(57)【要約】【課題】電池生成水によって燃料電池が悪影響を受けることを軽減できる燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】アノード電極２７とカソード電極２８で電解質膜２６を挟んで構成される膜電極接合体１８と、膜電極接合体１８と交互に配列され、膜電極接合体１８を分離するためのセパレータ１９と、を備える燃料電池において、セパレータ１９は少なくともその一部の領域に、第１の面３４から第２の面３５へ、又は第２の面３５から第１の面３４へ水を透過させつつ、ガスの透過を妨げることができる水透過性材３７を含むことを特徴とする。【選択図】図２
2009099317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極とカソード電極で電解質膜を挟んで構成される膜電極接合体と、
前記膜電極接合体と交互に配列され、前記膜電極接合体を分離するためのセパレータと、を備え、
前記膜電極接合体と、前記セパレータと、を交互に配列して燃料電池を構成したときに、前記セパレータの前記カソード電極と対向する第１の面と、前記カソード電極と、の間には、前記カソード電極に供給される酸化剤ガスの流路が形成され、
前記セパレータの前記アノード電極と対向する第２の面と、前記アノード電極と、の間には、前記アノード電極に供給される燃料ガスの流路が形成される燃料電池において、
前記セパレータは少なくともその一部の領域に、前記第１の面から前記第２の面へ、又は前記第２の面から前記第１の面へ水を透過させつつ、ガスの透過を妨げることができる水透過性材を含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、前記酸化剤ガスの流路のガス入口よりもガス出口に近い第１の領域に前記水透過性材を含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、前記酸化剤ガスの流路のガス出口よりもガス入口に近い第２の領域に前記水透過性材を含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の燃料電池であって、
前記酸化剤ガスの流路を流れる酸化剤ガスと前記燃料ガスの流路を流れる燃料ガスは互いに対向するように流れることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
燃料電池用セパレータであって、
膜電極接合体のカソード電極と対向し、前記カソード電極との間に酸化剤ガスの流路を形成する第１の面から、膜電極接合体のアノード電極と対向し、前記アノード電極との間に燃料ガスの流路を形成する第２の面へ、又は前記第２の面から前記第１の面へ水を透過させつつ、ガスの透過を妨げる水透過性材を少なくとも一部の領域に含むことを特徴とする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、燃料電池及び燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば車両の駆動用モータの電源などに用いられる燃料電池の開発が進んでいる。そのような燃料電池の構造として、アノード電極とカソード電極で電解質膜を挟んで構成される膜電極接合体と、膜電極接合体を分離するためのセパレータと、を交互に配列して燃料電池を構成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、従来の燃料電池の断面図である。アノード電極１０とカソード電極１１で電解質膜１２を挟んで構成される膜電極接合体１３と、膜電極接合体１３を分離するためのセパレータ１４と、を交互に配列して燃料電池が構成される。このとき、セパレータ１４のカソード電極１１と対向する第１の面１５と、カソード電極１１と、の間にはカソード電極１１に供給される酸化剤ガスの流路が形成される。酸化剤ガス流路には酸化剤ガスである空気が流れる。また、セパレータ１４のアノード電極１０と対向する第２の面１６と、アノード電極１０と、の間にはアノード電極１０に供給される燃料ガスの流路が形成される。燃料ガス流路には燃料ガスである水素ガスが流れる。図１０に示すように、酸化剤ガス流路を流れる空気と燃料ガス流路を流れる空気は、互いに対向するように流れる。アノード電極１０に水素ガスが供給され、カソード電極１１に空気が供給されると、それぞれの電極で次の式（１）及び式（２）に示す反応が起きる。
【０００４】
アノード反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  ・・・（１）
