(57)【要約】  【課題】  従来では低負荷運転時に凝縮水や生成水によってガス流路の閉塞が発生して電池性能が不安定になるという課題があった。  【解決手段】  電極電解質膜接合体５と、電極電解質膜接合体５を挟むように配設され、燃料ガス、又は酸化剤ガスを電極電解質膜接合体５に供給するためのガス流通溝が形成された一対のセパレータ６とを有する複数個の単電池９と、複数のセパレータ６の各々に燃料ガス、又は酸化剤ガスを供給配管１から供給するため、複数個の単電池９、３、４の積層方向と平行に設置された入口マニホールド７と、複数のセパレータの各々から、生成水や残存ガスを排出配管２へ排出するため、複数の単電池の積層方向と平行に設置された出口マニホールド８とを備え、複数の単電池のうち、少なくとも２個の単電池の圧力損失値は異なっており、圧力損失値の異なる単電池は、供給配管１に近い程、圧力損失値が大きくなるように積層されている燃料電池。【選択図】  図１
2005056671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と、前記電解質を挟むように配設された一対のガス拡散電極と、前記一対のガス拡散電極を挟むように配設され、燃料ガス、又は酸化剤ガスを前記ガス拡散電極に供給するためのガス流通溝が形成された一対のセパレータとを有する複数の単電池と、
前記複数のセパレータの各々のガス流通溝に前記燃料ガス、又は前記酸化剤ガスを供給配管から供給するため、前記複数の単電池の積層方向と平行に設置された入口マニホールドと、
生成水や残存ガスを前記ガス流通溝から排出配管へ排出するため、前記複数の単電池の積層方向と平行に設置された出口マニホールドとを備え、
前記複数の単電池のうち、少なくとも２個の単電池の圧力損失値は異なっており、前記圧力損失値の異なる単電池は、前記供給配管に近い程、圧力損失値が大きくなるように積層されている燃料電池。
【請求項２】
前記単電池毎の圧力損失値の差は、測定した結果により判定された圧力損失値の差である請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の少なくとも一部の断面積を前記単電池毎に変化させることによって生じている請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の少なくとも一部の断面形状を前記単電池毎に変化させることによって生じている請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の長さを前記単電池毎に変化させることによって生じている請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の数を前記単電池毎に変化させることによって生じている請求項１記載の燃料電池。
【請求項７】
前記セパレータのガス流通溝に絞り弁を更に備え、
前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記絞り弁を調節することによって生じている請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
前記一対のセパレータは、燃料ガス側セパレータと酸化剤ガス側セパレータであり、
前記絞り弁は、前記入口マニホールドから前記燃料ガス側セパレータへ前記燃料ガスの供給口、及び前記入口マニホールドから前記酸化剤ガス側セパレータへの前記酸化剤ガスの供給口に備えられている請求項７記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭用コージェネシステム等に使用する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、高分子電解質を用いた燃料電池を用いて背景技術を以下に説明する。
【０００３】
高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気等の酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させ、電力と熱とを同時に発生させる。
【０００４】
この高分子電解質型燃料電池には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層が形成されている。又、この触媒反応層の外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つガス拡散層が形成されている。これらを複数個接続して所定の電圧を得るため、間にセパレータを介在させ積層してスタック化する。
