(57)【要約】      （修正有）【課題】電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガスの温度を均一化し、発電の安定性を向上できる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタックは、発電部Ｐと伝熱部Ｈとが交互に形成されており、一方の種類の反応ガス供給流路と、一方の種類の反応ガス排出流路と、他方の種類の反応ガス供給流路と、他方の種類の反応ガス排出流路と、伝熱媒体供給流路と、伝熱媒体排出流路と、を有し、前記双方の種類の前記反応ガス供給流路の少なくともいずれかが、第１反応ガス供給流路と第２反応ガス供給流路とを有し、前記伝熱媒体供給流路に近接して前記第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記第２反応ガス供給流路が形成されている。【選択図】図３
2007335255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＭＥＡと複数の導電性のセパレータとが積層されることによって該積層方向に発電部と伝熱部とが交互に形成されており、
一方の種類の反応ガス供給流路と、一方の種類の反応ガス排出流路と、他方の種類の反応ガス供給流路と、他方の種類の反応ガス排出流路と、伝熱媒体供給流路と、伝熱媒体排出流路と、を有し、
前記発電部は、該発電部の両側に形成された一対の前記伝熱部に最も近い一対のＭＥＡを含む２以上のＭＥＡと、一方の前記伝熱部と前記一対のＭＥＡの一方のＭＥＡとの間に該ＭＥＡのアノードに接するアノードガス流路を有するように形成された反応部と、他方の前記伝熱部と前記一対のＭＥＡの他方のＭＥＡとの間に該ＭＥＡのカソードに接するカソードガス流路を有するように形成された反応部と、前記一対のＭＥＡの間に前記ＭＥＡのアノードに接するアノードガス流路を有するようにそれぞれ形成された１以上の反応部と、前記一対のＭＥＡの間に前記ＭＥＡのカソードに接するカソードガス流路を有するようにそれぞれ形成された１以上の反応部と、を有し、
前記伝熱部は伝熱媒体流路を有し、
前記一方の種類の反応ガス供給流路に供給される一方の反応ガスとしてのアノードガスが該一方の種類の反応ガス供給流路、アノードガス流路を有する全ての前記反応部の該アノードガス流路、及び前記一方の種類の反応ガス排出流路を順に流れ、かつ前記他方の種類の反応ガス供給流路に供給される他方の反応ガスとしてのカソードガスが該他方の種類の反応ガス供給流路、前記カソードガス流路を有する全ての前記反応部の該カソードガス流路、及び前記他方の種類の反応ガス排出流路を順に流れるように構成された燃料電池スタックであって、
双方の種類の前記反応ガス供給流路の少なくともいずれかが、前記一対のＭＥＡの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第１反応ガス供給流路と、前記伝熱部と該伝熱部に最も近いＭＥＡとの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第２反応ガス供給流路とを有し、
前記伝熱媒体供給流路に近接して前記第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記第２反応ガス供給流路が形成されている、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記伝熱媒体供給流路に対し前記第１反応ガス供給流路が前記第２反応ガス供給流路より近く形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に対し前記第２反応ガス供給流路が前記第１反応ガス供給流路より近く形成されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記双方の種類の前記反応ガス供給流路が、共に、前記一対のＭＥＡの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第１反応ガス供給流路と、前記伝熱部と該伝熱部に最も近いＭＥＡとの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第２反応ガス供給流路とを有し、
前記伝熱媒体供給流路に近接して前記双方の種類の反応ガス供給流路の第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記双方の種類の反応ガス供給流路の第２反応ガス供給流路が形成されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記発電部は、３以上のＭＥＡを有し、
双方の種類の前記反応ガス供給流路の少なくともいずれかが、該いずれかの反応ガス供給流路に対応する１つの反応部毎に、前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路を含む個別反応ガス供給流路を有し、
全ての前記個別反応ガス供給流路が、各々の対応する反応部と前記一対の伝熱部のいずれかとの間に存在する反応部の数が少ない順に、前記伝熱媒体排出流路に近くかつ前記伝熱媒体供給流路から遠く形成されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
一方の種類の反応ガス供給流路、一方の種類の反応ガス排出流路、他方の種類の反応ガス供給流路、他方の種類の反応ガス排出流路、伝熱媒体供給流路、及び伝熱媒体排出流路が前記燃料電池スタックの周縁部の内部に前記積層方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
導電性かつ板状の第１セパレータと導電性かつ板状の第２セパレータと導電性かつ板状の第３セパレータとの３種類の前記セパレータと２以上の前記ＭＥＡとで構成された１以上の電池モジュールが積層されることによって前記積層方向に前記発電部と前記伝熱部とが交互に形成されており、
前記第１セパレータは、一方の主面に前記アノードガス流路が形成されかつ他方の主面に前記伝熱媒体流路が形成され、
前記第２セパレータは、一方の主面に前記カソードガス流路が形成されかつ他方の主面に前記伝熱媒体流路が形成され、
前記第３セパレータは、一方の主面に前記アノードガス流路が形成されかつ他方の主面に前記カソードガス流路が形成され、
前記電池モジュールにおいて、前記積層方向において前記２以上のＭＥＡと１以上の前記第３セパレータとを前記第１セパレータと前記第２セパレータとが挟み、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータは各々の伝熱媒体流路が形成された主面が外方を向き、かつ前記ＭＥＡのアノード及びカソードにある前記セパレータのアノードガス流路及び他の前記セパレータのカソードガス流路がそれぞれ接して前記セパレータと前記ＭＥＡとが互いに隣り合うようにして、前記第１乃至第３セパレータ及び前記２以上のＭＥＡが配置され、
前記電池モジュールにおける前記第１セパレータの前記アノードガス流路が形成された部分から前記第２セパレータの前記カソードガス流路が形成された部分に渡る部分が前記発電部を構成し、２つの前記電池モジュールの境界部における一方の電池モジュールの前記第１セパレータの前記伝熱媒体流路が形成された部分と他方の電池モジュールの前記第２セパレータの前記伝熱媒体流路が形成された部分とが前記伝熱部を構成し、各々の前記セパレータの前記アノードガス流路又は前記カソードガス流路が形成された部分が各々の前記反応部を構成する、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記電池モジュールは、前記ＭＥＡを囲むようにして該ＭＥＡの周縁部を保持する枠体を有し、
前記第１セパレータは、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、
前記第２セパレータは、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、
前記第３セパレータは、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、
前記枠体は、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、
前記第１乃至前記第３セパレータ及び前記枠体のそれぞれにおいて、双方の種類の第１反応ガス供給流路に対応する流路孔が前記伝熱媒体供給流路に対応する流路孔に近接して形成され、双方の種類の第２反応ガス供給流路に対応する流路孔が前記伝熱媒体排出流路に対応する流路孔に近接して形成されている、請求項６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池スタックを備え、
前記一方の種類の反応ガス供給流路に前記アノードガスを供給するアノードガス供給系統と、前記他方の種類の反応ガス供給流路に前記カソードガスを供給するカソードガス供給系統と、前記伝熱媒体供給流路に前記伝熱媒体を供給する伝熱媒体供給系統と、を有し、
かつ前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路に前記反応ガスを供給する、前記アノードガス供給系統及び前記カソードガス供給系統の少なくともいずれかにおいて、前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量との比率を調整可能に構成されている、燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池スタックを備え、
前記一方の種類の反応ガス供給流路に前記アノードガスを供給するアノードガス供給系統と、前記他方の種類の反応ガス供給流路に前記カソードガスを供給するカソードガス供給系統と、前記伝熱媒体供給流路に前記伝熱媒体を供給する伝熱媒体供給系統と、流量比率調整手段と、を備え、
前記流量比率調整手段は、前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路に前記反応ガスを供給する、前記アノードガス供給系統及び前記カソードガス供給系統の少なくともいずれかにおいて、前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量との比率を調整する、燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量及び前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と相関関係を有する物理量を検知する検知手段を有し、
前記流量比率調整手段は、検知される物理量に基づいて、前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量との比率を調整する、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記物理量が、前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路に対応するアノードガス流路又はカソードガス流路における圧力損失である、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記物理量が、前記電池モジュールの発電電圧である、請求項１０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、燃料電池スタック及び燃料電池システムに関する。特に、ＭＥＡとセパレータとからなる電池モジュールを積層して構成された、燃料電池スタック及びそれを用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質膜−電極接合体）を有し、ＭＥＡの両側主面それぞれを、水素を含有するアノードガスと空気など酸素を含有するカソードガスとに曝露して、アノードガスとカソードガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを発生させる装置である。
【０００３】
ところで、ＰＥＦＣは、電池反応毎の起電力が一般用途において十分ではない。
【０００４】
また、電気化学反応は発熱反応であるので、ＰＥＦＣ運転動作中にＭＥＡが触媒活性温度になるように反応部を冷却する必要がある。また、ＰＥＦＣ起動動作時には、ＭＥＡが触媒活性温度になるようにＰＥＦＣを予熱する必要がある。加えて、ＰＥＦＣ運転動作時には適切な温度管理を要する。すなわち、ＭＥＡの冷却が不十分な場合、ＭＥＡの温度が上昇して高分子電解質膜から水分が蒸発する。その結果、高分子電解質膜の劣化が促進されてＭＥＡの耐久性が低下したり、高分子電解質膜の電気抵抗が増大してＭＥＡの起電力が低下したりすることが知られている。一方、ＰＥＦＣを必要以上に冷却した場合、ガス流路を流れるアノードガス及びカソードガス中の水分が結露し、これらガス中に含まれる液体状態の水の量が増加する。液体状態の水は、ガス流路に表面張力によって液滴として付着する。この液滴の量が甚だしい場合は、ガス流路内に付着した水がガス流路を塞いでガスの流れを阻害し、いわゆるフラッディング現象を起こす。その結果、電気出力が不安定化する等ＰＥＦＣの性能を低下させることが知られている。
【０００５】
これらの理由から、ＰＥＦＣは、ＭＥＡ、アノードガス流路及びカソードガス流路をそれぞれ有する一対の反応部と、伝熱媒体流路を有する伝熱部と、をそれぞれ複数積層して構成されている。このような積層構造の燃料電池スタック（以下、スタックと略称する）がＰＥＦＣの本体を構成している。
【０００６】
そして、伝熱部に供給前の伝熱媒体が流通する伝熱媒体供給マニホールド、前記伝熱部から排出後の伝熱媒体が流通する伝熱媒体排出マニホールド、前記反応部に供給前のアノードガスが流通するアノードガス供給マニホールド、前記反応部から排出後のアノードガスが流通するアノードガス排出マニホールド、前記反応部に供給前のカソードガスが流通するカソードガス供給マニホールド、及び前記反応部から排出後のカソードガスが流通するカソードガス排出マニホールドが、それぞれ、前記積層された反応部及び伝熱部の側部において積層方向に延びて形成されている。
