(57)【要約】【課題】燃料電池スタック内部を流通する冷却媒体中に含まれる溶存ガスが、燃料電池スタックの入口から燃料電池スタックの出口までの間に、冷却媒体の温度上昇に伴って冷却流路内で気泡として発生し、冷却媒体の流れを阻害することを抑制する。【解決手段】セパレータのＭＥＡ１０５と接する面の反対面に設けた冷却水流路８が、セパレータの鉛直方向の上側に設けた冷却水入口マニホールド孔６ａと鉛直方向下側に設けた冷却水排出マニホールド孔７ａとを接続する冷却水流路８で、略水平部８ａと略鉛直部８ｂとを複数接続して構成したサーペンタイン状の冷却水流路８であり、冷却水流路８の少なくとも最初の略水平部８ａが、冷却水の流れる向きに対して上流側が下流側よりも上方に位置するように傾斜させた傾斜部８ｃを設ける。【選択図】図１
2009081102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の電極接合体と、前記電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有し、前記セパレータにはその表面に設けられた冷却流路に冷却媒体が流れるとともに、前記冷却流路は略水平部と略鉛直部とを複数接続して構成したサーペンタイン状であり、前記冷却流路の上端に設けられた冷却媒体供給マニホールドと前記冷却流路の下端に設けられた冷却媒体排出マニホールドを有し、前記冷却流路の少なくとも最初の略水平部には、冷却媒体の流れる向きに対して上流側が下流側よりも上方に位置するように傾斜させた傾斜部を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記傾斜部における冷却流路の断面積が、冷却流路の傾斜部以外の部分の冷却流路の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記傾斜部における流路断面積が、下流に行くに従い狭くなることを特徴とする請求項２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
前記傾斜部は、主面から見た形状が曲線状であることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
前記傾斜部の流路を構成する上側の壁を、冷却媒体供給マニホールドとバイパス流路で接続したことを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【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、定置型コージェネレーションシステム等に用いる固体高分子型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池では、高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードとが形成されており、これを一対のセパレータで挟持した燃料電池の基本構成を単セルと呼ぶ。
【０００３】
そして両セパレータのアノードとカソードとに接する面にそれぞれ設けたガス流路を通して、アノードおよびカソードにそれぞれ水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガス（以下、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応ガスと総称する場合がある）とが供給される。
【０００４】
そしてアノードにおいて、電極反応により燃料ガス中の水素原子から電子が解放されて水素イオンが生成されるとともにこの電子が外部回路（負荷）を通じてカソードに到達する。一方、水素イオンは高分子電解質膜を通過してカソードに到達する。
【０００５】
そして、カソードにおいて、水素イオンと電子と酸化剤ガス中の酸素とが結合して水が生成される。そして、この反応の際に、電力と熱とが同時に発生する。一般的に、燃料電池は必要電力を得るために、単セルを電気的に直列に複数積層して締結した状態（燃料電池スタックと呼ばれる）で用いられる。
【０００６】
発生した電力は、燃料電池スタックに接続された外部回路（負荷）を介して消費される。
【０００７】
一方、発生した熱は、燃料電池スタックの温度をコントロールするために燃料電池スタックに供給、排出される水や不凍液などの冷却媒体によって燃料電池から回収され、燃料電池スタックの外部に搬出される。そして燃料電池コージェネレーションシステムでは温水を作る熱源や、燃料電池スタックに供給する反応ガスの加湿源として利用される。
【０００８】
燃料電池に供給する反応ガスを加湿する必要性は、高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンスルホン酸系の材料が使われていることにある。この高分子電解質膜は水分を含んだ状態でイオン伝導性を発現するため、通常、反応ガスは加湿して燃料電池に供給される必要がある。
【０００９】
燃料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、そのためには反応ガスを１００％の相対湿度を有するように加湿して供給することが好ましい。そして、燃料電池の動作温度以下の露点を有する反応ガスを供給すると、パーフルオロカーボンスルホン酸系の電解質が分解してフッ化物イオンが高分子電解質膜から溶出し、それにより、高分子電解質膜が劣化することが判明している。
【００１０】
しかしながら、他方では、カソードでは発電の際に水が生成されるため、反応ガスを過剰に加湿するとフラッディングが発生する恐れがある。
【００１１】
そこで、高分子電解質膜の劣化を抑制して燃料電池の寿命を向上させるために、フラッディングを防止しつつ、燃料電池の温度と反応ガスの加湿状態を適切に保つ運転が試みられてきた。なおここで言う適切な過湿状態の運転とは、詳細は後述の実施の形態で説明するが、燃料電池の温度と同じ温度の露点を有する反応ガスを燃料電池に供給して行う運転（いわゆるフル加湿運転）や、燃料電池の温度よりも高い換算露点温度の反応ガスを燃料電池に供給する過加湿運転を意味している（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
図９は、特許文献１に示される固体高分子型燃料電池スタックの概略構成を示す斜視図であり、図１０は図９のＸ-Ｘ断面および要部拡大の説明図であり、図１１はセパレータの冷却流路を示す背面図である。図９および図１１では、燃料電池における上下方向を、図における上下方向として表している。
【００１３】
図９に示すように燃料電池スタック５０は、板状の全体形状を有する単セル１０がその厚み方向に積層されてなるセル積層体２０１と、セル積層体２０１の両端に配置された第１および第２の端板１４ａ，１４ｃとを有している。
【００１４】