【０００５】
又、供給する燃料ガスが外にリークしたり、二種類の反応ガスが互いに混合しないように、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガスケットが配置されている。これらシール材やガスケットは、電極及び高分子電解質膜と一体化して予め組み立てられ、組み立てられたものは、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）と呼ばれる。ＭＥＡの外側には、機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータ板が配置される。セパレータ板には電極面に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給し、生成水や余剰ガスを運び去るためのガス流通溝が形成されている。
【０００６】
このガス流通溝に燃料ガスを供給するためには、燃料ガスを供給する供給配管を、使用するセパレータの枚数に分岐し、その分岐先を直接セパレータの溝につなぎ込む配管治具が必要となる。この治具をマニホールドと呼び、燃料ガスの供給配管から直接つなぎ込むタイプを外部マニホールドと呼ぶ。
【０００７】
又、このマニホールドには、構造をより簡単にした内部マニホールドと呼ぶ形式がある。内部マニホールドとは、ガス流通溝を形成したセパレータ板に、貫通した孔を設け、ガス流通溝の出入口をこの孔まで通し、孔から直接反応ガスを供給するものである。
【０００８】
これらのＭＥＡとセパレータを交互に重ねていき、１０〜２００セル積層した後、集電板と絶縁板を介し、端板でこれを挟み、締結ロッドで両端から固定するのが一般的な積層電池の構造である。
【０００９】
上記構造の固体高分子型燃料電池の発電においては、セパレータの両側にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給され、セパレータからそれぞれのガス拡散電極に燃料ガス、及び酸化ガスが供給される。続いて、固体高分子膜でのイオン導電と各ガス拡散電極の化学反応が進行して一対のガス拡散電極間に電圧が発生し、集電電極の機能を持つ両端側の一対のセパレータを介して外部回路が給電される。
【００１０】
この様に発電においては、供給ガスを出来るだけ均等にガス拡散電極の電極面に供給することがガス利用率を高め、発電効率と出力性能を良くする。
【００１１】
一方、単電池において、ガス拡散電極の全面に供給ガスが供給されるようにすると、セパレータとガス拡散電極との接触面積が無くなり、発生した電流の効率的な集電やガス拡散電極で発生する熱の除去が難しくなる。
【００１２】
このため、セパレータとガス拡散電極の境界部分に、供給ガスの流通方向を規制するガス流通溝が設けられ、セパレータとガス拡散電極とをある割合に接触面積を保っている。このセパレータ側に形成された流通溝部は、蛇行したサーペンタイン、あるいは複数本の構成となっている（例えば、特許文献１、及び２参照。）。
【特許文献１】特公昭５０−８７７７号公報
【特許文献２】特開平７−２６３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
固体高分子電解質型燃料電池は、水素と酸素から電気化学反応でエネルギーと水を生成するが、固体高分子電解質のイオン導電性を十分に発揮させて発電効率を高く維持するためには、供給するガスを加湿して供給ガス中の水蒸気濃度を高める必要がある。
【００１４】
特に生成水側では、反応生成水によるフラッディングにより供給ガスの拡散を防止するため、過去より種々のガス流通溝が工夫され、ガス流路が格子状となるタイプと、入口から出口まで１本の流路とするタイプがある。
【００１５】
この格子状タイプは、フラッディングに達するような水溜まりは生じないが、全体に均一となるガス拡散性能、一部が閉塞するなど排水性能に劣る。又、１本流路タイプは、拡散性が良いが、流れ抵抗が増えてガス供給装置側の元圧を高くする必要を生じ補機動力が増加してシステム効率が低下する。
【００１６】
又、燃料電池を発電システムとする場合には、供給ガスの加湿などを含めたシステム化が必要であるが、システムの簡素化、システム効率の向上のためには、供給ガスの加湿露点を少しでも低減して供給することが好ましい。
【００１７】
以上の様に、フラッディング現象の防止、システム効率の向上、システムの簡素化などの観点から、供給ガスは、電池温度に対して少し低めの露点で加湿し供給することが通常であった。
