JP2000012051A - 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池 - Google Patents
燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池に供給するガスの利用率を向上させ
る。 【解決手段】 セパレータ３０は、孔部４０〜４５と、
対向する孔部同士をそれぞれ連絡するリブ部５５〜５７
を備えている。このセパレータ３０を用いて構成した燃
料電池に対して酸化ガス供給装置から供給された酸化ガ
スは、孔部４０によって形成される酸化ガス供給マニホ
ールドを通過しつつ、リブ部５５によって形成される単
セル内酸化ガス流路に分配され、孔部４３によって形成
される酸化ガス排出マニホールドで合流する。この酸化
ガスは、燃料電池端部に配設されたリターンプレートに
導かれて、孔部４４によって形成される酸化ガス供給マ
ニホールドに導入され、さらに、リブ部５６によって形
成される単セル内ガス流路に分配される。このように酸
化ガスは、リブ部５５〜５７のそれぞれによって形成さ
れる単セル内酸化ガス流路を順次通過する。
る。 【解決手段】 セパレータ３０は、孔部４０〜４５と、
対向する孔部同士をそれぞれ連絡するリブ部５５〜５７
を備えている。このセパレータ３０を用いて構成した燃
料電池に対して酸化ガス供給装置から供給された酸化ガ
スは、孔部４０によって形成される酸化ガス供給マニホ
ールドを通過しつつ、リブ部５５によって形成される単
セル内酸化ガス流路に分配され、孔部４３によって形成
される酸化ガス排出マニホールドで合流する。この酸化
ガスは、燃料電池端部に配設されたリターンプレートに
導かれて、孔部４４によって形成される酸化ガス供給マ
ニホールドに導入され、さらに、リブ部５６によって形
成される単セル内ガス流路に分配される。このように酸
化ガスは、リブ部５５〜５７のそれぞれによって形成さ
れる単セル内酸化ガス流路を順次通過する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用ガスセ
パレータ並びに該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃
料電池に関し、詳しくは、単セルを複数積層して構成す
る燃料電池において、隣接する単セル間に設けられ、隣
接する部材との間で燃料ガス流路および酸化ガス流路を
形成すると共に、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる燃料電
池用セパレータ、並びに該セパレータを用いた燃料電池
に関する。
パレータ並びに該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃
料電池に関し、詳しくは、単セルを複数積層して構成す
る燃料電池において、隣接する単セル間に設けられ、隣
接する部材との間で燃料ガス流路および酸化ガス流路を
形成すると共に、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる燃料電
池用セパレータ、並びに該セパレータを用いた燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池用ガスセパレータは、複数の単
セルが積層された燃料電池スタックを構成する部材であ
って、充分なガス不透過性を備えることによって、隣り
合う単セルのそれぞれに供給される燃料ガスおよび酸化
ガスが混じり合うのを防いでいる。このような燃料電池
用セパレータは、通常は表面にリブ状などの凹凸構造を
有しており、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する
働きも有している（このような構成のガスセパレータ
は、リブ付きインターコネクタとも呼ばれる）。すなわ
ち、燃料電池用セパレータは、燃料電池スタックに組み
込まれたときには、隣接する部材（ガス拡散層）と上記
凹凸構造との間で、燃料ガスまたは酸化ガスの流路（単
セル内流路）を形成する。
セルが積層された燃料電池スタックを構成する部材であ
って、充分なガス不透過性を備えることによって、隣り
合う単セルのそれぞれに供給される燃料ガスおよび酸化
ガスが混じり合うのを防いでいる。このような燃料電池
用セパレータは、通常は表面にリブ状などの凹凸構造を
有しており、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する
働きも有している（このような構成のガスセパレータ
は、リブ付きインターコネクタとも呼ばれる）。すなわ
ち、燃料電池用セパレータは、燃料電池スタックに組み
込まれたときには、隣接する部材（ガス拡散層）と上記
凹凸構造との間で、燃料ガスまたは酸化ガスの流路（単
セル内流路）を形成する。
【０００３】また、燃料電池用ガスセパレータは、上記
したガス流路を形成する凹凸構造の他に、所定の孔構造
を有している。この孔構造は、ガスセパレータを備える
単セルを積層して燃料電池スタックを構成したときに