カソード反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ  ・・・（２）
【０００５】
アノード電極１０においては、水素ガスはプロトン（水素イオン）と電子に分離する。プロトンは、電解質膜１２を透過してカソード電極１１へ移動する。電子は、外部の電気回路を介してカソード電極１１へ移動する。カソード電極１１においては、アノード電極１０から移動してきたプロトン及び電子は酸化剤ガスである空気と反応して水を生成する。その電池生成水は酸化剤ガスの流路を流れる空気へ供給されるが、一部の電池生成水は逆拡散して電解質膜１２を湿潤に保つ。
【０００６】
図１１は、従来の燃料電池における、酸化剤ガスの湿度と、燃料ガスの湿度と、電解質膜１２の保水量と、電解質膜１２の導電性と、の関係を示す図面である。図１１に示すように、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路のガス入口側からガス出口側へと向かうにつれて、その湿度が高くなる。また、燃料ガス流路を流れる燃料ガスは、燃料ガス流路のガス入口側からガス出口側へと向かうにつれて、その湿度が高くなる。図１０及び図１１に示すように、酸化剤ガスの入口側は燃料ガスの出口側に対応し、酸化剤ガスの出口側は燃料ガスの入口側に対応する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、酸化剤ガス流路のガス入口付近においては、酸化剤ガス流路を流れる空気は乾燥しているので、カソード電極１１で発生する電池生成水の大部分は空気の方へ拡散する。水分は、湿潤な方から乾燥している方へ向かって移動するためである。このとき、カソード電極１１から電解質膜１２へ逆拡散する電池生成水は殆ど無い。そうすると、図１１に示すように、酸化剤ガス流路のガス入口付近においては、電解質膜１２の保水量は少なくなって乾燥してしまい、その導電率も低下してしまう。
【０００９】
また、燃料ガス流路のガス入口付近においては、燃料ガス流路を流れる水素ガスは乾燥しているので、カソード電極１１から逆拡散して電解質膜１２へ供給される電池生成水は殆ど水素ガスへ拡散する。そうすると、図１１に示すように、燃料ガスのガス入口付近においては、電解質膜１２の保水量は少なくなって乾燥してしまい、その導電率も低下してしまう。
【００１０】
上記のような電解質膜１２の乾燥を防止するためには、カソード電極１１に供給される空気及びアノード電極１０に供給される水素ガスに予め適度な水分を加えておくことが好ましい。しかし、反応ガスに予め適度な水分を加えるための加湿装置を別に設けると、装置構成が煩雑になると共にコストアップに繋がるという問題があった。
【００１１】
また、酸化剤ガス流路のガス出口付近においては、酸化剤ガス流路を流れる空気は飽和状態を越え、空気と電池生成水とが混在した気液二相流となる。そうすると、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水がカソード電極１１に付着して電極の細孔を塞ぎ、空気のカソード電極１１への供給を妨げるおそれがある。これにより、電池性能の低下が引き起こされるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した問題のうち少なくとも１つを解決することができる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、アノード電極とカソード電極で電解質膜を挟んで構成される膜電極接合体と、膜電極接合体と交互に配列され、膜電極接合体を分離するためのセパレータと、を備え、膜電極接合体と、セパレータと、を交互に配列して燃料電池を構成したときに、セパレータのカソード電極と対向する第１の面と、カソード電極と、の間には、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流路が形成され、セパレータのアノード電極と対向する第２の面と、アノード電極と、の間には、アノード電極に供給される燃料ガスの流路が形成される燃料電池において、セパレータは少なくともその一部の領域に、第１の面から第２の面へ、又は第２の面から第１の面へ水を透過させつつ、ガスの透過を妨げることができる水透過性材を含むことを特徴とする。また、セパレータは、酸化剤ガスの流路のガス入口よりもガス出口に近い第１の領域に水透過性材を含むことが好適である。
【００１４】
