(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極とを対設して構成される電解質膜・電極構造体をシール部材を介して一対のセパレータで挟持して構成され、前記セパレータが金属製の薄板から形成されている燃料電池であって、電解質膜・電極構造体とセパレータとの間に形成される反応ガス流路が、前記セパレータの直線的にプレス成形された部位と、前記シール部材の一部により継ぎ目無く構成された反応ガス流路の折り返し部の境界部分とで構成され、前記シール部材は前記セパレータ表面にインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられて前記折り返し部を形成していることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記折り返し部の境界部分を構成するシール部材の一部が隣り合う連通孔の間に延びていることを特徴とする請求項１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】
この発明は、燃料電池に関するものであり、特に、反応ガス流路をシール部材を有効利用して形成できる燃料電池に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子電解質膜を挟んでアノード電極とカソード電極とを対設した電解質膜・電極構造体をセパレータによって挟持したものを一単位とし、これらを複数積層することにより構成された固体高分子電解質型の燃料電池が開発され、種々の用途に実用化されつつある。
この種の燃料電池において、アノード電極側に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソード電極へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば酸素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００３】
ここで、前記アノード電極、カソード電極に供給される燃料ガス、酸化剤ガスが外部に漏れないように、電解質膜・電極構造体とその両側に対設されたセパレータとの間にシール部材を介在させて気密性を確保し、このセパレータ面であってシール部材で囲まれた部分に、燃料ガス、酸化剤ガスを導くための反応ガス流路を設けている（特開平８−１７１９２６号公報参照）。
【０００４】
ところで、燃料電池のセパレータは、導電性が高く、かつ燃料ガスに対してガス気密性が要求されることから、カーボン系の材料で成形される場合が多いが、カーボン系の材料に前記反応ガス流路を形成するためには、切削加工等のように手間がかかる加工が必要となるという問題がある。このような問題に対処するために、近年、例えば、特開２０００−２１４１８号公報に示されているように金属材料からなるセパレータが採用されつつある。
【０００５】
これを図１９によって説明する。図１９において１はプレス成形されたステンレス製のセパレータ（アノード側セパレータ）を示している。セパレータ１の左側辺部と右側辺部の上下には、連通孔２，３が形成されている。連通孔２，３は、各々燃料ガスと酸化剤ガスの入り口側と出口側に割り当てられ、図示しないもう一方のセパレータ（カソード側セパレータ）との間に電解質膜・電極構造体を挟持した状態で複数積層され、これらを貫通して内部マニホールドを構成している。また、各連通孔２，３の間には、冷却水の連通孔４が設けられ、裏側に配置される隣接するセパレータとの間を流れて燃料電池を冷却するようになっている。
【０００６】
前記セパレータ１の面には、プレス成形により波状加工を施すことにより複数の直線的な突条５が形成されている。この突条５は、隣接する突条５との間に形成された溝部に燃料ガスを供給するためのもので、前記入り口側の連通孔２から供給された燃料ガスを対角位置にある出口側の連通孔２に導いて、図示しない酸化剤ガスとの反応が均一に行われるようになっている。
上記連通孔２と前記突条５とを取り囲む位置には、樹脂又はゴム製のガスケット部６が設けられ、このガスケット部６により、図示しない電解質膜・電極構造体との間をシールして外部との気密性を確保している。
ところで、前記ガスケット部６には突条５に向かって所定間隔をもって連結部６ａが設けられ、この連結部６ａは突条５に接続され、連通孔２から供給された燃料ガスが、複数の突条５を一まとまりとした蛇行する反応ガス流路を形成するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術にあっては、プレス成形された金属製のセパレータを用いることで、切削加工等により製造した場合に比較して短時間で製造でき、かつ、強度的にも有利となるという点で優れているが、前記連結部６ａと突条５との位置合わせ、特に高さ合わせが困難であるという問題がある。万一、連結部６ａが突条５に乗り上げた場合には、この乗り上がった部分が盛り上がり、その結果、電解質膜・電極構造体に損傷を与えてしまうという問題がある。一方、前記連結部６ａと突条５との間に隙間が生じてしまうと、ガス漏れが生じ反応効率が低下するという問題がある。
また、上記隙間が生じないように厳密な寸法精度管理を行うと、せっかくプレス成形によりセパレータ自体の生産性が向上したにもかかわらず、全体として見た場合に製造工程が複雑になってしまうという問題がある。
そこで、この発明は、セパレータの製造が容易で、反応ガス流路を容易に配置でき、生産性を向上することができる燃料電池を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極とを対設して構成される電解解質膜・電極構造体（例えば、実施形態における電解質膜・電極構造体７）をシール部材（例えば、実施形態におけるシール部材ＣＳ、ＡＳ）を介して一対のセパレータ（例えば、実施形態におけるカソード側セパレータ１０、アノード側セパレータ１１）で挟持して構成され、前記セパレータが金属製の薄板から形成されている燃料電池であって、電解質膜・電極構造体とセパレータとの間に形成される反応ガス流路（例えば、実施形態における反応ガス流路２１１，２１２，２９１，２９２）が、前記セパレータの直線的にプレス成形された部位と、前記シール部材の一部により継ぎ目無く構成された反応ガス流路の折り返し部（例えば、実施形態における連絡路２０１，２０２，２８１，２８２）の境界部分（例えば、実施形態における延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２）とで構成され、前記シール部材は前記セパレータ表面にインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられて前記折り返し部を形成していることを特徴とする。
このように構成することで、シール部材を有効利用して反応ガス流路を容易に形成するので、セパレータに形成される反応ガス流路の形状が簡素化できる。更に、反応ガス流路の一部を形成するシール部材の配置部位は平坦形状で済むので、反応ガス流路形状の設計自由度が高められる。また、反応ガス流路の一部がシール部材の一部により継ぎ目無く構成されているため、接合部分からのガス漏れの虞もない。
また、セパレータが金属製の薄板から形成されているため、セパレータをプレス成形により製造することが可能となり、生産性が向上すると共にセパレータが平坦形状で済むので、プレス成形性が向上する。
そして、シール部材により折り返し部を形成できるため、セパレータに形成する溝等の形状をできる限り単純化することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、前記折り返し部の境界部分を構成するシール部材の一部が隣り合う連通孔の間に延びていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１〜図９に示すのは、この発明の第１実施形態である。
図１に示すのは、カソード側セパレータ１０であって、ステンレス材などの金属材料からプレス成形されたものである。カソード側セパレータ１０は後述するアノード側セパレータ１１と共に電解質膜・電極構造体を挟持して燃料電池を構成し、更にこれらを複数組水平方向に積層して、例えば、車両に搭載される燃料電池スタックを構成するものである。
前記カソード側セパレータ１０には、左側辺部に３つの連通孔１２Ｃａ，１３Ｃ，１２Ｃｂが、右側辺部に３つの連通孔１４Ｃａ，１５Ｃ，１４Ｃｂが各々形成されている。上側辺部と下側辺部には各々１つの連通孔１６、１７が形成されている。つまり、この実施形態はいわゆる内部マニホールドタイプである。
【００１２】
