに回収され、更に、上述したように、第３燃料ガス供給孔７８から第３燃料ガス流路１０３を介してセル面内に流入し、第３燃料ガス排出孔７９を経て、燃料側リターンマニホールドから外部へと回収される。
【００８７】
同様に、高温の未使用の酸化剤ガスは、セパレータの左辺のコーナ部Ｂ側の燃料ガス供給孔９から、第１酸化剤ガス流路３を介してセル面内に流入し、第１酸化剤ガス排出孔１０を経て、酸化剤側リターンマニホールドに回収され、再使用の酸化剤ガスとして、再び、第２酸化剤ガス供給孔１１から第２酸化剤ガス流路４を介してセル面内に流入し、第２酸化剤ガス排出孔８を経て、酸化剤側リターンマニホールドに回収され、更に、上述したように第３酸化剤ガス供給孔８０から第３酸化剤ガス流路２０３を介してセル面内に流入し、第３酸化剤ガス排出孔８１を経て、燃料側リターンマニホールドから外部へと回収される。
【００８８】
この実施の形態によれば、セル面内に最も高い高温状態で流入する第１燃料ガス流路１の上流端側に、当該セル面内に最も高い高温状態で流入する第１酸化剤ガス流路３の上流端側ではなく、その下流端側が交差（コーナ部Ａ側）するので、高温状態の上流端側同士が交差する従来の構成に比べて、当該交差領域の高温化を防ぐことができる。
しかも、図示の例では、セル面内から最も低い低温状態で排出される第３燃料ガス流路１０３の下流端側は、第３酸化剤ガス流路２０３の上流端側と交差（コーナ部Ａ側）し、セル面内から最も低い低温状態で排出される第３酸化剤ガス流路２０３の下端側は、比較的温度の高い第１酸化剤ガス流路１の下流端側が交差（コーナ部Ｄ側）するので、従来のように最も低い低温状態の下流端側同士が交差するのに比べて、当該交差領域の低温化を防ぐことができる。
【００８９】
この実施の形態によれば、セル面内に流入する最も高温状態同士のガスが交差せず、又、セル面内から流出する最も低温状態同士のガスが交差しないよう反応ガス流路が配置されているので、従来では、最も高温状態同士のガスが交差する領域（最高温領域）に生じていた、固体高分子電解質膜の異常な乾燥によるイオン伝導抵抗の上昇によるセル電圧の低下を防ぐことができると共に、最も低温状態同士のガスが交差する領域（最低温領域）に生じていた、水づまりの発生を回避することができ、燃料欠乏による腐食等の不具合の発生を抑制することができる。
【００９０】
又、３本の反応ガス流路においては、相対的に高温の第１反応ガス流路、中温の第２、低温の第３反応ガス流路と順次低温化していくので、２つの反応ガス流路を、一方の高温の反応ガス流路に対して他方の低温の反応ガス流路が、又、一方の低温の反応ガス流路に対しては他方の高温の反応ガス流路が、互いに幾度も交差するように配置することによって、セル面内における温度分布を均一化させることができる。
【００９１】
実施の形態８．
この実施の形態８は、セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用酸化剤ガス流路の下流端側、及び、未使用酸化剤ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側とが交差する反応ガス流路の配置としたものである。これをセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である図２１に基づいて説明する。
【００９２】
図２１において、セパレータ及び燃料ガス流路の配置は、上記実施の形態７に示す図２０と同じであるが、酸化剤ガス流路を異にしている。
即ち、図示の例では、酸化剤ガス流路は、セパレータのコーナ部Ｃ側からコーナ部Ｂ側にかけての左辺から、コーナ部Ｄ側からコーナ部Ａ側にかけての右辺に到る第１、第２、第３の３本の酸化剤ガス流路１、２、１０３が、コーナ部Ｃ、Ｄ（図において下辺）側からコーナ部Ｃ、Ａ（図において上辺）にかけて平行に３本配設されている。
酸化剤ガスは第１、第２、第３の燃料ガス流路３、４、２０３をそれぞれ順に流れるように構成されている。尚、先に述べたように、この酸化剤ガスの流れは、積層体の端部に設けられた酸化剤側リターンマニホールドのプレートの構成を適宜変更することで可能である。
【００９３】
図２１において、高温の未使用の酸化剤ガスは、セパレータの左辺のコーナ部Ｃ側の酸化剤ガス供給孔９から、第１酸化剤ガス流路３を介してセル面内に流入し、第１酸化剤ガス排出孔１０を経て、酸化剤側リターンマニホールドに回収され、再使用の酸化剤ガスとして、再び、第２酸化剤ガス供給孔１１から第２酸化剤ガス流路２０３を介してセル面内に流入し、第２酸化剤ガス排出孔１２を経て、酸化剤側リターンマニホールドに回収され、更に、第３酸化剤ガス供給孔８０から第３酸化剤ガス流路２０３を介してセル面内に流入し、第３酸化剤ガス排出孔８１を経て、燃料側リターンマニホールド（図示せず）から外部へと回収される。
