(57)【要約】      （修正有）【課題】列方向寸法の小型化に好適な燃料電池セパレータおよび燃料電池並びに燃料電池スタックを提供する。【解決手段】固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んで構成されるセル本体１１をセパレータ１２〜１４を介して複数積層して燃料電池スタックとする燃料電池であって、前記固体電解質膜の複数の領域に固体電解質膜を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して複数列のセル本体を構成し、前記セパレータ１２〜１４の燃料極または酸化剤極と積層される領域を導電体で形成する一方、前記導電体で形成した領域の周辺領域を不導体で形成し、前記複数列の燃料電池セルを前記セパレータで挟んで複数積層することにより複数の燃料電池セル列を備える燃料電池スタックとした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んで構成されるセル本体をセパレータを介して複数積層して燃料電池スタックとする燃料電池であって、
前記固体電解質膜の複数の領域に固体電解質膜を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して複数列のセル本体を構成し、
前記セパレータの燃料極または酸化剤極と積層される領域を導電体で形成する一方、前記導電体で形成した領域の周辺領域を不導体で形成し、
前記複数列のセル本体を前記セパレータで挟んで複数積層することにより複数の燃料電池セル列を備える燃料電池スタックとすることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セパレータは樹脂複合材で構成され、導電体で形成する領域は含有させる導電物質の含有量を周辺領域より多くしていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記複数の燃料電池セル列は、偶数個が配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記複数の燃料電池セル列は、夫々隣接する燃料電池セル列に対して、固体電解質膜に対する燃料極および酸化剤極の配置を逆にしていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池スタックを構成するよう積層端のセパレータに積層される集電板は、積層端のセパレータの夫々隣接する導電体で形成した領域同士を電気的に接続していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記セパレータを介して隣接しているセル本体同士は、隣接する燃料電池セル列間でセパレータに設けた連通路を介して、一方若しくは他方の列の反応ガスの出口と他方若しくは一方の列の反応ガスの入口とが燃料極および酸化剤極各々において連通されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記セパレータ同士を積層して形成される冷却媒体流路は、隣接する燃料電池セル列間で一方の列の冷却媒体の出口と他方の列の冷却媒体の入口とが連通されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項８】
固体電解質膜の複数の領域に固体電解質膜を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して構成した複数列のセル本体をセパレータを介して複数積層して燃料電池のスタックとするセパレータであって、
前記セパレータの燃料極または酸化剤極と積層される領域を導電体で形成する一方、前記導電体で形成した領域の周辺領域を不導体で形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記セパレータは、樹脂複合材で構成され、導電体で形成する領域は含有させる導電物質の含有量を周辺領域より多くしていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および燃料電池用セパレータに関し、特に、積層時に複数列の燃料電池スタックとして機能させるに好適な燃料電池および燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両への搭載を考慮して２つの燃料電池スタックを並列させて配置するとともに、各燃料電池スタックに燃料ガス等の流体を給排する配管構造を簡素化し、燃料電池スタックの高さ方向を有効に低く抑える燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、第１および第２燃料電池スタック