具体的にはカソード側セパレータ１０の左側辺部の上側と下側には酸化剤ガス（例えば、空気）の入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂが形成され、左側辺部の中央部には酸化剤ガスの出口側連通孔１３Ｃが形成されている。一方、カソード側セパレータ１０の右側辺部の上側と下側には燃料ガス（例えば、水素）の入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂが形成され、右側辺部の中央部には燃料ガスの出口側連通孔１５Ｃが形成されている。
【００１３】
また、カソード側セパレータ１０の上側辺部には冷却液（例えば、エチレングリコール）の出口側連通孔１６、下側辺部には冷却液の入り口側連通孔１７が形成されている。
そして、酸化剤ガスの各連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ，１３Ｃと、燃料ガスの各連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ，１５Ｃと、冷却液の各連通孔１７，１６とで囲まれる部位は、酸化剤ガスが供給される反応面として構成されている。
【００１４】
反応面には横方向に直線状に延びる複数の溝１８が、数本（上から４本、５本、４本）づつ組となってプレス成形により設けられている。ここで溝１８は波板状に形成された部位のうちの凹部であり、図２に示すカソード側セパレータ１０の裏側では突条１９として形成される。
尚、各溝１８の左側の端部は、酸化剤ガスの各連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ，１３Ｃの右側縁部位置から所定間隔をおいて配置され、各溝１８の右側の端部は、燃料ガスの各連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ，１５Ｃの左側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００１５】
図１において、燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ、出口側連通孔１５Ｃ、及び、冷却液の入り口側連通孔１７、出口側連通孔１６の周囲は、各々シール部材ＣＳで取り囲まれている。
また、前記酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ、及び、出口側連通孔１３Ｃは、右側縁部以外の部分をシール部材ＣＳにより囲まれている。
即ち、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ、及び、出口側連通孔１３Ｃは、各々右側縁部において反応面と連通している。
【００１６】
前記酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａと出口側連通孔１３Ｃとの間にはシール部材ＣＳが設けられ、このシール部材ＣＳが継ぎ目なく反応面の溝１８の間に延出し、溝１８の右側端部付近に至る延出部ＣＳ１を備えている。
また、前記酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃｂと出口側連通孔１３Ｃとの間にはシール部材ＣＳが設けられ、このシール部材ＣＳが継ぎ目なく反応面の溝１８の間に延出し、溝１８の右側端部付近に至る延出部ＣＳ２を備えている。尚、前記シール部材ＣＳ、及び延出部ＣＳ１，ＣＳ２はインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられている。
ここで、前記延出部ＣＳ１，ＣＳ２が設けられる溝１８の間とは、前述したように組となって形成された溝１８の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００１７】
ここで、前記延出部ＣＳ１の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＣＳとの間には連絡路２０１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＣＳ２の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＣＳとの間には連絡路２０２を形成する間隔が確保されている。
その結果、カソード側セパレータ１０の反応面には、前記延出部ＣＳ１を境界部分とし連絡路２０１を折り返し部としたＵ字型の反応ガス（酸化剤ガス）流路２１１と、前記延出部ＣＳ２を境界部分とし連絡路２０２を折り返し部としたＵ字型の反応ガス流路２１２とが形成される。
【００１８】
一方、図２に示すのは図１のカソード側セパレータ１０を裏側から見たものである。したがって、図２の右側辺部は図１の左側辺部に、図２の左側辺部は図１の右側辺部に対応している。具体的には右側辺部の上側と下側には酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂが形成され、右側辺部の中央部には酸化剤ガスの出口側連通孔１３Ｃが形成されている。また、左側辺部の上側と下側には燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂが形成され、左側辺部の中央部には燃料ガスの出口側連通孔１５Ｃが形成されている。
【００１９】
また、カソード側セパレータ１０の上側辺部には、図１と同様に冷却液の出口側連通孔１６、下側辺部には冷却液の入り口側連通孔１７が形成されている。
そして、酸化剤ガスの各連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ，１３Ｃと、燃料ガスの各連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ，１５Ｃと、冷却液の各連通孔１７，１６とで囲まれる部位は、冷却液が供給される冷却面として構成されている。
【００２０】
そして、前記冷却面には図１において説明した溝１８に対応する位置に突条１９が形成されている。したがって、この突条１９も前記溝１８と同様に、数本（上から４本、５本、４本）づつ組となって形成されている。ここで突条１９は波板状に形成された部位のうちの凸部である。したがって、隣接する突条１９の間には溝２２が形成されることとなる。
尚、各突条１９の右側の端部は、酸化剤ガスの各連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ，１３Ｃの左側縁部位置から所定間隔をおいて配置され、各突条１９の左側の端部は、燃料ガスの各連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ，１５Ｃの右側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００２１】
図２において、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ、出口側連通孔１３Ｃ、燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ、出口側連通孔１５Ｃの周囲は、各々シール部材ＲＳで取り囲まれている。
また、冷却液の出口側連通孔１６の周囲は、冷却面側の一部（図２においての左側）を切欠部Ｋ１として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。また、冷却液の入り口側連通孔１７の周囲は、冷却面側の一部（図２において右側）を切欠部Ｋ２として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。
即ち、冷却液の入り口側連通孔１７は前記切欠部Ｋ２において冷却面と連通しており、出口側連通孔１６は前記切欠部Ｋ１において冷却面と連通している。
【００２２】
前記燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａと出口側連通孔１５Ｃとの間にはシール部材ＲＳが設けられ、このシール部材ＲＳが継ぎ目なく冷却面の突条１９の間に延出し、突条１９の右側端部付近に至る延出部ＲＳ１を備えている。
また、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃｂと出口側連通孔１３Ｃとの間にはシール部材ＲＳが設けられ、このシール部材ＲＳが継ぎ目なく冷却面の突条１９の間に延出し、突条１９の左側端部付近に至る延出部ＲＳ２を備えている。尚、前記シール部材ＲＳ及び延出部ＲＳ１，ＲＳ２はインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられている。
ここで、前記延出部ＲＳ１，ＲＳ２が設けられる突条１９の間とは、前述したように組となって形成された突条１９の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００２３】