は、隣り合うガスセパレータに備えられた対応する孔構
造同士が重なって、燃料電池スタック内をその積層方向
に貫くガスマニホールドを構成する。このようなガスマ
ニホールドは、燃料電池の外部から供給される燃料ガス
または酸化ガスを内部に通過させつつ各単セルに分配し
たり、各単セルで電気化学反応に供された後の燃料排ガ
スあるいは酸化排ガスが導入されてこれらを燃料電池外
部に導いたりする。したがって、これらのガスマニホー
ルドは、積層された各単セルに形成される上記単セル内
流路と連通しており、ガスマニホールドと単セル内流路
との間でガスを流出入可能となっている。
したガス流路を形成する凹凸構造の他に、所定の孔構造
を有している。この孔構造は、ガスセパレータを備える
単セルを積層して燃料電池スタックを構成したときに
は、隣り合うガスセパレータに備えられた対応する孔構
造同士が重なって、燃料電池スタック内をその積層方向
に貫くガスマニホールドを構成する。このようなガスマ
ニホールドは、燃料電池の外部から供給される燃料ガス
または酸化ガスを内部に通過させつつ各単セルに分配し
たり、各単セルで電気化学反応に供された後の燃料排ガ
スあるいは酸化排ガスが導入されてこれらを燃料電池外
部に導いたりする。したがって、これらのガスマニホー
ルドは、積層された各単セルに形成される上記単セル内
流路と連通しており、ガスマニホールドと単セル内流路
との間でガスを流出入可能となっている。
【０００４】図３２は、従来知られるガスセパレータの
一例として、セパレータ１３０の構成を平面的に表わす
説明図である。セパレータ１３０は、その周辺近くに、
４つの孔構造として、空気孔１４０，１４３と、燃料孔
１５０，１５２とを備えている。これらの空気孔および
燃料孔は、セパレータ１３０を含む部材を積層して燃料
電池を構成する際には、燃料電池の内部で、それぞれ、
酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホール
ド、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホー
ルドを形成する。
一例として、セパレータ１３０の構成を平面的に表わす
説明図である。セパレータ１３０は、その周辺近くに、
４つの孔構造として、空気孔１４０，１４３と、燃料孔
１５０，１５２とを備えている。これらの空気孔および
燃料孔は、セパレータ１３０を含む部材を積層して燃料
電池を構成する際には、燃料電池の内部で、それぞれ、
酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホール
ド、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホー
ルドを形成する。
【０００５】また、セパレータ１３０の一方の面には、
空気孔１４０と空気孔１４３とを連絡するリブ部１５５
が設けられており、セパレータ１３０の他方の面には、
燃料孔１５０と燃料孔１５２とを連絡するリブ部（図示
せず）が設けられている。ここでは、これらのリブ部
は、平行に形成された溝状構造とした。セパレータ１３
０を含む部材を積層して燃料電池を構成する際には、こ
れらのリブ部は、セパレータ１３０に隣接する部材との
間で、単セル内ガス流路を形成する。すなわち、空気孔
１４０と空気孔１４３とを連絡するリブ部１５５は、単
セル内酸化ガス流路を形成し、燃料孔１５０と燃料孔１
５２とを連絡するリブ部は、単セル内燃料ガス流路を形
成する。燃料電池に供給された酸化ガスは、空気孔１４
０によって形成される酸化ガス供給マニホールド内を通
過し、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路に
分配され、電気化学反応に供された後に酸化ガス排出マ
ニホールドで合流して、燃料電池外部に排出される。同
様に、燃料電池に供給された燃料ガスは、燃料孔１５０
によって形成される燃料ガス供給マニホールド内を通過
し、各単セル内に形成された単セル内燃料ガス流路に分
配され、電気化学反応に供された後に燃料ガス排出マニ
ホールドで合流して、燃料電池外部に排出される。
空気孔１４０と空気孔１４３とを連絡するリブ部１５５
が設けられており、セパレータ１３０の他方の面には、
燃料孔１５０と燃料孔１５２とを連絡するリブ部（図示
せず）が設けられている。ここでは、これらのリブ部
は、平行に形成された溝状構造とした。セパレータ１３
０を含む部材を積層して燃料電池を構成する際には、こ
れらのリブ部は、セパレータ１３０に隣接する部材との
間で、単セル内ガス流路を形成する。すなわち、空気孔
１４０と空気孔１４３とを連絡するリブ部１５５は、単
セル内酸化ガス流路を形成し、燃料孔１５０と燃料孔１
５２とを連絡するリブ部は、単セル内燃料ガス流路を形
成する。燃料電池に供給された酸化ガスは、空気孔１４
０によって形成される酸化ガス供給マニホールド内を通
過し、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路に