【００９４】
このように２つの反応ガス流路を配置することによって、セル面内において、最も高い高温状態で流入する第１燃料ガス流路１の上流端側には、同じく、セル面内から最も低い低温状態で流出する第３酸化剤ガス流路２０３の下流端側が交差（コーナ部Ａ側）するので、当該交差領域の温度を両ガスの中間の温度状態とすることができる。
他方、セル面内から最も低い低温状態で排出される第３燃料ガス流路１０３の下流端側は、セル面内に最も高温状態で流入する第１酸化剤ガス流路３の上流端側と交差（コーナ部Ｃ側）するので、同様に、当該交差領域の温度を両ガスの中間の温度状態とすることができる。
【００９５】
従って、この実施の形態によれば、セル面内に流入する最も高温状態同士のガスが交差せず、又、セル面内から流出する最も低温状態同士のガスが交差しないよう反応ガス流路が配置されているだけではなく、両反応ガスの最高温領域と最低温領域とを交差させているので、当該セル面内に高温ガスが流入した時点で、効率的に低温化させることができ、電解質膜を異常に乾燥させたり、反応ガス流路に水滴が生じるほどに低温化させることがなく、セル面内の温度を均一化することができる。
従って、従来のように、イオン伝導抵抗の上昇によるセル電圧の低下を防ぐことができると共に、最も低温状態同士のガスが交差する領域に生じていた、水づまりの発生を回避することができ、燃料欠乏による腐食等の不具合の発生を抑制することができる。
【００９６】
実施の形態９．
この実施の形態９は、セル面内における、最後のリターンによる再使用の燃料ガス又は酸化剤ガスの何れかの反応ガス流路を、再使用の反応ガスの反応ガス流路の間、又は未使用の反応ガスの反応ガス流路と再使用の反応ガスの反応ガス流路との間に配置した構成としたものである。これをセパレータの燃料ガス流路と酸化剤ガス流路の位置関係を示す平面図である図２２及び図２３に基づいて説明する。
【００９７】
図２２において、図示の例では、酸化剤ガス流路の配置は、上記実施の形態７の図２０と同じであるが、燃料ガス流路を異にしている。
即ち、燃料ガス流路は、第１燃料ガス流路１と第２燃料ガス流路２の間に第３燃料ガス流路１０３が配設されており、燃料ガスはこの第１、第２、第３の燃料ガス流路１、２、１０３をそれぞれ順に流れるように構成されている。
【００９８】
高温の未使用の燃料ガスは、セパレータの上辺のコーナ部Ａ側の燃料ガス供給孔５から、第１燃料ガス流路１を介してセル面内に流入し、下辺のコーナ部Ｄ側の第１燃料ガス排出孔６を経て、燃料側リターンマニホールドに回収され、再使用の燃料ガスとして、再び、上辺のコーナ部Ｂ側の第２燃料ガス供給孔７から第２燃料化剤反応ガス流路２を介してセル面内に流入し、下辺のコーナ部Ｃ側の第２燃料ガス排出孔８を経て、燃料側リターンマニホールドに回収され、更に、上辺中央の第３燃料ガス供給孔７８から第３燃料ガス流路１０３を介してセル面内に流入し、下辺中央の第３燃料ガス排出孔７９を経て、燃料側リターンマニホールドから外部へと回収される。
【００９９】
図２２に図示の例によれば、セル面内に最も高い高温状態で流入する第１燃料ガス流路１の上流端側には、同じく、セル面内から高い高温状態で流出する第１酸化剤ガス流路３の下流端側が交差（コーナ部Ａ側）するが、この第１酸化剤ガス流路３はその前に、低温状態の第３燃料ガス流路１０３と交差させているため（この例では、更にその前に、中温状態の第２燃料ガス流路２とも交差させている）ため、第１酸化剤ガス流路３の下流端側は十分に低温化された状態で、第１燃料ガス流路１の上流端側と交差することになる。
従って、従来のように高温状態の上流端側同士が交差するのに比べて、当該交差領域の高温化が解消される。
他方、セル面内から、第１及び第２燃料ガス流路１、２に比べて相対的に低い低温状態の第３燃料ガス流路１０３が、比較的高温となりやすいセル面内の中央を横断するように配設されているため、低温の燃料ガスが熱を奪って、セル面内の中央領域を冷却すると共に自らの低温化をも防ぐことができる。
【０１００】
従って、図２２の例によれば、セル面内に流入する最も高温状態同士のガスが交差せず、又、セル面内から流出する最も低温状態同士のガスが交差しないよう反応ガス流路が配置されているだけではなく、反応を繰り返して生成水を大量に含み、低温となって当該セル面内を最終的に通る反応ガス流路、この例では第３燃料ガス流路１０３をセル面内の略中央を通るように配置してあるので、セル全体を十分に加湿することができ、電解質膜を異常に乾燥させたり、反応ガス流路を水滴が生じるまでに低温化させることがなく、イオン伝導抵抗の上昇によるセル電圧の低下を防ぐことができる。
又、最も低温状態同士のガスが交差する領域に生じていた、水づまりの発生も回避することができ、燃料欠乏による腐食等の不具合の発生を抑制することができる。