ここで、前記延出部ＲＳ１の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路２４１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＲＳ２の左側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路２４２を形成する間隔が確保されている。
その結果、カソード側セパレータ１０の冷却面には、前記延出部ＲＳ２と延出部ＲＳ１とを境界部分とし２つの連絡路２４２，２４１を折り返し部とした蛇行した冷却液流路２５が形成される。
【００２４】
図３に示すのは、アノード側セパレータ１１であって、図１に示すカソード側セパレータ１０と同様にステンレス材などの金属材料からプレス成形され、カソード側セパレータ１０に対向する位置で電解質膜・電極構造体を挟持するものである。
前記アノード側セパレータ１１には、前記カソード側セパレータ１０に対応して右側辺部に３つの連通孔１２Ａａ，１３Ａ，１２Ａｂが、左側辺部に３つの連通孔１４Ａａ，１５Ａ，１４Ａｂが形成されている。また、上側辺部と下側辺部には各々１つの連通孔１６、１７が形成されている。図１０のカソード側セパレータ１０と同様に内部マニホールドタイプとなっている。
【００２５】
具体的にはアノード側セパレータ１１の右側辺部の上側と下側には酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａａ，１２Ａｂが形成され、右側辺部の中央部には酸化剤ガスの出口側連通孔１３Ａが形成されている。一方、アノード側セパレータ１１の左側辺部の上側と下側には燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂが形成され、左側辺部の中央部には燃料ガスの出口側連通孔１５Ａが形成されている。
【００２６】
また、アノード側セパレータ１１の上側辺部には冷却液の出口側連通孔１６、下側辺部には冷却液の入り口側連通孔１７が形成されている。
そして、酸化剤ガスの各連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ，１３Ａと、燃料ガスの各連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ，１５Ａと、冷却液の各連通孔１７，１６とで囲まれる部位は、燃料ガスが供給される反応面として構成されている。
【００２７】
反応面にはカソード側セパレータ１０に対応して、横方向に直線状に延びる複数の溝２６が、数本（上から４本、５本、４本）づつ組となってプレス成形により設けられている。ここで溝２６は波板状に形成された部位のうちの凹部であり、図４に示すアノード側セパレータ１１の裏側では突条２７として形成される。
尚、各溝２６の右側の端部は、酸化剤ガスの各連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ，１３Ａの左側縁部位置から所定間隔をおいて配置され、各溝２６の左側の端部は、燃料ガスの各連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ，１５Ａの右側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００２８】
図３において、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ、出口側連通孔１３Ａ、及び、冷却液の入り口側連通孔１７、出口側連通孔１６の周囲は、各々シール部材ＡＳで取り囲まれている。
また、前記燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ、及び、出口側連通孔１５Ａは、右側縁部以外の部分をシール部材ＡＳにより囲まれている。
即ち、燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ、及び、出口側連通孔１５Ａは、各々右側縁部において反応面と連通している。
【００２９】
前記燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａと出口側連通孔１５Ａとの間にはシール部材ＡＳが設けられ、このシール部材ＡＳが継ぎ目なく反応面の溝２６の間に延出し、溝２６の右側端部付近に至る延出部ＡＳ１を備えている。
また、前記燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａｂと出口側連通孔１５Ａとの間にはシール部材ＡＳが設けられ、このシール部材ＡＳが継ぎ目なく反応面の溝２６の間に延出し、溝２６の右側端部付近に至る延出部ＡＳ２を備えている。尚、前記シール部材ＡＳ、及び延出部ＡＳ１，ＡＳ２はインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられている。
ここで、前記延出部ＡＳ１，ＡＳ２が設けられる溝２６の間とは、前述したように組となって形成された溝２６の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００３０】
ここで、前記延出部ＡＳ１の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＡＳとの間には連絡路２８１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＡＳ２の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＡＳとの間には連絡路２８２を形成する間隔が確保されている。
その結果、アノード側セパレータ１１の反応面には、前記延出部ＡＳ１を境界部分とし連絡路２８１を折り返し部としたＵ字型の反応ガス（燃料ガス）流路２９１と、前記延出部ＡＳ２を境界部分とし連絡路２８２を折り返し部としたＵ字型の反応ガス流路２９２とが形成される。
【００３１】
一方、図４に示すのは図３のアノード側セパレータ１１を裏側から見たものである。したがって、図４の右側辺部は図３の左側辺部に、図４の左側辺部は図３の右側辺部に対応している。具体的には左側辺部の上側と下側には酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａａ，１２Ａｂが形成され、左側辺部の中央部には酸化剤ガスの出口側連通孔１３Ａが形成されている。また、右側辺部の上側と下側には燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂが形成され、右側辺部の中央部には燃料ガスの出口側連通孔１５Ａが形成されている。
また、アノード側セパレータ１１の上側辺部には、図３と同様に冷却液の出口側連通孔１６、下側辺部には冷却液の入り口側連通孔１７が形成されている。
そして、酸化剤ガスの各連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ，１３Ａと、燃料ガスの各連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ，１５Ａと、冷却液の各連通孔１７，１６とで囲まれる部位は、冷却液が供給される冷却面として構成されている。
【００３２】
そして、前記冷却面には図３において説明した溝２６に対応する位置に突条２７が形成されている。したがって、この突条２７も前記溝２６と同様に、数本（上から４本、５本、４本）づつ組となって形成されている。ここで突条２７は波板状に形成された部位のうちの凸部である。したがって、隣接する突条２７の間には溝３０が形成されることとなる。
尚、各突条２７の左側の端部は、酸化剤ガスの各連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ，１３Ａの右側縁部位置から所定間隔をおいて配置され、各突条２７の右側の端部は、燃料ガスの各連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ，１５Ａの左側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００３３】
図４において、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ、出口側連通孔１３Ａ、燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ、出口側連通孔１５Ａの周囲は、各々シール部材ＲＳで取り囲まれている。
また、冷却液の出口側連通孔１６の周囲は、冷却面側の一部（図４においての右側）を切欠部Ｋ１として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。また、冷却液の入り口側連通孔１７の周囲は、冷却面側の一部（図４において左側）を切欠部Ｋ２として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。