セル積層体２０１の一方の側部（以下、第１の側部という）の上部には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように酸化剤ガス供給マニホールド４が形成されている。酸化剤ガス供給マニホールド４の一端は第１の端板１４ａに形成された貫通孔（酸化剤ガス入口４０４）を介して酸化剤ガス入口配管１６に接続している。酸化剤ガス供給マニホールド４の他端は第２の端板１４ｃによって閉鎖されている。
【００１５】
また、セル積層体２０１の他方の側部（以下、第２の側部）の下部には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように酸化剤ガス排出マニホールド５が形成されている。酸化剤ガス排出マニホールド５の一端は第１の端板１４ａによって閉鎖されている。酸化剤ガス排出マニホールド５の他端は第２の端板１４ｃに形成された貫通孔（酸化剤ガス出口）を介して酸化剤ガス出口配管１９に接続している。
【００１６】
セル積層体２０１の第２の側部の上部には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように燃料ガス供給マニホールド２が形成されている。燃料ガス供給マニホールド２の一端は第１の端板１４ａに形成された貫通孔（燃料ガス入口４０３）を介して燃料ガス入口配管１５に接続している。燃料ガス供給マニホールド２の他端は第２の端板１４ｃによって閉鎖されている。
【００１７】
また、セル積層体２０１の第１の側部の下部には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように燃料ガス排出マニホールド３が形成されている。燃料ガス排出マニホールド３の一端は第１の端板１４ａによって閉鎖されている。燃料ガス排出マニホールド３の他端は第２の端板１４ｃに形成された貫通孔（燃料ガス出口）を介して燃料ガス出口配管２０に接続している。
【００１８】
酸化剤ガス供給マニホールド４の上部の内側には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように冷却水供給マニホールド６が形成されている。冷却水供給マニホールド６の一端は第１の端板１４ａに形成された貫通孔に連通し、この貫通孔（冷却水入口４０１）を介して冷却水入口配管１７が接続している。冷却水供給マニホールド６の他端は第２の端板１４ｃによって閉鎖されている。
【００１９】
また、酸化剤ガス排出マニホールド５の下部の内側には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように冷却水排出マニホールド７が形成されている。冷却水排出マニホールド７の一端は第１の端板１４ａによって閉鎖されている。冷却水排出マニホールド７の他端は第２の端板１４ｃに形成された貫通孔（冷却水出口４０２）を介して冷却水出口配管２１が接続されている。
【００２０】
図１０に示すように、セル１０は、板状の電極接合体（以下ＭＥＡと記す）１０５と、ＭＥＡ１０５の両主面に接触するように配置されたカソード側セパレータ１０７ｃ及びアノード側セパレータ１０７ａとで構成されている。
【００２１】
そして、互いに隣接するセル１０，１０において、一方のセル１０のカソード側セパレータ１０７ｃの背面と他方のセル１０のアノード側セパレータ１０７ａの背面とが接触するようにして、セル１０が積層されている。ＭＥＡ１０５，カソード側セパレータ１０７ｃ，及びアノード側セパレータ１０７ａは、互いに同じ大きさの矩形状に形成されている。
【００２２】
そして、ＭＥＡ１０５、カソード側セパレータ１０７ｃ、及びアノード側セパレータ１０７ａには、互いに対応する所定の箇所に、これらを厚み方向に貫通する、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａ、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａ、燃料ガス入口マニホールド孔２ａ、燃料ガス出口マニホールド孔３ａ、冷却水入口マニホールド孔６ａ、及び冷却水出口マニホールド孔７ａが形成され、全てのセル１０の各孔がそれぞれ繋がって、酸化剤ガス供給マニホールド４、酸化剤ガス排出マニホールド５、燃料ガス供給マニホールド２、燃料ガス排出マニホールド３、冷却水供給マニホールド６、及び冷却水排出マニホールド７が、それぞれ形成されている。
【００２３】
カソード側セパレータ１０７ｃのＭＥＡ１０５と接触する正面、および背面には、それぞれ、酸化剤ガス流路１０６ｃ及び冷却水流路７０が形成されている。酸化剤ガス流路１０６ｃは、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａとを接続するように形成され、冷却水流路７０は後述するように、冷却水入口マニホールド孔６ａと冷却水出口マニホールド孔７ａとを接続するように形成されている。
【００２４】
アノード側セパレータ１０７ａのＭＥＡ１０５と接触する正面、および背面には、それぞれ、燃料ガス流路１０６ａ及び冷却水流路７１が形成されている。燃料ガス流路１０６ａは、燃料ガス入口マニホールド孔２ａと燃料ガス出口マニホールド孔３ａとを接続するように形成され、冷却水流路７１は、冷却水入口マニホールド孔６ａと冷却水出口マニホールド孔７ａとを接続するように形成されている。
【００２５】
冷却水流路７０，７１、燃料ガス流路１０６ａ、酸化剤ガス流路１０６ｃはカソード側セパレータ１０７ｃ又はアノード側セパレータ１０７ａの主面に形成された溝で構成されている。また、隣接するカソード側セパレータ１０７ｃの冷却水流路７０とアノード側セパレータ１０７ａの冷却水流路７１とは、セル１０が積層されたとき互いに合わさる（接合する）ように形成されており、両者で１つの冷却水流路が形成されている。
【００２６】
また、図１１に示すように、カソード側セパレータ１０７ｃの背面及びアノード側セパレータ１０７ａの背面には、冷却水入口マニホールド孔６ａ及び冷却水出口マニホールド孔７ａ並びに冷却水流路７０と、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａと、燃料ガス入口マニホールド孔２ａと、燃料ガス出口マニホールド孔３ａとを、それぞれ、囲むように冷却水シール収容溝９ａが形成され、その溝に冷却水シール９がそれぞれ配置されている。これにより、前記のマニホールド孔等が互いにシールされている。
【００２７】
ＭＥＡ１０５は、高分子電解質膜１０１と、カソードとアノードからなる一対の電極１０４と、ＭＥＡガスケット１１０と、を有している。そして、高分子電解質膜１０１の縁部以外の部分の両面にそれぞれカソード及びアノードが形成され、高分子電解質膜１０１の縁部の両面にカソード及びアノードをそれぞれ囲むようにＭＥＡガスケット１１０が配置されている。カソード及びアノードは、高分子電解質膜１０１の互いに反対の主面にそれぞれ形成された触媒層とこの触媒層の上に形成されたガス拡散層とで構成されている。