かかる構成によれば、セパレータの第１の領域においては、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水をセパレータの第１の面から第２の面へ透過させて、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水の量を減らすことができる。そうすると、電池生成水がカソード電極に付着することを抑制できる。これにより、酸化剤ガスのカソード電極への供給が妨げられることを軽減できる。
【００１５】
本発明の燃料電池であって、セパレータは、酸化剤ガスの流路のガス出口よりもガス入口に近い第２の領域に水透過性材を含むこともできる。かかる構成によれば、セパレータの第２の領域においては、燃料ガスに含まれる水分をセパレータの第２の面から第１の面へ透過させて、酸化剤ガス流路のガス入口付近を流れる酸化剤ガスに適度な湿分を供給することもできる。これにより、電解質膜の乾燥を抑制することができ、酸化剤ガスを予め加湿するための装置が不要となる。
【００１６】
また、セパレータは第１の領域及び第２の領域にそれぞれ水透過性材を含み、酸化剤ガスの流路を流れる酸化剤ガスと燃料ガスの流路を流れる燃料ガスは互いに対向するように流れるという構成とすることもできる。かかる構成によれば、セパレータの第１の領域においては、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水を水透過性材を通じて燃料ガス流路を流れる燃料ガスへ供給することができる。また、セパレータの第２の領域においては、燃料ガス流路を流れる燃料ガスに含まれる電池生成水を水透過性材を通じて酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスへ供給することができる。そうすると、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水がカソード電極に付着することを抑制できると共に、反応ガスを予め加湿するための装置も不要となる。
【００１７】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、膜電極接合体のカソード電極と対向し、前記カソード電極との間に酸化剤ガスの流路を形成する第１の面から、膜電極接合体のアノード電極と対向し、前記アノード電極との間に燃料ガスの流路を形成する第２の面へ、又は前記第２の面から前記第１の面へ水を透過させつつ、ガスの透過を妨げる水透過性材を少なくとも一部の領域に含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池生成水によって燃料電池が悪影響を受けることを軽減できる。また、その電池生成水を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（構成）
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池１７の外観構成を示す図面である。本実施形態に係る燃料電池１７は、膜電極接合体１８と、膜電極接合体１８を分離するためのセパレータ１９と、が交互に配列されて構成される。燃料電池１７は、酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給マニホールド２０と、酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス排出マニホールド２１を備える。また、燃料電池１７は、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド２２と、燃料ガスが排出される燃料ガス排出マニホールド２３を備える。さらに、燃料電池１７は、燃料電池１７を冷却するための冷却媒体が供給される冷却媒体供給マニホールド２４と、冷却媒体が排出される冷却媒体排出マニホールド２５を備える。なお、酸化剤ガスとしては、例えば空気が使用され、燃料ガスとしては、例えば水素ガスが使用される。冷却媒体としては、例えば水を使用することができる。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る燃料電池１７の断面図である。膜電極接合体１８は、イオン交換膜からなる電解質膜２６と、アノード電極２７と、カソード電極２８と、を備える。電解質膜２６は、アノード電極２７とカソード電極２８に挟まれて接合され、膜電極接合体１８を構成する。
【００２１】