即ち、冷却液の入り口側連通孔１７は前記切欠部Ｋ２において冷却面と連通しており、出口側連通孔１６は前記切欠部Ｋ１において冷却面と連通している。
【００３４】
前記燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａと出口側連通孔１５Ａとの間にはシール部材ＲＳが設けられ、このシール部材ＲＳが継ぎ目なく冷却面の突条２７の間に延出し、突条２７の左側端部付近に至る延出部ＲＳ１を備えている。
また、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａｂと出口側連通孔１３Ａとの間にはシール部材ＲＳが設けられ、このシール部材ＲＳが継ぎ目なく冷却面の突条２７の間に延出し、突条２７の右側端部付近に至る延出部ＲＳ２を備えている。尚、前記シール部材ＲＳ及び延出部ＲＳ１，ＲＳ２はインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられている。
ここで、前記延出部ＲＳ１，ＲＳ２が設けられる突条２７の間とは、前述したように組となって形成された突条２７の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００３５】
ここで、前記延出部ＲＳ１の左側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路３１１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＲＳ２の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路３１２を形成する間隔が確保されている。
その結果、アノード側セパレータ１１の冷却面には、前記延出部ＲＳ２と延出部ＲＳ１とを境界部分とし２つの連絡路３１２，３１１を折り返し部とした蛇行した冷却液流路２５が形成される。
【００３６】
図５〜図９は、前記カソード側セパレータ１０とアノード側セパレータ１１とにより電解質膜・電極構造体７を挟持して構成される燃料電池８を図２の各部において断面で示したものである。
図５は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。同図において、電解質膜・電極構造体７は、固体高分子電解質膜とこの固体高分子電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極とを対設して構成されるものであり、電解質膜・電極構造体７をシール部材ＣＳ，ＡＳを介してカソード側セパレータ１０とアノード側セパレータ１１とで挟持している。
【００３７】
この際、図１のカソード側セパレータ１０の酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ及び出口側連通孔１３Ｃは、図３のアノード側セパレータ１１の酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ及び出口側連通孔１３Ａに整合する。また、図１のカソード側セパレータ１０の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ及び出口側連通孔１５Ｃは、図３のアノード側セパレータ１１の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ及び出口側連通孔１５Ａに整合する。そして、このように各部が整合した状態で電解質膜・電極構造体７を対向する反応面で挟持している。
【００３８】
また、上記電解質膜・電極構造体７を挟持したカソード側セパレータ１０とアノード側セパレータ１１は複数組積層されるため、隣接する部分では各冷却面が対向した状態となる。つまり、図２のカソード側セパレータ１０の酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ及び出口側連通孔１３Ｃは、図４のアノード側セパレータ１１の酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ及び出口側連通孔１３Ａに整合する。一方、図２のカソード側セパレータ１０の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ及び出口側連通孔１５Ｃは、図４のアノード側セパレータ１１の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ及び出口側連通孔１５Ａに整合する。
【００３９】
このように積層された状態で、前記カソード側セパレータ１０と電解質膜・電極構造体７との間に、前述した反応ガス（酸化剤ガス）流路２１１、２１２が形成され、アノード側セパレータ１１と電解質膜・電極構造体７との間に、前述した反応ガス（燃料ガス）流路２９１，２９２が形成され、前記アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１０との間に、前述した冷却液流路２５が形成される。
【００４０】
また、図５に示すように、カソード側セパレータ１０の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ及び出口側連通孔１５Ｃが、アノード側セパレータ１１の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ及び出口側連通孔１５Ａと、シール部材ＣＳによりシールされている。
図６は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。同図において、カソード側セパレータ１０の冷却面とアノード側セパレータ１１の冷却面との間に蛇行した冷却液流路２５を形成すべく、シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１は互いに密接している。また、カソード側セパレータ１０の反応面とアノード側セパレータ１１の反応面の突条同志（溝２２と溝３０の裏側同志）が電解質膜・電極構造体７を挟持しており、また、カソード側セパレータ１０の冷却面とアノード側セパレータ１１の冷却面の溝２２、溝３０同志が対向してここに冷却液流路２５が形成されている。
【００４１】
図７は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。カソード側セパレータ１０の反応面とアノード側セパレータ１１の反応面の各突条同志（溝２２と溝３０の裏側同志）が電解質膜・電極構造体７を挟持している状態と、カソード側セパレータ１０の冷却面とアノード側セパレータ１１の冷却面の溝２２、溝３０同志が対向して冷却液流路２５が形成されている状態を示す。
また、図８は図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。カソード側セパレータ１０の反応面とアノード側セパレータ１１の反応面の各溝１８，２６が電解質膜・電極構造体７との間に反応ガス流路２１１，２９１を形成している状態と、カソード側セパレータ１０の冷却面とアノード側セパレータ１１の冷却面の突条１９，２７同志が密接して冷却液流路を区画している状態を示す。尚、図９は図２のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、各シール部材ＡＳ，ＣＳ，ＲＳが延出部ＡＳ２，ＣＳ２，ＲＳ２を含め互いに密接している状態を示す。
【００４２】
上記実施形態において、燃料電池８に酸化剤ガスが供給されると、この酸化剤ガスは、図１に示すようにカソード側セパレータ１０の酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂからカソード側セパレータ１０の反応面に供給される。すると、前記延出部ＣＳ１を境界部分とし連絡路２０１を折り返し部としたＵ字型の反応ガス流路２１１と、前記延出部ＣＳ２を境界部分とし連絡路２０２を折り返し部としたＵ字型の反応ガス流路２１２とに酸化剤ガスが流れ、反応済みのガスは酸化剤ガスの出口側連通孔１３Ｃから排出される。
【００４３】
一方、同様に燃料電池に燃料ガスが供給されると、この燃料剤ガスは、図３に示すようにアノード側セパレータ１１の燃料ガスの入り口側連通孔１４Ａａ，１４Ａｂからアノード側セパレータ１１の反応面に供給される。すると、前記延出部ＡＳ１を境界部分とし連絡路２８１を折り返し部としたＵ字型の反応ガス流路２９１と、前記延出部ＡＳ２を境界部分とし連絡路２８２を折り返し部としたＵ字型の反応ガス流路２９２とに燃料ガスが流れ、反応済みのガスは燃料ガスの出口側連通孔１５Ａから排出される。
したがって、供給される燃料ガスと酸化ガスとにより、固体高分子電解質膜を介して、カソード側セパレータ１０とアノード側セレータ１１との間に電気エネルギーが発生して発電が行われる。
【００４４】
