JPH10125338A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents

固体高分子電解質型燃料電池

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JPH10125338A
JPH10125338A JP8278492A JP27849296A JPH10125338A JP H10125338 A JPH10125338 A JP H10125338A JP 8278492 A JP8278492 A JP 8278492A JP 27849296 A JP27849296 A JP 27849296A JP H10125338 A JPH10125338 A JP H10125338A
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gas
cooling medium
fuel
solid polymer
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Yoshiaki Enami
義晶 榎並
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Abstract

(57)【要約】 【課題】反応ガス中の水蒸気の液化が防止され、さらに
は面内が均一に冷却される高性能で、かつ低コストでコ
ンパクトに製作されるものとする。 【解決手段】燃料電池積層体に組み込むセパレータ１
０、１１の外周部近傍に酸化剤ガス入口１、燃料ガス入
口３、冷却媒体入口５を配し、中心部近傍に酸化剤ガス
出口２、燃料ガス出口４、冷却媒体出口６を配して、酸
化剤ガスと燃料ガスと冷却媒体を外周部より中心部へと
通流し、酸化剤ガスと燃料ガスの温度が出口側ほど高く
なるようにする。また、例えば燃料ガス通流溝８の屈曲
部に溝の深さを浅くした突起部９を設けることにより、
背面を流れる冷却媒体が連続した通流路を通流できるよ
う構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜を電解質保持層とし、その両面に電極を配し、燃料
ガスおよび酸化剤ガスを供給して電気化学反応により電
気エネルギーを得る固体高分子電解質型燃料電池に係わ
り、とくに酸化剤ガスと冷却媒体の通流路の構成に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来より用いられている固体高
分子電解質型燃料電池の単電池の基本構成例を模式的に
示す断面図である。固体高分子電解質膜１５の両主面に
アノード電極１４とカソード電極１６が密接して積層
し、さらにその両外面に金属板よりなるガス不透過性の
セパレータ１０、１１を配し、側端部にシール部材１７
を配して気密に保持することにより、固体高分子電解質
型燃料電池の基本構成単位となる単電池が構成されてい
る。セパレータ１０、１１は凹凸状に形成されており、
セパレータ１０とカソード電極１６との間には、外部よ
り供給される酸化剤ガスを通流するとともに余剰のガス
を外部へと排出する酸化剤ガス通流溝７が、また、セパ
レータ１１とアノード電極１４との間には、燃料ガスを
通流するとともに余剰のガスを外部へと排出する燃料ガ
ス通流溝８が備えられている。さらに、２枚のセパレー
タ１０、１１の間に形成される冷却媒体通流路１８には
燃料電池の温度を一定に保持するための冷媒が通流され
る。
【０００３】図５は、セパレータの従来の構成例を示す
平面図で、カソード電極１６側より見たセパレータ１０
の平面図である。１、２は積層方向（図中紙面に垂直方
向）に連通して形成された酸化剤ガス入口、酸化剤ガス
出口であり、３、４は同じく積層方向に連通して形成さ
れた燃料ガス入口、燃料ガス出口、５、６は同じく積層
方向に連通して形成された冷却媒体入口、冷却媒体出口
である。酸化剤ガス入口１より導かれた酸化剤ガスは、
電極面全体に行き渡らせるために蛇行状に形成した酸化
剤ガス通流溝７を通流し、電気化学反応に寄与するとと
もに、余剰のガスが酸化剤ガス出口２より外部に排出さ
れる。
【０００４】固体高分子電解質膜１５は、スルホン酸基