【００２８】
また、カソードと、アノードと、カソード側セパレータ１０７ｃにおける酸化剤ガス流路１０６ｃが形成された領域及び冷却水流路７０が形成された領域と、アノード側セパレータ１０７ａにおける燃料ガス流路１０６ａが形成された領域及び冷却水流路７１が形成された領域とは、セル１０の積層方向から見て、互いに、実質的に全体的に重なり合うように配設されている。
【００２９】
次に、各流路について、カソード側セパレータ１０７ｃの背面に設けた冷却水流路７０を例にして説明する。
【００３０】
図１１に示すように、カソード側セパレータ１０７ｃは、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａ及び酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａ、燃料ガス入口マニホールド孔２ａ及び燃料ガス出口マニホールド孔３ａ並びに冷却水入口マニホールド孔６ａ及び冷却水出口マニホールド孔７ａを有する。
【００３１】
さらに、カソード側セパレータ１０７ｃは、背面に、冷却水入口マニホールド孔６ａと冷却水出口マニホールド孔７ａを接続する冷却水流路７０を有し、ＭＥＡ１０５と接する正面には、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａとを接続する酸化剤ガス流路１０６ｃを有する。
【００３２】
図１１において、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａはカソード側セパレータ１０７ｃの一方の側部（図面右側の側部：以下、第１の側部という）の上部に設けられ、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａはセパレータ１０７の他方の側部（図面左側の側部：以下、第２の側部という）の下部に設けられている。燃料ガス入口マニホールド孔２ａは、カソード側セパレータ１０７ｃの第２の側部の上部に設けられ、燃料ガス出口マニホールド孔３ａはカソード側セパレータ１０７ｃの第１の側部の下部に設けられている。
【００３３】
冷却水入口マニホールド孔６ａは酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａの上部の内側に設けられ、冷却水出口マニホールド孔７ａは酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａの下部の内側に設けられている。
【００３４】
図１１において、冷却水流路７０は、２つの流路（流路溝）で構成されている。各流路は、水平方向に延びる水平部７０ａと、鉛直方向に延びる鉛直部７０ｂとで実質的に構成されている。
【００３５】
具体的には、冷却水流路７０の各流路は、冷却水入口マニホールド孔６ａの、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａに近い方の端部からある距離下方に延び、そこから、カソード側セパレータ１０７ｃの第２の側部（図面左側の側部）まで水平に延び、そこから下方にある距離延び、そこから第１の側部（図面右側の側部）まで水平に延びている。
【００３６】
そして、そこから、上記の延在パターンを繰り返すサーペンタイン状の流路を構成し、その到達点から冷却水の出口マニホールド孔７ａの、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａに近い方の端部に至るように下方に延びている。そして、各流路の水平に延びる部分が水平部７０ａを形成し、下方に延びる部分が鉛直部７０ｂを形成している。
【００３７】
そして、カソード側セパレータ１０７ｃの正面には、酸化剤ガス流路１０６ｃが、また、アノード側セパレータ１０７ａの正面と背面にはそれぞれ燃料ガス流路１０６ａと、冷却水流路７１とが、上記の冷却水流路７０と同様の構成で形成されている。
【００３８】
以上のような構成にすることにより、酸化剤ガス流路１０６ｃおよび燃料ガス流路１０６ａは、全体的に見て鉛直方向の上から下へと流れるために、フラッディングが発生しにくい。
【００３９】
加えて、冷却水流路７０，７１は、セル１０の積層方向から見て酸化剤ガス流路１０６ｃと実質的に重なるように形成されており、燃料ガス流路１０６ａとは、水平方向においては反対方向に流れるものの、鉛直方向においては、全体としては上から下へと同じ方向に流れるように形成されている。したがって、比較的相対湿度が低くなる酸化剤ガスおよび燃料ガスの入口部において温度の上昇を抑えることができる。
【００４０】
そして先述のように、反応ガスの換算露点が燃料電池の温度よりも高くなるように反応ガスを加湿器で加湿してから燃料電池に供給する過加湿運転を行うことにより、高分子電解質膜の乾燥を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００６−２１０３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
しかしながら、上記従来の固体高分子型燃料電池では、以下のような課題があった。
【００４２】
すなわち、冷却媒体（冷却水やポリエチレングリコール水溶液などの不凍液）の入口マニホールド孔から冷却経路に供給された冷却媒体は、温度上昇によって溶存していた空気などのガスが気泡となって現れる。
【００４３】
ところで、燃料電池の発電は、比較的上流側に集中しやすく、また、一般的にセパレータに用いられる金属やカーボンといった材料は熱伝導率が高いため、冷却媒体の温度上昇は比較的上流側で大きくなる。すなわち冷却媒体の温度上昇は、上流側に偏る傾向がある。
【００４４】
そのため、冷却媒体から発生する気泡は、一方の反応ガスの入口近傍から他方の反応ガスの入口近傍までの間、すなわち、冷却流路の最初の水平部に溜まりやすい。
【００４５】
そして、冷却流路内に溜まった気泡は冷却媒体の流れを阻害するため、他方の反応ガス入口近傍の温度が上昇し、過加湿またはフル加湿の運転状態を維持できなくなる場合があり、高分子電解質膜の耐久性が低下するという課題があった。
【００４６】
本発明の固体高分子型燃料電池は、前記従来の課題を解決するものであり、冷却媒体中の溶存ガスから発生した気泡が冷却流路の特に反応ガス入口近傍に溜まることを抑制して、反応ガス入口近傍の温度が上昇することを抑制することができ、ひいては過加湿またはフル加湿の運転状態を維持することができる固体高分子型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】
【００４７】