セパレータ１９は、アノード電極２７に対向するアノード対向プレート２９と、カソード電極２８に対向するカソード対向プレート３０と、中間プレート３１と、を備える。中間プレート３１は、アノード対向プレート２９とカソード対向プレート３０に挟まれて接合され、セパレータ１９を構成する。なお、本実施形態においては、セパレータ１９は、３つのプレートを接合することによって構成されているが、これに限らず、セパレータ１９は、膜電極接合体を分離できるものであればよい。例えば、セパレータ１９は一体に成形されるものであってもよい。
【００２２】
アノード電極２７と、アノード対向プレート２９と、の間にはアノード側多孔体３２が設けられる。カソード電極２８と、カソード対向プレート３０と、の間にはカソード側多孔体３３が設けられる。アノード側多孔体３２及びカソード側多孔体３３は、ガス拡散性を有する多孔質の材料で構成され、反応ガスの流路として機能する。すなわち、アノード側多孔体３２は、燃料ガスの流路となり、カソード側多孔体３３は、酸化剤ガスの流路となる。
【００２３】
また、図２に示すように、セパレータ１９には、カソード対向プレート３０のカソード電極２８と対向する第１の面３４からアノード対向プレート２９のアノード電極２７と対向する第２の面３５へ貫通する孔３６が設けられている。孔３６には、ガスの透過を妨げつつ水を透過させることができる水透過性材３７が充填されている。水透過性材３７は、ガスの透過を妨げつつ水を透過させることができるものであればよい。例えば、水透過性材３７は、パーフルオロスルホン酸系イオン交換膜で構成することができる。水透過性材３７が充填された孔３６の幅は、セパレータ１９の強度を確保できるものであればよい。例えば、孔３６の幅は０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定することができる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、セパレータ１９には孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７が充填されているが、これに限らず、セパレータ１９は、少なくともその一部の領域に第１の面３４から第２の面３５へ、又は第２の面３５から第１の面３４へ水を透過させつつ、ガスの透過を妨げることができる水透過性材３７を含むものであればよい。例えば、枠体を設けて、その枠体に水透過性材３７を充填してセパレータ１９を構成するという態様であってもよい。
【００２５】
図３ａは、カソード対向プレート３０の平面図である。図３ａの点線で囲まれた領域は、カソード電極２８と対向する部分を示し、この部分が電気化学反応が起こる発電領域ＤＡとなる。カソード対向プレート３０は、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド２１ａと、燃料ガス供給マニホールド２２ａ及び燃料ガス排出マニホールド２３ａと、冷却媒体供給マニホールド２４ａ及び冷却媒体排出マニホールド２５ａと、を備える。各マニホールド２０ａ〜２５ａは、発電領域ＤＡの範囲外のプレート外縁部に設けられている。各マニホールド２０ａ〜２５ａは、カソード対向プレート３０をプレートの厚さ方向に貫通している。
【００２６】
また、図３ａに示すように、カソード対向プレート３０には、酸化剤ガス供給孔３８及び酸化剤ガス排出孔３９が設けられている。酸化剤ガス供給孔３８は、図３ａにおける発電領域ＤＡの上端部に複数設けられている。酸化剤ガス排出孔３９は、図３ａにおける発電領域ＤＡの下端部に複数設けられている。酸化剤ガス供給孔３８及び酸化剤ガス排出孔３９は、カソード対向プレート３０をプレートの厚さ方向に貫通している。さらに、カソード対向プレート３０には、発電領域ＤＡに亘って孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７が充填されている。図３ａに示すように、孔３６は、酸化剤ガス供給孔３８と酸化剤ガス排出孔３９との間に位置する。
【００２７】
図３ｂは、アノード対向プレート２９の平面図である。図３ｂの点線で囲まれた領域は、発電領域ＤＡを示す。アノード対向プレート３０は、酸化剤ガス供給マニホールド２０ｂ及び酸化剤ガス排出マニホールド２１ｂと、燃料ガス供給マニホールド２２ｂ及び燃料ガス排出マニホールド２３ｂと、冷却媒体供給マニホールド２４ｂ及び冷却媒体排出マニホールド２５ｂと、を備える。各マニホールド２０ｂ〜２５ｂは、発電領域ＤＡの範囲外のプレート外縁部に設けられている。各マニホールド２０ｂ〜２５ｂは、アノード対向プレート２９をプレートの厚さ方向に貫通している。各マニホールド２０ｂ〜２５ｂは、カソード対向プレート３０に設けられた各マニホールド２０ａ〜２５ａに対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００２８】