内に、酸化剤ガス給排路、燃料ガス給排路および冷却媒体給排路を互いに対称に設けるとともに、前記第１および第２燃料電池スタックの同一鉛直面内に、横方向両端上下に位置し酸化剤ガス入口、燃料ガス入口、酸化剤ガス出口および燃料ガス出口を設け、これらの上下方向および左右方向内方に位置して冷却媒体供給口および冷却媒体排出口を設けるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−３６７６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、夫々並列する燃料電池スタックを構成する各燃料電池セルは、列間の干渉や漏電を防止するために、互いの間に所定の隙間を持たせて分離させる必要があり、燃料電池スタックの列方向寸法の大型化が懸念される。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、列方向寸法の小型化に好適な燃料電池および燃料電池用セパレータ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】
【０００６】
本発明は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んで構成されるセル本体をセパレータを介して複数積層して燃料電池スタックとする燃料電池であって、前記固体電解質膜の複数の領域に固体電解質膜を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して複数列のセル本体を構成し、前記セパレータの燃料極または酸化剤極と積層される領域を導電体で形成する一方、前記導電体で形成した領域の周辺領域を不導体で形成し、前記複数列のセル本体を前記セパレータで挟んで複数積層することにより複数の燃料電池セル列を備える燃料電池スタックとする。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、固体電解質膜の複数の領域に固体電解質膜を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して複数列のセル本体を構成し、前記セパレータの燃料極または酸化剤極と積層される領域を導電体で形成する一方、前記導電体で形成した領域の周辺領域を不導体で形成し、前記複数列のセル本体を前記セパレータで挟んで複数積層することにより複数の燃料電池セル列を備える燃料電池スタックとするため、従来技術のように別個の燃料電池スタックを並列配置する場合に比較して、燃料電池の列方向寸法を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の燃料電池および燃料電池用セパレータを各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１〜図５は、本発明を適用した燃料電池および燃料電池用セパレータの第１実施形態を示し、図１は燃料電池スタックの側面図、図２は燃料電池セルの概略断面図、図３は燃料電池セルの各セパレータの配列斜視図、図４はセパレータの背面図、図５は燃料電池スタックに付設する配管機構の正面図、図６は燃料電池スタックの応用例を示す側面図、図７は図６に用いる集電板の平面図である。
【００１０】
図１において、燃料電池スタック１は、エンドプレート２Ａ、クッションプレート３、集電板４Ａ、所定数を積層した燃料電池セル５、集電板４Ｂ、エンドプレート２Ｂを、この順に積層して積層体とし、この積層体の積層端にスプリング６を介在させてプレッシャプレート７を配置し、プレッシャプレート７と積層端のエンドプレート２Ａとの間で図示しないタイロッド等により積層体をスプリング５を介在させた状態で締付けて構成している。
【００１１】
前記所定数を積層される燃料電池セル５は、図２に示すように、積層方向と交差して隣合う位置に２個配列して２列の第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂを構成している。第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂは、夫々の面に触媒層を備える電解質膜１０の両面に夫々電極触媒およびガス拡散層を備えたセル本体１１Ａ、１１Ｂの両側に各々燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するガス流路１２Ａ、１２Ｂ、１３Ｂ、１３Ａを備えたセパレータ１２、１３を積層配置したものであり、各セパレータ１２、１３の背面には隣接して積層されるセル本体のためのガス流路１３Ｃ、１３Ｄが設けられるか、若しくは、冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄが設けられる一般的な構造を備える。