【０１０１】
次に、図２３に示す例では、セパレータ及び燃料ガス流路の配置は図２１と同じであるが、酸化剤ガス流路を異にしている。
即ち、酸化剤ガス流路は、図２３では、第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４の間に第３酸化剤ガス流路２０３が配設されており、酸化剤ガスはこの第１、第２、第３の酸化剤ガス流路３、４、２０３を順に流れるように構成されている。
【０１０２】
図において、高温の未使用の酸化剤ガスは、セパレータの左辺のコーナ部Ｂ側の酸化剤ガス供給孔９から、第１酸化剤ガス流路３を介してセル面内に流入し、右辺のコーナ部Ａ側の第１酸化剤ガス排出孔１０を経て、酸化剤側リターンマニホールドに回収され、再使用の酸化剤ガスとして、再び、左辺のコーナ部Ｃ側の第２燃料ガス供給孔１１から第２燃料化剤反応ガス流路４を介してセル面内に流入し、右辺のコーナ部Ｄ側の第２酸化剤ガス排出孔１２を経て、酸化剤側リターンマニホールドに回収され、更に、左辺中央の第３酸化剤ガス供給孔８０から第３酸化剤ガス流路２０３を介してセル面内に流入し、右辺中央の第３酸化剤ガス排出孔８１を経て、酸化剤側リターンマニホールドから外部へと回収される。
【０１０３】
図２３の例によれば、上記図２２の例と同様にセル面内に最も高い高温状態で流入する第１燃料ガス流路１の上流端側には、同じく、セル面内から高い高温状態で流出する第１酸化剤ガス流路３の下流端側が交差（コーナ部Ａ側）するが、この第１酸化剤ガス流路３はその前に、低温状態の第３酸化剤ガス流路２０３、次いで、中温状態の第２燃料ガス流路２と交差させているため、第１酸化剤ガス流路３の下流端側は十分に低温化された状態で、第１燃料ガス流路１の上流端側と交差することになる。
従って、従来のように高温状態の上流端側同士が交差するのに比べて、当該交差領域の高温化が解消される。
他方、セル面内から、第１及び第２酸化剤ガス流路３、４に比べて相対的に低い低温状態の第３燃料ガス流路２０３が、比較的高温となりやすいセル面内の中央を横断するように配設されているため、低温の酸化剤ガスが熱を奪って、セル面内の中央領域を冷却すると共に自らの低温化をも防ぐことができる。
【０１０４】
従って、図２３の例によれば、図２２の例と同様に、セル面内に流入する最も高温状態同士のガスが交差せず、又、セル面内から流出する最も低温状態同士のガスが交差しないよう反応ガス流路が配置されているだけではなく、反応を繰り返して生成水を大量に含み、低温となって当該セル面内を最終的に通る反応ガス流路、この例では第３酸化剤ガス流路２０３をセル面内の略中央を通るように配置してあるので、セル全体を十分に加湿することができ、電解質膜を異常に乾燥させたり、反応ガス流路を水滴が生じるまでに低温化させることがなく、イオン伝導抵抗の上昇によるセル電圧の低下を防ぐことができると共に、最も低温状態同士のガスが交差する領域に生じていた水づまりの発生を回避することができ、燃料欠乏による腐食等の不具合の発生を抑制することができる。
【０１０５】
図２０、２１、２２、２３に示す実施の形態７及び９のそれぞれの構成の４セルスタックを運転試験し、６５℃から９０℃までの広い動作温度域で安定に動作し、高いセル電圧を維持できることを確認した。
比較例として、Ａコーナ部に燃料入口と酸化剤入口とを配置し、Ｃコーナ部に燃料出口と酸化剤出口とを配置した場合には、水づまりが観測され、セル電圧が不安定になると共に、内部抵抗値が高くなりセル電圧も低く、入口での固体高分子電解質膜の乾燥を示唆する結果が得られた。
【０１０６】
尚、図２０、２１、２２、２３以外にもさまざまな構成が、積層端部のマニホールドプレートを用いることによって自由に選択することが可能であり、コーナ部に燃料入口と酸化剤入口、燃料出口と酸化剤出口が重ならない配置とした場合には、その配置の形態に応じて、本発明の上記実施の形態で説明した作用効果を得ることができる。
【０１０７】
実施の形態１０．
実施の形態１０は、上記実施の形態１乃至９に対して、燃料ガス及び酸化剤ガスのセル面内の反応ガス流路が４本、従って、反応ガスの供給孔及び排出孔がセルの縁側に各々４列に配置されている点が異なるが、図２１で説明した実施の形態８と同様に構成したものである。これを、セパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である図２４に基づいて説明する。
【０１０８】
図２４において、セル面内における、未使用燃料ガス流路即ち第１燃料ガス流路１の上流端側と最後のリターンによる再使用酸化剤ガス流路即ちこの例では第４酸化剤ガス流路２０４の下流端側とを交差（コーナＡ側）させると共に、未使用酸化剤ガス流路即ち第１酸化剤ガス流路３の上流端側と最後のリターンによる再使用燃料ガス流路即ちこの例では第４燃料ガス流路１０４の下流端側とを交差（コーナＣ側）させた配置としたものである。