また、図３ｂに示すように、アノード対向プレート２９には、燃料ガス供給孔４０及び燃料ガス排出孔４１が設けられている。燃料ガス供給孔４０は、図３ｂにおける発電領域ＤＡの右端部の下側に複数設けられている。燃料ガス排出孔４１は、図３ｂにおける発電領域ＤＡの左端部の上側に複数設けられている。燃料ガス供給孔４０及び燃料ガス排出孔４１は、アノード対向プレート２９をプレートの厚さ方向に貫通している。さらに、アノード対向プレート２９には、発電領域ＤＡに亘って孔３６が開けられ、そこに水透過性部材３７が充填されている。孔３６は、カソード対向プレート３０に設けられた孔３６に対応する位置にそれぞれ設けられている。孔３６は、アノード対向プレート２９に設けられた燃料ガス供給孔４０及び燃料ガス排出孔４１と重ならないように設けられている。
【００２９】
図３ｃは、中間プレート３１の平面図である。図３ｃの点線で囲まれた領域は、発電領域ＤＡを示す。中間プレート３１は、酸化剤ガス供給マニホールド２０ｃ及び酸化剤ガス排出マニホールド２１ｃと、燃料ガス供給マニホールド２２ｃ及び燃料ガス排出マニホールド２３ｃと、を備える。各マニホールド２０ｃ〜２３ｃは、発電領域ＤＡの範囲外のプレート外縁部に設けられている。各マニホールド２０ｃ〜２３ｃは、中間プレート３１をプレートの厚さ方向に貫通している。中間プレート３１に設けられた各マニホールド２０ｃ〜２３ｃは、カソード対向プレート３０及びアノード対向プレート２９に設けられた各マニホールドに対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００３０】
図３ｃに示すように、中間プレート３１に設けられた酸化剤ガス供給マニホールド２０ｃは、くし形に形成されている。くし形の突出部は、酸化剤ガス供給流路部４２を構成する。中間プレート３１とカソード対向プレート３０が接合されると、酸化剤ガス供給流路部４２の端部はカソード対向プレート３０に設けられた酸化剤ガス供給孔３８と連通する。また、中間プレート３１に設けられた酸化剤ガス排出マニホールド２１ｃも、くし形に形成されている。くし形の突出部は、酸化剤ガス排出流路部４３を構成する。中間プレート３１とカソード対向プレート３０が接合されると、酸化剤ガス排出流路部４３の端部はカソード対向プレート３０に設けられた酸化剤ガス排出孔３９と連通する。酸化剤ガス供給流路部４２及び酸化剤ガス排出流路部４３は、中間プレート３１をプレートの厚さ方向に貫通している。なお、酸化剤ガスの流れについては、後述する。
【００３１】
また、図３ｃに示すように、中間プレート３１に設けられた燃料ガス供給マニホールド２２ｃは、くし形に形成されている。くし形の突出部は、燃料ガス供給流路部４４を構成する。中間プレート３１とアノード対向プレート２９が接合されると、燃料ガス供給流路部４４の端部はアノード対向プレート２９に設けられた燃料ガス供給孔４０と連通する。また、中間プレート３１に設けられた燃料ガス排出マニホールド２３ｃも、くし形に形成されている。くし形の突出部は、燃料ガス排出流路部４５を構成する。中間プレート３１とアノード対向プレート２９が接合されると、燃料ガス排出流路部４５の端部はアノード対向プレート２９に設けられた燃料ガス排出孔４１と連通する。燃料ガス供給流路部４４及び燃料ガス排出流路部４５は、中間プレート３１をプレートの厚さ方向に貫通している。なお、燃料ガスの流れについては、後述する。
【００３２】
また、中間プレート３１には、冷却媒体の流路となる冷却媒体流路部４６が複数設けられている。冷却媒体流路部４６は、図３ｃに示すように、発電領域ＤＡを左右方向に横断するように設けられている。冷却媒体流路部４６は、長孔形状に形成され、中間プレート３１をプレートの厚さ方向に貫通している。さらに、中間プレート３１には、発電領域ＤＡに亘って孔３６が開けられ、そこに水透過性部材３７が充填されている。孔３６は、カソード対向プレート３０及びアノード対向プレート２９に設けられた孔３６に対応する位置にそれぞれ設けられている。孔３６は、冷却媒体流路部４６に重ならないように設けられている。
【００３３】