を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電
性膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸と
ポリビニリデンフロライドの混合膜、あるいはフロロカ
ーボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化
したもの、パーフロロカーボンスルホン酸膜（米国デュ
ポン社製、商品名ナフィオン膜）などが知られている。
固体高分子電解質膜は分子中にプロトン（水素イオン）
交換基を有し、飽和に含水させることにより常温で 20
Ωcm2 以下の比抵抗を示し、プロトン導電製電解質とし
て機能する。膜の飽和含水量は温度によって可逆的に変
化する。
【０００５】アノード電極１４とカソード電極１６は、
いずれも、触媒活物質を含む触媒層と、触媒層を支持
し、反応ガスを供給し、かつ集電体としての機能を有す
る電極基材とからなる。触媒層を固体高分子電解質膜と
密着させて配置し、アノード側に水素を含む燃料ガス
を、またカソード側に酸素を含む酸化剤ガスを供給する
と、それぞれの電極の触媒層と固体高分子電解質膜との
界面に三相界面が形成され、以下のごとき電気化学反応
が生じて電気エネルギーが取り出され、水が生成され
る。
【０００６】
【化１】 アノード ； Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード ； ２Ｈ+ ＋ (1/2)Ｏ2 ＋２ｅ- → Ｈ2 Ｏ 触媒層は、一般に微小な粒子状の白金触媒と水に対して
はつ水性を有するフッ素樹脂からなり、反応ガスを三相
界面まで効率的に拡散させるための細孔を備え、かつ十
分な三相界面を形成できることが必要である。
【０００７】形成された単電池で得られる発生電圧は１
Ｖ以下であるので、多数の単電池を積層して燃料電池積
層体を形成し、電圧を高めて実用に供されることとな
る。また、固体高分子電解質燃料電池は、膜の比抵抗を
小さくして発電効率を高く維持するために、通常、運転
温度を 50 〜100 ℃程度に保持して運転される。また、
固体高分子電解質燃料電池では、電解質保持層である固
体高分子電解質膜を飽和に含水させることにより膜の比
抵抗が小さくなり、プロトン導電性電解質として機能す
るので、発電効率を高く維持するには膜の含水状態を飽
和に維持することが必要である。したがって、従来よ
り、反応ガスに水を供給して湿度を高めて燃料電池へ送
り、膜からの水の蒸発を抑えて、膜の乾燥を防ぐ方法が
採られている。
【０００８】一方、燃料電池では前述のように発電に伴
って水が生成され、生成された水は余剰の反応ガスとと
もにガス通流溝を流れて外部に取り出されることとな
る。このため、ガス中に含まれる水分量はガスの流れ方
向で分布をもち、下流側に行くに従い生成水の量が増加
して多量に水が含まれる。したがって、ガスを飽和状態
に加湿して燃料電池に供給すると、出口側のガス中には
過飽和な水蒸気が含まれることとなり、凝縮して液滴が
生じると電極の反応部へのガスの拡散が阻害され、電気
化学反応の効率が低下することとなる。この事態の発生
を防止するには、余剰の水蒸気を凝縮させることなく外
部へ取り出すことが必要であり、図６（ａ）に示したご
とく、ガスと冷却媒体とを同一方向に通流させる構成が
採られている。この構成においては、発電に伴う発熱に
より冷却媒体の下流側が温度が高くなるので、ガスも下
流側ほど温度が高くなり、水蒸気が凝縮しにくくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
固体高分子電解質型燃料電池においては、反応ガスを飽
和に加湿して供給することにより発電効率を高く維持す
るとともに、反応ガスを冷却媒体と同一方向に一端から
他端へと通流させる構成をとることにより余剰の水蒸気
の凝縮を防ぎ、効率の低下を抑えるよう構成している。
【００１０】図６（ａ）のごとく冷却媒体を一端から他
端へと一方向に通流させる構成では、冷却媒体は発熱を
受けて下流側に行くに従い温度が上昇するので、冷却媒
体による冷却性能は下流側ほど低下する。しかしなが
ら、一方、単電池は端面においても外気への放熱によっ
て冷却されるので、単電池内部の温度は、図６（ｂ）に