【００１２】
そして、交差して隣合う位置の第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂは、その極性を互いに反転させて配列している。例えば、図中上方に配置している第１燃料電池セル５Ａは、単位燃料電池セル１１Ａの一方（図中右側）には酸化剤ガス流路１３Ａにより酸化剤ガスが供給され、他方（図中左側）には燃料ガス流路１２Ａにより燃料ガスが供給されるのに対し、図中下方に配置している第２燃料電池セル５Ｂは、単位燃料電池セル１１Ｂの一方（図中右側）には燃料ガス流路１３Ｂにより燃料ガスが供給され、他方（図中左側）には酸化剤ガス流路１２Ｂにより酸化剤ガスが供給される。
【００１３】
前記冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄを備えるセパレータに積層されるセパレータ１４は、冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄに対面する側において、図示例のように、平面状に形成されるか、若しくは、図示しないが、前記冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄと共に冷却媒体流路を構成する流路溝が形成され、前記積層されるセパレータ１４の冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄに対する背面側面には、隣接して積層されるセル本体のためのガス流路１４Ａ、１４Ｂが設けられる。
【００１４】
ここで使用されるセパレータ１２〜１４は、２個のセル本体１１Ａ、１１Ｂのガス拡散層に対面する一対の反応領域８Ａ、８Ｂを取囲む外周（周縁）および前記一対の反応領域８Ａ、８Ｂが両側に位置する境界（中央部分）を含む周辺領域９では、積層方向にある全てのセパレータ１２〜１４について、電気絶縁材料（具体的には、フェノール樹脂１００％）で構成する一方、一対の反応領域８Ａ、８Ｂでは、積層方向にある全てのセパレータ１２〜１４について、導電性材料（具体的には、カーボン７０％＋フェノール樹脂３０％）で構成するようにしている。
【００１５】
図３は図２に示す各セパレータ１２〜１４の流路構成を示すものであり、図中奥側のセパレータ１３の手前面と中央部のセパレータ１２の背面とでセル本体１１Ａ、１１Ｂを挟んで一組の第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂが構成されている。また、図中手前側のセパレータ１４の手前面が隣接して積層されるセル本体の一方の反応ガス供給流路１４Ａ、１４Ｂを構成し、同じく手前側のセパレータ１４の背面と中央のセパレータ１２の手前面とで冷却媒体の媒体通路１２Ｃ、１２Ｄを構成している。図中奥側セパレータ１３の裏面と中央部のセパレータ１２の裏面は、図４に示す反応ガス供給流路１２Ａ、１２Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが形成されている。
【００１６】
図３において、各セパレータ１２〜１４には、反応領域８Ａ、８Ｂを挟んでその両端部において、燃料ガス、冷却媒体および酸化剤ガスの入口マニホールド１５Ａ１〜１７Ｂ１と出口マニホールド１５Ａ２〜１７Ｂ２とが第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂを構成する上下領域に夫々形成されている。
【００１７】
図３では、図中の上部の第１燃料電池セル５Ａのための入口マニホールド１５Ａ１〜１７Ａ１が、図中の右側端において上方から燃料ガス入口マニホールド１５Ａ１、冷却媒体入口マニホールド１７Ａ１、および酸化剤入口マニホールド１６Ａ１が配置され、図中の左側端において、上方から酸化剤ガス出口マニホールド１５Ａ２、冷却媒体出口マニホールド１７Ａ２、および燃料ガス出口マニホールド１６Ａ２が配置されている。また、図中の下部の第２燃料電池セル５Ｂのための入口マニホールド１５Ｂ１〜１７Ｂ１が、図中の右側端において上方から酸化剤ガス入口マニホールド１６Ｂ１、冷却媒体入口マニホールド１７Ｂ１、および燃料ガス入口マニホールド１５Ｂ１が配置され、図中の左側端において、上方から燃料ガス出口マニホールド１５Ｂ２、冷却媒体出口マニホールド１７Ｂ２、および酸化剤ガス出口マニホールド１６Ｂ２が配置されている。
【００１８】
前記上部の第１燃料電池セル５Ａのための各マニホールドと下部の第２燃料電池セル５Ｂのための各マニホールドとは、中央部を境として線対称に配置されている。これらのマニホールドは、積層されるセパレータ１２〜１４のいずれにも、また、セル本体１１Ａ、１１Ｂを構成する部材にも、積層方向に連通状態で形成され、燃料電池スタック１の集電板４Ａ、クッションプレート３およびエンドプレート２Ａにも同様に形成されて、図５に示す、反応ガスおよび冷却媒体の配管機構に接続されている。