【０００７】
ここで、このマニホールドの構成形態によって、スタックは２種類に大別される。すなわち、マニホールドがスタックと一体化されて構成される内部マニホールド型スタックと、これらマニホールドがスタックへの装着部材として構成される外部マニホールド型スタックとに大別される。
【０００８】
現状において、主として用いられている内部マニホールド型スタックは、一般的には、平板状のアノードセパレータ及びカソードセパレータと、枠体及び該枠体の枠内に配設されたＭＥＡを有するＭＥＡ部材と、を備えている。そして反応部は、アノードセパレータの内面及びカソードセパレータの内面に該ＭＥＡ部材が挟まれて構成されている。アノードセパレータには、前記伝熱媒体供給マニホールド、前記伝熱媒体排出マニホールド、前記アノードガス供給マニホールド、前記アノードガス排出マニホールド、前記カソードガス供給マニホールド、及び前記カソードガス排出マニホールドを構成するマニホールド孔が、その厚さ方向に貫通してそれぞれ形成され、かつ、内面側に前記アノードガス供給マニホールド及び前記アノードガス排出マニホールドを構成するマニホールド孔同士を結ぶアノードガス流路が形成されている。
【０００９】
同様にして、カソードセパレータには、前記伝熱媒体供給マニホールド、前記伝熱媒体排出マニホールド、前記アノードガス供給マニホールド、前記アノードガス排出マニホールド、前記カソードガス供給マニホールド、及び前記カソードガス排出マニホールドを構成するマニホールド孔が、その厚さ方向に貫通してそれぞれ形成され、かつ、内面側に前記カソードガス供給マニホールド及び前記カソードガス排出マニホールドを構成するマニホールド孔同士を結ぶカソードガス流路が形成されている。
【００１０】
ＭＥＡ部材の枠体には、前記伝熱媒体供給マニホールド、前記伝熱媒体排出マニホールド、前記アノードガス供給マニホールド、前記アノードガス排出マニホールド、前記カソードガス供給マニホールド、及び前記カソードガス排出マニホールドを構成するマニホールド孔が、その厚さ方向に貫通してそれぞれ形成されている。
【００１１】
ＭＥＡは、高分子電解質膜とその両面に積層して構成された一対の電極とを有して構成されており、ＭＥＡの両主面には電極が形成されている。また、セパレータは、電導性カーボンを含む樹脂、金属等の導電材料で構成され、ＭＥＡの電極に当接して電気回路の一部を担っている。
【００１２】
なお、伝熱部の構成にはいくつかの形態がある。例えば、アノードセパレータ及び／又はカソードセパレータの外面に伝熱媒体流路が形成され、積層によるセパレータ外面同士の接合によって伝熱部が形成されるという形態がある。あるいは、伝熱媒体流路が内部に構成された伝熱部材が、セパレータの外面間に挿入されるという形態もある。伝熱媒体としては、水、シリコンオイルが一般的に用いられている。
【００１３】
ところで、伝熱媒体流路は、燃料電池スタック全体の熱を効率よく回収する必要がある。そのためには、１枚のＭＥＡの両側をそれぞれセパレータで挟み、このセパレータの外面に伝熱媒体流路を形成することが望ましい。
【００１４】
しかし、燃料電池スタック全体において伝熱媒体流路を多く設けると、燃料電池スタック全体の容積が大きくなる。そこで、燃料電池スタックのコンパクト化や低コスト化の観点から、伝熱媒体流路の数を少なくする場合が多い。
【００１５】
例えば、特許文献１に示すように、２枚のＭＥＡの各々の両側にそれぞれセパレータが位置するように３枚のセパレータを配置し、外側の一対のセパレータの外面にそれぞれ伝熱媒体流路が形成された燃料電池がある。その他、３枚のＭＥＡの各々の両側にそれぞれセパレータが位置するように４枚のセパレータを配置し、外側の一対のセパレータの外面にそれぞれ伝熱媒体流路が形成された燃料電池などもある。なお、以下においては、２枚以上のＭＥＡの各々の両側にそれぞれセパレータが位置するようにセパレータを配置し、外側の一対のセパレータの外面にそれぞれ伝熱媒体流路が形成されたものを電池モジュールと呼ぶ。
【特許文献１】特開平２００２−３５２８１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１の構成においては、電池モジュールにおける伝熱媒体流路に隣接する（間にＭＥＡが介在しない）反応ガス流路では、セパレータを通じた伝熱媒体との熱交換によって反応ガスの温度が低下する一方、伝熱媒体流路に隣接していない（間にＭＥＡが介在している）反応ガス流路では、伝熱媒体との熱交換が生じないため反応ガスの温度が高くなってしまい、電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガスの温度が不均一になる。そうすると、反応ガスの温度が低下した部分で結露が発生して、反応ガス流路内の流体抵抗に差が生じる。これにより、電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガス流量に差が生じ、燃料電池の運転が不安定になるという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガスの温度を均一化し、発電の安定性を向上できる燃料電池スタック及び燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決すべく、発明者は鋭意研究を行った。その結果、伝熱媒体排出マニホールドには、電池反応熱を吸熱した伝熱媒体が流通するが、この伝熱媒体の保有熱の一部は、伝熱媒体排出マニホールドの壁面に伝達されて熱損失となっていた。発明者は、この伝達熱を有効利用することはできないかと考え、本発明に想到した。
【００１９】
本発明の燃料電池スタックは、複数のＭＥＡと複数の導電性のセパレータとが積層されることによって該積層方向に発電部と伝熱部とが交互に形成されており、一方の種類の反応ガス供給流路と、一方の種類の反応ガス排出流路と、他方の種類の反応ガス供給流路と、他方の種類の反応ガス排出流路と、伝熱媒体供給流路と、伝熱媒体排出流路と、を有し、  前記発電部は、該発電部の両側に形成された一対の前記伝熱部に最も近い一対のＭＥＡを含む２以上のＭＥＡと、一方の前記伝熱部と前記一対のＭＥＡの一方のＭＥＡとの間に該ＭＥＡのアノードに接するアノードガス流路を有するように形成された反応部と、他方の前記伝熱部と前記一対のＭＥＡの他方のＭＥＡとの間に該ＭＥＡのカソードに接するカソードガス流路を有するように形成された反応部と、前記一対のＭＥＡの間に前記ＭＥＡのアノードに接するアノードガス流路を有するようにそれぞれ形成された１以上の反応部と、前記一対のＭＥＡの間に前記ＭＥＡのカソードに接するカソードガス流路を有するようにそれぞれ形成された１以上の反応部と、を有し、前記伝熱部は伝熱媒体流路を有し、前記一方の種類の反応ガス供給流路に供給される一方の反応ガスとしてのアノードガスが該一方の種類の反応ガス供給流路、アノードガス流路を有する全ての前記反応部の該アノードガス流路、及び前記一方の種類の反応ガス排出流路を順に流れ、かつ前記他方の種類の反応ガス供給流路に供給される他方の反応ガスとしてのカソードガスが該他方の種類の反応ガス供給流路、前記カソードガス流路を有する全ての前記反応部の該カソードガス流路、及び前記他方の種類の反応ガス排出流路を順に流れるように構成された燃料電池スタックであって、双方の種類の前記反応ガス供給流路の少なくともいずれかが、前記一対のＭＥＡの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第１反応ガス供給流路と、前記伝熱部と該伝熱部に最も近いＭＥＡとの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第２反応ガス供給流路とを有し、前記伝熱媒体供給流路に近接して前記第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記第２反応ガス供給流路が形成されている。
【００２０】
このような構成とすると、発電部と、この発電部の両側に形成された一対の伝熱部の各々の半分とが、電池モジュールを形成する。この電池モジュールの冷却されやすい部分、すなわち、伝熱部（伝熱媒体流路を有する部分）に隣接する（伝熱部との間にＭＥＡが介在しない）反応ガス流路には、伝熱媒体排出流路を流れる、排熱を回収して昇温した伝熱媒体と熱交換して昇温した反応ガスが流れる。一方、電池モジュールの冷却されにくい部分、すなわち、伝熱部（伝熱媒体流路を有する部分）に隣接しない（伝熱部との間にＭＥＡが介在している）反応ガス流路には、伝熱媒体供給流路を流れる、排熱を回収する前の伝熱媒体と熱交換した反応ガスが流れる。したがって、電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガスの温度が均一化され、発電の安定性が向上する。
【００２１】
前記伝熱媒体供給流路に対し前記第１反応ガス供給流路が前記第２反応ガス供給流路より近く形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に対し前記第２反応ガス供給流路が前記第１反応ガス供給流路より近く形成されていてもよい。
【００２２】
前記双方の種類の前記反応ガス供給流路が、共に、前記一対のＭＥＡの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第１反応ガス供給流路と、前記伝熱部と該伝熱部に最も近いＭＥＡとの間に形成された反応部に前記反応ガスを供給する第２反応ガス供給流路とを有し、前記伝熱媒体供給流路に近接して前記双方の種類の反応ガス供給流路の第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記双方の種類の反応ガス供給流路の第２反応ガス供給流路が形成されていてもよい。
【００２３】
前記発電部は、３以上のＭＥＡを有し、双方の種類の前記反応ガス供給流路の少なくともいずれかが、該いずれかの反応ガス供給流路に対応する１つの反応部毎に、前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路を含む個別反応ガス供給流路を有し、全ての前記個別反応ガス供給流路が、各々の対応する反応部と前記一対の伝熱部のいずれかとの間に存在する反応部の数が少ない順に、前記伝熱媒体排出流路に近くかつ前記伝熱媒体供給流路から遠く形成されていてもよい。
【００２４】
一方の種類の反応ガス供給流路、一方の種類の反応ガス排出流路、他方の種類の反応ガス供給流路、他方の種類の反応ガス排出流路、伝熱媒体供給流路、及び伝熱媒体排出流路が前記燃料電池スタックの周縁部の内部に前記積層方向に延びるように形成されていてもよい。
【００２５】
導電性かつ板状の第１セパレータと導電性かつ板状の第２セパレータと導電性かつ板状の第３セパレータとの３種類の前記セパレータと２以上の前記ＭＥＡとで構成された１以上の電池モジュールが積層されることによって前記積層方向に前記発電部と前記伝熱部とが交互に形成されており、前記第１セパレータは、一方の主面に前記アノードガス流路が形成されかつ他方の主面に前記伝熱媒体流路が形成され、前記第２セパレータは、一方の主面に前記カソードガス流路が形成されかつ他方の主面に前記伝熱媒体流路が形成され、  前記第３セパレータは、一方の主面に前記アノードガス流路が形成されかつ他方の主面に前記カソードガス流路が形成され、前記電池モジュールにおいて、前記積層方向において前記２以上のＭＥＡと１以上の前記第３セパレータとを前記第１セパレータと前記第２セパレータとが挟み、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータは各々の伝熱媒体流路が形成された主面が外方を向き、かつ前記ＭＥＡのアノード及びカソードにある前記セパレータのアノードガス流路及び他の前記セパレータのカソードガス流路がそれぞれ接して前記セパレータと前記ＭＥＡとが互いに隣り合うようにして、前記第１乃至第３セパレータ及び前記２以上のＭＥＡが配置され、前記電池モジュールにおける前記第１セパレータの前記アノードガス流路が形成された部分から前記第２セパレータの前記カソードガス流路が形成された部分に渡る部分が前記発電部を構成し、２つの前記電池モジュールの境界部における一方の電池モジュールの前記第１セパレータの前記伝熱媒体流路が形成された部分と他方の電池モジュールの前記第２セパレータの前記伝熱媒体流路が形成された部分とが前記伝熱部を構成し、各々の前記セパレータの前記アノードガス流路又は前記カソードガス流路が形成された部分が各々の前記反応部を構成してもよい。
【００２６】
前記電池モジュールは、前記ＭＥＡを囲むようにして該ＭＥＡの周縁部を保持する枠体を有し、前記第１セパレータは、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、前記第２セパレータは、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、前記第３セパレータは、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、前記枠体は、前記伝熱媒体供給流路、前記伝熱媒体排出流路、一方の種類の第１反応ガス供給流路、一方の種類の第２反応ガス供給流路、一方の種類の前記反応ガス排出流路、他方の種類の第１反応ガス供給流路、他方の種類の第２反応ガス供給流路、他方の種類の前記反応ガス排出流路、を構成する流路孔が、その厚さ方向に貫通するようにそれぞれ形成され、前記第１乃至前記第３セパレータ及び前記枠体のそれぞれにおいて、双方の種類の第１反応ガス供給流路に対応する流路孔が前記伝熱媒体供給流路に対応する流路孔に近接して形成され、双方の種類の第２反応ガス供給流路に対応する流路孔が前記伝熱媒体排出流路に対応する流路孔に近接して形成されていてもよい。
【００２７】