上記課題を解決するために、本発明の固体高分子型燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有し、前記セパレータにはその表面に設けられた冷却通路に冷却媒体が流れるとともに、前記冷却通路は略水平部と略鉛直部とを複数接続して構成したサーペンタイン状であり、前記冷却通路の上端に設けられた冷却媒体供給マニホールドと前記冷却通路の下端に設けられた冷却媒体排出マニホールドを有し、前記冷却流路の少なくとも最初の略水平部には、冷却媒体の流れる向きに対して上流側が下流側よりも上方に位置するように傾斜させた傾斜部を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池としたものである。
【００４８】
これにより、少なくとも最初の略水平部である傾斜部で発生した気泡は自らの浮力によって、傾斜部に溜まることなく冷却媒体入口マニホールドに排出されるため、傾斜部に気泡が溜まり冷却媒体の流れを阻害することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の固体高分子型燃料電池は、冷却流路の少なくとも最初の略水平部を冷却媒体入口マニホールドに向かって傾斜させたために、一方の反応ガス入口近傍と他方の反応ガス入口近傍との間に気泡が溜まって温度が上昇するのを抑制することができ、過加湿もしくはフル加湿の状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
請求項１に記載の発明は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有し、前記セパレータにはその表面に設けられた冷却通路に冷却媒体が流れるとともに、前記冷却通路は略水平部と略鉛直部とを複数接続して構成したサーペンタイン状であり、前記冷却通路の上端に設けられた冷却媒体供給マニホールドと前記冷却通路の下端に設けられた冷却媒体排出マニホールドを有し、前記冷却流路の少なくとも最初の略水平部には、冷却媒体の流れる向きに対して上流側が下流側よりも上方に位置するように傾斜させた傾斜部を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池としたことにより、傾斜部で発生した気泡が傾斜部に溜まって冷却媒体の流れを阻害し、温度が上昇することを抑制することができる。
【００５１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の前記傾斜部において、冷却媒体の流れに対して垂直な断面の面積を示す流路断面積が、冷却流路の他の部分の流路断面積よりも大きくなるようにしたことにより、傾斜部において気泡が溜まりにくくすると共に、気泡が万が一溜まっても冷却媒体の流れを阻害しにくく、また、気泡が冷却媒体供給マニホールドに抜けやすい。
【００５２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池の前記傾斜部における流路断面積が、下流に行くにつれて徐々に狭くなるようにしたことにより、比較的小さなスペースで請求項２と同様の効果を得ることが可能である。
【００５３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の前記傾斜部の主面から見た形状を曲線状にしたものであり、これにより、冷却媒体の温度上昇が傾斜部近傍で一様でなく、温度上昇が大きい領域は傾斜を急にし、温度上昇が小さい領域では傾斜を緩やかにするといった具合に、傾斜部を複数の傾斜角度で構成した方が比較的省スペースで気泡を排出できることが想定される。その場合、傾斜角度を複数に変えた傾斜部では、複数の傾斜角度の流路が接続する部分に気泡が溜まりやすくなるが、傾斜部が全体的に滑らかな曲線で構成することが可能なため、複数の傾斜角度で構成した傾斜部に対して気泡が溜まりにくくできる。
【００５４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の前記傾斜部の流路を構成する上側の壁を、前記冷却媒体供給マニホールドとバイパス流路で接続したことにより、冷却流路に発生した気泡をバイパス経路から冷却媒体供給マニホールドに逃がすことができるので、気泡が溜まって冷却媒体の流れを阻害することを抑制することができる。
【００５５】
以下、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が、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、従来例と同一の部分については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は本発明による実施の形態１における固体高分子型燃料電池を構成する単セルの分解図である。
【００５６】
図１に示すように、本発明の実施の形態１の固体高分子型燃料電池の単セルは、高分子電解質膜１０１をカソードとアノードとを形成する一対の電極１０４で挟んで構成したＭＥＡ１０５と、ＭＥＡ１０５の外周を保持し、ＭＥＡ１０５と一体化された電気的絶縁物の樹脂で形成された枠体１を、一対のアノード側セパレータ１０７ａとカソード側セパレータ１０７ｃとからなるカーボン製のセパレータ１０７で挟み込んで構成されている。枠体１とセパレータ１０７は互いに主面の大きさが同じ矩形状に形成されている。
【００５７】
アノード側セパレータ１０７ａ、カソード側セパレータ１０７ｃ、および枠体１の主面における一方の側部（図１で示す左側で、以降、第１の側部と称す）の上部には、外部から水素を含む燃料ガスを導入するための燃料ガス入口マニホールド孔２ａが、他方の側部（図１で示す右側で、以降、第２の側部と称す）の下部には、発電に使用されなかった燃料ガスを外部に排出するための燃料ガス出口マニホールド孔３ａが、第２の側部の上部には、外部から酸素を含む酸化剤ガスを外部から導入するための酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａが、第１の側部の下部には、発電に使用されなかった酸化剤ガスを外部に排出するための酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａが、単セルの厚み方向に貫通するように、それぞれが対応して設けられている。
【００５８】
さらに、アノード側セパレータ１０７ａ、カソード側セパレータ１０７ｃ、および枠体１の酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａの上部で内側には冷却水入口マニホールド孔６ａが、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａの下部で内側には冷却水出口マニホールド孔７ａが単セルの厚み方向に貫通するように、それぞれが対応して設けられている。
【００５９】