例示したごとく、下流側に行くに従って上昇し、端面近
くになると低下する温度分布をもつこととなる。したが
って、反応ガスを冷却媒体と同一方向に通流する構成に
おいても、下流の出口付近での温度低下によりガス中の
水蒸気の凝縮が生じ、液滴の発生により発電効率が低下
するという難点がある。
【００１１】また、図５のごとく金属製のセパレータを
用いて構成する単電池において、反応ガスの通流路を蛇
行状の通流溝から構成し、その背面の凹部を冷却媒体通
流溝として用いる構成においては、冷却媒体を通流路に
均一に通流させて均一に冷却することは容易でない。図
７は、形成される冷却媒体の通流路を例示するセパレー
タの平面図である。本構成は、酸化剤ガス通流溝７に対
応して形成された背面の凹部（図中の斜線表示部）を冷
却媒体の通流路とする構成であり、燃料ガス入口３から
燃料ガス出口４へと通流する燃料ガスと同一方向に通流
する冷却媒体は冷却媒体入口５より斜線表示部を経て冷
却媒体出口６へと送られる。図に見られるごとく冷却媒
体の通流路は面内で多くの袋小路を持つこととなる。
【００１２】冷却媒体の通流路を形成する際のカソード
側のセパレータ１０とアノード側のセパレータ１１との
組み合わせ方法としては、図８に要部を示したごとく、
セパレータ１０の酸化剤ガス通流溝７とセパレータ１１
の燃料ガス通流溝８の位置を合わせて組み合わせる方法
と、図９に要部を示したごとく、酸化剤ガス通流溝７と
燃料ガス通流溝８を溝一本分ずらして組み合わせる方法
が考えられる。これらの構成において、２枚のセパレー
タは斜線を付して示した金属面のシール部１２で互いに
接触し、電気的接触が確保される。同時に、このシール
部１２によって、冷却媒体の通流路は隔てられることと
なる。すなわち、冷却媒体の通流路は、図８の構成で
は、櫛の歯状となって袋小路が存在することとなり、図
９の構成では、袋小路は回避されるがガス通流溝の凸部
による障壁が存在することとなる。したがって、どちら
の構成においても冷却媒体の円滑な通流が困難で、電極
面の面内の均一な冷却は困難である。
【００１３】したがって、従来の構成においては、面内
の冷却をより均一化するために、アノード側のセパレー
タとカソード側のセパレータとの間に金属板や金属メッ
シュ、あるいは導電性のカーボン材等を介装して冷却媒
体の通流を確保する構成が採られている。しかしなが
ら、このように金属板、金属メッシュ等を用いて構成す
ることとすれば、単電池の厚さの増大、セパレータとの
接触抵抗による電池性能の低下、さらには製造コストの
増大等の難点が生じることとなる。
【００１４】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消し、単電池に通流するガス中の水蒸気が凝
縮、液化して電池性能を劣化させるする恐れがなく、さ
らに特殊な構成部品を用いなくとも単電池が面内で均一
に冷却され、電池性能が高く、かつ低コストでコンパク
トに製作される固体高分子電解質型燃料電池を提供する
ことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 （１）固体高分子電解質膜からなる平板状の電解質層の
両主面に酸化剤電極と燃料電極を配し、その両外面に、
ガス通流溝を電極側に備えたセパレータを配設して形成
される単電池を複数個積層して燃料電池積層体を構成
し、隣接するセパレータとセパレータとの間に冷却媒体
を通流して一定温度に保持し、酸化剤電極側のガス通流
溝に酸化剤ガスを、また燃料電極側のガス通流溝に燃料
ガスを通流して電気化学反応により発電する固体高分子
電解質型燃料電池において、冷却媒体、燃料ガスおよび
酸化剤ガスを、それぞれ燃料電池積層体の外周部近傍に
設けられた入口より供給し、燃料電池積層体の中心部近
傍に設けられた出口より排出するよう通流することとす
る。
【００１６】（２）また、固体高分子電解質膜からなる
平板状の電解質層の両主面に酸化剤電極と燃料電極を配
し、その両外面に、ガス通流溝を電極側に備えたセパレ
ータを配設して形成される単電池を複数個積層して燃料
電池積層体を構成し、さらに複数の燃料電池積層体を組
み合わせて燃料電池集合体を構成し、隣接するセパレー
タとセパレータとの間に冷却媒体を通流して一定温度に
保持し、酸化剤電極側のガス通流溝に酸化剤ガスを、ま