また、本発明の燃料電池システムは、前記伝熱媒体供給流路に近接して前記第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記第２反応ガス供給流路が形成されている燃料電池スタックを備え、前記一方の種類の反応ガス供給流路に前記アノードガスを供給するアノードガス供給系統と、前記他方の種類の反応ガス供給流路に前記カソードガスを供給するカソードガス供給系統と、前記伝熱媒体供給流路に前記伝熱媒体を供給する伝熱媒体供給系統と、を有し、かつ前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路に前記反応ガスを供給する、前記アノードガス供給系統及び前記カソードガス供給系統の少なくともいずれかにおいて、前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量との比率を調整可能に構成されている。
【００２８】
このような構成とすると、第１反応ガス供給流路と第２反応ガス供給流路との流体抵抗が異なる場合においても、反応ガスの流量を調整することが可能になる。
【００２９】
また、本発明の燃料電池システムは、前記伝熱媒体供給流路に近接して前記第１反応ガス供給流路が形成され、かつ前記伝熱媒体排出流路に近接して前記第２反応ガス供給流路が形成されている燃料電池スタックを備え、前記一方の種類の反応ガス供給流路に前記アノードガスを供給するアノードガス供給系統と、前記他方の種類の反応ガス供給流路に前記カソードガスを供給するカソードガス供給系統と、前記伝熱媒体供給流路に前記伝熱媒体を供給する伝熱媒体供給系統と、流量比率調整手段と、を備え、前記流量比率調整手段は、前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路に前記反応ガスを供給する、前記アノードガス供給系統及び前記カソードガス供給系統の少なくともいずれかにおいて、前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量との比率を調整する。
【００３０】
前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量及び前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と相関関係を有する物理量を検知する検知手段を有し、前記流量比率調整手段は、検知される物理量に基づいて、前記第１反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量と前記第２反応ガス供給流路に供給する反応ガスの流量との比率を調整してもよい。
【００３１】
前記物理量が、前記第１反応ガス供給流路及び前記第２反応ガス供給流路に対応するアノードガス流路又はカソードガス流路における圧力損失であってもよい。
【００３２】
前記物理量が、前記電池モジュールの発電電圧であってもよい。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明の燃料電池スタック及び燃料電池システムは、電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガスの温度を均一化し、発電の安定性を向上できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池スタックの積層構造を示す３面図である。図２は、図１の燃料電池スタックの一方の端部の構造を示す分解斜視図である。図３は、図１の燃料電池スタックを構成する電池モジュールの構造を示す部分断面図である。図４は、図１の燃料電池スタックの電池モジュールにおける伝熱部を示す分解斜視図である。図５及び図６は、図１の燃料電池スタックの電池モジュールにおける発電部を示す分解斜視図である。図７は、図３の電池モジュールに用いるＭＥＡ部材の構造を示す部分断面図である。図８は、図３の電池モジュールに用いる第１セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図である。図９は、図３の電池モジュールに用いる第２セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。図１０は、図３の電池モジュールに用いる第３セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図８乃至図１０においては、説明の便宜上、それぞれのセパレータの方向を、上下左右で示している。
【００３６】
以下、図１乃至図１０を参照しながら、本実施形態の燃料電池スタックについて説明する。
【００３７】
なお、本発明の燃料電池スタック１００は、家庭用コージェネレーションシステム、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、家電製品、携帯用コンピュータ装置、携帯電話、携帯用音響機器、携帯用情報端末などの携帯電気装置に例示されるようなＰＥＦＣシステムに用いられる。
【００３８】
＜構成＞
図１に示すように、燃料電池スタック１００は、外形が直方体状をなすように構成されている。燃料電池スタック１００は、一対の端部材と、互いに積層された１以上の電池モジュールＭとを有している。
【００３９】
まず、燃料電池スタック１００の端部材の構造を説明する。
【００４０】
図２に示すように、一対の端部材は、燃料電池スタック１００の積層方向両端に配設されている。すなわち、一対の端部材は、矩形状の集電板５０，５１、絶縁板６０，６１及び端板７０，７１が両端に積層されている。そして、端部材間が電池モジュールＭを挟むようにして、後述する締結具８２により締結されている。
【００４１】
集電板５０，５１は銅金属等の導電性材料からなる。集電板５０，５１には、それぞれ端子５９が配設されている。
【００４２】
絶縁板６０，６１及び端板７０，７１は電気絶縁性材料からなる。
【００４３】
締結具８２は、ボルト８２Ｂ及びナット８２Ｎによって構成されている。ボルト孔１５は、集電板５０，５１、絶縁板６０，６１、端板７０，７１及び電池モジュールＭを貫通するようにして、それぞれの矩形平面の４隅に穿たれている。ボルト８２Ｂは、ボルト孔１５に挿通されて、燃料電池スタック１００の両端間を貫通している。ボルト８２Ｂの両端には座金８２Ｗ及びナット８２Ｎが装着されている。
【００４４】
一方の端板７０には、第１伝熱媒体排出部７４Ｅ、第２伝熱媒体排出部７５Ｅ、第１アノードガス供給部１７２Ｉ、第２アノードガス供給部２７２Ｉ、第１カソードガス供給部１７３Ｉ、及び第２カソードガス供給部２７３Ｉが配設されている。他方の端板７１には、伝熱媒体供給部７４Ｉ、アノードガス排出部７２Ｅ、及びカソードガス排出部７３Ｅが配設されている。そして、これら供給部及び排出部からスタック端部の電池モジュールＭに連通する流通孔が集電板５０，５１、絶縁板６０，６１及び端板７０，７１を貫通して形成されている。第１伝熱媒体排出部７４Ｅ、第２伝熱媒体排出部７５Ｅ、第１アノードガス供給部１７２Ｉ、第２アノードガス供給部２７２Ｉ、第１カソードガス供給部１７３Ｉ、及び第２カソードガス供給部２７３Ｉは、外部の配管に接続可能な部材によって構成されている。ここでは、図示するように流通孔と、それに装着されるノズルと、によって構成されている。ノズルの代わりに弁、袋ナットに例示される公知の手段によって構成することも可能である。他方の端板７１においても、伝熱媒体供給部７４Ｉ、アノードガス排出部７２Ｅ、及びカソードガス排出部７３Ｅが同様に構成されている（図示せず）。
【００４５】
一方の絶縁板６０には、各供給部１７２Ｉ，２７２Ｉ，１７３Ｉ，２７３Ｉ及び各排出部７４Ｅ，７５Ｅにそれぞれ通ずる流通孔１６２Ｉ，２６２Ｉ，１６３Ｉ，２６３Ｉ，６４Ｅ，６５Ｅが形成されている。他方の絶縁板６１にも、供給部７４Ｉ及び各排出部７２Ｅ，７３Ｅに通ずる流通孔が形成されている（図示せず）。
【００４６】
一方の集電板５０には、絶縁板６０の流通孔６４Ｅと第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅとを連通する流通孔５４Ｅ、流通孔６５Ｅと第１伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅとを連通する流通孔５５Ｅ、流通孔１６２Ｉと第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉとを連通する流通孔１５２Ｉ、流通孔２６２Ｉと第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉとを連通する流通孔２５２Ｉ、流通孔１６３Ｉと第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉとを連通する流通孔１５３Ｉ、及び流通孔２６３Ｉと第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉとを連通する流通孔２５３Ｉが形成されている。他方の集電板５１には、供給部７４Ｉと伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉとを連通する流通孔及び各排出部７２Ｅ，７３Ｅと各排出マニホールド９２Ｅ，９３Ｅとを連通する流通孔が形成されている（図示せず）。したがって、一方の集電板５０には、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉ、アノードガス排出マニホールド９２Ｅ、カソードガス排出マニホールド９３Ｅの流通孔が形成されていないので、集電板５０によってこれらマニホールドの延伸端が構成されている。同様にして、他方の集電板５１には、第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ、第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅ、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉ、第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉ、及び第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉの流通孔が形成されていないので、集電板５１によってこれらマニホールドの延伸端が構成されている。なお、各種マニホールドについては、後述する。
【００４７】
次に、本発明の特徴の一部である各種マニホールドについて説明する。
【００４８】
図２に示すように、伝熱媒体が流通する伝熱媒体供給マニホールド（伝熱媒体供給流路）９４Ｉ、第１伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）９４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）９５Ｅ、アノードガスが流通する第１アノードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）１９２Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）２９２Ｉ及びアノードガス排出マニホールド（反応ガス排出流路）９２Ｅ、ならびに、カソードガスが流通する第１カソードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）１９３Ｉ、第２カソードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）２９３Ｉ及びカソードガス排出マニホールド（反応ガス排出流路）９３Ｅが、それぞれ、燃料電池スタック１００の周縁部の内部において積層方向に延びるように形成されている。
【００４９】
ここで、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉに近接して（本実施形態においては、両脇）、それぞれ第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉ及び第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉが、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉに平行して形成されている。また、第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅに近接して（本実施形態においては、上側）、第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉが、第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅに平行して形成されている。さらに、第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅに近接して（本実施形態においては、上側）、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉが第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅに平行して形成されている。
【００５０】
そして、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉは、電池モジュールＭ内に形成された流路２１によってアノードガス排出マニホールド９２Ｅに通じている（図６参照）。第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉは、電池モジュールＭ内に形成された流路３１によってカソードガス排出マニホールド９３Ｅに通じている（図５参照）。また、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉは、電池モジュールＭに形成された流路２２によってアノードガス排出マニホールド９２Ｅに通じている（図５参照）。第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉは、電池モジュールＭに形成された流路３２によってカソードガス排出マニホールド９３Ｅに通じている（図６参照）。伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉは、電池モジュールＭに形成された伝熱媒体流路３６によって第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅに通じている（図３参照）。