図３ｄは、膜電極接合体１８の平面図である。図３ｄに示すように、膜電極接合体１８は、その外周縁部にシール部４７が接合されている。図３ｄのハッチングで示された領域は膜電極接合体１８を示す。シール部４７の表面側と裏面側には、その厚さ方向に突出した突起部がそれぞれ設けられている。図３ｄにおいては、かかる突起部をシール線ＳＬで示している。膜電極接合体１８とセパレータ１９が交互に配列されて燃料電池１７を構成するときに、シール部４７の表面側と裏面側にそれぞれ設けられた突起部は、セパレータ１９のアノード対向プレート２９及びカソード対向プレート３０にそれぞれ突き当たる。そうすると、各マニホールド２０ｄ〜２５ｄの周囲及び発電領域ＤＡの周囲は、突起部によってシールされる。これにより、反応ガス等の漏洩、混合を防止することができる。
【００３４】
図３ｄに示すように、膜電極接合体１８のシール部４７には、酸化剤ガス供給マニホールド２０ｄ及び酸化剤ガス排出マニホールド２１ｄと、燃料ガス供給マニホールド２２ｄ及び燃料ガス排出マニホールド２３ｄと、冷却媒体供給マニホールド２４ｄ及び冷却媒体排出マニホールド２５ｄが設けられている。シール部４７に設けられた各マニホールド２０ｄ〜２５ｄは、シール部４７をその厚さ方向に貫通している。シール部４７に設けられた各マニホールド２０ｄ〜２５ｄは、カソード対向プレート３０、アノード対向プレート２９、中間プレート３１に設けられた各マニホールドに対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００３５】
次に、図４及び図５を参照しながら、燃料電池１７に供給される酸化剤ガスの流れについて説明する。図４は、カソード対向プレート３０とアノード対向プレート２９で中間プレート３１を挟んでセパレータ１９を構成し、そのセパレータ１９と膜電極接合体１８を交互に配列した状態の平面図である。図４のハッチングされた部分は、各マニホールド２０〜２５において、反応ガスや冷却媒体が供給又は排出される部分を示す。図５は、図４のＡ−Ａ断面を示す図面である。図５の矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド２０に供給された酸化剤ガスは、中間プレート３１に設けられた酸化剤ガス供給流路部４２から酸化剤ガス供給孔３８を通ってカソード側多孔体３３へ供給される。酸化剤ガスは、カソード側多孔体３３から酸化剤ガス排出孔３９に向かって流れ、酸化剤ガス排出孔３９から酸化剤ガス排出流路部４３を通って酸化剤ガス排出マニホールド２１へ排出される。酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスは、カソード電極２８における電気化学反応に用いられる。
【００３６】
次に、図４及び図６を参照しながら、燃料電池１７に供給される燃料ガスの流れについて説明する。図６は、図４のＢ−Ｂ断面を示す図面であり、燃料ガスの供給側の流路構成を示す。図６の矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド２２に供給された燃料ガスは、中間プレート３１に設けられた燃料ガス供給流路部４４から燃料ガス供給孔４０を通ってアノード側多孔体３２へ供給される。
【００３７】
アソード側多孔体３２を通る燃料ガスは、図４に示す燃料ガス排出孔４１へ向かって流れ、燃料ガス排出孔４１から中間プレート３１に設けられた燃料ガス排出流路部４５を通って燃料ガス排出マニホールド２３へ排出される。燃料ガスの排出側の流路構成は、上述の供給側の流路構成と同様である。燃料ガス流路を流れる燃料ガスは、アノード電極２７における電気化学反応に用いられる。
【００３８】
次に、図４及び図７を参照しながら、燃料電池１７に供給される冷却媒体の流れについて説明する。図７は、図４のＣ−Ｃ断面を示す図面である。図７の矢印で示すように、冷却媒体供給マニホールド２４に供給された冷却媒体は、中間プレート３１に設けられた冷却媒体流路部４６を通って冷却媒体排出マニホールド２５へ排出される。
【００３９】
図８は、図４のＤ−Ｄ断面を示す図面である。本実施形態においては、図８に示すように、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスと燃料ガス流路を流れる燃料ガスは、互いに対向するように流れる。すなわち、酸化剤ガスのガス入口側は燃料ガスのガス出口側に対応し、酸化剤ガスのガス出口側は燃料ガスのガス入口側に対応する。また、中間プレート３１に設けられた冷却媒体流路部４６を通る冷却媒体は、図８に示すように紙面裏側から表側へ向かって流れる。
【００４０】
（作用・効果）