た燃料電極側のガス通流溝に燃料ガスを通流して電気化
学反応により発電する固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、冷却媒体、燃料ガスおよび酸化剤ガスを、それぞ
れ燃料電池集合体の外周部近傍に設けられた入口より供
給し、燃料電池集合体の中心部近傍に設けられた出口よ
り排出するよう通流することとする。
【００１７】（３）さらに上記の（１）または（２）の
固体高分子電解質型燃料電池において、セパレータに、
電極側の面に形成された凹部からなるガス通流溝と、こ
の面の凸部に対応して形成された反対面の凹部からなる
冷却媒体通流溝を備え、かつ、ガス通流溝に、他の部分
に比較して深さを浅くした突起部を局所的に備えること
とする。
【００１８】図１０（ａ）に示したごとく、冷却媒体を
単電池の外周部より導入し中央部より排出することとす
れば、単電池の面内温度は、図１０（ｂ）に示したごと
く、外周部より中央部に近づくに従い単調に温度上昇す
る分布をもつこととなる。したがって、上記の（１）の
ごとく、冷却媒体、燃料ガスおよび酸化剤ガスを、それ
ぞれ燃料電池積層体の外周部近傍に設けられた入口より
供給し、燃料電池積層体の中心部近傍に設けられた出口
より排出するよう通流することとすれば、面内温度は外
周部より中央部に近づくに従い単調に温度上昇する分布
をもち、燃料ガスと酸化剤ガスはともに出口に近づくほ
ど温度が高くなるので、含まれる水蒸気が凝縮、液化す
る危険性が抑制されることとなる。また上記の（２）の
ごとく、複数の燃料電池積層体を組み合わせて構成した
燃料電池集合体において、冷却媒体、燃料ガスおよび酸
化剤ガスを、それぞれ燃料電池集合体の外周部近傍に設
けられた入口より供給し、燃料電池集合体の中心部近傍
に設けられた出口より排出するよう通流することとすれ
ば、同様に、集合体の面内温度は外周部より中央部に近
づくに従い単調に温度上昇する分布をもち、燃料ガスと
酸化剤ガスはともに出口に近づくほど温度が高くなるの
で、含まれる水蒸気が凝縮、液化する危険性が抑制され
ることとなる。
【００１９】また、例えば図１１に示したごとく、アノ
ード側のセパレータ１１に設けられた燃料ガス通流溝８
の屈曲部に溝の深さを浅くした突起部９を備え、このセ
パレータ１１と隣接するカソード側のセパレータ１０
を、図１２に示したごとく、それぞれの反応ガス通流溝
の位置をずらせて組み合わせ、斜線表示したシール部１
３を弾性材料を用いてシールすることとすれば、セパレ
ータ１１とセパレータ１０との間に形成される冷却媒体
の通流路は、図１３に示した金属面でのシール部１２と
弾性材料によるシール部１３を除く部分（斜線表示以外
の部分）となり、突起部９を介して連続した流路が形成
されることとなる。
【００２０】したがって、上記の（３）のごとく、セパ
レータの電極側の面に凹部を形成してガス通流溝とし、
反対面の凹部を冷却媒体通流溝とし、かつ、ガス通流溝
に、深さを浅くした突起部を局所的に備えることとすれ
ば、冷却媒体は、ガス通流溝に対応する反対面の凸部で
区画される冷却媒体通流溝を通流するばかりでなく、上
記の突起部において、高さの低い障壁を越えて通流する
ことができるので、面内により均一に通流することとな
る。とくに突起部をガス通流溝の屈曲点に設置すれば、
冷却媒体通流溝に袋小路が形成されるのを回避でき、連
続して通流する通流路が形成されることとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明による固体高分子電
解質型燃料電池の実施例を図面を用いて説明する。 ＜第１実施例＞図１は、本発明の第１実施例におけるセ
パレータの構成の模式図で、（ａ）はカソード側より見
たカソード側セパレータの平面図、（ｂ）はアノード側
より見たアノード側セパレータの平面図である。
【００２２】図に見られるように、これらのセパレータ
１０，１１は円形断面を備えた燃料電池積層体に用いら
れるセパレータで、金属板を加工して形成したもので、
外周部の近傍に、いずれも積層方向に連通する２個の酸
化剤ガス入口１、２個の燃料ガス入口３、ならびに４個
の冷却媒体入口５が、また、中心部に同じく積層方向に
連通する１個の酸化剤ガス出口２、２個の燃料ガス出口