【００１９】
また、奥側と手前側のセパレータ１３、１４の手前面には、例えば、上部の第１燃料電池セル５Ａの反応領域８Ａにおいては、酸化剤ガスの入口マニホールド１６Ａ１から出口マニホールド１６Ａ２に至る酸化剤ガス流路１３Ａ、１４Ａが形成され、下部の第２燃料電池セル５Ｂの反応領域８Ｂにおいては、燃料ガスの入口マニホールド１５Ｂ１から出口マニホールド１５Ｂ２に至る燃料ガス流路１３Ｂ、１４Ｂが形成されている。
【００２０】
また、奥側と中央部のセパレータ１３、１２の裏面には、図４に示すように、例えば、上部の第１燃料電池セル５Ａの反応領域８Ａにおいては、燃料ガスの入口マニホールド１５Ａ１から出口マニホールド１５Ａ２に至る燃料ガス流路１２Ａ、１３Ｃが形成され、下部の第２燃料電池セル５Ｂの反応領域８Ｂにおいては、酸化剤ガスの入口マニホールド１６Ｂ１から出口マニホールド１６Ｂ２に至る酸化剤ガス流路１２Ｂ、１３Ｄが形成されている。
【００２１】
また、図３の中央部のセパレータ１２の手前面には、冷却媒体の入口マニホールド１７Ａ１、１７Ｂ１から出口マニホールド１７Ａ２、１７Ｂ２に至る冷却媒体通路１２Ｃ、１２Ｄが、図中の上下の第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂの反応領域８Ａ、８Ｂに対応して形成されている。
【００２２】
各セパレータ１２〜１４の表面には、第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂのために夫々形成したガス流路１２Ａ〜１４Ｂおよびそれに連通するマニホールド１５Ａ１〜１７Ｂ２を取囲むシール材によるガスケット（特に符号は付けないが、太い実線部分）、冷却媒体流路およびそれに連通するマニホールドを取囲むシール材によるガスケット（太い実線部分）、および、開口しているマニホールドを取囲むシール材によるガスケット（太い実線部分）が、夫々環状に配列されている。なお、図示しないが、夫々配置されている全てのマニホールドおよび流路を取囲む外周側にもシール材によるガスケットを、上下で夫々環状に配列して、前者のガスケットと共に２重構造としてもよい。
【００２３】
また、積層端のエンドプレート２Ａの内側に積層される集電板４Ａ、４Ｂは、電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂが配置されている側４Ｂにおいては、第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂ群毎に電気的に独立して導電部分がセパレータ背面に接触する構成とされ、夫々背面に配置された電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂに接続される。また、電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂが配置された側とは反対側に配置されている集電板４Ａにおいては、第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂ群の両者を電気的に接続するよう両者のセパレータ背面の導電体部分に接触する構成とされる。
【００２４】
積層端のエンドプレート２Ａには、図５に示すように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体の各入口マニホールド１５Ａ１〜１７Ｂ１（図中の右側）および各出口マニホールド１５Ａ２〜１７Ｂ２（図中の左側）が、第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂのために図中の上下２列で開口される。前記反応ガスおよび冷却媒体の配管機構は、前記第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂのために、上下２列の燃料ガス入口マニホールド１５Ａ１、１５Ｂ１同士に接続した燃料ガス用供給配管１９、酸化剤ガス入口マニホールド１６Ａ１、１６Ｂ１同士を接続した酸化剤ガス用供給配管２０、冷却媒体用入口マニホールド１７Ａ１、１７Ｂ１同士を接続した冷却媒体用供給配管２１、および、上下２列の燃料ガス出口マニホールド１５Ａ２、１５Ｂ２同士に接続した燃料ガス用出口配管２２、酸化剤ガス出口マニホールド１６Ａ２、１６Ｂ２同士を接続した酸化剤ガス用出口配管２３、冷却媒体用出口マニホールド１７Ａ２、１７Ｂ２同士を接続した冷却媒体用出口配管２４を備える。
【００２５】
以上の構成の燃料電池の動作について、以下に説明する。
【００２６】