【００５１】
したがって、燃料電池スタック１００内には、５つの流路が構成されている。すなわち、第１アノードガス供給部１７２Ｉから第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉ、電池モジュールＭ内に形成された流路２１、及びアノードガス排出マニホールド９２Ｅを経て、アノードガス排出部７２Ｅに通ずる第１のアノードガスの流路が構成されている。第２アノードガス供給部２７２Ｉから第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉ、電池モジュールＭ内に形成された流路２２、及びアノードガス排出マニホールド９２Ｅを経て、アノードガス排出部７２Ｅに通ずる第２のアノードガスの流路が構成されている。第１カソードガス供給部１７３Ｉから第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉ、電池モジュールＭ内に形成された流路３１、及びカソードガス排出マニホールド９３Ｅを経て、カソードガス排出部７３Ｅに通ずる第１のカソードガスの流路が構成されている。第２カソードガス供給部２７３Ｉから第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉ、電池モジュールＭ内に形成された流路３２、及びカソードガス排出マニホールド９３Ｅを経て、カソードガス排出部７３Ｅに通ずる第２のカソードガスの流路が構成されている。そして、伝熱媒体供給部７４Ｉから伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉ、電池モジュールＭ内に形成された流路３６、ならびに第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅを経て、伝熱媒体排出部７４Ｅ，７５Ｅに通ずる流路が構成されている。
【００５２】
また、図２では、スタック最端部の電池モジュールＭの第３セパレータ１９Ｃの外面における、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから一対の伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ，１５Ｅを結んで延びる伝熱媒体流路３６が示されている。また、図示しないが、他方のスタック最端部に位置するセパレータの外面にも伝熱媒体流路が形成されている。なお、これらの伝熱媒体流路は、形成されていなくてもよい。
【００５３】
次に、本実施形態の燃料電池スタック１００に用いる電池モジュールＭについて、図３を参照しながら説明する。
【００５４】
図３に示すように、電池モジュールＭは、導電性かつ板状の第１セパレータ１９Ａと導電性かつ板状の第２セパレータ１９Ｂと導電性かつ板状の第３セパレータ１９Ｃとの３種類のセパレータと、２つのＭＥＡ部材７（７Ａ，７Ｂ）とを有している。なお、電池モジュールＭを構成するＭＥＡ部材７及び各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの構造については、ここでは簡単に説明するにとどめ、後において詳しく説明する。
【００５５】
第１セパレータ１９Ａは、一方の主面にアノードガス流路２２が形成されかつ他方の主面に伝熱媒体流路３６が形成されている。第２セパレータ１９Ｂは、一方の主面にカソードガス流路３２が形成されかつ他方の主面に伝熱媒体流路３６が形成されている。第３セパレータ１９Ｃは、一方の主面にアノードガス流路２１が形成されかつ他方の主面にカソードガス流路３１が形成されている。
【００５６】
電池モジュールＭは、燃料電池スタック１００の積層方向において、２つのＭＥＡ部材７Ａ，７Ｂと１つの第３セパレータ１９Ｃとを、第１セパレータ１９Ａと第２セパレータ１９Ｂとが挟んで構成されている。具体的には、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃと前記ＭＥＡ部材７Ａ，７Ｂとが互いに隣り合うようにして、燃料電池スタック１００の積層方向において、順に、第１セパレータ１９Ａ、ＭＥＡ部材７Ａ、第３セパレータ１９Ｃ、ＭＥＡ部材７Ｂ、第２セパレータ１９Ｂが配置されている。第１セパレータ１９Ａ及び第２セパレータ１９Ｂは各々の伝熱媒体流路３６が形成された主面が外方を向いている。
【００５７】
一つの電池モジュールＭの第１セパレータ１９Ａに形成された伝熱媒体流路３６と、隣り合う他の電池モジュールＭの第２セパレータ１９Ｂに形成された伝熱媒体流路３６とが接合されて、１つの伝熱媒体流路が形成されている。そして、燃料電池スタック１００のこの１つの伝熱媒体流路が形成された部分が、伝熱部Ｈを構成している。
【００５８】
そして、一方のＭＥＡ部材７Ａのアノードに接する第１セパレータ１９Ａに形成されたアノードガス流路２２を有する反応部と、他方のＭＥＡ部材７Ｂのカソードに接する第２セパレータ１９Ｂに形成されたカソードガス流路３２を有する反応部と、一方のＭＥＡ部材７Ａのカソードに接する第３セパレータ１９Ｃに形成されたカソードガス流路３１を有する反応部と、他方のＭＥＡ部材７Ｂのアノードに接する第３セパレータ１９Ｃに形成されたアノードガス流路２１を有する反応部とから、発電部Ｐが構成されている。すなわち、２つのＭＥＡ部材７と、３枚の導電性のセパレータとが積層されることによって、該積層方向に発電部Ｐと伝熱部Ｈとが交互に形成されている。
【００５９】
次に、燃料電池スタック１００内の隣り合う電池モジュールＭの境界部に形成された伝熱部Ｈの構造について、図４を参照しながら説明する。
【００６０】
図４に示すように、第１セパレータ１９Ａの一方の主面には、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉと一対の伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ，１５Ｅとの間を結ぶようにして伝熱媒体流路３６が形成されている。伝熱媒体流路３６は、一方の主面の中央部全体に亘って蛇行するサーペンタイン状に形成されている。同様にして、第２セパレータ１９Ｂの一方の主面には、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉと一対の伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ，１５Ｅとの間を結ぶようにして伝熱媒体流路３６が形成されている。伝熱媒体流路３６は、一方の主面の中央部全体に亘って蛇行するサーペンタイン状に形成されている。そして、電池モジュールＭの積層時において、第１セパレータ１９Ａに形成された伝熱媒体流路３６と、第２セパレータ１９Ｂに形成された伝熱媒体流路３６とが接合された部分が、伝熱部Ｈを構成している。
【００６１】
第１セパレータ１９Ａの一方の主面及び第２セパレータ１９Ｂの一方の主面は、適宜なシール構造によって、伝熱媒体流路３６の周囲をシールするように形成されている。このような構造とすると、伝熱媒体は、外部に漏出することなく伝熱媒体流路３６を流通する。
【００６２】
次に、本発明の特徴の一部である発電部Ｐの構造について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００６３】
図５に示すように、第１セパレータ１９Ａにおける伝熱媒体流路３６が形成された主面と反対側の主面には、アノードガス流路２２が形成されている。アノードガス流路２２は、第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉとアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅとの間を結ぶようにして形成されている。第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉは、第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅに近接して形成されている。一方、第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉは、伝熱媒体入口マニホールド孔１４Ｉから遠く形成されている。したがって、アノードガス流路２２を流通するアノードガスは、第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅを流通する、伝熱部Ｈから排出後の排熱を回収して昇温した伝熱媒体と熱交換して昇温したアノードガスである。
【００６４】
第３セパレータ１９Ｃの一方の主面には、カソードガス流路３１が形成されている。カソードガス流路３１は、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉとカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅとの間を結ぶようにして形成されている。第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉは、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉに近接して形成されている。一方、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉは、第１及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ，１５Ｅから遠く形成されている。したがって、カソードガス流路３１を流通するカソードガスは、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉを流通する、排熱を回収する前の伝熱媒体と熱交換したカソードガスである。第３セパレータ１９Ｃにおけるカソードガス流路３１が形成された主面と反対側の主面には、アノードガス流路２１が形成されている。
【００６５】
そして、第１セパレータ１９Ａのアノードガス流路２２が形成された主面と、第３セパレータ１９Ｃのカソードガス流路３１が形成された主面との間に、ＭＥＡ部材７Ａが配設されている。
【００６６】
また、図６に示すように、第３セパレータ１９Ｃにおけるカソードガス流路３１が形成された主面と反対側の主面には、アノードガス流路２１が形成されている。アノードガス流路は、第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉとアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅとの間を結ぶようにして形成されている。第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉは、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉに近接して形成されている。一方、第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉは、第１及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ，１５Ｅから遠く形成されている。したがって、アノードガス流路２１を流通するアノードガスは、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉを流通する、排熱を回収する前の伝熱媒体と熱交換したアノードガスである。
【００６７】
第２セパレータ１９Ｂにおける伝熱媒体流路３６が形成された主面と反対側の主面には、カソードガス流路３２が形成されている。カソードガス流路３２は、第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉとカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅとの間を結ぶようにして形成されている。第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉは、第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅに近接して形成されている。一方、第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉは、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから遠く形成されている。したがって、カソードガス流路３２を流通するカソードガスは、第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅを流通する、伝熱部Ｈから排出後の排熱を回収して昇温した伝熱媒体と熱交換して昇温したカソードガスである。
【００６８】
そして、第３セパレータ１９Ｃのアノードガス流路２１が形成された主面と、第２セパレータ１９Ｂのカソードガス流路３２が形成された主面との間に、ＭＥＡ部材７Ｂが配設されている。
【００６９】
次に、電池モジュールＭに用いるＭＥＡ部材７（７Ａ，７Ｂ，後述する７Ｃ）の構成について説明する。
【００７０】