４、ならびに４個の冷却媒体出口６が備えられている。
２個の酸化剤ガス入口１から導入される酸化剤ガスは、
図１（ａ）に示したごとく、プレス加工により形成され
た蛇行する凹状溝よりなる酸化剤ガス通流溝７を通流し
て中心部へと流れ、酸化剤ガス出口２より外部に排出さ
れる。同様に、燃料ガス入口３から導入される燃料ガス
は、図１（ｂ）に示したごとく、プレス加工により形成
された蛇行する凹状溝よりなる燃料ガス通流溝８を通流
して中心部へと流れ、燃料ガス出口４より外部に排出さ
れる。
【００２３】４個の冷却媒体入口５より導入される冷却
媒体は、上記のセパレータ１０，１１を互いに背面を合
わせて積層したとき形成される通流路、すなわち、セパ
レータ１０の酸化剤ガス通流溝７を形成するプレス加
工、セパレータ１１の燃料ガス通流溝８を形成するプレ
ス加工に伴って背面に生じる凹状溝を通流して中心部へ
と流れ、４個の冷却媒体出口６から外部へ排出される。
また、セパレータ１１の燃料ガス通流溝８の屈曲部に
は、図１（ｂ）に示したごとく、溝の深さを浅く形成し
た突起部９が備えられているので、燃料ガスの通流が確
保されるとともに、背面の冷却媒体の通流路にも袋小路
を生じることなく、連続した冷却媒体の通流が確保され
ることとなる。なお、積層したセパレータ１０，１１の
間には、図１（ａ）において斜線を施して示したよう
に、外周部、反応ガスの各入口、出口部に、弾性材料を
用いるシール部１３が配され、気密を確保している。
【００２４】したがって、本構成よりなるセパレータを
用いた固体高分子電解質型燃料電池では、面内温度は外
周部より中央部に近づくに従い単調に温度上昇する分布
をもち、燃料ガスと酸化剤ガスはともに出口に近づくほ
ど温度が高くなるので、含まれる水蒸気が凝縮、液化す
る危険性が抑制され、電池特性の低下が回避できること
となる。また、冷却媒体は、通流路に袋小路を生じるこ
となく連続して通流されるので、面内の均一な冷却がで
き、電池特性が向上することとなる。
【００２５】なお、本実施例においては、セパレータ１
１の燃料ガス通流溝８の屈曲部に溝の深さを浅く形成し
た突起部９を備えることとしているが、セパレータ１０
の酸化剤ガス通流溝７の屈曲部に同様の突起部９を備え
ることとしても同様の効果が得られ、また、同時に両方
の通流溝の屈曲部に突起部９を備えることとしてもよ
い。
【００２６】＜第２実施例＞図２は、本発明の第２実施
例におけるセパレータの構成の模式図で、（ａ）はカソ
ード側より見たカソード側セパレータの平面図、（ｂ）
はアノード側より見たアノード側セパレータの平面図で
ある。本実施例は、方形断面をもつ燃料電池積層体に用
いられるセパレータ１０、１１を図示したものである。
それぞれのセパレータの外周の頂角部には、それぞれ対
称に配置された１対の酸化剤ガス入口１、燃料ガス入口
３、および冷却媒体入口５が備えられており、中心部に
は、１個の酸化剤ガス出口２、２個の燃料ガス出口４、
および４個の冷却媒体出口６が配されている。酸化剤ガ
ス入口１より導入された酸化剤ガスは蛇行する凹状溝と
して形成された酸化剤ガス通流溝７を外周側から中心部
へと通流して中心部の酸化剤ガス出口２より外部に排出
される。同様に燃料ガスは燃料ガス通流溝８を外周側か
ら中心部へと通流して中心部の燃料ガス出口４より外部
に排出される。また、冷却媒体は隣接するセパレータ１
０とセパレータ１１の間に形成される通路を経て外周の
冷却媒体入口５から中心部の冷却媒体出口６へと通流す
る。したがって、本構成においても、第１実施例の場合
と同様に、面内温度は外周部より中央部に近づくに従い
単調に温度上昇する分布をもち、燃料ガスと酸化剤ガス
はともに出口に近づくほど温度が高くなるので、含まれ
る水蒸気が凝縮、液化する危険性が抑制され、電池特性
の低下が回避できることとなる。
【００２７】なお、本実施例の構成では、第１実施例に
備えたごとき突起部９を設けていないが、本構成におい
ても、酸化剤ガス通流溝７の屈曲部や燃料ガス通流溝８
の屈曲部に溝の深さを浅くした突起部を設ければ、連続
して通流する冷却媒体の通路が形成されることとなるの
で、面内の冷却の均一性が向上し、電池特性が一層向上
することとなる。
【００２８】＜第３実施例＞図３は、本発明の第３実施
例におけるセパレータの構成の模式図で、４個の方形断