尚、図中の８２は第４燃料ガス供給孔、８３は第４燃料ガス排出孔、８４は第４酸化剤ガス供給孔、８５は第４酸化剤ガス排出孔である。
【０１０９】
このような配置構成とすることによって、セル面内に最も高い高温状態で流入する第１燃料ガス流路１の上流端側には、同じく、セル面内から最も低い低温状態で流出する第４酸化剤ガス流路２０４の下流端側が交差（コーナ部Ａ側）するので、当該交差領域の温度を両ガスの中間の温度状態とすることができる。
他方、セル面内から最も低い低温状態で排出される第４燃料ガス流路１０４の下流端側は、セル面内に最も高温状態で流入する第１酸化剤ガス流路３の上流端側と交差（コーナ部Ｃ側）するので、同様に、当該交差領域の温度を両ガスの中間の温度状態とすることができる。
【０１１０】
従って、この実施の形態によれば、実施の形態８の作用効果と同様に、セル面内に流入する最も高温状態同士のガスが交差せず、又、セル面内から流出する最も低温状態同士のガスが交差しないよう反応ガス流路が配置されているだけではなく、両ガスのガス流路のうち最高温領域と最低温領域とが積極的に交差するように配置してあるので、電解質膜を異常に乾燥させたり、反応ガス流路を水滴が生じるまでに低温化させることがない。又、イオン伝導抵抗の上昇によるセル電圧の低下を防ぐことができると共に、最も低温状態同士のガスが交差する領域に生じていた、水づまりの発生を回避することができ、燃料欠乏による腐食等の不具合の発生を抑制することができる。
尚、実施の形態１（図３）、実施の形態８（図２１）及びこの実施の形態１０（図２４）から分かるように、セル面内に燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を各々２本以上を配置する際、これ等の実施の形態と同様に反応ガス流路を配置することによって上記の作用効果を発揮させることができる。
【０１１１】
この実施の形態についても実施の形態７乃至９の場合と同様に４セルスタックによる運転試験を実施し、イオン伝導抵抗の増大と水づまりが防止されていることが確認された。
【０１１２】
実施の形態１１．
実施の形態１１は、上記実施の形態１乃至１０で燃料ガス及び酸化剤ガスの反応ガス流路を２本以上の同数で構成した形態を示したが、必ずしも、同数とする必要が無い例を示すものとして、上記実施の形態１０の構成において、４本の酸化剤ガス流路に対して酸化剤ガス流路を２本で構成したものである。これをセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である図２５に基づいて説明する。
【０１１３】
図２５において、燃料ガス流路が第１、第２、第３、第４燃料ガス流路１、２、１０３、１０４、燃料ガス供給孔が第１、第２、第３、第４燃料ガス供給孔５、７、７８、８２、燃料ガス排出孔が第１、第２、第３、第４燃料ガス排出孔６、８、７９、８３と各々４列で配置されているのに対し、酸化剤ガス流路は第１酸化剤ガス流路３と第２酸化剤ガス流路４との２本であり、酸化剤ガス供給孔９、１０及び酸化剤ガス排出孔１０、１２も各々２列で配置されている。
【０１１４】
図２５から分かるとおり、セル面内に最も高い高温状態で流入する第１燃料ガス流路１の上流端側には、同じく、セル面内から最も低い低温状態で流出する第２酸化剤ガス流路４の下流端側がコーナ部Ａ側で交差されているので、当該交差領域の温度を両ガスの中間の温度状態とすることができる。
又、セル面内から最も低い低温状態で排出される第４燃料ガス流路１０４の下流端側は、セル面内に最も高温状態で流入する第１酸化剤ガス流路３の上流端側とコーナ部Ｃ側で交差されているので、同様に、当該交差領域の温度を両ガスの中間の温度状態とすることができる。
【０１１５】
従って、本数の異なる配置としても、上記実施の形態と同様の作用効果を発揮させることができる。
又、この実施の形態１０に示すように、酸化剤側よりも燃料側のガス供給孔とガス排出孔を増やすことによって、流速の遅い燃料側の流速を速めて、水づまりを防止する効果が高められると共に、流量の多い酸化剤側の流路圧力損失を少なくして空気ブロワーや空気コンプレッサー等の補機動力を削減できる効果がある。従って、燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔の数は酸化剤ガス供給孔と燃料ガス排出孔との数よりも多くすることが望ましい。
【０１１６】
実施の形態１２．
実施の形態１２は、セパレータの反応ガス流路間の境界領域に、実施の形態４乃至６で説明したセパレータ側境界シール部としてのシール溝を設け、当該シール溝の一方端側を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水供給孔に、又当該シール溝の他方端を当該セパレータの縁側に積層方向に設けられた冷却水排出孔に連通させ、このセパレータのシール溝に蓋のように密着するよう、実施の形態３乃至６で説明した電極基材側境界シール部を電極基材側に設けた構成としたものである。