【００１８】
しかしながら、電池の高性能化のためには高分子電解質膜のイオン伝導度を向上させる必要があり、そのためには供給ガスの加湿を相対湿度１００％に近い湿度、又は相対湿度１００％以上で供給することが好ましい。
【００１９】
又、高分子電解質膜の耐久性の観点からも、供給ガスを高加湿で供給する必要があることを発見したが、供給ガスの加湿を相対湿度１００％に近い湿度で供給しようとした場合、前述のフラッディングの発生が問題となる。
【００２０】
フラッディング現象を回避するためには、供給ガスのセパレータ流路部分での流速を高くして、結露した水を吹き飛ばす手法が効果的である。しかしながら、供給ガスの流速を増加させるためには、高い圧力でガスを供給することが必要となり、システム化した場合のガス供給ブロワ、又はコンプレッサ等の補機動力を極端に増加させるため、システム効率の悪化を招く。
【００２１】
又、フラッディング現象が燃料極側で発生すると燃料ガスの欠乏を招き、燃料ガスが不足している状態で負荷電流が強制的に取られる。すると、燃料のない状態で電子とプロトンを作るために燃料極側の触媒を担持しているカーボンが雰囲気中の水と反応してしまう。その結果、触媒層のカーボンの溶出により燃料極側の触媒層が破壊されるため、電池にとって致命傷となる。
【００２２】
又、この積層電池を搭載したシステムでは、商品性を考慮すると、電池を定格出力条件で運転するだけではなく、電力需要に応じて出力を抑えた低負荷運転が必要不可欠である。低負荷運転では効率を維持するために燃料ガスや酸化剤ガスの利用率を定格運転と同じ条件で運転を行う必要がある。
【００２３】
すなわち、定格運転時に対して、例えば負荷を１／２に押さえた場合、燃料ガスや酸化剤ガスの流量も１／２程度に低減しなければ、余分な燃料ガスや酸化剤ガスを使用することになるため発電効率が低下する。
【００２４】
しかし、ガスの利用率を一定にした状態で、低負荷運転を行うと、供給配管から遠方の単電池流路内の各ガスの流速が低下し、凝縮水や生成水をセパレータ外に排出出来ず、上述のようなフラッディング現象が発生し、電池性能が低下したり、あるいは不安定になるという課題があった。
【００２５】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、低負荷運転を行っても電池性能の低下、又は不安定現象を回避することが出来る燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、電解質と、前記電解質を挟むように配設された一対のガス拡散電極と、前記一対のガス拡散電極を挟むように配設され、燃料ガス、又は酸化剤ガスを前記ガス拡散電極に供給するためのガス流通溝が形成された一対のセパレータとを有する複数の単電池と、前記複数のセパレータの各々のガス流通溝に前記燃料ガス、又は前記酸化剤ガスを供給配管から供給するため、前記複数の単電池の積層方向と平行に設置された入口マニホールドと、生成水や残存ガスを前記ガス流通溝から排出配管へ排出するため、前記複数の単電池の積層方向と平行に設置された出口マニホールドとを備え、前記複数の単電池のうち、少なくとも２個の単電池の圧力損失値は異なっており、前記圧力損失値の異なる単電池は、前記供給配管に近い程、圧力損失値が大きくなるように積層されている燃料電池である。
【００２７】
又、第２の本発明は、前記単電池毎の圧力損失値の差は、測定した結果により判定された圧力損失値の差である第１の本発明の燃料電池である。
【００２８】
又、第３の本発明は、前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の少なくとも一部の断面積を前記単電池毎に変化させることによって生じている第１の本発明の燃料電池である。
【００２９】
又、第４の本発明は、前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の少なくとも一部の断面形状を前記単電池毎に変化させることによって生じている第１の本発明の燃料電池である。
【００３０】
又、第５の本発明は、前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の長さを前記単電池毎に変化させることによって生じている第１の本発明の燃料電池である。
【００３１】