図７に示すように、ＭＥＡ部材７は、ＭＥＡ５の周縁に延在する高分子電解質膜が一対のガスケット（枠体）６で挟まれて構成されている。したがって、ガスケット６の中央開口部（枠内）の両面にはＭＥＡ５が露出している。また、ガスケット６を貫通して第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉ、アノードガス排出マニホールド孔１２Ｅ、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉ、第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉ、カソードガス排出マニホールド孔１３Ｅ、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉ、第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ、及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅが穿たれている（図５及び図６参照）。ガスケット６の材質は、耐環境性を有する弾性物質であり、例示としては、フッ素系ゴムが好適である。
【００７１】
ＭＥＡ５は、高分子電解質膜１とその両面に積層して構成された一対の電極とを備えている。具体的には、ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に透過すると考えられているイオン交換膜からなる高分子電解質膜１と、高分子電解質膜１の周縁部より内側の部分の両面に形成された一対の電極層を備えている。電極層は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする一対のアノード側触媒層２Ａ及びカソード側触媒層２Ｃと、この一対の触媒層２Ａ，２Ｃの外面に配設された一対の及びアノード側ガス拡散層４Ａ及びカソード側ガス拡散層４Ｃとを備えている。ここで、ガス拡散層４Ａ，４Ｃは、通気性と電子伝導性を併せ持つように多孔質構造を有している。すなわち、カソード側触媒層２Ｃおよびカソード側ガス拡散層４Ｃがカソード電極（カソード）を構成し、アノード側触媒層２Ａおよびアノード側ガス拡散層４Ａがアノード電極（アノード）を構成している。
【００７２】
高分子電解質膜１には、パーフルオロスルホン酸からなる膜が好適である。例えば、ＤｕＰｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜が例示される。そして、ＭＥＡ５は、一般的には、高分子電解質膜上に触媒層２Ａ、２Ｃ及びガス拡散層４Ａ，４Ｃを順次塗布、転写、ホットプレス等の方法により形成して製造される。あるいは、このようにして製造されたＭＥＡ５の市販品を利用することもできる。
【００７３】
次に、電池モジュールＭに用いる第１乃至第３セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの構造について説明する。
【００７４】
まず、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに共通する部分について説明する。
【００７５】
図８乃至図１０に示すように、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃには、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉ、第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅ、第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉ及び第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉ、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉ及び第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉ、アノードガス排出マニホールド孔１２Ｅ、並びにカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅが形成されている。
【００７６】
伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉは、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの上側の中央に形成されている。第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅは、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの右側の中央からやや下寄りに形成されている。第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅは、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの左側の中央からやや下寄りに形成されている。第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉは、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉの左側に近接して形成されている。第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉは、第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅの上側に近接して形成されている。第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉは、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉの右側に近接して形成されている。第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉは、第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅの上側に近接して形成されている。
【００７７】
各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃには、その四隅に、ボルト孔１５が形成されている。
【００７８】
そして、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉが連通して、伝熱媒体供給マニホールド（伝熱媒体供給流路）９４Ｉを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅが連通して、第１伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）９４Ｅを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅが連通して、第２伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）９５Ｅを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉが連通して、第１アノードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）１９２Ｉを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉが連通して、第２アノードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）２９２Ｉを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉが連通して、第１カソードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）２９２Ｉを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉが連通して、第２カソードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）２９３Ｉを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃのアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅが連通して、アノードガス排出マニホールド（反応ガス排出流路）９２Ｅを構成する。各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃのカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅが連通して、カソードガス排出マニホールド（反応ガス排出流路）９３Ｅを構成する。
【００７９】
次に、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの異なる部分について説明する。
【００８０】
図８に示すように、第１セパレータ１９Ａは、その一方の主面に、アノードガス流路２２が形成されている。アノードガス流路２２は、第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉからアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅに至るように、サーペンタイン状に形成されている。第１セパレータ１９Ａは、アノードガス流路２２の形成された主面と反対側の主面に、伝熱媒体流路３６が形成されている。伝熱媒体流路３６は、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅに至るように形成されている。伝熱媒体流路３６は、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅに至る流路と、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅに至る流路とが分岐するように、サーペンタイン状に形成されている。
【００８１】
図９に示すように、第２セパレータ１９Ｂは、その一方の主面に、伝熱媒体流路３６が形成されている。伝熱媒体流路３６は、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅに至るように形成されている。伝熱媒体流路３６は、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅに至る流路と、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉから第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅに至る流路とが分岐するように、サーペンタイン状に形成されている。第２セパレータ１９Ｂは、伝熱媒体流路３６が形成された主面と反対側の主面に、カソードガス流路３２が形成されている。カソードガス流路３２は、第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉからカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅに至るように、サーペンタイン状に形成されている。
【００８２】
図１０に示すように、第３セパレータ１９Ｃは、その一方の主面に、アノードガス流路２１が形成されている。アノードガス流路２１は、第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉからアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅに至るように、サーペンタイン状に形成されている。第３セパレータ１９Ｃは、アノードガス流路２１が形成された主面と反対側の主面に、カソードガス流路３１が形成されている。カソードガス流路３１は、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉからカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅに至るように、サーペンタイン状に形成されている。
【００８３】
なお、アノードガス流路２１，２２、カソードガス流路３１，３２、及び伝熱媒体流路３６は、それぞれ水平方向に伸びる直線部と隣接する直線部をつなぐターン部とから構成されているが、並行する溝の数およびターン部の数はそれぞれ限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定することが可能である。
【００８４】
各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは、導電性材料で構成されている。例えば、黒鉛板、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板、金属板からなる。したがって、ＭＥＡ５において発生した電気エネルギーは、ガス拡散層４Ａ、４Ｃ及び各セパレータを導通するので外部へ取り出すことができる。
【００８５】
各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの周縁部には、ＭＥＡ部材７のガスケット６の両面がそれぞれ当接する。このようにして、各セパレータの周縁部は、アノードガス流路２１，２２及びカソードガス流路３１，３２の溝蓋となる。さらに、セパレータのアノードガス流路が形成された内面の中央部には、ＭＥＡ５のアノード側ガス拡散層４Ａが当接する。すなわち、セパレータに形成されたアノードガス流路２１，２２がアノード側ガス拡散層４Ａに当接する。これによって、アノードガス流路２１，２２内を流通するアノードガスは、外部に漏出することなく、多孔質のアノード側ガス拡散層４Ａ内部に拡散しながら侵入して、アノード側触媒層２Ａまで到達する。同様にして、セパレータのカソードガス流路３１，３２がカソード側ガス拡散層４Ｃに当接する。これによって、カソードガス流路３１，３２内を流通するカソードガスは、外部に漏出することなく、多孔質のカソード側ガス拡散層４Ｃ内部に拡散しながら侵入して、カソード側触媒層２Ｃまで到達する。そして、電池反応が可能となる。