面の燃料電池積層体を組み合わせて燃料電池集合体を形
成する固体高分子電解質型燃料電池に用いるセパレータ
の構成を示すものであり、図３（ａ）は各燃料電池積層
体に組み込まれるカソード側セパレータのカソード側よ
り見た平面図、図３（ｂ）は形成された燃料電池集合体
におけるカソード側セパレータの組み込み状態をカソー
ド側より見た平面図である。
【００２９】図３（ａ）に見られるように、個々のセパ
レータ１０は、外周部の頂角部分に酸化剤ガス入口１、
燃料ガス入口３、および冷却媒体入口５を備え、相対す
る頂角部分に酸化剤ガス出口２、燃料ガス出口４、およ
び冷却媒体出口６を備えて構成されており、酸化剤ガス
入口１より導入される酸化剤ガスはセパレータ１０に蛇
行する凹状溝として形成された酸化剤ガス通流溝７を経
て酸化剤ガス出口２へと通流する。同様に、燃料ガス入
口３より導入される燃料ガスはセパレータ１０に隣接し
て配される図示しないアノード側のセパレータに設けら
れた燃料ガス通流溝を経て燃料ガス出口４へと通流す
る。また冷却媒体入口５より導入される冷却媒体は隣接
するセパレータの間に形成される通路を経て冷却媒体出
口６へと送られる。本構成のセパレータを組み込んだ燃
料電池積層体を組み合わせて燃料電池集合体を形成し、
セパレータ部分の構成を図３（ｂ）に示したごとくに配
置すれば、各セパレータの酸化剤ガス入口１、燃料ガス
入口３、および冷却媒体入口５は、いずれも燃料電池積
層体の外周部に位置し、酸化剤ガス出口２、燃料ガス出
口４、および冷却媒体出口６は、いずれも燃料電池積層
体の中心部に位置することとなる。したがって、燃料電
池積層体の面内温度は外周部より中央部に近づくに従い
単調に温度上昇する分布をもつこととなり、したがっ
て、燃料ガスと酸化剤ガスはともに出口に近づくほど温
度が上昇することとなるので、これらの反応ガス中に含
まれる水蒸気が凝縮、液化する危険性が抑制され、電池
特性の低下が回避できることとなる。
【００３０】なお、本構成においても、酸化剤ガス通流
溝７の屈曲部や燃料ガス通流溝８の屈曲部に溝の深さを
浅くした突起部を設ければ、連続して通流する冷却媒体
の通路が形成されることとなるので、面内の冷却の均一
性が向上し、電池特性が一層向上することとなる。
【００３１】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、 （１）固体高分子電解質型燃料電池を請求項１に記載に
ごとくに構成することとしたので、単電池に通流される
反応ガス中の水蒸気が凝縮、液化する恐れが回避され、
優れた電池性能をもつ固体高分子電解質型燃料電池が得
られることとなった。
【００３２】（２）また、固体高分子電解質型燃料電池
を請求項２に記載にごとくに構成することとすれば、複
数の燃料電池積層体を組み合わせて燃料電池集合体を構
成する固体高分子電解質型燃料電池においても、単電池
に通流される反応ガス中の水蒸気が凝縮、液化する恐れ
が回避され、優れた電池性能をもつ固体高分子電解質型
燃料電池が得られることとなる。
【００３３】（３）さらに、固体高分子電解質型燃料電
池を請求項３に記載にごとくに構成することとすれば、
単電池に通流される反応ガス中の水蒸気が凝縮、液化す
る恐れが回避されるばかりでなく、特殊な構成部品を用
いなくとも単電池が面内で均一に冷却されることとなる
ので、優れた電池性能をもち、かつ低コストでコンパク
トに製作される固体高分子電解質型燃料電池が得られる
こととなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるセパレータの構成
の模式図で、（ａ）はカソード側セパレータの平面図、
（ｂ）はアノード側セパレータの平面図
【図２】本発明の第２実施例におけるセパレータの構成
の模式図で、（ａ）はカソード側セパレータの平面図、
（ｂ）はアノード側セパレータの平面図
【図３】本発明の第３実施例におけるセパレータの構成
の模式図で、（ａ）は燃料電池積層体のカソード側セパ
レータの平面図、（ｂ）燃料電池積層体を組み合わせて
形成される燃料電池集合体のカソード側セパレータの平
面図
【図４】従来より用いられている固体高分子電解質型燃
料電池の単電池の基本構成例を模式的に示す断面図