また、燃料電池に冷却液が供給されると、この冷却液は図２、図４に示すようにカソード側セパレータ１０及びアノード側セパレータ１１の冷却液の入り口側連通孔１７から各セパレータ１０，１１の冷却面に供給される。すると、前記延出部ＲＳ２，ＲＳ１を境界部分とし連絡路２４２，３１２及び連絡路２４１，３１１を折り返し部とした蛇行した冷却液流路２５に冷却液が流れ、冷却液の出口側連通孔１６から排出される。これにより燃料電池を冷却することができる。
【００４５】
したがって、第１実施形態によれば、シール部材ＣＳ，ＡＳの延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２を有効利用して、カソード側セパレータ１０に反応ガス流路２１１，２１２を、アノード側セパレータ１１に反応ガス流路２９１，２９２を容易に形成するので、各セパレータ１０，１１には単純な形状の溝１８，２６をプレス成形するだけでよく、形状が簡素化できる。更に、前記シール部材ＣＳ，ＡＳの延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２を配置するセパレータ面は平坦面Ｈであり、プレス成形を行う必要が無いためその分だけ反応ガス流路形状の設計自由度が高められる。
また、電解質膜・電極構造体７とカソード側セパレータ１０間に形成される反応ガス流路２１１，２１２、及び電解質膜・電極構造体７とアノード側セパレータ１１間に形成される反応ガス流路２９１，２９２の一部が、前記シール部材ＣＳ，ＡＳの延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２により継ぎ目無く構成されている。よって、接合部分からのガス漏れの虞もない。
その結果、厳密な寸法管理を行うことなく前記各反応ガス流路を容易に配置することができる。
【００４６】
同様に、冷却液流路２５についてもその一部が前記シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１，ＲＳ２を有効利用して、カソード側セパレータ１０とアノード側セパレータ１１との間に冷却液流路２５を容易に形成できるので、各セパレータ１０，１１には単純な形状の溝１８，２６をプレス成形するだけでよく、形状が簡素化できる。また、前記シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１，ＲＳ２を配置するセパレータ面は平坦面Ｈであるためプレス成形を行う必要が無い分だけ流路形状の設計自由度が高められる。
また、前記シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１，ＲＳ２は継ぎ目無く構成されている。よって、接合部分からの冷却液漏れの虞もない。その結果、厳密な寸法管理を行う必要も無く、前記冷却液流路を容易に配置することができる。
【００４７】
ところで、この実施形態においては、図１のカソード側セパレータの反応面を流れる酸化剤ガスの折り返し側（図１において右側辺部）が、図３のアノード側セパレータの反応面を流れる燃料ガスの入り口側に設定してあるため、折り返し部側にたまった水は、固体高分子電解質膜を透過して逆拡散し燃料ガス側に移動し、したがって、燃料ガスが十分に加湿され反応が促進される。
【００４８】
また、前記実施形態においては、カソード側セパレータ１０とアノード側セパレータ１１の双方とも、入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ、入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂから連絡路２０１，２０２、連絡路２８１，２８２に至るまでの溝１８，２６数の総和（４本＋４本＝８本）に比較して、連絡路２０１，２０２、連絡路２８１，２８２から出口側連通孔１３Ｃ、出口側連通孔１５Ａに至るまでの溝１８，２６数（５本）と少なくなっているため、各反応ガスの流速を早めることができ、したがって、生成水を有効に排出することができる。尚、反応ガスの流速を増加させるためには、反応ガスが反応に供されることにより減少する分を考慮したうえで、更に、出口側の溝数を減少させる必要がある。
【００４９】
そして、前記実施形態においては、反応ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ、入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂが、各セパレータ１０，１１の外側寄りに設定してあるため、内側に設定した場合に比較して放熱効果が高く温度が低下し易いので、規定量の水分が供給されなくても、相対湿度を規定値に保持することが容易となるメリットがある。
【００５０】
また、前記各セパレータ１０，１１の溝１８，２６の左側の端部は、酸化剤ガスの連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ，１３Ｃ、燃料ガスの連通孔１４Ａａ，１４Ａｂ，１５Ａの右側縁部位置から所定間隔をおいて配置され、溝１８，２６の右側の端部は、燃料ガスの連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ，１５Ｃ、酸化剤ガスの連通孔１２Ａａ，１２Ａｂ，１３Ａの左側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。よって、仮に生成水により溝１８，２６が一部詰まっても、上記所定間隔を隔てた部分（溝の端部と各連通孔の縁部の間）がバファー部として機能し、詰まりを生じていない溝に反応ガスを導けるため、溝を入り口側連通孔１２Ｃａ等や、出口側連通孔１５Ａ等と連続して設けた場合に比較して、有効反応面積を大きく減少させるようなことが無くなる。
【００５１】
次に、図１０〜図１３に基づいてこの発明の第２実施形態を説明する。
この実施形態のカソード側セパレータ３５とアノード側セパレータ３６は、前述した実施形態とは異なり、左右の側辺部に各々２つの連通孔を備えたものである。図１０に示すのは、カソード側セパレータ３５であって、前述実施形態と同様にステンレス材などの金属材料からプレス成形され、後述するアノード側セパレータ３６と共に前記電解質膜・電極構造体７を挟持するものである。
前記カソード側セパレータ３５には、右側辺部に２つの連通孔３７，４０が、左側辺部には２つの連通孔３８，３９が各々形成されている。上側辺部と下側辺部には各々１つの連通孔４１，４２が形成されている。つまり、この実施形態もいわゆる内部マニホールドタイプである。
【００５２】
右側辺部の下側の連通孔は酸化剤ガス（例えば、空気）の入り口側連通孔３７、左側辺部の上側の連通孔は酸化剤ガスの出口側連通孔３８として構成されている。一方、左側辺部の下側の連通孔は燃料ガス（例えば、水素）の入り口側連通孔３９、右側辺部の上側の連通孔は燃料ガスの出口側連通孔４０として構成されている。また、上側辺部の連通孔は冷却液（例えば、エチレングリコール）の出口側連通孔４１、下側辺部の連通孔は冷却液の入り口側連通孔４２として形成されている。そして、前記酸化剤ガスの各連通孔３７，３８と、燃料ガスの各連通孔３９，４０と、冷却液の各連通孔４２，４１とで囲まれる部位は、反応面として構成されている。
【００５３】
反応面には、横方向に直線状に延びる溝４３が数本（下から４本、３本、２本）づつ組となってプレス成形により設けられている。ここでこの溝４３は波板状に形成された部位のうちの凹部であり、図１１に示すカソード側セパレータ３５の裏側では突条４４として形成される。
尚、各溝４３の両端部は、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、燃料ガスの各連通孔３９，４０の反応面側の側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００５４】
図１０において、燃料ガスの各連通孔３９，４０、及び、冷却液の各連通孔４１，４２の周囲は、各々シール部材ＣＳで取り囲まれている。
また、前記酸化剤ガスの入り口側連通孔３７、及び、出口側連通孔３８は、反応面側の側縁部以外の部分をシール部材ＣＳにより囲まれている。即ち、酸化剤ガスの入り口側連通孔３７、及び、出口側連通孔３８は反応面と連通している。
【００５５】
前記酸化剤ガスの出口側連通孔３８と燃料ガスの入り口側連通孔３９との間にはシール部材ＣＳが設けられ、このシール部材ＣＳが継ぎ目なく反応面の溝４３の間に延出し、溝４３の右側端部付近に至る延出部ＣＳ１を備えている。
また、前記酸化剤ガスの入り口側連通孔３７と燃料ガスの出口側連通孔４０との間にはシール部材ＣＳが設けられ、このシール部材ＣＳが継ぎ目なく反応面の溝４３の間に延出し、溝４３の左側端部付近に至る延出部ＣＳ２を備えている。
【００５６】