本実施形態においては、セパレータ１９には孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７が充填されている。セパレータ１９において、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスの湿度と、燃料ガス流路を流れる燃料ガスの湿度と、の間に湿度差が存在する領域では、湿潤な方の反応ガスに含まれる水分は、水透過性材３７を通じて乾燥している方の反応ガスへ移動する。水分は、湿潤な方から乾燥している方へ向かって移動するためである。
【００４１】
セパレータ１９において、酸化剤ガス流路のガス入口よりもガス出口に近い第１の領域に孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７を充填されている。第１の領域では、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスの湿度が燃料ガス流路を流れる湿度よりも高くなる傾向がある。そのような第１の領域においては、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水は水透過性材３７を通じて燃料ガス流路を流れる燃料ガスへ供給される。そうすると、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水の量を減らすことができるため、電池生成水がカソード電極２８に付着することを抑制できる。これにより、酸化剤ガスのカソード電極２８への供給が妨げられることを軽減できる。
【００４２】
なお、図４に示すように、本実施形態においては、セパレータ１９には発電領域ＤＡに亘って孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７が充填されているが、これに限らず、セパレータ１９の第１の領域のみに孔３６を開け、そこに水透過性材３７を充填してもよい。例えば、図４に示す一点鎖線で囲まれた領域Ｅを第１の領域として、そこだけに孔３６を開け、その孔３６に水透過性材３７を充填してもよい。
【００４３】
また、セパレータ１９において、酸化剤ガス流路のガス出口よりもガス入口に近い第２の領域に孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７を充填されている。第２の領域では、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスの湿度が燃料ガス流路を流れる燃料ガスの湿度よりも低くなる傾向を示す。そのような第２の領域においては、燃料ガスに含まれる水分は水透過性材３７を通じて酸化剤ガス流路へ供給される。そうすると、酸化剤ガス流路のガス入口付近を流れる酸化剤ガスに適度な湿分を与えることができる。これにより、電解質膜２６の乾燥を抑制することができ、酸化剤ガスを予め加湿するための装置が不要となる。
【００４４】
なお、図４に示すように、本実施形態においては、セパレータ１９には発電領域ＤＡに亘って孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７が充填されているが、これに限らず、セパレータ１９の第２の領域のみに孔３６を開け、そこに水透過性材３７を充填してもよい。例えば、図４に示す一点鎖線で囲まれた領域Ｆを第２の領域として、そこだけに孔３６を開け、その孔３６に水透過性材３７を充填してもよい。
【００４５】
セパレータ１９では、第１の領域及び第２の領域に孔３６が開けられ、そこに水透過性材３７が充填され、酸化剤ガスの流路を流れる酸化剤ガスと燃料ガスの流路を流れる燃料ガスが互いに対向して流れるようにされている。セパレータ１９の第１の領域においては、酸化剤ガス流路を流れる電池生成水は水透過性材３７を通じて燃料ガス流路を流れる燃料ガスへ供給される。そうすると、電池生成水がカソード電極２８に付着することを抑制できると共に、燃料ガス流路のガス入口付近を流れる燃料ガスに適度な湿分を与えることができる。また、セパレータ１９の第２の領域においては、燃料ガスに含まれる電池生成水が水透過性材３７を通じて酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスへ供給される。そうすると、酸化剤ガス流路のガス入口付近を流れる酸化剤ガスに適度な湿分を与えることができる。図９は、本実施形態に係る燃料電池における、酸化剤ガスの湿度と、燃料ガスの湿度と、電解質膜２６の保水量と、電解質膜２６の導電率と、の関係を示す図面である。本実施形態の構成によれば、酸化剤ガス流路のガス入口付近及び燃料ガス流路のガス入口付近において、電解質膜２６の保水量が少なくなって乾燥することを抑制できるので、酸化剤ガス及び燃料ガスを予め加湿するための装置が不要となる。