以下、これを図２６及び図２７に基づいて説明する。図２６はセパレータの燃料側流路の平面図、図２７はセパレータの酸化剤側流路の平面図である。尚、図において８６は冷却水流路、８７は冷却水通路である。
【０１１７】
図２６及び図２７に示すセパレータには、実施の形態１０（図２４）の場合と同様に、セパレータに燃料ガス流路１、２、１０３、１０４（図２６）や酸化剤ガス流路３、４、２０３、２０４（図２７）等の反応ガス流路が複数配設されており、燃料ガスのガス供給孔５、７、７８、８２及びガス排出孔６、８、７９、８３（図２６）、酸化剤ガスのガス供給孔５、７、７８、８２及びガス排出孔６、８、７９、８３（図２７）がセパレータの四辺の縁側に各々対応するように４列毎に配設されている。
このように配置された複数の燃料ガス流路や酸化剤ガス流路の隣り合う反応ガス流路間の境界領域には、一方の反応ガス流路から他方の反応ガス流路にガスが漏れないように、シール溝としての冷却水流路が配設されている。即ち、燃料ガス流路間の境界領域には３本の冷却水路８６Ａ（図２６）、酸化剤ガス流路間の境界領域にも３本の冷却水路８６Ｂ（図２７）が配設されている。これらの冷却水流路８６Ａ、８６Ｂは、実施の形態６で説明した冷却水流路７７Ａ、７７Ｂと同様のシール溝である。
【０１１８】
これらの冷却水流路８６Ａ、８６Ｂに対応する電極基材の当接部分には、シリコーンゴム充填による液シール等の適宜なシール手段、例えば、同じく実施の形態６で説明した電極基材側境界シール部材５１Ａ、５１Ｂ（図示せず）が設けてある。これによって当該冷却水路８６Ａ、８６Ｂを流れる冷却水は電極基材側からは漏れない。
【０１１９】
図２６において、セパレータの燃料ガス流路側では、垂直方向に配設された冷却水流路８６Ａを流れる冷却水は、セパレータの上辺の右、即ちコーナ部Ａ側に配設された冷却水供給孔１３から供給され、当該セパレータの下辺の左、即ちコーナ部Ｃ側に各々配設されてた冷却水排水孔１４を経て排水される。
即ち、図において、各冷却水路８６Ａの上辺側即ち上流側は、左右の燃料ガス流路１、２、１０３、１０４の燃料ガス供給孔５、７、７８、８２の間を通ってセパレータの上辺の縁に到るよう延在し、当該上辺に沿って並ぶ燃料ガス供給孔５、７、７８、８２とセパレータの上辺縁との間に、冷却水供給孔１３と連通して延在するように設けられた冷却水供給水路８７Ａに連通され、各冷却水路８６Ａの下辺側即ち下流側は、左右の燃料ガス流路１、２、１０３、１０４の燃料ガス排出孔６、８、７９、８３の間を通って延在し、当該下辺に沿って並ぶ燃料ガス排出孔６、８、７９、８３とセパレータの下辺縁との間に、冷却水排出孔と連通して延在するように設けられた冷却水排出水路８７１Ａに連通されている。
【０１２０】
図２７において、セパレータの酸化剤ガス流路側では、水平方向左方向に向かって冷却水流路８６Ｂを流れる冷却水は、セパレータのコーナ部Ｂ側に配設された冷却水供給孔１３から供給され、当該セパレータのコーナ部Ｄ側に配設された冷却水排水孔１４を経て排水されように構成されている。
即ち、図において、各冷却水路８６Ｂの右端側即ち上流側はセパレータの右辺の縁に到るよう延在し、当該右辺に沿って並ぶ酸化剤ガス供給孔９、１１、８０、８４とセパレータの右辺縁との間に、冷却水供給孔１３と連通して延在するように設けられた冷却水供給水路８７Ｂに連通され、各冷却水路８６Ｂの下辺側即ち下流側は、上下の酸化剤ガス流路３、４、２０３、２０４の酸化剤ガス排出孔１０、１２、８１、８５の間を通ってセパレータの左辺の縁に到るように延在し、当該下辺に沿って並ぶ酸化剤ガス排出孔１０、１２、８１、８５とセパレータの上辺縁との間に、冷却水排出孔１４と連通して延在するように設けられた冷却水排出水路８７１Ｂに連通されている。
【０１２１】
この実施の形態によれば、セパレータの燃料ガス流路１、２、１０３、１０４側や酸化剤ガス流路３、４、２０３、２０４側において、各々隣り合う反応ガス流路間の境界領域にシール溝としての冷却水流路８６Ａ、８６Ｂを設けることにより、隣接する反応ガス流路間でのガスリークを防止することができる。
又、冷却水通路８７Ａ、８７１Ａ、８７Ｂ、８７１Ｂが、ガス供給孔（燃料ガス供給孔５、７、７８、８２、酸化剤ガス供給孔９、１１、８０、８４）やガス排出孔（燃料ガス排出孔６、８、７９、８３、酸化剤ガス排出孔１０、１２、８１、８５）を囲うように延在するため、当該ガス供給孔やガス排出孔の周囲のガスシールをも兼ねることができ、シール構造を簡単に構成できるという効果もある。
【０１２２】