そして、燃料ガス入口マニホールド孔２ａ，燃料ガス出口マニホールド孔３ａ，酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａ，酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａ，冷却水入口マニホールド孔６ａ，冷却水出口マニホールド孔７ａは、後述するように、複数の単セルを積層して燃料電池スタックとした際に、それぞれ燃料ガス供給マニホールド２，燃料ガス排出マニホールド３，酸化剤ガス供給マニホールド４，酸化剤ガス排出マニホールド５，冷却水供給マニホールド６，冷却水排出マニホールド７を構成する。
【００６０】
また、枠体１のカソード側には、電極１０４と酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａとを囲う領域と、燃料ガス入口マニホールド孔２ａと、燃料ガス出口マニホールド孔３ａと、冷却水入口マニホールド孔６ａと、冷却水出口マニホールド孔７ａとの各孔外周をそれぞれ囲う領域とに、各領域に流通する所定の反応ガスまたは冷却水が当該領域外に漏れ出ないようにするためのＭＥＡガスケット１１０が設けてある。
【００６１】
また、枠体１のアノード側には、カソード側と同様に、電極１０４と燃料ガス入口マニホールド孔２ａと燃料ガス出口マニホールド孔３ａとを囲う領域と、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａと、冷却水入口マニホールド孔６ａと、冷却水出口マニホールド孔７ａとの各孔外周をそれぞれ囲う領域とに、各領域に流通する反応ガスまたは冷却水が当該領域外に漏れ出なくするためのＭＥＡガスケット（図示せず）が設けてある。
【００６２】
また、アノード側セパレータ１０７ａのＭＥＡ１０５と接する面（以降、この面をアノード側セパレータの正面とする）には、燃料ガス入口マニホールド孔２ａと燃料ガス出口マニホールド孔３ａとを結び、電極１０４に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路１０６ａが設けてある。
【００６３】
この燃料ガス流路１０６ａは、枠体１のアノード側の電極１０４と燃料ガス入口マニホールド孔２ａと燃料ガス出口マニホールド孔３ａとを囲うＭＥＡガスケットで外部とシールされた領域内に対応する位置に、実質、水平方向に延びる水平部と、鉛直方向に延びる鉛直部とを複数組み合わせてサーペンタイン状に形成されている。
【００６４】
具体的には第１の側部側にある燃料ガス入口マニホールド孔２ａから、水平方向に第２の側部に向かって延び、ＭＥＡガスケットで囲まれた領域内の第２の側部近傍で、鉛直方向下向きに向きを変えて所定の距離下向きに延びた後、再び第１の側部に向かって水平に延びる。
【００６５】
そしてそこから、所定の回数上記流路パターンをＭＥＡガスケットで囲まれた領域内で繰り返して、最終的に燃料ガス出口マニホールド孔３ａに到達する構成である。そして水平に延びた部分が水平部を形成し、鉛直に延びた部分が鉛直部を形成している。
【００６６】
そして、燃料ガス流路１０６ａが設けられた領域は、燃料ガス入口マニホールド孔２ａおよび燃料ガス出口マニホールド孔３ａと接続される水平部の一部を除いて電極１０４と接する領域と概ね重なる。これにより、燃料ガスを電極１０４の全面に行き渡らせることが可能となる。
【００６７】
また、カソード側セパレータ１０７ｃのＭＥＡ１０５と接する面（以降、この面をカソード側セパレータの正面とする）には、アノード側セパレータ１０７ａの正面と同様に、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａとを結び、電極１０４に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路（図示せず）がサーペンタイン状に設けられている。
【００６８】
酸化剤ガス流路が設けられた領域は、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａおよび酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａと接続される水平部の一部を除いて電極１０４と接する領域と概ね重なる。これにより、酸化剤ガスを電極１０４の全面に行き渡らせることが可能となる。
【００６９】
そして、燃料ガス流路１０６ａと酸化剤ガス流路１０６ｃは、各反応ガスが重力に逆らうことなく上から下へと流れるように流路を構成してあるため、フラッディングが抑制される。
【００７０】
また、カソード側セパレータの正面でない側の主面（以降、この面をカソード側セパレータの背面とする）には、冷却水入口マニホールド孔６ａと冷却水出口マニホールド孔７ａとを結ぶ冷却水流路８が設けてある。
【００７１】
そして、さらにカソード側セパレータの背面には、冷却水流路８と冷却水入口マニホールド孔６ａと冷却水出口マニホールド孔７ａとを囲む領域と、燃料ガス入口マニホールド孔２ａと、燃料ガス出口マニホールド孔３ａと、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａと、酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａの各孔外周の領域をそれぞれ囲む冷却水シール９を設け、各領域に流通する所定の反応ガスおよび冷却水が外部に漏れ出ないようにしてある。
【００７２】
冷却水流路８は、水平方向に延びる水平部８ａと、鉛直方向に延びる鉛直部８ｂ、そして冷却水の流れに対して上流側が下流側に対して上になるように傾斜した傾斜部８ｃとで実質的に構成されている。
【００７３】
具体的には、冷却水流路８は、第２の側部の上側にある冷却水入口マニホールド孔６ａから鉛直下向きに所定距離延びてから、第１の側部側に所定の角度だけ下向きに傾いて向きを変え、傾斜した状態で第２の側部に至り、再度、鉛直下向きに向きを変える。
【００７４】
そして所定の距離下向きに延びた後、今度は第２の側部に向かって水平方向に延びて第２の側部に至り、第２の側部で下向きに向きを変えて所定の距離延びた後、今度は第１の側部に向かって水平に延びる。そして以降は、この水平と鉛直の流路パターンを所定回数繰り返し、最後は、第１の側部下側にある冷却水出口マニホールド孔７ａに接続する。
【００７５】
この、冷却水流路８が設けられた領域は、カソード側セパレータの正面に酸化剤ガス流路が設けられた領域および、アノード側セパレータの正面の燃料ガス流路１０６ａが設けられた領域、すなわち電極１０４の領域と概ね重なる。
【００７６】
ただし、冷却水入口マニホールド孔６ａおよび冷却水出口マニホールド孔７ａと接続される鉛直部の一部と、傾斜部の一部で冷却水入口マニホールド孔６ａ側の一部は、前記領域の外側に位置する。すなわち、本実施の形態１では、傾斜部８ｃの上流側の一部が電極１０４の領域の上側に、傾斜部８ｃの下流側が電極１０４の領域内になるように形成している。