【００８６】
なお、本実施形態の燃料電池スタック１００では、一つの電池モジュールＭの第１セパレータ１９Ａに形成された伝熱媒体流路３６と、隣り合う他の電池モジュールＭの第２セパレータ１９Ｂに形成された伝熱媒体流路３６とが接合された部分が、伝熱部Ｈを構成している。しかし、伝熱部Ｈの構成は、これに限られない。
【００８７】
例えば、一つの電池モジュールＭの第１セパレータ１９Ａに形成された伝熱媒体流路３６と、隣り合う他の電池モジュールＭの第２セパレータ１９Ｂに形成された伝熱媒体流路３６との間に、両方の主面が平坦に形成された平板を介在させて、伝熱部Ｈが構成されていてもよい。
【００８８】
また、電池モジュールＭのうちの両端に位置する各セパレータのうち、一方のセパレータの外面のみに伝熱媒体流路３６を形成し、他方のセパレータの外面には伝熱媒体流路を形成せず平坦平面とし、伝熱部Ｈが構成されていてもよい。
【００８９】
また、電池モジュールＭのうちの両端に位置する各セパレータのそれぞれの外面に伝熱媒体流路を形成せず、それぞれの外面の間に、伝熱媒体流路が両方の外面あるいはその内部に形成された平板を介在させて、伝熱部Ｈが構成されていてもよい。
【００９０】
＜作用効果＞
本実施形態の燃料電池スタック１００では、電池モジュールＭの冷却されやすい部分、すなわち、伝熱部Ｈ（伝熱媒体流路３６を有する部分）に隣接する（伝熱部Ｈとの間にＭＥＡ部材７が介在しない）反応ガス流路２２，３２には、第１及び第２伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ，９５Ｅを流通する、排熱を回収して昇温した伝熱媒体と熱交換して昇温した反応ガスが流れる。
【００９１】
一方、電池モジュールＭの冷却されにくい部分、すなわち、伝熱部Ｈ（伝熱媒体流路３６を有する部分）に隣接しない（伝熱部Ｈとの間にＭＥＡ部材７が介在している）反応ガス流路２１，３１には、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉを流通する、排熱を回収する前の伝熱媒体と熱交換した反応ガスが流れる。
【００９２】
したがって、電池モジュールＭにおいて、伝熱部Ｈに隣接する反応ガス流路２２，３２と、伝熱部Ｈに隣接しない反応ガス流路２１，３１とを流通する反応ガスの温度が均一化され、燃料電池スタック１００の発電の安定性が向上する。
【００９３】
（第２実施形態） 
図１１は、本発明の第２実施形態の燃料電池スタックを構成する電池モジュールの構造を示す部分断面図である。以下、図１１を参照しながら、本実施形態の燃料電池スタックについて説明する。
【００９４】
本実施形態の燃料電池スタックは、第１実施形態の燃料電池スタックにおける電池モジュールとは異なる電池モジュールＭを備えている。
【００９５】
本実施形態の燃料電池スタックに用いる電池モジュールＭは、燃料電池スタックの積層方向において、３つのＭＥＡ部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃと２つの第３セパレータ１９Ｃとを、第１セパレータ１９Ａと第２セパレータ１９Ｂとが挟んで構成されている。具体的には、各セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９ＣとＭＥＡ部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃとが互いに隣り合うようにして、燃料電池スタックの積層方向において、順に、第１セパレータ１９Ａ、ＭＥＡ部材７Ａ、第３セパレータ１９Ｃ、ＭＥＡ部材７Ｃ、第３セパレータ１９Ｃ、ＭＥＡ部材７Ｂ、第２セパレータ１９Ｂが配置されている。第１セパレータ１９Ａ及び第２セパレータ１９Ｂは各々の伝熱媒体流路３６が形成された主面が外方を向いている。
【００９６】
一つの電池モジュールＭの第１セパレータ１９Ａに形成された伝熱媒体流路３６と、隣り合う他の電池モジュールＭの第２セパレータ１９Ｂに形成された伝熱媒体流路３６とが接合されて、１つの伝熱媒体流路が形成されている。そして、燃料電池スタックのこの１つの伝熱媒体流路が、伝熱部Ｈを構成している。
【００９７】
そして、１つのＭＥＡ部材７Ａのアノードに接する第１セパレータ１９Ａに形成されたアノードガス流路２２を有する反応部と、１つのＭＥＡ部材７Ｂのカソードに接する第２セパレータ１９Ｂに形成されたカソードガス流路３２を有する反応部と、１つのＭＥＡ部材７Ｃのアノード及びカソードにそれぞれ接する各第３セパレータ１９Ｃに形成されたアノードガス流路２１及びカソードガス流路３１を有する反応部と、１つのＭＥＡ部材７Ａのカソードに接する第３セパレータ１９Ｃに形成されたカソードガス流路３１及び１つのＭＥＡ部材７Ｂのアノードに接する第３セパレータ１９Ｃに形成されたアノードガス流路２１を有する反応部とから、発電部Ｐが構成されている。
【００９８】
すなわち、３つのＭＥＡ部材７と、４枚の導電性のセパレータとが積層されることによって、該積層方向に発電部Ｐと伝熱部Ｈとが交互に形成されている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池スタック１００と同様である。
【００９９】
このような構成としても、電池モジュールＭにおいて、伝熱部Ｈに隣接する反応ガス流路２２，３２と、伝熱部Ｈに隣接しない反応ガス流路２１，３１とを流通する反応ガスの温度が均一化され、燃料電池スタックの発電の安定性が向上する。
【０１００】
（第３実施形態） 
図１２は、本発明の第３実施形態の燃料電池スタックを構成する電池モジュールの構造を示す部分断面図である。図１３は、図１２の電池モジュールに用いる第４セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図である。図１４は、図１２の電池モジュールに用いる第５セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。図１５は、図１２の電池モジュールに用いる第６セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。図１６は、図１２の電池モジュールに用いる第７セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。以下、図１２乃至図１６を参照しながら、本実施形態の燃料電池スタックについて説明する。
【０１０１】
本実施形態の燃料電池スタックに用いる電池モジュールＭは、燃料電池スタックの積層方向において、３つのＭＥＡ部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃと１つの第６セパレータ１９Ｆと１つの第７セパレータ１９Ｇとを、第４セパレータ１９Ｄと第５セパレータ１９Ｅとが挟んで構成されている。具体的には、各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９ＧとＭＥＡ部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃとが互いに隣り合うようにして、燃料電池スタック１００の積層方向において、順に、第４セパレータ１９Ｄ、ＭＥＡ部材７Ａ、第６セパレータ１９Ｆ、ＭＥＡ部材７Ｃ、第７セパレータ１９Ｇ、ＭＥＡ部材７Ｂ、第５セパレータ１９Ｅが配置されている。第４セパレータ１９Ｄ及び第５セパレータ１９Ｅは各々の伝熱媒体流路３６が形成された主面が外方を向いている。
【０１０２】
一つの電池モジュールＭの第４セパレータ１９Ｄに形成された伝熱媒体流路３６と、隣り合う他の電池モジュールＭの第５セパレータ１９Ｅに形成された伝熱媒体流路３６とが接合されて、１つの伝熱媒体流路が形成されている。そして、燃料電池スタックのこの１つの伝熱媒体流路が、伝熱部Ｈを構成している。
【０１０３】
そして、１つのＭＥＡ部材７Ａのアノードに接する第４セパレータ１９Ｄに形成されたアノードガス流路２２を有する反応部と、１つのＭＥＡ部材７Ｂのカソードに接する第５セパレータ１９Ｅに形成されたカソードガス流路３２を有する反応部と、１つのＭＥＡ部材７Ｃのアノード及びカソードにそれぞれ接する第６セパレータ１９Ｆに形成されたアノードガス流路２１及び第７セパレータ１９Ｇに形成されたカソードガス流路３１を有する反応部と、１つのＭＥＡ部材７Ａのカソードに接する第６セパレータ１９Ｆに形成されたカソードガス流路３３及び１つのＭＥＡ部材７Ｂのアノードに接する第７セパレータ１９Ｇに形成されたアノードガス流路２３を有する反応部とから、発電部Ｐが構成されている。
【０１０４】
すなわち、３つのＭＥＡと、４枚の導電性のセパレータとが積層されることによって、該積層方向に発電部Ｐと伝熱部Ｈとが交互に形成されている。
【０１０５】
次に、電池モジュールＭに用いる第４乃至第７セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの構造について説明する。
【０１０６】
まず、第４乃至第７セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの共通する部分について説明する。なお、ここでは、第４乃至第７セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇと、前述の第１乃至第３セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃとの異なる部分について説明する。図１３乃至図１６において、図８乃至図１０と同一又は相当する部分は、同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１０７】
図１３乃至図１６に示すように、第４乃至第７セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇには、前述の第１乃至第３セパレータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃとほぼ同様の位置に、伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉ、第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ及び第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅ、第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉ、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉ、第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉ、アノードガス排出マニホールド孔１２Ｅ、並びにカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅが形成されている。
【０１０８】
第４乃至第７セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇには、さらに、第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉ及び第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉが形成されている。第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉは、第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉの左側であり、かつ、第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉの上側に形成されている。第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉは、第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉの右側であり、かつ、第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉの上側に形成されている。
【０１０９】