【図５】従来の固体高分子電解質型燃料電池のセパレー
タの構成例を示す平面図
【図６】（ａ）は冷却媒体の通流法の一例を示す模式
図、（ｂ）は（ａ）の通流法における温度分布を模式的
に示す特性図
【図７】従来の固体高分子電解質型燃料電池のセパレー
タの構成で形成される冷却媒体の通流路を例示する平面
図
【図８】隣接するセパレータの組み合わせ方法の例を示
す要部斜視図
【図９】隣接するセパレータの組み合わせ方法の他の例
を示す要部斜視図
【図１０】（ａ）は冷却媒体の通流法の他の例を示す模
式図、（ｂ）は（ａ）の通流法における温度分布を模式
的に示す特性図
【図１１】ガス通流溝の屈曲部に形成された突起部の構
成を示す要部斜視図
【図１２】突起部を形成したセパレータと隣接するセパ
レータとの組み合わせ法を示す要部斜視図
【図１３】図１２の組み合わせ法におけるシール部と冷
却媒体通流部を示す要部斜視図
【符号の説明】
１ 酸化剤ガス入口 ２ 酸化剤ガス出口 ３ 燃料ガス入口 ４ 燃料ガス出口 ５ 冷却媒体入口 ６ 冷却媒体出口 ７ 酸化剤ガス通流溝 ８ 燃料ガス通流溝 ９ 突起部 １０ セパレータ（カソード側） １１ セパレータ（アノード側） １２ シール部（金属面） １３ シール部（弾性材料） １４ アノード電極 １５ 固体高分子電解質膜 １６ カソード電極 １７ シール部材（弾性材料） １８ 冷却媒体通流路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固体高分子電解質膜からなる平板状の電解
    質層の両主面に酸化剤電極と燃料電極を配し、その両外
    面に、ガス通流溝を電極側に備えたセパレータを配設し
    て形成される単電池を複数個積層して燃料電池積層体を
    構成し、隣接するセパレータとセパレータとの間に冷却
    媒体を通流して一定温度に保持し、酸化剤電極側のガス
    通流溝に酸化剤ガスを、また燃料電極側のガス通流溝に
    燃料ガスを通流して電気化学反応により発電する固体高
    分子電解質型燃料電池において、前記の冷却媒体、燃料
    ガスおよび酸化剤ガスが、それぞれ燃料電池積層体の外
    周部近傍に設けられた入口より供給され、燃料電池積層
    体の中心部近傍に設けられた出口より排出されるよう通
    流されていることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
    電池。
  2. 【請求項２】固体高分子電解質膜からなる平板状の電解
    質層の両主面に酸化剤電極と燃料電極を配し、その両外
    面に、ガス通流溝を電極側に備えたセパレータを配設し
    て形成される単電池を複数個積層して燃料電池積層体を
    構成し、さらに複数の燃料電池積層体を組み合わせて燃
    料電池集合体を構成し、隣接するセパレータとセパレー
    タとの間に冷却媒体を通流して一定温度に保持し、酸化
    剤電極側のガス通流溝に酸化剤ガスを、また燃料電極側
    のガス通流溝に燃料ガスを通流して電気化学反応により
    発電する固体高分子電解質型燃料電池において、前記の
    冷却媒体、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、それぞれ燃料
    電池集合体の外周部近傍に設けられた入口より供給さ
    れ、燃料電池集合体の中心部近傍に設けられた出口より
    排出されるよう通流されていることを特徴とする固体高
    分子電解質型燃料電池。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載の固体高分子電解
    質型燃料電池において、前記セパレータが、電極側の面
    に形成された凹部からなるガス通流溝と、この面の凸部
    に対応して形成された反対面の凹部からなる冷却媒体通
    流溝を備えてなり、かつ、ガス通流溝が、他の部分に比
    較して凹部の深さを浅く形成した突起部を局所的に備え
    てなることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
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