又、第６の本発明は、前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記セパレータのガス流通溝の数を前記単電池毎に変化させることによって生じている第１の本発明の燃料電池である。
【００３２】
又、第７の本発明は、前記セパレータのガス流通溝に絞り弁を更に備え、前記単電池毎の圧力損失値の差は、前記絞り弁を調節することによって生じている第１の本発明の燃料電池である。
【００３３】
又、第８の本発明は、前記一対のセパレータは、燃料ガス側セパレータと酸化剤ガス側セパレータであり、前記絞り弁は、前記入口マニホールドから前記燃料ガス側セパレータへ前記燃料ガスの供給口、及び前記入口マニホールドから前記酸化剤ガス側セパレータへの前記酸化剤ガスの供給口に備えられている第７の本発明の燃料電池である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、電池性能の低下を解消し、又は不安定現象を回避することが可能な燃料電池を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における固体高分子燃料電池の縦断面図である。
【００３７】
図１に示す様に、本実施の形態１における固体高分子型燃料電池は、積層された同一構造の複数の単電池を有している。尚、積層された単電池の両端が、単電池３、４で表されており、その中心に位置している単電池が、単電池９で表されている。尚、単電池３と単電池９の間、単電池９と単電池４の間に積層されている複数の単電池は、図１では省略されている。
【００３８】
ここで、単電池９を用いて、その構造を説明する。本実施の形態１の単電池は、本発明の電解質の一例である高分子電解質膜を有している。この高分子電解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層が形成されている。この一対の触媒反応層が、アノードとカソードに相当する、又、この触媒反応層の外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つガス拡散層が形成されている。本発明のガス拡散電極は、この触媒反応層とガス拡散層に相当する。
【００３９】
又、供給する燃料ガスが外にリークしたり、二種類の反応ガスが互いに混合しないように、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガスケットが配置されている。これらシール材やガスケットは、電極及び高分子電解質膜と一体化して予め組み立てられ、組み立てられたものが、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）５の間に相当する。
【００４０】
ＭＥＡ５の外側には、機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡ５を互いに電気的に直列に接続するための導電性セパレータ６が配置されている。セパレータ板には電極面に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給し、生成水や余剰ガスを運び去るためのガス流通溝が形成されている（図示せず）。このガス流通溝は、溝にガスが流入する供給口と生成水や残存ガスを排出するための排出口を有している。
【００４１】
又、積層された複数個の単電池３、９、４の各導電性セパレータ１０、６、１１のガス供給口に燃料ガス、又は酸化剤ガスを供給するための入口マニホールド１７が、単電池の積層方向と平行に配設され、各導電性セパレータ１０、６、１１のガス流通溝の供給口と接続している。更に、反応後の生成水や残存ガスを導電性セパレータ１０、６、１１から排出するための出口マニホールド８が積層方向と平行に配設され、各導電性セパレータ１０、６、１１のガス流通溝の排出口と接続している。すなわち、入口マニホールド７と出口マニホールド８の間に複数の単電池３、９、４が積層された構造となっている。
【００４２】
この入口マニホールド７に燃料ガス、又は酸化剤ガスを供給するために、供給配管１が入口マニホールド７の延伸方向に連結している。又、生成水や残存ガスを排出するために、排出配管２が出口マニホールド８の延伸方向に連結している。尚、供給配管１と排出配管２は、同一方向に配設されている。
【００４３】
上記構成の固体高分子型燃料電池の動作では、始めに、供給配管１から供給された燃料ガス又は酸化剤ガスは、入口マニホールド７を通って、各単電池３、９、４の導電性セパレータの供給口を介して、ガス流通溝に導入される。
【００４４】