各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの伝熱媒体供給マニホールド孔１４Ｉが連通して、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第１伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅが連通して、第１伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第２伝熱媒体排出マニホールド孔１５Ｅが連通して、第２伝熱媒体排出マニホールド９５Ｅを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第１アノードガス供給マニホールド孔１１２Ｉが連通して、第１アノードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給マニホールド）１９２Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第１カソードガス供給マニホールド孔１１３Ｉが連通して、第１カソードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給マニホールド）１９３Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第２アノードガス供給マニホールド孔２１２Ｉが連通して、第２アノードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給マニホールド）２９２Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第２カソードガス供給マニホールド孔２１３Ｉが連通して、第２カソードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給マニホールド）２９３Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉが連通して、第３アノードガス供給マニホールド（第３反応ガス供給マニホールド）３９２Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉが連通して、第３カソードガス供給マニホールド（第３反応ガス供給マニホールド）３９３Ｉを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇのアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅが連通して、アノードガス排出マニホールド９２Ｅを構成する。各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇのカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅが連通して、カソードガス排出マニホールド９３Ｅを構成する。
【０１１０】
第１反応ガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）１９２Ｉ，１９３Ｉ、第２反応ガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）２９２Ｉ，２９３Ｉ、及び第３反応ガス供給マニホールド（第３反応ガス供給流路）３９２Ｉ，３９３Ｉは、各々の対応する反応部と一対の伝熱部Ｈのいずれかとの間に存在する反応部の主面の数が少ない順に、伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）９４Ｅ，９５Ｅに近くかつ伝熱媒体供給マニホールド（伝熱媒体供給流路）９４Ｉから遠く形成されている。具体的には、第２反応ガス流路２２，３２が形成された反応部と伝熱部Ｈとの間に介在する反応部の数は０であり、第３反応ガス流路２３，３３が形成された反応部と伝熱部Ｈとの間に介在する反応部の数は１であり、第１反応ガス流路２１，３１が形成された反応部と伝熱部Ｈとの間に介在する反応部の数は２である。したがって、伝熱部Ｈとの間に介在する反応部の数の少ない順、すなわち、第２反応ガス流路２２，３２が形成された反応部に対応する第２反応ガス供給マニホールド２９２Ｉ，２９３Ｉ、第３反応ガス流路２３，３３が形成された反応部に対応する第１反応ガス供給マニホールド、及び第１反応ガス流路２１，３１が形成された反応部に対応する第１反応ガス供給マニホールド１９２Ｉ，１９３Ｉの順に、伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ，９５Ｅに近くかつ伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉから遠く形成されている。
【０１１１】
次に、各セパレータ１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇの異なる部分について説明する。
【０１１２】
図１３に示すように、第４セパレータ１９Ｄは、図８に示す第１セパレータ１９Ａに、第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉ及び第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉを追加して形成する。それ以外の構成については、第１セパレータ１９Ａと同様である。
【０１１３】
図１４に示すように、第５セパレータ１９Ｅは、図９に示す第２セパレータ１９Ｂに、第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉ及び第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉを追加して形成する。それ以外の構成については、第２セパレータ１９Ｂと同様である。
【０１１４】
図１５に示すように、第６セパレータ１９Ｆは、図１０に示す第３セパレータ１９Ｃに、第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉ及び第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉを追加して形成する。第６セパレータ１９Ｆは、その一方の主面に、アノードガス流路２１が形成されている。第６セパレータ１９Ｆは、アノードガス流路２１が形成された主面と反対側の主面に、カソードガス流路３３が形成されている。カソードガス流路３３は、第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉからカソードガス排出マニホールド孔１３Ｅに至るように、サーペンタイン状に形成されている。
【０１１５】
図１６に示すように、第７セパレータ１９Ｇは、図１０に示す第３セパレータ１９Ｃに、第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉ及び第３カソードガス供給マニホールド孔３１３Ｉを追加して形成する。第７セパレータ１９Ｇは、その一方の主面に、アノードガス流路２３が形成されている。アノードガス流路２３は、第３アノードガス供給マニホールド孔３１２Ｉからアノードガス排出マニホールド孔１２Ｅに至るように、サーペンタイン状に形成されている。第７セパレータ１９Ｇは、アノードガス流路２３が形成された主面と反対側の主面に、カソードガス流路３１が形成されている。
【０１１６】
このような構成とすると、３以上のＭＥＡ部材７を有する電池モジュールＭにおいて、伝熱部Ｈに隣接する反応ガス流路２２，３２と、伝熱部Ｈに隣接しない反応ガス流路２１，２３，３１，３３とを流通する反応ガスの温度が均一化され、燃料電池スタックの発電の安定性が向上する。
【０１１７】
（第４実施形態）
次に、第１実施形態の燃料電池燃料電池スタック１００を用いた第４実施形態に係るＰＥＦＣシステムを例示して説明する。
【０１１８】
図１７は、図１の燃料電池スタックを用いたＰＥＦＣシステムの構成を概略的に示す図である。
【０１１９】
図１７に示すように、伝熱媒体供給部７４Ｉには、伝熱媒体供給系統４４Ｉが接続される。伝熱媒体排出部７４Ｅ，７５Ｅには、伝熱媒体排出系統４４Ｅが接続される。伝熱媒体供給系統４４Ｉ及び伝熱媒体排出系統４４Ｅは、配管、ポンプに例示されるような供給装置（図示せず）、及び熱交換器に例示されるような温度調節装置（図示せず）を有して構成されている。好適な伝熱媒体Ｗとしては水、シリコンオイルが例示される。
【０１２０】
第１アノードガス供給部１７２Ｉには第１アノードガス供給系統１４２Ｉが接続される。また、第２アノードガス供給部２７２Ｉには第２アノードガス供給系統２４２Ｉが接続される。第１カソードガス供給部１７３Ｉには第１カソードガス供給系統１４３Ｉが接続される。また、第２カソードガス供給部２７３Ｉには第２カソードガス供給系統２４３Ｉが接続される。アノードガス排出部７２Ｅにはアノードガス排出系統４２Ｅが接続される。また、カソードガス排出部７３Ｅにはカソードガス排出系統４３Ｅが接続される。
【０１２１】
ここで、第１及び第２アノードガス供給系統１４２Ｉ，２４２Ｉは、それぞれ配管、ポンプに例示されるような供給装置（図示せず）、加湿及び加温装置（図示せず）、ならびに供給装置より精確な流量制御を可能とする流量制御装置１４２Ｃ，２４２Ｃを有して構成されている。本実施形態では、第１アノードガス供給系統１４２Ｉと第２アノードガス供給系統２４２Ｉとは、供給装置ならびに加湿及び加温装置を共有して、流量制御装置１４２Ｃ，２４２Ｃをそれぞれの配管に有して構成されている。
【０１２２】
好適なアノードガスＡとしては水素ガス、あるいは炭化水素を原料とする水蒸気改質反応によって生成された改質ガスが例示される。
【０１２３】
同様にして、第１及び第２カソードガス供給系統１４３Ｉ，２４３Ｉは、それぞれ配管、ポンプに例示されるような供給装置（図示せず）、加湿及び加熱装置（図示せず）、及び供給装置より精確な流量制御を可能とする流量制御装置１４３Ｃ，２４３Ｃを有して構成されている。本実施形態では、第１カソードガス供給系統１４３Ｉと第２カソードガス供給系統２４３Ｉとは、供給装置ならびに加湿及び加温装置を共有して、流量制御装置１４３Ｃ，２４３Ｃをそれぞれの配管に有して構成されている。
【０１２４】
好適なカソードガスＣとしては、酸素ガス、あるいは空気が例示される。
【０１２５】
流量制御装置１４２Ｃ，１４３Ｃ，２４２Ｃ，２４３Ｃは、ニードル弁、質量流量制御装置（Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に例示されるような公知の手段を用いることができる。
【０１２６】
ここで、電池モジュールＭにおけるアノードガス及びカソードガスの流路形態の相違に伴って流体抵抗も相違する。この流体抵抗の相違は、電池モジュールＭにおけるアノードガス及びカソードガスの流量差を招来し、電池モジュールＭにおける発電出力の相違、つまり燃料電池スタック１００の発電性能の低下を招来する。ところが、この流量制御装置群（１４２Ｃ，１４３Ｃ，２４２Ｃ，２４３Ｃ）の配設によって、電池モジュールＭにおいて、アノードガス及びカソードガスそれぞれの流量を調整することが可能となる。つまり、第１反応ガス供給流路に連通する電池モジュールＭの反応ガスマニホールド孔から流入するアノードガス及びカソードガスの流量と、第２反応ガス供給流路に連通する電池モジュールＭの反応ガスマニホールド孔から流入するアノードガス及びカソードガスの流量との流量差を抑制することができ、燃料電池スタック１００の発電性能の安定性を高めることが可能となる。
【０１２７】
アノードガス排出部７２Ｅにはアノードガス供給系統４２Ｅが接続されている。また、カソードガス排出部７３Ｅにはカソードガス排出系統４３Ｅが接続されている。そして、第１アノードガス供給系統１４２Ｉとアノードガス排出系統４２Ｅとには、両系統間の圧力差を検知する圧力検知装置（物理量検知装置）１４２Ｐが配設されている。第２アノードガス供給系統２４２Ｉとアノードガス排出系統４２Ｅとには、両系統間の圧力差を検知する圧力検知装置（物理量検知装置）２４２Ｐが配設されている。第１カソードガス供給系統１４３Ｉとカソードガス排出系統４３Ｅとには、両系統間の圧力差を検知する圧力検知装置（物理量検知装置）１４３Ｐが配設されている。第２カソードガス供給系統２４３Ｉとカソードガス排出系統４３Ｅとには、両系統間の圧力差を検知する圧力検知装置（物理量検知装置）２４３Ｐが配設されている。これら圧力検知装置によって、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉ、第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉ、及び第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉと、アノードガス排出マニホールド９２Ｅ及びカソードガス排出マニホールド９３Ｅとの圧力差を検知することができる。
【０１２８】
制御装置２００は、圧力検知装置１４２Ｐ，１４３Ｐ，２４２Ｐ，２４３Ｐの検知情報を取得して、流量制御装置群（１４２Ｃ，１４３Ｃ，２４２Ｃ，２４３Ｃ）を制御するように構成されている。
【０１２９】
なお、圧力検知装置１４２Ｐ，１４３Ｐ，２４２Ｐ，２４３Ｐは、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉ、第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉ、第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉ、アノードガス排出マニホールド９２Ｅ、及びカソードガス排出マニホールド９３Ｅ内の圧力、あるいはこれらの圧力差を直接検出するように配設されてもよい。あるいは、第１アノードガス供給部１７２Ｉ、第２アノードガス供給部２７２Ｉ、第１カソードガス供給部１７３Ｉ、第２カソードガス供給部２７３Ｉ、アノードガス排出部７２Ｅ及びカソードガス排出部７３Ｅにそれぞれ圧力検知装置を装着し、制御装置２００が差分を算出するように構成することもできる。あるいは、各電池モジュールＭの発電電圧を検知する電圧計（物理量検知装置）を備えて、制御装置２００が電圧計の検知電圧（検知情報）を取得するようにしてもよい。このように構成すると、略自動的に発電性能の安定性を高めることができる。
【０１３０】
次に、以上のように構成されたＰＥＦＣシステムの発電運転動作を例示して説明する。
【０１３１】
伝熱媒体Ｗは、伝熱媒体供給系統４４Ｉにおいて７２℃に例示されるような電池反応に適した温度に調整される。そして、調整された伝熱媒体Ｗは、伝熱媒体供給部７４Ｉに供給される。また、伝熱媒体の流量は、燃料電池スタック１００の温度状態に応じて、燃料電池スタック１００の温度が電池反応に適した温度となるように、調整される。
【０１３２】
また、アノードガスＡは、第１アノードガス供給系統１４２Ｉ及び第２アノードガス供給系統２４２Ｉにおいて露点７２℃に例示されるような電池反応に適した温度及び湿度に調整される。そして、調整されたアノードガスＡは、第１アノードガス供給部１７２Ｉ及び第２アノードガス供給部２７２Ｉに供給される。
【０１３３】