図５に示すように、燃料電池スタック１には、燃料ガス用供給配管１９から燃料ガス（例えば、炭化水素を改質した水素を含むガス）が燃料ガス入口マニホールド１５Ａ１、１５Ｂ１に供給されるとともに、酸化剤ガス用供給配管２０から酸化剤ガス入口マニホールド１６Ａ１、１６Ｂ１に酸化剤ガスとして空気または酸素ガス（以下、単に空気という）が供給される。さらに、冷却媒体用供給配管２１から冷却媒体入口マニホールド１７Ａ１、１７Ｂ１に冷却媒体が供給される。
【００２７】
燃料ガス入口マニホールド１５Ａ１、１５Ｂ１に供給された燃料ガスは、積層されている第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂの各セパレータ１２〜１４に設けられた燃料ガス流路１２Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４Ｂに導入される。図３に示すように、燃料ガス流路１２Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４Ｂに供給された燃料ガスは、水平方向に移動する。その際、燃料ガス中の水素ガスは、セル本体１１Ａ、１１Ｂのガス拡散層を通って、燃料極に供給される。未使用の燃料ガスは、燃料ガス流路１２Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４Ｂに沿って移動しながら順次燃料極に供給される一方、未使用の燃料ガスは燃料ガス出口マニホールド１５Ａ２、１５Ｂ２へ排出される。排出された未使用の燃料ガスは、エンドプレート２Ａの各燃料ガス出口を通って燃料ガス用出口管２２に導入され、燃料電池から排出される。
【００２８】
一方、酸化剤ガス入口マニホールド１６Ａ１、１６Ｂ１に供給された空気は、積層されている第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂの各セパレータ１２〜１４に設けられた酸化剤ガス流路１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｄ、１４Ａに導入される。図３に示すように、酸化剤ガス流路１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｄ、１４Ａに供給された空気は、水平方向に移動する。その際、空気中の酸素ガスは、セル本体１１Ａ、１１Ｂのガス拡散層を通って酸化剤極に供給される。未使用の空気は、酸化剤ガス流路１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｄ、１４Ａに沿って移動しながら酸素ガスが順次酸化剤極に供給される一方、未使用の空気は酸化剤ガス出口マニホールド１６Ａ２、１６Ｂ２へ排出される。排出された未使用の空気は、エンドプレート２Ａの各酸化剤ガス出口を通って酸化剤ガス用出口管２３に導入され、燃料電池から排出される。
【００２９】
これにより、燃料電池スタック１の積層された第１、第２燃料電池セル群５Ａ、５Ｂで発電が行われ、それぞれその極性を互いに反転させて配列しているため、図１に示すように、第１燃料電池セル群５Ａから第２燃料電池セル群５Ｂに矢印の方向に電気が流れ、他方の特性の異なる第１、第２電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂ間に接続される負荷、例えば、図示しないモータに電力が供給されることになる。
【００３０】
また、第１、第２燃料電池セル群５Ａ、５Ｂは、冷却媒体により冷却される。即ち、冷却媒体用供給配管２１に供給された冷却媒体は、冷却媒体入口マニホールド１７Ａ１、１７Ｂ１に導入され、冷却媒体入口マニホールド１７Ａ１、１７Ｂ１から、各燃料電池セル５Ａ、５Ｂの冷却媒体通路１２Ｃ、１２Ｄに供給される。冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄに導入された冷却媒体は、冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄを水平方向に移動して各単位燃料電池セル１１Ａ、１１Ｂを冷却し、冷却媒体出口マニホールド１７Ａ２、１７Ｂ２に排出される。排出された冷却媒体は、出口マニホールド１７Ａ２、１７Ｂ２から冷却媒体出口管２４を介して排出される。
【００３１】
なお、上記実施形態において、積層方向に交差する面内に配列する燃料電池セルとして、第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂの２列とする燃料電池スタック１について説明したが、例えば、図６に示すように、４列の燃料電池セル５Ａ〜５Ｄを交互にその極性を反転させて配置するものであってもよい。
【００３２】