【００４６】
また、セパレータ１９において、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスの湿度と、燃料ガス流路を流れる燃料ガスの湿度と、の間に湿度差が発生する傾向のある領域に孔３６を設け、そこに水透過性材３７を充填するものであればよく、孔３６の位置は適宜変更が可能である。例えば、セパレータ１９の中央部を除いた領域に、孔３６を設け、そこに水透過性材３７を充填するという態様であってもよく、図４に示す一点鎖線で囲まれた領域Ｇ以外の領域に孔３６を開け、そこに水透過性材３７を充填してもよい。また、例えば、セパレータ１９の中央部よりも酸化剤ガス流路のガス入口に近い領域、又はセパレータ１９の中央部よりも酸化剤ガス流路のガス出口に近い領域に、セパレータ１９の中央部よりも密に孔３６を設け、そこに水透過性材３７を充填するという態様であってもよい。
【００４７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る燃料電池の外観構成を示す図面である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池の断面図である。
【図３ａ】本実施形態に係るセパレータを構成する各プレートの平面図である。
【図３ｂ】本実施形態に係るセパレータを構成する各プレートの平面図である。
【図３ｃ】本実施形態に係るセパレータを構成する各プレートの平面図である。
【図３ｄ】本実施形態に係るセパレータを構成する各プレートの平面図である。
【図４】本実施形態に係る膜電極接合体とセパレータを交互に配列したときの平面図    である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面を示す図面である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面を示す図面である。
【図７】図４のＣ−Ｃ断面を示す図面である。
【図８】図４のＤ−Ｄ断面を示す図面である。
【図９】本実施形態に係る燃料電池における、酸化剤ガスの湿度と、燃料ガスの湿度と、電解質膜保水量と、電解質膜の導電性と、の関係を示す図面である。
【図１０】従来の燃料電池の断面図である。
【図１１】従来の燃料電池における、酸化剤ガスの湿度と、燃料ガスの湿度と、電解質膜保水量と、電解質膜の導電性と、の関係を示す図面である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  アノード電極、１１  カソード電極、１２  電解質膜、１３，１８  膜電極接合体、１４，１９  セパレータ、１５  第１の面、１６  第２の面、１７  燃料電池、２０  酸化剤ガス供給マニホールド、２１  酸化剤ガス排出マニホールド、２２  燃料ガス供給マニホールド、２３  燃料ガス排出マニホールド、２４  冷却媒体供給マニホールド、２５  冷却媒体排出マニホールド、２６  電解質膜、２７  アノード電極、２８  カソード電極、２９  アノード対向プレート、３０  カソード対向プレート、３１  中間プレート、３２  アノード側多孔体、３３  カソード側多孔体、３４  第１の面、３５  第２の面、３６  孔、３７  水透過性材、３８  酸化剤ガス供給孔、３９  酸化剤ガス排出孔、４０  燃料ガス供給孔、４１  燃料ガス排出孔、４２  酸化剤ガス供給流路部、４３  酸化剤ガス排出流路部、４４  燃料ガス供給流路部、４５  燃料ガス排出流路部、４６  冷却媒体流路部、４７  シール部。
【図１】
2009099317.tif 000003
【図２】
2009099317.tif 000004
【図３ａ】
2009099317.tif 000005
【図３ｂ】
2009099317.tif 000006
【図３ｃ】
2009099317.tif 000007
【図３ｄ】
2009099317.tif 000008
【図４】
2009099317.tif 000009
【図５】
2009099317.tif 000010
【図６】
2009099317.tif 000011
【図７】
2009099317.tif 000012
【図８】
2009099317.tif 000013
【図９】
2009099317.tif 000014
【図１０】
2009099317.tif 000015
【図１１】
2009099317.tif 000016