又、セパレータの燃料ガス流路側と酸化剤ガス流路側とで、各々冷却水流路８７Ａ、８７Ｂが縦横に横断するように配設されるので、セル面の全体を効率よく冷却することができる。
従って、従来のように、冷却水路のみが設けられた冷却機能付セパレータを別途に用意することなく、例えば、この実施の形態で示した一種のセパレータのみを用いて積層体を構成することができるので、従来では、各セルに２枚必要であったセパレータを１枚に減らすことができ、大幅なコスト低減が図れると共に、容積密度や重量密度を倍増させることができるので、燃料電池の大幅なコンパクト化を実現することができる。
【０１２３】
実際に運転試験した４セルスタックでは、他の実施の形態の場合よりもコンパクトにすることができ、セパレータを含む発電部分の長さをほぼ半減することができた。尚、図２６及び図２７に示す例に限らず、セパレータの燃料ガス流路側又は酸化剤ガス流路側の何れか一方に冷却水流路８６Ａ、８６Ｂを設けてもよい（図示せず）。
【０１２４】
この実施の形態において、セパレータの燃料ガス流路側や酸化剤ガス流路側を複数の反応ガス流路毎に細かく分けるということは、分けられた各反応ガス流路毎に対応する電極基材側の燃料領域有効面積部や酸化剤ガス領域有効面積部等の各有効領域面積部をも分けるということであり（以下、こうして分けられた有効領域面積部部分を分割有効領域面積部という）、このように分割されて隣り合う分割有効領域面積部の境界領域部に、電極基材側境界シール部材５１Ａ、Ｂ（実施の形態６）が設けられている。
【０１２５】
このように分けられたれた各分割有効領域面積部毎の境界部、即ち、各分割有効領域面積部に対応して設けられる反応ガス流路間の境界領域に冷却水流路８６Ａ、８７Ｂを設けるという構成は、大きな面積の電極基材及びセパレータに適用する場合、与えられた有効面積に対して適宜増減できる点で有利である。
例えば、有効面積が４００から５００ｃｍ２の自動車用の固体高分子型燃料電池の場合には４分割以上、有効面積が１００ｃｍ２の家庭用コジェネレーション用の固体高分子型燃料電池の場合には２分割、有効面積が２００ｃｍ２の可搬型の固体高分子型燃料電池の場合には３分割が好ましい。尚、この実施の形態及び本発明はこれら全ての用途に適用することができる。
【０１２６】
実施の形態１３．
実施の形態１３は、上記実施の形態１乃至１２の何れかにおいて、セパレータの酸化剤ガス流路をサーペンタイン流路（蛇腹状流路）として構成したものである。これを図２８に基づいて説明する。
図２８は上記実施の形態１２の酸化剤ガス流路側の平面図であり、第１乃至第４酸化剤ガス流路３、４、２０３、２０４をサーペンタイン流路としたものである。その他の構造は実施の形態１２の図２６、図２７と同様である。
【０１２７】
この実施の形態によれば、酸化剤ガス流路として、酸化剤領域有効面積部でサーペンタイン流路を設けることにより、酸化剤ガスの流速を速めることができるので、当該反応ガス流路における水づまり防止効果を更に高めることができる。又、酸化剤側では、電極基材に面した流路での流速を速めることで、拡散性を改善させることができ、これにより、セル電圧を向上させることもできる。
尚、図２８では１本の溝からなるサーペンタイン流路を示したが、複数本の溝からなるサーペンタイン流路で構成してもよい。
【０１２８】
この実施の形態の構成で４セルスタックを運転試験し、実施の形態８の場合よりも１０ｍＶほど高いセル電圧が得られた。
【０１２９】
尚、この実施の形態では、特に、酸化剤ガス流路を蛇腹状流路としたが、これに限らず、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の双方又は一方の反応ガス流路を直線状の溝又はセパレータの一辺側から相対する辺側との間を１回以上折り返して最終的に相対する辺側に到る複数並列に形成された蛇腹状の溝のサーペンタイン流路として構成することもできる。
【０１３０】
尚、上記の実施の形態１乃至１３においては、本発明の燃料電池の例として、固体高分子型燃料電池の場合のみで説明してきたが、本発明は、これに限らず、１００℃以下で動作するリン酸形燃料電池、アルカリ形燃料電池、メタノール直接形燃料電池、ジメチルエーテル直接形燃料電池等、生成水の一部が液滴で反応ガス流路内に排出され、湿度によって電解質のイオン伝導性の変化する燃料電池であれば全てに適用することができる。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明によれば、セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と未使用酸化剤ガス流路の上流端側、及び、最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側と再使用酸化剤ガス流路の下流端側とが交差しないように反応ガス流路を配置したので、燃料ガス入口と酸化剤ガス入口とが重なった場合に起こりやすい入口付近での固体高分子電解質膜の乾燥とこれによるセル電圧の低下を防ぐことができると共に、酸化剤ガス出口と燃料ガス出口が重なった場合に起こり易い反応ガス流路の水づまりを防止することができる。