尚、延出部はＣＳ１は基端部で斜め上方に上がり、その後水平に延び、延出部ＣＳ２は基端部で斜め下方に下がり、その後水平に延びている。また、前記シール部材ＣＳ、及び延出部ＣＳ１，ＣＳ２はインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられている。
ここで、前記延出部ＣＳ１，ＣＳ２が設けられる溝４３の間とは、前述したように組となって形成された溝４３の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００５７】
前記延出部ＣＳ１の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＣＳとの間には連絡路４５１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＣＳ２の左側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＣＳとの間には連絡路４５２を形成する間隔が確保されている。
その結果、カソード側セパレータ３５の反応面には、前記延出部ＣＳ２，ＣＳ１を境界部分とし連絡路４５２，４５１を折り返し部とした蛇行した反応ガス（酸化剤ガス）流路４６が形成される。
【００５８】
一方、図１１に示すのは図１０のカソード側セパレータ３５を裏側から見たものである。したがって、図１１の右側辺部は図１０の左側辺部に、図１１の左側辺部は図１０の右側辺部に対応している。具体的には右側辺部の上側と下側には酸化剤ガスの出口側連通孔３８、燃料ガスの入り口側連通孔３９が形成されている。また、左側辺部の上側と下側には燃料ガスの出口側連通孔４０、酸化剤ガスの入り口側連通孔３７が形成されている。
【００５９】
また、カソード側セパレータ３５の上側辺部には、図１０と同様に冷却液の出口側連通孔４１、下側辺部には冷却液の入り口側連通孔４２が形成されている。
そして、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８と、燃料ガスの各連通孔３９，４０と、冷却液の各連通孔４１，４２とで囲まれる部位は、冷却液が供給される冷却面として構成されている。
【００６０】
そして、前記冷却面には図１０において説明した溝４３に対応する位置に突条４４が形成されている。したがって、この突条４４も前記溝４３と同様に、数本（下から４本、３本、２本）づつ組となって形成されている。ここで突条４４は波板状に形成された部位のうちの凸部である。したがって、隣接する突条４４の間には溝４７が形成されることとなる。
尚、各溝突条４４の両端部は、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、燃料ガスの各連通孔３９，４０の反応面側の側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００６１】
図１１において、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、燃料ガスの各連通孔３９，４０の周囲は、各々シール部材ＲＳで取り囲まれている。
また、冷却液の出口側連通孔４１の周囲は、冷却面側の一部（図１１においての左側）を切欠部Ｋ１として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。また、冷却液の入り口側連通孔４２の周囲は、冷却面側の一部（図１１において右側）を切欠部Ｋ２として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。
即ち、冷却液の入り口側連通孔４２は前記切欠部Ｋ２において冷却面と連通しており、出口側連通孔４１は前記切欠部Ｋ１において冷却面と連通している。
【００６２】
前記燃料ガスの出口側連通孔４０の反応面側のシール部材ＲＳには、これに継ぎ目なく接続されて冷却面の突条４４の間に延出し、突条４４の右側端部付近に至る延出部ＲＳ１が接続されている。
また、燃料ガスの入口側連通孔３９の反応面側のシール部材ＲＳには、これに継ぎ目なく接続されて冷却面の突条４４の間に延出し、突条４４の左側端部付近に至る延出部ＲＳ２が接続されている。
ここで、前記延出部ＲＳ１，ＲＳ２が設けられる突条４４の間とは、前述したように組となって形成された突条４４の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００６３】
ここで、前記延出部ＲＳ１の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路４９１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＲＳ２の左側端部と、対向する左位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路４９２を形成する間隔が確保されている。
その結果、カソード側セパレータ３５の冷却面には、前記延出部ＲＳ２と延出部ＲＳ１とを境界部分とし２つの連絡路４９２，４９１を折り返し部とした蛇行した冷却液流路５０が形成される。
【００６４】
図１２に示すのは、アノード側セパレータ３６であって、図１１に示すカソード側セパレータ３５と同様にステンレス材などの金属材料からプレス成形され、カソード側セパレータ３５に対向する位置で電解質膜・電極構造体を挟持するものである。
前記アノード側セパレータ３６には、前記カソード側セパレータ３５に対応して内部マニホールドを構成する各連通孔が形成されている。
【００６５】
具体的には、左側辺部の下側の連通孔は酸化剤ガスの入り口側連通孔３７、右側辺部の上側の連通孔は酸化剤ガスの出口側連通孔３８として構成されている。一方、右側辺部の下側の連通孔は燃料ガスの入り口側連通孔３９、左側辺部の上側の連通孔は燃料ガスの出口側連通孔４０として構成されている。また、上側辺部の連通孔は冷却液の出口側連通孔４１、下側辺部の連通孔は冷却液の入り口側連通孔４２として形成されている。そして、前記酸化剤ガスの各連通孔３７，３８と、燃料ガスの各連通孔３９，４０と、冷却液の各連通孔４２，４１とで囲まれる部位は、反応面として構成されている。
【００６６】
反応面には、カソード側セパレータ３５に対応して、横方向に直線状に延びる溝５１が数本（下から４本、３本、２本）づつ組となってプレス成形により設けられている。この溝５１は波板状に形成された部位のうちの凹部であり、図１３に示すアノード側セパレータ３６の裏側では突条５２として形成される。
尚、各溝５１の両端部は、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、燃料ガスの各連通孔３９，４０の反応面側の側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００６７】
図１２において、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、及び、冷却液の各連通孔４１，４２の周囲は、各々シール部材ＡＳで取り囲まれている。
また、前記燃料ガスの入り口側連通孔３９、及び、出口側連通孔４０は、反応面側の側縁部以外の部分をシール部材ＡＳにより囲まれている。即ち、燃料ガスの入り口側連通孔３９、及び、出口側連通孔４０は反応面と連通している。
【００６８】
前記酸化剤ガスの入り口側連通孔３７と燃料ガスの出口側連通孔４０との間にはシール部材ＡＳが設けられ、このシール部材ＡＳが継ぎ目なく反応面の溝５１の間に延出し、溝５１の右側端部付近に至る延出部ＡＳ１を備えている。
前記酸化剤ガスの出口側連通孔３８と燃料ガスの入り口側連通孔３９との間にはシール部材ＡＳが設けられ、このシール部材ＡＳが継ぎ目なく反応面の溝５１の間に延出し、溝５１の左側端部付近に至る延出部ＡＳ２を備えている。
尚、延出部はＡＳ１は基端部で斜め上方に上がり、その後水平に延び、延出部ＡＳ２は基端部で斜め下方に下がり、その後水平に延びている。また、前記シール部材ＡＳ、及び延出部ＡＳ１，ＡＳ２はインジェクション、焼き付け、接着により取り付けられている。
ここで、前記延出部ＡＳ１，ＡＳ２が設けられる溝５１の間とは、前述したように組となって形成された溝５１の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００６９】
前記延出部ＡＳ１の右側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＡＳとの間には連絡路５３１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＡＳ２の左側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＡＳとの間には連絡路５３２を形成す間隔が確保されている。
その結果、アノード側セパレータ３６の反応面には、前記延出部ＡＳ２，ＡＳ１を境界部分とし連絡路５３２，５３１を折り返し部とした蛇行した反応ガス（燃料ガス）流路５４が形成される。