【００７７】
図２は図１に示す単セルを複数積層して構成し燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。
【００７８】
図２に示すように、燃料電池スタックは図１に示す単セルを、単セルを構成するアノード側セパレータ１０７ａと、隣接する単セルを構成するカソード側セパレータ１０７ｃとが電気的に接続するようにして複数枚積層し、両端に位置する単セルのアノード側セパレータ１０７ａ，カソード側セパレータ１０７ｃと電気的に接続した集電板１２ａ，１２ｃを配置し、絶縁板１３ａ，１３ｃを介して一対の端板１４ａ，１４ｃで挟持したものである。
【００７９】
そして各単セルの燃料ガス入口マニホールド孔２ａ，燃料ガス出口マニホールド孔３ａ，酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａ，酸化剤ガス出口マニホールド孔５ａ，冷却水入口マニホールド孔６ａおよび冷却水出口マニホールド孔７ａが、複数の単セルを積層することにより、それぞれ燃料ガス供給マニホールド２，燃料ガス排出マニホールド３，酸化剤ガス供給マニホールド４，酸化剤ガス排出マニホールド５，冷却水供給マニホールド６および冷却水排出マニホールド７を構成している。
【００８０】
また、端板１４ａは、絶縁板１３ａを介してアノード側セパレータ１０７ａと接続した集電板１２ａをアノード側セパレータ１０７ａに圧接させ、端板１４ｃは絶縁板１３ｃを介してカソード側セパレータ１０７ｃと接続した集電板１２ｃをカソード側セパレータ１０７ｃに圧接させている。
【００８１】
そして、集電板１２ｃ、絶縁板１３ｃ、端板１４ｃには、燃料ガス供給マニホールド２と酸化剤ガス供給マニホールド４および冷却水供給マニホールド６とに対応した貫通穴が設けてあり、さらに端板１４ｃの絶縁板１３ｃと接する主面の反対面に設け、燃料ガスを燃料電池スタックに導入する燃料ガス入口配管１５、酸化剤ガスを燃料電池スタックに導入する酸化剤ガス入口配管１６、そして冷却水を燃料電池スタックに導入する冷却水入口配管１７にそれぞれ接続してある。
【００８２】
また、同様に、集電板１２ａ、絶縁板１３ａ、端板１４ａには、燃料ガス排出マニホールド３と酸化剤ガス排出マニホールド５および冷却水排出マニホールド７とに対応した貫通穴が設けてあり、さらに端板１４ａの絶縁板１３ａに接する面の反対面に設けた、燃料ガスをスタックから排出する燃料ガス出口配管と、酸化剤ガスをスタックから排出する酸化剤ガス出口配管と、冷却水を排出する冷却水出口配管とに、それぞれと接続されている。
【００８３】
集電板１２ａ，１２ｃには、電極１０４の中央に対応する位置に電力取り出し端子１８が絶縁板１３ａ，１３ｃと端板１４ａ，１４ｃとを貫通し、端板１４ａ，１４ｃと電気的に絶縁された状態で端板１４ａ，１４ｃから突出して設けられ、外部回路に接続されている。
【００８４】
また、端板１４ａ，１４ｃとは、締結ロッド（図示せず）によって締結し、積層した単セルのＭＥＡガスケット１１０および冷却水シール９に締め付け圧力を与えてシール性を発揮させ、また、電極１０４とアノード側セパレータ１０７ａおよびカソード側セパレータ１０７ｃとを接触させている。
【００８５】
図３は、図２の燃料電池スタックを用いた燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。
【００８６】
本実施の形態１の燃料電池システムでは燃料電池スタック５０に、燃料ガス供給装置５１から燃料ガスが燃料ガス入口配管１５を通して供給され、酸化剤ガス供給装置５２から酸化剤ガスが酸化剤ガス入口配管１６を通して供給されるが、燃料電池スタック５０に供給される前にそれぞれ、アノード加湿器５３とカソード加湿器５４で所定の温度，露点まで加熱および加湿されて供給される。
【００８７】
アノード加湿器５３は、第１の加湿器５３ａと第２の加湿器５３ｂとで構成され、第１の加湿器５３ａは、燃料ガス供給装置５１から導入された燃料ガスと、燃料電池スタック５０から排出された排燃料ガスとを水蒸気透過膜を介して接触させて熱湿交換させる全熱交換型の熱交換器であり、第２の加湿器５３ｂは、第１の加湿器５３ａから導入された燃料ガスを、燃料電池スタック５０から排出された冷却水と水蒸気透過膜を介して接触させて熱湿交換させる加湿器であり、第２の加湿器５３ｂを出た燃料ガスが、燃料電池スタックに供給される。
【００８８】
また、カソード加湿器５４は、第１の加湿器５４ａと第２の加湿器５４ｂとで構成され、第１の加湿器５４ａは、酸化剤ガス供給装置５２から導入された酸化剤ガスと、燃料電池スタック５０から排出された排酸化剤ガスとを水蒸気透過膜を介して接触させて熱湿交換させる全熱交換型の熱交換器であり、第２の加湿器５４ｂは、第１の加湿器５４ａから導入された酸化剤ガスを、燃料電池スタック５０から排出された冷却水と水蒸気透過膜を介して接触させて熱湿交換させる加湿器であり、第２の加湿器５４ｂを出た酸化剤ガスが、燃料電池スタックに供給される。
【００８９】
また、燃料電池スタック５０には、冷却水が冷却水ポンプ５５から供給され、燃料電池スタック５０から排出された冷却水は、一旦、二手に分かれてアノード加湿器５３とカソード加湿器５４とに供給された後、再度合流し、混合弁５６で再び二手に分かれ、一方は放熱器５７を介して冷却され後、他方と合流し、再び冷却水ポンプ５５へと戻る。なお、放熱器５７には、図示していないが、システム外の水を導入して熱交換させ加熱，貯湯し、お湯として蓄熱利用している。
【００９０】
さらに燃料電池スタック５０の冷却水の入口と出口には、それぞれ第１の温度センサ５８と第２の温度センサ５９とが設けてあり、図示していない制御部によって、燃料電池スタックの温度を一定に保つように温度センサ５８，５９の監視と、冷却水ポンプ５５と混合弁５６との制御を行っている。
【００９１】
具体的には、温度センサ５８の温度が所定の温度よりも高い場合は、混合弁５６を制御して放熱器５７に流れる比率を増やしてやり、温度センサ５８の温度が所定の温度よりも低い場合は、逆に放熱器５７に流れる比率を減らしてやる。
【００９２】
また、温度センサ５８，５９の温度差が所定の温度差よりも大きいときは、冷却水ポンプ５５を制御して冷却水流量を増やしてやり、逆に温度差が小さいときは、冷却水ポンプ５５を制御して冷却水流量を減らしてやる。
【００９３】
これにより、燃料電池スタック５０の温度を一定に保つことが可能となり、結果として燃料電池から排出される排燃料ガスと排酸化剤ガスの温度もほぼ一定に制御することが可能となる。よって、燃料電池スタック５０に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの温湿度を、燃料電池で発生する熱を利用して一定に保つことが可能となる。
【００９４】