【０１３２】
又、本発明によれば、セル面内における、最後のリターンによる再使用の燃料ガス又は酸化剤ガスの何れかの反応ガス流路が、再使用の反応ガスの反応ガス流路の間、又は未使用のガスの反応ガス流路と再使用のガスの反応ガス流路との間に配置した構成としたので、セル面の中央付近に湿度の高いガスが通ることにより、固体高分子電解質膜を十分に加湿することができるので、高いセル電圧を維持させることができる。
又、この構成により、最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側と再使用酸化剤ガス流路の下流端側とが交差しないので、反応ガス流路の水づまりが抑制され、水つまりによるセル電圧の不安定化を解消させることができる。
【０１３３】
又、本発明によれば、セル面内における、未使用燃料ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用酸化剤ガス流路の下流端側、及び、未使用酸化剤ガス流路の上流端側と最後のリターンによる再使用燃料ガス流路の下流端側とを交差するよう反応ガス流路を配置したので、従来生じていたセル面内における極端な高温領域や低温領域の発生が解消され、セルの動作温度をより均一に保つことができ、これにより、燃料ガス入口と酸化剤ガス入口とが重なった場合に起こりやすい入口付近での固体高分子電解質膜の乾燥とこれによるセル電圧の低下を防ぐことができると共に、酸化剤ガス出口と燃料ガス出口が重なった場合に起こり易い反応ガス流路の水づまりを防止することができる。
【０１３４】
更に、本発明によれば、酸化剤ガス流路をサーペンタイン流路で構成することにより、比較的水分の多い酸化剤ガスの流速を速めて水づまりを防止できる効果がある。
【０１３５】
又、本発明によれば、セパレータに配設される燃料ガス流路間や酸化剤ガス流路間の境界領域と接する電極基材側に燃料ガス流路間や酸化剤ガス流路間のガスリークを阻止する電極基材側境界ガスシール部を設けたので、少なくとも、電極基材側におけるガスリーク、即ち、燃料領域側の隣接する分割有効面積部同士や、酸化剤側の隣接する分割有効面積部同士でのガスリークを防止することができ、ガスリークによって反応ガスの利用率が高まりガス欠になることを防止することができる。
【０１３６】
又、本発明によれば、電極基材側の境界ガスシール部（電極基材側境界ガスシール部）に当接されるセパレータの反応ガス流路間の境界領域に境界ガスシール部（セパレータ側強化シール部）を設けたので、電極基材側とセパレータ側とにおいて、反応ガス流路間のガスリークをより効果的に防止することができる。
【０１３７】
又、本発明によれば、セパレータ側境界シール部は、冷却水が供給されるシール溝に冷却水を保持する親水性多孔質部材を埋め込んだ構成としてあるので、境界ガスシール部でのガスリークがウエットシールによってより確実に防止することができる。
【０１３８】
又、本発明によれば、シール溝を備えたセパレータ側境界シール部を電極基材側境界シール部が蓋のように密接し、シール溝に冷却水を通す構成としたので、セルで発生する熱を効果的に取り去ることができ、セルの動作温度をより均一に保つことができる。
【０１３９】
又、本発明によれば、燃料側及び酸化剤側リターンマニホールドの一方又は双方に、リターンする反応ガスの流路に、乾燥した反応ガスには水分を奪わせ、水分を過分に含む反応ガスからは水分を吸収する親水性多孔質基板を反応ガスと接触するように設けたので、反応ガス排出孔から反応ガス供給孔への水の搬送を容易にすると共に、水の蒸発表面積を増やし、水分の調整能力を高めることができる。更に、ガス中間マニホールドに親水性の多孔質体は水のバッファーとして機能し、反応ガスの乾燥、湿潤状態を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のセパレータの一側に配設された燃料ガス流路を示す平面図である。
【図２】実施の形態１のセパレータの他側に配設された酸化剤ガス流路を示す平面図である。
【図３】実施の形態１のセパレータの表裏に配設された燃料ガス流路と酸化剤ガス流路の位置関係を示す平面図である。
【図４】実施の形態２の燃料側マニホールドプレートの平面図である。
【図５】実施の形態２の酸化剤側マニホールドプレートの平面図である。
【図６】実施の形態２の燃料側マニホールドプレートの一部切断断面図である。
【図７】実施の形態２の燃料ガスの流れを示す積層体の平面図である。