この場合においては、セル本体の４個の電池反応領域を夫々単位燃料電池セルとして機能させ、また、その領域に積層される各セパレータの４個の領域を導電体とする必要がある。また、電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂがある側とは反対側に積層される集電板４Ａは、図７および図６の矢印で示すように、隣接する２列同士の燃料電池セル群のセパレータ背面同士を電気的に接続するものとし、電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂがある側の集電板４Ｂでは、図６の矢印で示すように、中央側で隣接する燃料電池セル群のセパレータ背面同士を電気的に接続するものとなる。勿論、２列で構成した燃料電池スタック１同士を２列に並べて構成するものであってもよい。
【００３３】
この実施形態においては、固体電解質膜１０の複数の領域に固体電解質膜１０を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して複数列のセル本体１１Ａ、１１Ｂを構成し、燃料電池セル５Ａ、５Ｂを構成するセパレータ１２〜１４の電池反応領域８Ａ、８Ｂにおいては導電体で形成し且つ電池反応領域８Ａ、８Ｂを囲むその他の領域９において不導体で形成することにより、積層方向に交差する面内において２列の燃料電池セル５Ａ、５Ｂを構成し、この２列の燃料電池セル５Ａ、５Ｂを積層することにより２列の燃料電池セル群を構成するようにしているため、組立工数（総積層回数）を削減できる。また、燃料電池セル５Ａ、５Ｂ列間のクリアランス（空間開放部）を省略でき、燃料電池セル５Ａ、５Ｂ列間のシールに要するスペースを削減でき、列方向寸法の小型化ができる。
【００３４】
しかも、使用するセパレータ１２〜１４の使用材料として、樹脂系の複合材とし、電池反応領域８Ａ、８Ｂに対してはカーボン等の炭素含有量を多くして導電体で形成し且つ電池反応領域８Ａ、８Ｂを囲むその他の領域において炭素含有量を低下させて不導体に形成するものであるため、電池反応領域８Ａ、８Ｂとその他の領域９とを別材料を接合して構成することなく一体に形成でき、複列の燃料電池の構造を簡単化できる。
【００３５】
また、面方向に隣接する燃料電池セル５Ａ、５Ｂ同士では、セル本体１１Ａ、１１Ｂの酸化剤極および燃料極を反転させ、セル本体の片面には一方で酸化剤ガスを供給し且つ他方で燃料ガスを供給し、他方の面に対しては上記と逆の反応ガスを供給する等により、その反応の極性を反転させているため、これらを積層した各燃料電池セル列では電子およびイオンの流動方向が逆となり、積層端に設ける集電板４Ａにより電気的に直列化することが容易となり、電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂを片側に設けるに際してバスバーの配置を単純化できる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、セル本体１１Ａ、１１Ｂに供給する燃料がスと酸化剤ガスとの流れ方向として、セル本体を挟んで同一方向となる並行流の燃料電池について説明したが、セル本体を挟んで互いに逆方向に流れる対向流の燃料電池であってもよく、その場合には、燃料ガス用供給配管と燃料ガス用出口配管との機能を反転させるか、若しくは、酸化剤ガス用の供給配管と出口配管との機能を反転させればよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、セパレータ１２〜１４として、反応領域８Ａ、８Ｂにおいてカーボン等の導電体の含有量を増加させた樹脂系の複合材としたものについて説明したが、図示しないが、例えば、反応領域と周辺領域とで異なる材質で構成してもよく、この場合には、反応領域を構成する部材を周辺領域を構成する部材でモールドするよう構成してもよい。
【００３８】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００３９】
（ア）固体高分子電解質膜１０を燃料極と酸化剤極とで挟んで構成されるセル本体１１をセパレータ１２〜１４を介して複数積層して燃料電池スタック１とする燃料電池であって、前記固体電解質膜１０の複数の領域に固体電解質膜１０を挟んで夫々燃料極と酸化剤極とを配列して複数列のセル本体１１Ａ、１１Ｂを構成し、前記セパレータ１２〜１４の燃料極または酸化剤極と積層される領域８Ａ、８Ｂを導電体で形成する一方、前記導電体で形成した領域の周辺領域９を不導体で形成し、前記複数列のセル本体を前記セパレータで挟んで複数積層することにより複数の燃料電池セル列を備える燃料電池スタック１とした。このため、燃料電池スタックを並列配置する場合に比較して、燃料電池セル列間の干渉や漏電防止のためのスペースを削減でき、燃料電池の列方向寸法を小型化することができる。また、複数の燃料電池セル列を備えたスタックを構成する場合の積層回数を半減でき、組立工数を削減できる。