さらに、カソードガスＣは、第１カソードガス供給系統１４３Ｉ及び第２カソードガス供給系統２４３Ｉにおいて露点７２℃に例示されるような電池反応に適した温度及び湿度に調整される。そして調整されたカソードガスＣは、第１カソードガス供給部１７３Ｉ及び第２カソードガス供給部２７３Ｉに供給される。
【０１３４】
ここで、これら供給温度は、発電電圧の振動の有無のような燃料電池スタック１００の発電出力状況に応じて、適宜調整される。
【０１３５】
伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉに供給された伝熱媒体Ｗは、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉから伝熱媒体流路３６に分流する。そして、電池モジュールＭにおける電池反応部Ｐの電池反応熱を吸熱してより高温となって伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ，９５Ｅに合流して、伝熱媒体排出部７４Ｅ，７５Ｅに排出される。したがって、伝熱媒体排出マニホールド孔１４Ｅ，１５Ｅの周囲のＭＥＡ部材７、各セパレータ１９Ａ，１９ｂ，１９Ｃには伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ，９５Ｅの熱が輻射又は伝達される。この輻射熱又は伝達熱によって、伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅ，９５Ｅに近接する第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉ及び第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉを流通するアノードガス及びカソードガスは、それぞれ加温される。
【０１３６】
そして、第２アノードガス供給部２７２Ｉにおける温度よりも高温に加温されたアノードガスＡが、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉを介して電池モジュールＭのアノードガス流路２２に供給される。同様にして、第２カソードガス供給部２７３Ｉにおける温度よりも高温に加温されたカソードガスＣが、第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉを介して電池モジュールＭのカソードガス流路３２に供給される。
【０１３７】
他方、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉに近接する伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉには、第１アノードガス供給部１７２Ｉのアノードガス及び第１カソードガス供給部１７３Ｉのカソードガスとほぼ同程度の温度の伝熱媒体が供給されている。したがって、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉに供給されたアノードガスＡは、伝熱媒体供給マニホールド９４Ｉの輻射熱あるいは伝達熱によって、放熱が抑制されて、ほぼ第１アノードガス供給部１７２Ｉにおける温度が維持されて、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉを介して電池モジュールＭのアノードガス流路２１に供給される。同様にして、第１カソードガス供給部１７３Ｉにおける温度が維持されたカソードガスＣが、第１アノードガス供給マニホールド１９３Ｉを介して電池モジュールＭのカソードガス流路３１に供給される。
【０１３８】
そして、電池モジュールＭの発電部ＰにおけるＭＥＡ５を隔膜にして、アノードガス流路２１，２２を流通するアノードガスＡ及びカソードガス流路３１，３２を流通するカソードガスＣによる電池反応が起こる。
【０１３９】
アノードガス流路２１，２２を流通したアノードガスＡは、アノードガス排出マニホールド９２Ｅに合流して、アノードガス排出部７２Ｅからアノードガス排出系統４２Ｅに排出される。
【０１４０】
カソードガス流路３１，３２を流通したカソードガスＣは、カソードガス排出マニホールド９３Ｅに合流して、カソードガス排出部７３Ｅからカソードガス排出系統４３Ｅに排出される。
【０１４１】
そして、制御装置２００は、圧力検知装置１４２Ｐ，１４３Ｐ，２４２Ｐ，２４３Ｐの検知情報を取得して、流量制御装置群（１４２Ｃ，１４３Ｃ，２４２Ｃ，２４３Ｃ）を制御する。
【０１４２】
以上のように、本実施形態において、電池モジュールＭのアノードガス流路２２及びカソードガス流路３２には、アノードガス供給系統１４２Ｉ，２４２Ｉ及びカソードガス供給系統１４３Ｉ，２４３Ｉにおける状態よりもより高温となったアノードガス及びカソードガスが供給される。また、アノードガス及びカソードガスの加温には、従来熱損失となっていた、伝熱媒体排出マニホールド９４Ｅからの輻射熱あるいは伝達熱が利用されるので、ＰＥＦＣの熱効率の低下が抑制される。
【０１４３】
また、流量制御装置１４２Ｃ，１４３Ｃ，２４２Ｃ，２４３Ｃによって、第１アノードガス供給マニホールド１９２Ｉ、第２アノードガス供給マニホールド２９２Ｉ、第１カソードガス供給マニホールド１９３Ｉ、第２カソードガス供給マニホールド２９３Ｉを流通するアノードガス及びカソードガスの流量を調整することができる。
【０１４４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【０１４５】
例えば、本発明は、内部マニホールド型スタックのみならず外部マニホールド型スタックにおいても適用することができる。この場合には、伝熱媒体マニホールドとアノードガスマニホールドあるいはカソードガスマニホールドとの間で輻射熱又は伝達熱により上述の熱伝達が可能なように構成されている。具体的には、それぞれ近接するマニホールド部材同士が一緒に断熱材で被覆されている。
【０１４６】
また、各マニホールドの本数は上記の実施形態に限定されない。すなわち、伝熱媒体マニホールドとアノードガスマニホールドあるいはカソードガスマニホールドとの間での熱伝達の構造が上述のように構築されるように配置されれば、本発明を実施することができる。
【０１４７】
さらに、本実施形態では、アノードガス供給マニホールド及びカソードガス供給マニホールドの両方において第１及び第２の供給マニホールドを形成した。しかし、アノードガス及びカソードガスのいずれか一方においてのみ第１及び第２の供給マニホールドを形成することもできる。このような構成としても、アノードガスあるいはカソードガスのいずれかがより高温の状態で供給されるので、燃料電池スタック１００の積層方向の温度偏差は抑制される。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明の燃料電池スタック及び燃料電池システムは、電池モジュールにおける反応ガス流路ごとの反応ガスの温度を均一化し、発電の安定性を向上できる燃料電池スタック及び燃料電池システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池スタックの積層構造を示す３面図である。
【図２】図１の燃料電池スタックの一方の端部の構造を示す分解斜視図である。
【図３】図１の燃料電池スタックを構成する電池モジュールの構造を示す部分断面図である。
【図４】図１の燃料電池スタックの電池モジュールにおける伝熱部を示す分解斜視図である。
【図５】図１の燃料電池スタックの電池モジュールにおける発電部を示す分解斜視図である。
【図６】図１の燃料電池スタックの電池モジュールにおける発電部を示す分解斜視図である。
【図７】図３の電池モジュールに用いるＭＥＡ部材の構造を示す部分断面図である。
【図８】図３の電池モジュールに用いる第１セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図９】図３の電池モジュールに用いる第２セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１０】図３の電池モジュールに用いる第３セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の燃料電池スタックを構成する電池モジュールの構造を示す部分断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の燃料電池スタックを構成する電池モジュールの構造を示す部分断面図である。
【図１３】図１２の電池モジュールに用いる第４セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１４】図１２の電池モジュールに用いる第５セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）は伝熱媒体流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１５】図１２の電池モジュールに用いる第６セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１６】図１２の電池モジュールに用いる第７セパレータの両主面の構造を示す平面図であって、（ａ）はアノードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１７】図１の燃料電池スタックを用いたＰＥＦＣシステムの構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１  高分子電解質膜
２Ａ  アノード側触媒層
２Ｃ  カソード側触媒層  
４Ａ  アノード側ガス拡散層
４Ｃ  カソード側ガス拡散層
５  膜−電極接合体（ＭＥＡ）
６  ガスケット（枠体）
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  ＭＥＡ部材
１１２Ｉ  第１アノードガス供給マニホールド孔
２１２Ｉ  第２アノードガス供給マニホールド孔
３１２Ｉ  第３アノードガス供給マニホールド孔
１１３Ｉ  第１カソードガス供給マニホールド孔
２１３Ｉ  第２カソードガス供給マニホールド孔
３１３Ｉ  第３カソードガス供給マニホールド孔
１２Ｅ  アノードガス排出マニホールド孔
１３Ｅ  カソードガス排出マニホールド孔
１４Ｉ  伝熱媒体供給マニホールド孔
１４Ｅ  第１伝熱媒体排出マニホールド孔
１５Ｅ  第２伝熱媒体排出マニホールド孔
１５  ボルト孔
１９Ａ  第１セパレータ
１９Ｂ  第２セパレータ
１９Ｃ  第３セパレータ
１９Ｄ  第４セパレータ
１９Ｅ  第５セパレータ
１９Ｆ  第６セパレータ
１９Ｇ  第７セパレータ
２１，２２，２３  アノードガス流路
３１，３２，３３  カソードガス流路
３６  伝熱媒体流路
４２Ｅ  アノードガス排出系統
４３Ｅ  カソードガス排出系統
４４Ｉ  伝熱媒体供給系統
４４Ｅ  伝熱媒体排出系統
１４２Ｉ  第１アノードガス供給系統
１４３Ｉ  第１カソードガス供給系統
２４２Ｉ  第２アノードガス供給系統
２４３Ｉ  第２カソードガス供給系統
１４２Ｃ、１４３Ｃ、２４２Ｃ、２４３Ｃ  流量制御装置
１４２Ｐ、１４３Ｐ、２４２Ｐ、２４３Ｐ  圧力検知装置（物理量検知装置）
５０、５１  集電板
５９  端子
６０、６１  絶縁板
７０、７１  端板
７２Ｅ  アノードガス排出部
７３Ｅ  カソードガス排出部
７４Ｉ  伝熱媒体供給部
７４Ｅ  第１伝熱媒体排出部
７５Ｅ  第２伝熱媒体排出部
１７２Ｉ  第１アノードガス供給部
１７３Ｉ  第１カソードガス供給部
２７２Ｉ  第２アノードガス供給部
２７３Ｉ  第２カソードガス供給部
８２  締結具
８２Ｂ  ボルト
８２Ｗ  座金
８２Ｎ  ナット
８３  ノズル
９２Ｅ  アノードガス排出マニホールド（反応ガス排出流路）
９３Ｅ  カソードガス排出マニホールド（反応ガス排出流路）
９４Ｉ  伝熱媒体供給マニホールド（伝熱媒体供給流路）
９４Ｅ  第１伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）
９５Ｅ  第２伝熱媒体排出マニホールド（伝熱媒体排出流路）
１９２Ｉ  第１アノードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）
１９３Ｉ  第１カソードガス供給マニホールド（第１反応ガス供給流路）
２９２Ｉ  第２アノードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）
２９３Ｉ  第２カソードガス供給マニホールド（第２反応ガス供給流路）
３９２Ｉ  第３アノードガス供給マニホールド（第３反応ガス供給流路）
３９３Ｉ  第３カソードガス供給マニホールド（第３反応ガス供給流路）
１００  燃料電池スタック
２００  制御装置
Ａ  アノードガス
Ｃ  カソードガス
Ｈ  伝熱部
Ｍ  電池モジュール
Ｐ  発電部
Ｗ  伝熱媒体
【図１】
2007335255.tif 000003
【図２】
2007335255.tif 000004
【図３】
2007335255.tif 000005
【図４】
2007335255.tif 000006
【図５】
2007335255.tif 000007
【図６】
2007335255.tif 000008
【図７】
2007335255.tif 000009
【図８】
2007335255.tif 000010
【図９】
2007335255.tif 000011
【図１０】
2007335255.tif 000012
【図１１】
2007335255.tif 000013
【図１２】
2007335255.tif 000014
【図１３】
2007335255.tif 000015
【図１４】
2007335255.tif 000016
【図１５】
2007335255.tif 000017
【図１６】
2007335255.tif 000018
【図１７】
2007335255.tif 000019