以上のように構成した燃料電池システムについて、以下その動作、作用について、本発明の特徴である燃料電池内の冷却水温度と反応ガスの湿度を中心に説明する。
【００９５】
燃料電池スタック５０の発電時には、アノード加湿器５３で所定の温湿度に加熱，加湿された燃料ガスが燃料ガス入口配管１５から燃料電池スタック５０に供給され、燃料ガス供給マニホールド２を介して各単セルのアノード側セパレータ１０７ａの燃料ガス流路１０６ａを通って電極１０４のアノード側に供給される。
【００９６】
一方、カソード加湿器５４で所定の温湿度に加熱，加湿された酸化剤ガスは酸化剤ガス入口配管１６から燃料電池スタック５０に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド４を介して、各単セルのカソード側セパレータ１０７ｃの酸化剤ガス流路を通って電極１０４のカソード側に供給される。そして、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素の電気化学反応によって電気と熱、そして水が発生する。
【００９７】
発電に伴って発生した熱は、冷却水を冷却水入口配管１７から冷却水供給マニホールド６を介してカソード側セパレータ１０７ｃの冷却水流路８に供給し、冷却水排出マニホールド７を介して冷却水出口から燃料電池スタック５０の外へ排出することで、燃料電池スタック５０から搬出される。
【００９８】
なお、本実施の形態１の燃料電池システムでは、第１の温度センサ５８により冷却水入口配管１７の温度を６０℃に、そして第２の温度センサ５９により冷却水出口温度を７０℃になるように混合弁５６と冷却水ポンプ５５を制御した。
【００９９】
さらに、燃料ガスと酸化剤ガスとの露点の所定値を本実施の形態１では６６℃とし、本実施の形態１の燃料電池スタック５０の発熱量および放熱量、さらには冷却水の入口と出口の温度差（１０℃）とそのときの冷却水流量、および発電に必要な反応ガス流量をもとに、アノード加湿器５３とカソード加湿器５４とを最適な構成、大きさとして用いた。
【０１００】
なお、アノード加湿器５３とカソード加湿器５４とを大きくしてアノード加湿器５３，カソード加湿器５４を構成する水蒸気透過膜の有効熱湿交換面積を大きくしてやれば、ある程度の加湿性能の向上が図れるが、最終的には加湿性能は冷却水出口温度に大きく依存するため、冷却水入口温度と冷却水出口温度が一定で、かつヒータなどを用いて燃料電池システムの発電効率低下させることを避ける場合にはあまり大きな過失性能向上の効果を得ることは難しく、逆にコストアップや燃料電池システムの大型化を招いてしまう。
【０１０１】
また、冷却水出口温度を上げることによって加湿性能の向上を図ることは可能であるが、今度は外部との温度差が大きくなるために、放熱による熱回収効率のロスが大きくなってしまう。
【０１０２】
ここで冷却水入口温度６０℃に対して、反応ガスの露点を６６℃と高めに設定しているのは、以下のためである。すなわち、本実施の形態１の燃料電池スタックでは、冷却水が燃料電池スタック５０に供給されてから冷却水流路８に到達するまでの間に、冷却水供給マニホールド６内で加熱され、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａ近傍では約３℃温度上昇する。
【０１０３】
そして、傾斜部８ｃを通って燃料ガス入口マニホールド孔２ａに到達する時には、約６℃温度上昇し、燃料ガス供給時の露点と同等の約６６℃になる。よって、燃料電池スタックに供給する反応ガスのうち少なくとも冷却水入口マニホールド孔６ａから遠い反応ガス入口マニホールド孔（本実施の形態１では、燃料ガス入口マニホールド孔２ａ）から供給する反応ガス（本実施の形態１では、燃料ガス）の露点は、最低限、フル加湿運転を維持するためには６６℃以上とする必要がある。
【０１０４】
ところで、冷却水の温度は上述のように、酸化剤ガス入口マニホールド孔４ａ近傍から燃料ガス入口マニホールド孔２ａまでの間、すなわち傾斜部８ｃにおいて約６℃の大きな温度上昇をする。これは、反応ガス中の水素および酸素濃度が高い上流側に発電が比較的集中しやすいことと、セパレータ１０７を形成するカーボンの熱伝導率が充分高いために、下流側の熱が上流側に流れ込むためである。
【０１０５】
そして、冷却水が温度上昇する際、冷却水中に溶存していた空気が気泡となって発生する。この気泡の発生は、冷却水の温度が高くなると、水中に溶存できる空気の量が減ることによるもので、温度差が大きい傾斜部８ｃにおいてその発生量が多いことになる。そしてこの発生した空気の気泡は、他の気泡と合体して大きくなると、自らの浮力によって冷却水入口マニホールド孔６ａ方向に向かって移動し、冷却水入口マニホールド孔６ａから排出されるため、冷却水流路に溜まって冷却水の流れを阻害することがない。
【０１０６】
なお、本実施の形態１の燃料電池の冷却水流路８が、従来の燃料電池スタックを、セルの積層方向の軸で４５度の角度以下で回転させて得られる冷却水流路と異なる点は、冷却水流路の全域を通じて、水平部はあるものの鉛直方向上から下へ、重力に逆らうことなく流れる典である。
【０１０７】
次に冷却水流路のバリエーションについて示す。図４から図７は燃料電池を構成するカソード側セパレータの背面図であり、冷却水流路を示すものである。なお、簡略化のために図１に示すものと同様の構成である冷却水シールについては図示していない。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図であり、冷却水流路６０の傾斜部６０ｃの溝幅を、他の冷却水流路６０を構成する鉛直部６０ｂおよび水平部６０ａより、広くしたものである。なお、先の実施の形態１と同様の構成、動作については、その説明を省略する。
【０１０８】
この構成によって、傾斜部に気泡が溜まりにくく、万が一溜まったとしても、流路断面積が広いために、冷却水の流れを阻害しにくく、最終的には、気泡が大きく成長して、流れを阻害する前に冷却水入口マニホールド孔６ａに抜けていくことが期待できる。
【０１０９】
なお、冷却水流路の溝深さを深くすることによっても同様の効果が得られるが、セパレータの厚みが厚くなり、燃料電池スタックの大型化を招くこととなる。
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図であり、冷却水流路６１の傾斜部６１ｃの流路幅をが、傾斜部６１ｃの上流側で広く、そして下流側の鉛直部に向かうにつれて徐々に狭くなるものである。なお、冷却水流路６１は、傾斜部６１ｃに加えて水平部６１ａおよび鉛直部６１ｂを有する。
【０１１０】
この構成によって、傾斜部６１ｃによる気泡の排出性を維持したまま、電極１０４に対応する全面に流路を設けることができるため、効率よく流路を構成することができる。