【００７０】
一方、図１３に示すのは図１２のアノード側セパレータ３６を裏側から見たものである。したがって、図１３の右側辺部は図１２の左側辺部に、図１３の左側辺部は図１２の右側辺部に対応している。具体的には左側辺部の上側と下側には酸化剤ガスの出口側連通孔３８、燃料ガスの入り口側連通孔３９が形成されている。また右側辺部の上側と下側には燃料ガスの出口側連通孔４０、酸化剤ガスの入り口側連通孔３７が形成されている。
【００７１】
また、アノード側セパレータ３６の上側辺部には、図１２と同様に冷却液の出口側連通孔４１、下側辺部には冷却液の入り口側連通孔４２が形成されている。
そして、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８と、燃料ガスの各連通孔３９，４０と、冷却液の各連通孔４１，４２とで囲まれる部位は、冷却液が供給される冷却面として構成されている。
そして、前記冷却面には図１２において説明した溝５１に対応する位置に突条５２が形成されている。したがって、この突条５２も前記溝５１と同様に、数本（下から４本、３本、２本）づつ組となって形成されている。ここで突条５２は波板状に形成された部位のうちの凸部である。したがって、隣接する突条５２の間には溝５５が形成されることとなる。
尚、各溝突条５２の両端部は、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、燃料ガスの各連通孔３９，４０の反応面側の側縁部位置から所定間隔をおいて配置されている。
【００７２】
図１３において、酸化剤ガスの各連通孔３７，３８、燃料ガスの各連通孔３９，４０の周囲は、各々シール部材ＲＳで取り囲まれている。
また、冷却液の出口側連通孔４１の周囲は、冷却面側の一部（図１３においての右側）を切欠部Ｋ１として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。また、冷却液の入り口側連通孔４２の周囲は、冷却面側の一部（図１３において左側）を切欠部Ｋ２として切除した以外の部分をシール部材ＲＳにより囲まれている。
即ち、冷却液の入り口側連通孔４２は前記切欠部Ｋ２において冷却面と連通しており、出口側連通孔４１は前記切欠部Ｋ１において冷却面と連通している。
【００７３】
前記燃料ガスの出口側連通孔４０の反応面側のシール部材ＲＳには、これに継ぎ目なく接続されて冷却面の突条５２の間に延出し、突条５２の左側端部付近に至る延出部ＲＳ１が接続されている。
また、燃料ガスの入り口側連通孔３９の反応面側のシール部材ＲＳには、これに継ぎ目なく接続されて冷却面の突条５２の間に延出し、突条５２の右側端部付近に至る延出部ＲＳ２が接続されている。
ここで、前記延出部ＲＳ１，ＲＳ２が設けられる突条５２の間とは、前述したように組となって形成された突条５２の各組間を意味し、この部分はプレス成形を行わない平坦面Ｈとなっている。
【００７４】
ここで、前記延出部ＲＳ１の左側端部と、これに対向する位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路５７１を形成する間隔が確保されている。また、前記延出部ＲＳ２の右側端部と、対向する右位置に配置されたシール部材ＲＳとの間には連絡路５７２を形成する間隔が確保されている。
その結果、アノード側セパレータ３６の冷却面には、前記延出部ＲＳ２と延出部ＲＳ１とを境界部分とし２つの連絡路５７２，５７１を折り返し部とした蛇行した冷却液流路５０が形成される。
【００７５】
上記第２実施形態において、図示しない燃料電池に酸化剤ガスが供給されると、この酸化剤ガスは、図１０に示すようにカソード側セパレータ３５の酸化剤ガスの入り口側連通孔３７からカソード側セパレータ３５の反応面に供給される。すると、前記延出部ＣＳ２と延出部ＣＳ１を境界部分とし連絡路４５２，４５１を折り返し部とした蛇行した反応ガス流路４６に酸化剤ガスが流れ、反応済みのガスは酸化剤ガスの出口側連通孔３８から排出される。
【００７６】
一方、同様に燃料電池に燃料ガスが供給されると、この燃料剤ガスは、図１２に示すようにアノード側セパレータ３６の燃料ガスの入り口側連通孔３９からアノード側セパレータ３６の反応面に供給される。すると、前記延出部ＡＳ２と延出部ＡＳ１を境界部分とし連絡路５３２，５３１を折り返し部とした蛇行した反応ガス流路５４に燃料ガスが流れ、反応済みのガスは燃料ガスの出口側連通孔４０から排出される。
したがって、供給される燃料ガスと酸化ガスとにより、固体高分子電解質膜を介して、カソード側セパレータ１０とアノード側セレータ１１との間に電気エネルギーが発生して発電が行われる。
【００７７】
また、燃料電池に冷却液が供給されると、この冷却液は図１１、図１３に示すようにカソード側セパレータ３５及びアノード側セパレータ３６の冷却液の入り口側連通孔４２から各セパレータ３５，３６の冷却面に供給される。すると、前記各延出部ＲＳ２，ＲＳ１を境界部分とし連絡路５７２，４５２、連絡路５７１，４５１を折り返し部とした蛇行した冷却液流路５０に冷却液が流れ、冷却液の出口側連通孔４１から排出される。これにより燃料電池を冷却することができる。
【００７８】
したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、シール部材ＣＳ，ＡＳの延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２を有効利用して、各セパレータ３５，３６に蛇行した反応ガス流路４６，５４を容易に形成するので、各セパレータ３５，３６には単純な形状の溝４３，５１をプレス成形するだけでよく、形状が簡素化できる。更に、前記シール部材ＣＳ，ＡＳの延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２を配置するセパレータ面は平坦面Ｈであり、プレス成形を行う必要が無いためその分だけ反応ガス流路形状の設計自由度が高められる。
また、電解質膜・電極構造体７と各セパレータ３５，３６間に形成される反応ガス流路４６、５４の一部が、前記シール部材ＣＳ，ＡＳの延出部ＣＳ１，ＣＳ２，ＡＳ１，ＡＳ２により継ぎ目無く構成されている。よって、接合部分からのガス漏れの虞もない。その結果、厳密な寸法管理を行うことなく前記各反応ガス流路を容易に配置することができる。
【００７９】
同様に、冷却液流路５０についてもその一部が前記シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１，ＲＳ２を有効利用して、各セパレータ３５，３６間に容易に形成できるので、各セパレータ３５，３６には単純な形状の溝４３，５１をプレス成形するだけでよく、形状が簡素化できる。また、前記シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１，ＲＳ２を配置するセパレータ面は平坦面Ｈであるためプレス成形を行う必要が無い分だけ流路形状の設計自由度が高められる。また、シール部材ＲＳの延出部ＲＳ１，ＲＳ２は継ぎ目無く構成されるため、接合部分からの冷却液漏れの虞もない。その結果、厳密な寸法管理を行う必要も無く、前記冷却液流路を容易に配置することができる。
【００８０】
そして、前記実施形態においては、カソード側セパレータ３５とアノード側セパレータ３６の双方とも、入り口側連通孔３７，３９から出口側連通孔３８，４０に至るまでの溝４３，５１の数が（４本、３本、２本）徐々に少なくなっているため、各反応ガスの流速を早めることができ、したがって、生成水を有効に排出することができる。尚、反応ガスの流速を増加させるためには、反応ガスが反応に供されることにより減少する分を考慮したうえで、更に、出口側の溝数を減少させる必要がある。
そして、この実施形態によれば、左側辺部と右側辺部に形成された連通孔の数が２つで済むため、高さ寸法を抑えコンパクトにでき車両に搭載する場合に有利である。
【００８１】
次に、第３実施形態を図１４に基づいて説明する。この実施形態は前記実施形態のシール部材ＣＳ、ＲＳを各セパレータ１０，１１、３５，３６に取り付けないで、別体として設けて、組み付け時に必要な箇所に挟持するようにしたものである。図１４は、一例として、第１実施形態のカソード側セパレータ１０の反応面にセットされるシール部材ＣＳを示している。このシール部材ＣＳには冷却液の入り口側連通孔１７、出口側連通孔１６、燃料ガスの入り口側連通孔１４Ｃａ，１４Ｃｂ、出口側連通孔１５Ｃ、酸化剤ガスの入り口側連通孔１２Ｃａ，１２Ｃｂ、出口側連通孔１３Ｃの周囲と反応面を囲む部位、及び、前記延出部ＣＳ１，ＣＳ２が設けられている。
【００８２】
この第３実施形態における、シール部材ＣＳを用いれば、前述した実施形態と同様の効果が得られると共に、このようにシール部材ＣＳを別体とすることで、各セパレータに対するインジェクション、焼き付け、接着の作業が必要なくなり、各セパレータの製造が更に容易となる。また、メインテナンス時においてきめ細かな部品の交換作業が可能となるメリットがある。