【００４０】
（イ）複数の燃料電池セル列５Ａ、５Ｂは、夫々隣接する燃料電池セル列５Ｂ、５Ａに対して、固体電解質膜１０に対する燃料極および酸化剤極の配置を逆にすることにより、積層端のセパレータの導電体同士を短絡させるのみで、一方の端面に電力取出し端子１８Ａ、１８Ｂを設けるに際してのバスバーの配置を単純化できる。
【００４１】
（ウ）セパレータ１２〜１４を、樹脂複合材で構成し、導電体で形成する領域８は含有させる導電物質の含有量を周辺領域より多くすることにより、電池反応領域８Ａとその他の領域９とを別材料を接合して構成することなく一体に形成でき、複列の燃料電池および燃料電池スタックの構造を簡単化できる。
【００４２】
（エ）燃料電池スタック１を構成するよう積層端のセパレータに積層される集電板４は、積層端のセパレータの夫々隣接する導電体で形成した領域同士を電気的に接続させることにより、集電板４をバスバーとして利用でき、バスバーの構造を単純化できる。
【００４３】
（第２実施形態）
図８〜図１１は、本発明を適用した燃料電池システムの第２実施形態を示し、図８は燃料電池セルのセパレータの正面図、図９は図８の要部の拡大図、図１０は図９のＡ−Ａ線〜Ｃ−Ｃ線に沿う各断面図、図１１は燃料電池スタックに付設する配管機構の正面図である。本実施形態においては、反応ガスおよび冷却媒体の給排路を簡素化した構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４４】
本実施形態の燃料電池では、図８に示すように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体の入口マニホールド３０１、３１１、３２１および出口マニホールド３０２、３１２、３２２を、面方向に配列された第１、２燃料電池セル５Ａ、５Ｂの片側に配置したものである。即ち、第１燃料電池セル５Ａの図中右側に酸化剤ガスおよび冷却媒体の入口マニホールド３１１、３２１と燃料ガスの出口マニホールド３０２とが配置され、第２燃料電池セル５Ｂの図中右側に燃料ガスの入口マニホールド３０１と酸化剤ガスおよび冷却媒体の出口マニホールド３１２、３２２とが配置されている。
【００４５】
ここで使用するセパレータは、図２に示す第１実施形態のセパレータと同様、片側に第１燃料電池セル５Ａの燃料ガス流路１２Ａと第２燃料電池セル５Ｂの酸化剤ガス流路１２Ｂとが形成され且つ裏面には冷却媒体の流路１２Ｃ、１２Ｄが形成されたセパレータ１２と、同じく片側に第１燃料電池セル５Ａの酸化剤ガス流路１４Ａと第２燃料電池セル５Ｂの燃料ガス流路１４Ｂが形成され且つ裏面には冷却媒体の流路が形成されたセパレータ１４とが、図１０（Ａ）に示すように、裏面同士が背中合わせとなるよう積層して使用される。また、片側に第１燃料電池セル５Ａの燃料ガス流路１３Ｃと第２燃料電池セル５Ｂの酸化剤ガス流路１３Ｄとが形成され且つ裏面には第１燃料電池セル５Ａの酸化剤ガス流路１３Ａと第２燃料電池セル５Ｂの燃料ガス流路１３Ｂが形成されたセパレータ１３が使用される。なお、図３とはセパレータを見る方向が逆となっている。
【００４６】
前記セパレータには、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、夫々連通路３０３〜３２３が形成される。即ち、第１燃料電池セル５Ａの酸化剤ガス流路１４Ａの出口３１１Ａは、図１０（Ａ）に示すように、一対のセパレータ１２、１４間に配置された酸化剤ガス連通路３１３を介して第２燃料電池セル５Ｂの酸化剤ガス流路１２Ｂの入口３１２Ａに接続され、第１燃料電池セル５Ａの冷却媒体流路１２Ｃの出口３２１Ａは、図１０（Ｂ）に示すように、一対のセパレータ１２、１４間に配置された冷却媒体連通路３２３を介して第２燃料電池セル５Ｂの冷却媒体流路１２Ｄの入口３２２Ａに接続され、第２燃料電池セル５Ｂの燃料ガス流路１４Ｂの出口３０１Ａは、図１０（Ｃ）に示すように、一対のセパレータ１２、１４間に配置された燃料ガス連通路３０３を介して第１燃料電池セル５Ａの燃料ガス流路１２Ａの入口３０２Ａに接続されている。
【００４７】
なお、図示しないが、片側に第１燃料電池セル５Ａの燃料ガス流路１３Ｃと第２燃料電池セル５Ｂの酸化剤ガス流路１３Ｄとが形成され且つ裏面には第１燃料電池セル５Ａの酸化剤ガス流路１３Ａと第２燃料電池セル５Ｂの燃料ガス流路１３Ｂが形成されたセパレータ１３についても、同様に、第１燃料電池セル５Ａの酸化剤ガス流路１３Ａの出口は、セパレータ１３の表面に配置された酸化剤ガス連通路および貫通穴を介して第２燃料電池セル５Ｂの酸化剤ガス流路１３Ｄの入口に接続され、第２燃料電池セル５Ｂの燃料ガス流路１３Ｂの出口は、セパレータ１３の表面に配置された燃料ガス連通路および貫通穴を介して第１燃料電池セル５Ａの燃料ガス流路１３Ｃの入口に接続されている。