次に、ガス流通溝からＭＥＡ５にガスが供給され、反応が行われる。続いて、反応によって生成した水や、残存ガスが導電性セパレータの排出口を介して、出口マニホールド８を通り、排出配管２から排出される。
【００４５】
ところで、上述した固体高分子型燃料電池に積層されている各単電池３、９、４の各々の一酸化ガス側流路の圧力損失値を調査した。その結果、各々の単電池３、９、４で、圧力損失値の大小の差があることがわかった。
【００４６】
ここで、各単電池にかかる各供給ガスの圧力は、供給配管１から遠方にあるほど小さくなる。このため、供給配管１から最も遠方に圧力損失値の最も小さい単電池４を配置させ、供給配管１の最も近傍に、圧力損失値の最も大きい単電池３を配置させる。
【００４７】
この様に、燃料電池の製造プロセスで、上述した単電池の配置にすることで、入口マニホールド７から供給された燃料ガスである一酸化ガスが、各々の単電池に均一に分配される。このため、負荷変動時にも全てのガス流路において同一のガス流速を保つことが出来、低負荷運転時の電池性能の低下、又は不安定現象を回避出来る。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、本実施の形態２における固体高分子型燃料電池の縦断面図である。
【００４９】
本実施の形態２における固体高分子型燃料電池の基本的構成は、実施の形態１と同じであるが、セパレータに形成されたガス流通溝が単電池によってが異なる。このため、本実施の形態２の実施の形態１に対する相違点を中心に説明する。尚、実施の形態１と同一の構成要素には、同一番号を付している。
【００５０】
本実施の形態２における単電池２４は、実施の形態１の単電池３に、単電池２５は実施の形態１の単電池９に、単電池２６は実施の形態１の単電池４の位置に配置されている。本実施の形態２における各単電池２４、２５、２６の導電性セパレータ２７、２８、２９に形成されているガス流通溝２１、２２，２３の流路形状は同じであるが、断面積の大きさが異なっている。
【００５１】
図２に示す様に、供給配管１１に最も近い位置の単電池２４は、ガス流通溝２３の断面積が最も小さい。又、供給配管１から最も遠い位置の単電池２６のガス流通溝２１の断面積は、最も大きい。
【００５２】
更に具体的には、流路断面積が最大であるガス流通溝２１を基準に、ガス流通溝２２は９０％の断面積であり、ガス流通溝２３は、８０％の断面積である。これらのガス流通溝にガスを供給すると断面積が小さいほど圧力損失値が大きくなる。
【００５３】
この様に、２０％幅で断面積を調整し圧力損失の大小を故意的に作り、実施の形態１と同様に積層することで、積層された複数の単電池の各々にガスを均一に分配することが出来、又負荷変動時にも全てのガス流路において同一のガス流速を保つことが出来、低負荷運転時の電池性能の低下、又は不安定現象を回避出来る。
【００５４】
尚、本実施の形態２では、２０％の幅で断面積を調整しているが、断面積の変化幅を変えても良く、要するに、燃料ガス、又は酸化剤ガスを各単電池に均一に分配出来さえすれば良い。
【００５５】
又、本実施の形態２における燃料電池のガス供給溝の全体の断面積を小さくしても良い。更に、ガス供給溝の一部だけ断面積を変化させてもよく、要するに複数の単電池にガスを均一に分配することが出来るための圧力損失値の差を生じればよい。
【００５６】
（実施の形態３）
図３は、本実施の形態３における固体高分子型燃料電池の導電性セパレータの側面図を示した図である。本実施の形態３における固体高分子型燃料電池は、基本的構造は、実施の形態２の燃料電池と同じであるが、導電性セパレータに形成されているガス流通溝の形状が異なる。このため、本実施の形態３の実施の形態２に対する相違点を中心に説明する。
【００５７】
図３Ａは、セパレータに形成したガス流通溝の断面形状が四角形の形状ａを示した図である。又、図３Ｂは、三角形の形状ｂを示した図である。又、図３Ｃは、半円の形状ｃを示した図である。又、図４Ｄは、半楕円の形状ｄを示した図である。
【００５８】
この様にガス流通溝断面を様々な形状にすると、その形状によりガスを供給するときの圧力損失値が異なる。この様に、故意的に圧力損失値の差を作り、実施の形態１、２と同様に圧力損失値の最も小さい単電池を供給配管の最も遠方に配置することによって、積層された複数の単電池の各々にガスを均一に分配することが出来、更に負荷変動時にも全てのガス流路において同一のガス流速を保つことが出来、又低負荷運転時の電池性能の低下、又は不安定現象を回避出来る。
【００５９】