【図８】実施の形態２のマニホールドプレートでの燃料ガスの流れを示す模式図である。
【図９】実施の形態３の電極・膜接合体（ＭＥＡ）の酸化剤電極側の平面図である。
【図１０】実施の形態３の電極・膜接合体（ＭＥＡ）の燃料電極側の平面図である。
【図１１】実施の形態３の、両側にセパレータが接着された電極・膜接合体（ＭＥＡ）の一部切断断面拡大図である。
【図１２】実施の形態４のセパレータの燃料ガス流路側の平面図である。
【図１３】実施の形態４のセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図である。
【図１４】実施の形態５のセパレータの燃料ガス流路側の平面図である。
【図１５】実施の形態５の別のセパレータの燃料ガス流路側の平面図である。
【図１６】図１４に示すセパレータの背面の冷却水流路を示す平面図である。
【図１７】図１５に示すセパレータの背面を示す平面図である。
【図１８】実施の形態６のセパレータの燃料ガス流路側の平面図である。
【図１９】実施の形態６のセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図である。
【図２０】実施の形態７のセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【図２１】実施の形態８のセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【図２２】実施の形態９のセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【図２３】実施の形態９の別のセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【図２４】実施の形態１０のセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【図２５】実施の形態１１のセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【図２６】実施の形態１２のセパレータの燃料側流路の平面図である。
【図２７】実施の形態１２のセパレータの酸化剤側流路の平面図である。
【図２８】実施の形態１３のセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図である。
【図２９】従来の固体高分子形燃料電池におけるセパレータの燃料ガス流路側の平面図である。
【図３０】従来の固体高分子形燃料電池におけるセパレータの酸化剤ガス流路側の平面図である。
【図３１】従来の固体高分子形燃料電池におけるセル面内における燃料ガスと酸化剤ガスの流れの位置関係を示す平面図である。
【図３２】従来の固体高分子形燃料電池におけるセパレータの冷却水流路の平面図である。
【図３３】従来の固体高分子形燃料電池におけるセパレータの燃料側流路と酸化剤側流路の位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１　第１燃料ガス流路（未使用燃料ガス流路）、２　第２燃料ガス流路（再使用燃料ガス流路）、３　第１酸化剤ガス流路（未使用酸化剤ガス流路）、４　第２酸化剤ガス流路（再使用酸化剤ガス流路）、５　第１燃料ガス供給孔、６　第１燃料ガス排出孔、７　第２燃料ガス供給孔、８　第２燃料ガス排出孔、９　第１酸化剤ガス供給孔、１０　第１酸化剤ガス排出孔、１１　第２酸化剤供給孔、１２　第２酸化剤ガス排出孔、１３　冷却水供給孔、１４　冷却水排出孔、２１親水性多孔質基板（多孔質プレート）、２４　積層体、２５　燃料側リターンマニホールド、２６　酸化剤側リターンマニホールド、５０　電解質膜、５１Ａ、５１Ｂ　電極基材側境界シール部（電極基材）、５２　第１酸化剤領域有効面積部（電極基材）、５３　第２領域酸化剤領域有効面積部、５５　燃料極側（電解質膜）、５６　第１燃料域有効面積部（電極基材）、５７　第２燃料領域有効面積部（電極基材）、６４　セパレータ（冷却板）、６５　溝（燃料ガス流路）、６６　燃料極触媒層、６７　電解質膜、６９　溝（酸化剤ガス流路）、７０　酸化剤極触媒層、７１　冷却水路、７２Ａ　セパレータ側境界シール部（シール溝・親水性多孔質部材）、７２Ｂ　セパレータ側境界シール部（シール溝・親水性多孔質部材）、７３、７３Ｂ　導水孔、１０３　第３燃料ガス流路（再使用燃料ガス流路）、１０４　第４燃料ガス流路（再使用燃料ガス流路）、２０３　第２酸化剤ガス流路（再使用酸化剤ガス流路）、２０４　第２酸化剤ガス流路（再使用酸化剤ガス流路）。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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