【００４８】
そして、第１燃料電池セル５Ａのこれら入口マニホールド３１１、３２１から各流路１４Ａ、１２Ｃに導入された酸化剤ガスおよび冷却媒は、同じくセパレータ１２、１４に設けた前記連通路３１３、３２３を経由して第２燃料電池セル５Ｂの各流路１２Ｂ、１２Ｄに導入され、第２燃料電池セル５Ｂの各流路１２Ｂ、１２Ｄから各出口マニホールド３１２、３２２に排出されるよう構成している。また、第２燃料電池セル５Ｂの入口マニホールド３０１から流路１４Ｂに導入された燃料ガスは、同じくセパレータ１２、１４に設けた前記連通路３０３を経由して第１燃料電池セル５Ａの流路１２Ａに導入され、第１燃料電池セル５Ａの流路１２Ａから出口マニホールド３０２に排出されるよう構成している。
【００４９】
また、積層端のエンドプレート２Ａには、図１１に示すように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体の各入口マニホールド３０１〜３２１および各出口マニホールド３０２〜３２２が、図中の上下２列で開口される。そして、反応ガスおよび冷却媒体の配管機構は、図中上から、酸化剤ガス入口マニホールド３１１に接続した酸化剤ガス用供給配管３４、冷却媒体用入口マニホールド３２１を接続した冷却媒体用供給配管３４、燃料ガス出口マニホールド３０２に接続した燃料ガス用出口配管３５、燃料ガス入口マニホールド３０１に接続した燃料ガス用供給配管３６、冷却媒体用出口マニホールド３２２に接続した冷却媒体用出口配管３７、および、酸化剤ガス出口マニホールド３１２に接続した酸化剤ガス用出口配管３８、の順に配置されている。
【００５０】
この実施形態においては、第１燃料電池セル５Ａおよび第２燃料電池セル５Ｂの各ガス流路および冷却媒体流路が連通路３０３、３１３、３２３を介してと連通しているため、各入口マニホールドおよび出口マニホールドを夫々一組のみ設ければよく、また、そのための供給配管および出口配管も夫々一組のみ設ければよく、その構成を簡素化でき、小型化できる。
【００５１】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００５２】
（オ）セパレータ１２〜１４を介して隣接している燃料電池セル５Ａ、５Ｂは、隣接する燃料電池セル列間でセパレータ１２〜１４に設けた連通路を介して、一方若しくは他方の列の反応ガスの出口と他方若しくは一方の列の反応ガスの入口とが燃料極および酸化剤極各々において連通させているため、燃料ガスおよび酸化剤ガスの入口マニホールドおよび出口マニホールドを半減でき、燃料電池スタック１としての構成を簡素化でき、しかも、各マニホールドへの供給配管および出口配管の形状やレイアウトも簡素化できる。
【００５３】
（カ）セパレータ１２、１４同士を積層して形成される冷却媒体流路１２Ｃ、１２Ｄは、隣接する燃料電池セル列間で一方の列の冷却媒体の出口３２１Ａと他方の列の冷却媒体の入口３２２Ａとが連通させているため、冷却媒体の入口マニホールド３２１および出口マニホールド３２２を半減でき、燃料電池スタック１としての構成を簡素化でき、しかも、各マニホールド３２１、３２２への供給配管３４および出口配管３７の形状やレイアウトも簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池スタックの側面図。
【図２】同じく燃料電池セルの概略断面図。
【図３】燃料電池セルの各セパレータの配列斜視図。
【図４】セパレータの背面図。
【図５】燃料電池スタックに付設する配管機構の正面図。
【図６】燃料電池スタックの応用例を示す側面図。
【図７】図６に用いる集電板の平面図。
【図８】本発明の一実施形態を示す燃料電池セルのセパレータの正面図。
【図９】図８の要部の拡大図。
【図１０】図９のＡ−Ａ線〜Ｃ−Ｃ線に沿う各（Ａ）〜（Ｃ）断面図。
【図１１】燃料電池スタックに付設する配管機構の正面図。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃料電池スタック
２Ａ、２Ｂ  エンドプレート
３  クッションプレート
４Ａ、４Ｂ  集電板
５Ａ、５Ｂ  第１、２燃料電池セル、第１、２燃料電池セル列
６  スプリング
７  プレッシャプレート
８Ａ、８Ｂ  反応領域
９  周辺領域
１０  固体高分子電解質膜
１１Ａ、１１Ｂ  セル本体
１２〜１４  セパレータ
【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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