又、本実施の形態３における燃料電池のガス供給溝の全体の断面形状を変化させても良い。更に、ガス供給溝の一部だけ断面形状を変化させてもよく、要するに複数の単電池にガスを均一に分配することが出来るための圧力損失値の差を生じればよい。
【００６０】
（実施の形態４）
図４は、本実施の形態４における固体高分子型燃料電池の導電性セパレータの平面図である。本実施の形態４における固体高分子型燃料電池は、燃料電池の基本的構造は実施２と同じであるが、圧力損失値を故意的に作るための導電性セパレータのガス流通溝の形状が異なる。そのため、本実施の形態４の実施の形態２に対する相違点を中心に説明する。
【００６１】
本実施の形態４における単電池は、各単電池によって、導電性セパレータのガス流通溝の流路長が異なる。この流路長の差によって各ガスの圧力損失値の差を生じさせることが出来る。
【００６２】
図４Ｅは、図４中、最大流路長を保持した状態ｅを表している。図４Ｅに示す様に、ガス流通溝は、セパレータの一辺に設けられた供給口４１から数回蛇行し、供給口４１の設けられた辺の対辺に排出口４２が設けられている。この流通溝の状態ｅを基準流路長とした。
【００６３】
図４Ｆは、基準流路長である状態ｅの９０％とした状態ｆを示している図である。又、図４Ｇは、基準流路長である状態ｅの８０％とした状態ｇを示している図である。流路長が長いほどガスを導電性セパレータに供給した際の圧力損失値が大きくなる。この流路長の差によって生じた圧力損失値の差を用いて、実施の形態２と同様の順に積層をする。
【００６４】
これにより、積層された複数の単電池の各々にガスを均一に分配することが出来、更に負荷変動時にも全てのガス流路において同一のガス流速を保つことが出来、低負荷運転時の電池性能の低下、又は不安定現象を回避出来る。
【００６５】
（実施の形態５）
図５は、本実施の形態５における固体高分子型燃料電池の導電性セパレータの平面図である。本実施の形態４における固体高分子型燃料電池は、燃料電池の基本的構造は実施の形態２と同じであるが、圧力損失値を故意的に作るためのセパレータのガス流通溝の形状が異なる。そのため、本実施の形態５の実施の形態２に対する相違点を中心に説明する。
【００６６】
本実施の形態５における単電池は、各単電池によって、導電性セパレータのガス流通溝の流路パス数が異なる。このパス数の差によって各ガスの圧力損失値の差を生じさせることが出来る。
【００６７】
図５Ｈは、図５中、最大パス数を保持した状態ｅを表している。図５に示す様に、ガス流通溝は、導電性セパレータの一辺に設けられた供給口５１から蛇行し、供給口４１の設けられた辺の対辺に排出口５２が設けられている。この溝と同一形状の溝が平行に、９本設けられており、全部で１０本の溝が形成されている。この図５Ｈの状態ｈを基準パス数とした。
【００６８】
又、図５Ｉは、状態ｈの基準流路パス数の９０％とした状態ｉを示した図である。この状態ｉは、導電性セパレータに状態ｈと同じ溝が９本形成されている状態を示している。更に、図５Ｊは、状態ｈの基準流路パス数の８０％とした状態ｊを示した図である。この状態ｊでは、導電性セパレータに状態ｈと同じ溝が８本形成されている。
【００６９】
この流路パス数が多ければ、ガスが供給された際の圧力損失値も小さくなり、流路パス数が少なくなれば、圧力損失値は大きくなる。この流路パス数の差によって生じた圧力損失値の大小により、実施の形態２と同様に順に単電池を積層をする。
【００７０】
上記の様に単電池を積層することにより、単電池の各々にガスを均一に分配することが出来る。
【００７１】
（実施の形態６）
図６は、本実施の形態６における固体高分子型燃料電池の単電池の斜視図を示す。本実施の形態６における固体高分子型燃料電池は、全体の基本的構成は実施の形態２における固体高分子型燃料電池と同じであるが、圧力損失値の差を生じさせるためのセパレータの構造が異なる。そのため、本実施の形態６の実施の形態２に対する相違点を中心に説明する。
【００７２】
図６に示す様に、本実施の形態６の固体高分子型燃料電池の単電池は、ＭＥＡ６１を有している。このＭＥＡ６１は、燃料ガス側導電性セパレータ６２と酸化ガス側導電性セパレータ６３に挟まれている。この燃料ガス側導電性セパレータ６２は、燃料ガスの流路入口６４を有している。この燃料ガスの流路入口６４には、自動絞り弁６５が設置されている。又、酸化ガス側導電性セパレータ６３も酸化ガスの流路入口６６を有しており、酸化ガスの流路入口６６に自動絞り弁６７が設置されている。
【００７３】