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図であり、冷却水流路６２の傾斜部６２ｃが曲線で構成され、冷却水流路６２が、鉛直部６２ｂとそれに続く水平部６２ａで構成されたものである。なお、先の実施の形態１と同様の構成、動作については、その説明を省略する。
【０１１１】
この構成によって、気泡の発生が多いところ、すなわち温度上昇が大きいところの傾斜角度を大きく、気泡の発生が少ないところ、すなわち温度上昇が小さいところでは傾斜角度を小さく、複数の傾斜角度を持たせることができ、さらには、その複数の傾斜角度の傾斜部の接続部分を滑らかにつなぐことによって、接続部に気泡が溜まるのを抑制することが可能である。
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図であり、冷却水流路６３が傾斜部６３ｃと鉛直部６３ｂとから構成されたものである。すなわち冷却水入口マニホールド孔６ａから鉛直下向きに所定距離延びた後、第１の側部に向かって所定の角度鉛直下向きに傾斜したまま延び、第１の側部で鉛直下向きに向きを変え、所定距離鉛直に延びた後、第２の側部に向かった、所定の角度鉛直下向きに傾斜したまま延びる。
【０１１２】
そして、この流路パターンを所定の回数繰り返して冷却水出口マニホールド孔７ａに到達する。なお、先の実施の形態１と同様の構成、動作については、その説明を省略する。
【０１１３】
この構成により、冷却水流路は全体を通じて鉛直上から下への流れとなり、気泡が溜まりにくくなる。しかし、電極１０４を効率よく全体的に冷却するという観点では、若干、性能が低下することになる。
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図であり、冷却水流路６４は、冷却水入口マニホールド孔６ａから鉛直下向きに所定の距離延び、第１の側面方向に向きを変え、略水平に所定距離延びた後、鉛直下向きに若干角度を変えてから第１の側面に至り、そこで鉛直下向きに角度を変えて所定の距離延びた後、第２の側面に角度を変えて水平な流路を形成して第２の側面に至る。その後は、鉛直な流路（鉛直部６４ｂ）と水平な流路（水平部６４ａ）とを繰り返し、冷却水出口マニホールド孔７ａに至る。
【０１１４】
そして、図８に示すようにそして、冷却水流路の内の一本で、冷却水入口マニホールド孔６ａがある第２の側面から第１の側面に最初に向かう部分で一番上側に位置する流路（以降、第１の冷却水流路と呼ぶ）の、鉛直下向きに若干角度を変える部分（傾斜部６４ｃ）には、冷却水入口マニホールド孔６ａの上側と接続されたバイパス経路６５が設けてある。なお、先の実施の形態１と同様の構成、動作については、その説明を省略する。
【０１１５】
この構成により、第１の冷却水流路で発生した気泡は、バイパス経路を介して冷却水入口マニホールド孔６ａに排出されるために、気泡が冷却水流路に溜まって冷却水の流れを阻害することがない。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明にかかる固体高分子型燃料電池は、ポータブル電源、電気自動車用電源、定置型コージェネレーションシステム等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の形態１における固体高分子型燃料電池の単セルの分解図
【図２】同固体高分子型燃料電池の燃料電池スタックの斜視図
【図３】同固体高分子型燃料電池の模式図
【図４】本発明の実施の形態２の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図
【図５】本発明の実施の形態３の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図
【図６】本発明の実施の形態４の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図
【図７】本発明の実施の形態５の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図
【図８】本発明の実施の形態６の固体高分子燃料電池のセパレータの背面図
【図９】従来の燃料電池スタックの概略構成を示す斜視図
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ面断面図
【図１１】同燃料電池スタックの冷却水流路を示すセパレータの背面図
【符号の説明】
【０１１８】
１    枠体
２    燃料ガス供給マニホールド
２ａ    燃料ガス入口マニホールド孔
３    燃料ガス排出マニホールド
３ａ    燃料ガス出口マニホールド孔
４    酸化剤ガス供給マニホールド
４ａ    酸化剤ガス入口マニホールド孔
５    酸化剤ガス排出マニホールド
５ａ    酸化剤ガス出口マニホールド孔
６    冷却水供給マニホールド
６ａ    冷却水入口マニホールド孔
７    冷却水排出マニホールド
７ａ    冷却水出口マニホールド孔
８，６０，６１，６２，６３，６４    冷却水流路
８ａ，６０ａ，６１ａ，６２ａ，６４ａ    水平部
８ｂ，６０ｂ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ    鉛直部
８ｃ，６０ｃ，６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃ    傾斜部
９    冷却水シール
１０    セル
１２ａ，１２ｃ    集電板
１３ａ，１３ｃ    絶縁板
１４ａ，１４ｃ    端板
１５    燃料ガス入口配管
１６    酸化剤ガス入口配管
１７    冷却水入口配管
１８    電力取り出し端子
５０    燃料電池スタック
５１    燃料ガス供給装置
５２    酸化剤ガス供給装置
５３    アノード加湿器
５４    カソード加湿器
５３ａ，５４ａ    第１の加湿器
５３ｂ，５４ｂ    第２の加湿器
５５    冷却水ポンプ
５６    混合弁
５７    放熱器
５８，５９    温度センサ
６５    バイパス経路
１０１    高分子電解質膜
１０４    電極
１０５    ＭＥＡ
１０６ａ    燃料ガス流路
１０６ｃ    酸化剤ガス流路
１０７ａ    アノード側セパレータ
１０７ｃ    カソード側セパレータ
１１０    ＭＥＡガスケット
【図１】
2009081102.tif 000003
【図２】
2009081102.tif 000004
【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】
2009081102.tif 000009
【図８】
2009081102.tif 000010
【図９】
2009081102.tif 000011
【図１０】
2009081102.tif 000012
【図１１】
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