尚、図示しない他のシール部材、つまり、アノード側セパレータの反応面側のシール部材、各セパレータの冷却面側のシール部材にも適用することができる。
【００８３】
次に、第４実施形態を図１５に基づいて説明する。前述した第１、第２実施形態では、電解質膜・電極構造体と各セパレータとのシールを行うために、各セパレータ側にシール部材を設けたが、この実施形態では、電解質膜・電極構造体７にシール部材ＣＳ等を取り付けるようにするため、電解質膜・電極構造体７を改良したものである。
図１５において、電解質膜・電極構造体７は固体高分子電解質膜Ｍとこれを挟持するカソード電極ＣＤとアノード電極ＡＤとで構成されるが、固体高分子電解質膜Ｍの周囲には各電極ＣＤ，ＡＤとの間に段差部分が生じる。この段差部分をなくすためにこの実施形態の電解質膜・電極構造体７では、額縁状の樹脂、あるいは、ゴム製の枠状部材Ｗを設け、この枠状部材Ｗと各電極面とをまたがるようにして、シール部材ＣＳ，ＡＳを取り付けるものである。このように構成することで、電解質膜・電極構造体７と各セパレータとの段差部分が無くなり、この部分におけるシール部材ＣＳ，ＡＳのシール性を高めることができる。尚、この実施形態は第３実施形態にも適用することができる。
【００８４】
次に、第５実施形態を図１６〜図１８に基づいて説明する。
前記第１〜３実施形態がいわゆる内部マニホールドタイプであるのに対して、この実施形態は外部マニホールドタイプに適用したものである。
図１６はカソード側セパレータ６０の反応面を示すものであり、第１実施形態の図１に対応している。カソード側セパレータ６０は、金属製の薄板からプレス成形により成形され、上側から４本、５本、４本を組とした横方向に延びる溝６１が１組づつ設けられている。
【００８５】
カソード側セパレータ６０には左側辺部を除いて上側辺部と下側辺部と右側辺部の端縁にシール部材ＴＳが設けられている。また、カソード側セパレータ６０の左側辺部から、前記溝６１の各組を仕切る位置に継ぎ目無く２つのシール部材ＴＳの延出部ＴＳ１，ＴＳ２が右側辺部の手前まで延出している。尚、延出部ＴＳ１，ＴＳ２の右側の端部とシール部材ＴＳとの間には、各々連絡路６５１、連絡路６５２が形成されている。
また、前記カソード側セパレータ６０の左側辺部には、各延出部ＴＳ１に対応する位置に、図１７に示すようなチャンネル状のマニホールド部材６２が酸化剤ガス用として３つ取り付けられている。また、反対側の右側辺部にも同様の構成のマニホールド部材６２が燃料ガス用として３つ取り付けられている。そして、カソード側セパレータ６０の上側辺部と下側辺部には、冷却液用としてのマニホールド部材６３が各々１つづつ取り付けられている。尚、各マニホールド部材６２，６３には設置部分にシール材６４が取り付けられている。
【００８６】
したがって、左側辺部の上下のマニホールド部材６２により酸化剤ガスの入り口側マニホールド６６Ｃａ，６６Ｃｂが形成され、中央部のマニホールド部材６２により酸化剤ガスの出口側マニホールド６７Ｃが形成される。また、右側辺部の上下のマニホールド部材６２により燃料ガスの入り口側マニホールド６８Ｃａ，６８Ｃｂが形成され、中央部のマニホールド部材６２により燃料ガスの出口側マニホールド６９Ｃが形成される。また、下側辺部のマニホールド部材６３により冷却液の入り口側マニホールド７１が構成され、上側辺部のマニホールド部材６３により冷却液の出口側マニホールド７０が構成される。
【００８７】
よって、前記シール部材ＴＳの延出部ＴＳ１によりカソード側セパレータ６０の反応面に延出部ＴＳ１を境界として、連絡路６５１を折り返し点としたＵ字型の反応ガス（酸化剤ガス）流路６６１が形成される。また、前記シール部材ＴＳの延出部ＴＳ２によりカソード側セパレータ６０の反応面に延出部ＴＳ２を境界として、連絡路６５２を折り返し点としたＵ字型の反応ガス流路６６２が形成される。
【００８８】
図１８は図１７のカソード側セパレータ６０の裏面の冷却面を示している。この面には前記溝６１の裏側位置に突条７２が形成されている。この冷却面には上側辺部の左側と下側辺部の右側を各々切欠部Ｋ１，Ｋ２として除いた端縁にシール部材ＴＳが設けられている。カソード側セパレータ６０の左側辺部の中央部のやや上側から、前記突条７２の各組を仕切る位置に継ぎ目無くシール部材ＴＳの延出部ＴＳ１が右側辺部の手前まで延出している。一方、カソード側セパレータ６０の右側辺部の中央部のやや下側から、前記突条７２の各組を仕切る位置に継ぎ目無くシール部材ＴＳの延出部ＴＳ２が左側辺部の手前まで延出している。
【００８９】
尚、延出部ＴＳ１の右側の端部とシール部材ＴＳとの間には連絡路６８１が形成されている。また、延出部ＴＳ２の左側の端部とシール部材ＴＳとの間には連絡路６８２が形成されている。
そして、前述したように、左側辺部には、各延出部ＴＳ１に対応する位置に、図１７に示すようなチャンネル状のマニホールド部材６２が酸化剤ガス用として３つ取り付けられている。また、反対側の右側辺部にも同様の構成のマニホールド部材６２が燃料ガス用として３つ取り付けられている。そして、カソード側セパレータ６０の上側辺部と下側辺部には、冷却液用としてのマニホールド部材６３が各々１つづつ取り付けられている。尚、各マニホールド部材６２，６３には設置部分にシール材６４が取り付けられている。
【００９０】
よって、前記カソード側セパレータ６０の冷却面に延出部ＴＳ２，ＴＳ１を境界部分として、連絡路６８２，６８１を折り返し部とした蛇行した冷却液（エチレングリコール）流路６９が形成される。
尚、カソード側セパレータ６０についてのみ説明したが、アノード側セパレータについても同様である。また、第１実施形態に対応した場合について述べたが、第２実施形態にこの外部マニホールド構造を適用することができる。
【００９１】
したがって、この第５実施形態においても、前述した第１実施形態と同等の効果を外部マニホールドタイプで得ることができる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、固体高分子型の燃料電池に限らず、溶融炭素型の燃料電池にも適用できる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１，２に記載した発明によれば、シール部材を有効利用して反応ガス流路を容易に形成するので、セパレータに形成される反応ガス流路の形状が簡素化できる。更に、反応ガス流路の一部を形成するシール部材の配置部位は平坦形状で済むので、反応ガス流路形状の設計自由度が高められる。また、反応ガス流路の一部により継ぎ目無く構成されているため、接合部分からのガス漏れの虞もない。
【００９３】
また、セパレータをプレス成形により製造することが可能となり、生産性が向上する。そして、セパレータが平坦形状で済むので、プレス成形性が向上する。
【００９４】
更に、シール部材により折り返し部を形成できるため、セパレータに形成する溝等の形状をできる限り単純化することが可能となるため、セパレータの成形が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施形態のカソード側セパレータの平面図である。
【図２】  図１の裏面図である。
【図３】  この発明の第１実施形態のアノード側セパレータの平面図である。
【図４】  図３の裏面図である。
【図５】  図２のＡ−Ａに沿う燃料電池の断面図である。
【図６】  図２のＢ−Ｂに沿う燃料電池の断面図である。
【図７】  図２のＣ−Ｃに沿う燃料電池の断面図である。
【図８】  図２のＤ−Ｄに沿う燃料電池の断面図である。
【図９】  図２のＥ−Ｅに沿う燃料電池の断面図である。
【図１０】  この発明の第２実施形態のカソード側セパレータの平面図である。
【図１１】  図１０の裏面図である。
【図１２】  この発明の第２実施形態のアノード側セパレータの平面図である。
【図１３】  図１２の裏面図である。
【図１４】  この発明の第３実施形態の要部であるシール部材の平面図である。
【図１５】  この発明の第４実施形態の要部である電解質膜・電極構造体の断面図である。
【図１６】  この発明の第５実施形態のカソード側セパレータの平面図である。
【図１７】  この発明の第５実施形態のマニホールド部材の斜視図である。
【図１８】  図１６の裏面図である。
【図１９】  従来技術の平面図である。
【符号の説明】
７  電解質膜・電極構造体
１０  カソード側セパレータ
１１  アノード側セパレータ
２０１，２０２、２８１，２８２  連絡路（折り返し部）
２１１，２１２、２９１，２９２  反応ガス流路
ＣＳ、ＡＳ  シール部材
ＣＳ１、ＣＳ２、ＡＳ１、ＡＳ２  延出部（境界部分）
【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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