上記構造の単電池６０は、自動絞り弁６５，６７を操作することによって圧力損失値を自在に変化させることが出来る。この単電池を積層し、スタック化した際に、ガス供給配管に近いほど圧力損失値を大きくする様に、自動絞り弁６５、６７を絞り、遠いほど圧力損失値を小さくする様に、自動絞り弁６５、６７を開く。
【００７４】
上記の様に、故意に生じさせた圧力損失値の大小を利用し、単電池を並べることにより単電池の各々にガスを均一に分配することが出来る。
【００７５】
尚、本発明の絞り弁は、本実施の形態６における自動絞り弁６５、６７に相当し、ガス流路溝の流路入口６４、６６に設置されているが、ガス流路溝中に設置されていても良い。又、絞り弁は、片側のセパレータにのみ設置されていても良いが、燃料極側におけるフラッディング現象による触媒層の破壊を回避するために、燃料ガス側には設けたほうが好ましい。
【００７６】
尚、本発明の燃料電池は、実施の形態１〜６では、固体高分子型燃料電池に相当するが、リン酸型燃料電池でも良く、要するに積層された各単電池に均一に燃料ガスや酸化剤ガスを供給出来る構造でありさえすれば良い。
【００７７】
尚、実施の形態の形態１〜６の固体高分子型燃料電池のマニホールドは、内部マニホールド、外部マニホールドのどちらであっても良い。
【００７８】
尚、実施の形態２〜６では、セパレータの片方にのみ、ガス流通溝が形成された図を示しているが、燃料ガスと酸化剤ガスを供給するため、セパレータの両方にガス流通溝を形成しても良い。
【００７９】
又、燃料ガス側の圧力損失値の差を実施の形態２の様に、ガス流路溝の断面積を変えることで生じさせ、酸化剤ガス側の圧力損失値の差を実施の形態３の様に、ガス流路溝の断面形状を変えることで生じさせても良い。この様に、燃料ガス側と酸化剤ガス側で、圧力損失値の差を生じさせる実施の形態２〜６の導電性セパレータのガス流通溝の形状を任意に組み合わせて用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明にかかる燃料電池は、電池性能の低下を解消し、又は不安定現象を回避する性能を有し、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭用コージェネシステム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における燃料電池の概略縦断面図
【図２】本発明にかかる実施の形態２における燃料電池の概略縦断面図
【図３】（Ａ）本発明にかかる実施の形態３における燃料電池のガス流路溝の断面形状が四角形である形状ａを示す導電性セパレータの側面図（Ｂ）本発明にかかる実施の形態３における燃料電池のガス流路溝の断面形状が三角形である形状ｂを示す導電性セパレータの側面図（Ｃ）本発明にかかる実施の形態３における燃料電池のガス流路溝の断面形状が半円形である形状ｃを示す導電性セパレータの側面図（Ｄ）本発明にかかる実施の形態３における燃料電池のガス流路溝の断面形状が半楕円である形状ｂを示す導電性セパレータの側面図
【図４】（Ｅ）本発明にかかる実施の形態４における燃料電池のガス流路溝の状態ｅを示す導電性セパレータの平面図（Ｆ）本発明にかかる実施の形態４における燃料電池のガス流路溝の長さが状態ｅの９０％の長さである状態ｆを示す導電性セパレータの平面図（Ｇ）本発明にかかる実施の形態４における燃料電池のガス流路溝の長さが状態ｅの８０％の長さである状態ｇを示すセパレータの平面図
【図５】（Ｈ）本発明にかかる実施の形態５における燃料電池のガス流路溝の状態ｈを示す導電性セパレータの平面図（Ｉ）本発明にかかる実施の形態５における燃料電池のガス流路溝のパス数が状態ｈの９０％である状態ｉを示す導電性セパレータの平面図（Ｊ）本発明にかかる実施の形態５における燃料電池のガス流路溝のパス数が状態ｈの８０％である状態ｊを示すセパレータの平面図
【図６】本発明にかかる実施の形態６における燃料電池の単電池の概略構成斜視図
【符号の説明】
【００８２】
１  供給配管
２  排出配管
３  単電池（圧力損失値最大）
４  単電池（圧力損失値最小）
５  ＭＥＡ
６  導電性セパレータ
７  入口マニホールド
８  出口マニホールド
９  単電池
１０  導電性セパレータ
１１  導電性セパレータ
【図１】
2005056671.tif 000003
【図２】
2005056671.tif 000004
【図３】
2005056671.tif 000005
【図４】
2005056671.tif 000006
【図５】
2005056671.tif 000007
【図６】
2005056671.tif 000008