分配され、電気化学反応に供された後に酸化ガス排出マ
ニホールドで合流して、燃料電池外部に排出される。同
様に、燃料電池に供給された燃料ガスは、燃料孔１５０
によって形成される燃料ガス供給マニホールド内を通過
し、各単セル内に形成された単セル内燃料ガス流路に分
配され、電気化学反応に供された後に燃料ガス排出マニ
ホールドで合流して、燃料電池外部に排出される。
【０００６】このような、燃料ガスおよび酸化ガスを電
気化学反応に供して起電力を得る燃料電池では、供給さ
れるガスの利用率を向上させることが望まれている。す
なわち、燃料電池には、電極活物質（水素あるいは酸
素）を含有するガス（燃料ガスあるいは酸化ガス）が供
給されるが、ガス中の電極活物質のすべてが電気化学反
応で利用され得るわけではないので、電気化学反応を充
分に進行させるために、理論上必要とされる量を超える
量の電極活物質を含有するガスを燃料電池に供給してい
る。したがって、ガス中の電極活物質を電気化学反応で
利用されやすくしてガスの利用率を向上させて、燃料電
池に供給するガス量を抑えることが望まれている。燃料
電池に供給するガス量が抑えられれば、燃料ガスにおい
ては水素の消費量を抑えることができる。また、酸化ガ
スにおいては、酸化ガス（通常は空気）を加圧するため
に消費するエネルギ量を抑えることができ、燃料電池を
備えるシステム全体のエネルギ効率を向上させることが
できる。
気化学反応に供して起電力を得る燃料電池では、供給さ
れるガスの利用率を向上させることが望まれている。す
なわち、燃料電池には、電極活物質（水素あるいは酸
素）を含有するガス（燃料ガスあるいは酸化ガス）が供
給されるが、ガス中の電極活物質のすべてが電気化学反
応で利用され得るわけではないので、電気化学反応を充
分に進行させるために、理論上必要とされる量を超える
量の電極活物質を含有するガスを燃料電池に供給してい
る。したがって、ガス中の電極活物質を電気化学反応で
利用されやすくしてガスの利用率を向上させて、燃料電
池に供給するガス量を抑えることが望まれている。燃料
電池に供給するガス量が抑えられれば、燃料ガスにおい
ては水素の消費量を抑えることができる。また、酸化ガ
スにおいては、酸化ガス（通常は空気）を加圧するため
に消費するエネルギ量を抑えることができ、燃料電池を
備えるシステム全体のエネルギ効率を向上させることが
できる。
【０００７】ガス中の電極活物質を電気化学反応で利用
されやすくしてガスの利用率を向上させるには、ガスが
流路内でよく攪拌され、拡散する状態とすればよい。こ
れによって、電極に備えられた触媒と電極活物質とを接
触しやすくすることができる。ガスが流路内でよく攪拌
され、拡散する状態とするには、例えば、単セル内流路
において、この流路内を通過するガスの流量を増やして
流速を速くする方法を選択することができる。流路内を
通過するガスの流量を増やす方法として、単セル内流路
の流路断面を小さくする方法が考えられるが、このよう
な構成として、ガスセパレータ上に形成されて単セル内
流路を形成する上記凹凸構造の形状を、一筆書き構造と
する構成が提案されている（例えば、特開平７−２６３
００３号公報等）。ここでは、各単セルに供給されるガ
スは、同一面上に連続して形成された細い流路内に導入
される。したがって、外部から燃料電池に供給するガス
量は同じであっても、図３２に示した構成のように、各
単セル内において同一面上のより広い範囲に同時にガス
を通過させる構成とする場合に比べて、流路の任意の場
所を通過するガスの流速を速くすることができ、ガスの
利用率を向上させることができる。
されやすくしてガスの利用率を向上させるには、ガスが
流路内でよく攪拌され、拡散する状態とすればよい。こ
れによって、電極に備えられた触媒と電極活物質とを接
触しやすくすることができる。ガスが流路内でよく攪拌
され、拡散する状態とするには、例えば、単セル内流路
において、この流路内を通過するガスの流量を増やして
流速を速くする方法を選択することができる。流路内を
通過するガスの流量を増やす方法として、単セル内流路
の流路断面を小さくする方法が考えられるが、このよう
な構成として、ガスセパレータ上に形成されて単セル内
流路を形成する上記凹凸構造の形状を、一筆書き構造と
する構成が提案されている（例えば、特開平７−２６３
００３号公報等）。ここでは、各単セルに供給されるガ
スは、同一面上に連続して形成された細い流路内に導入
される。したがって、外部から燃料電池に供給するガス
量は同じであっても、図３２に示した構成のように、各
単セル内において同一面上のより広い範囲に同時にガス
を通過させる構成とする場合に比べて、流路の任意の場
所を通過するガスの流速を速くすることができ、ガスの
利用率を向上させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスセ
パレータ上に形成された凹凸構造を、上記したような一
筆書き構造とする場合には、単セル内流路は同一面上で
細かく折り曲げられるため、このような単セル内流路を
ガスが通過する際に生じる圧損が大きくなってしまう。
したがって、流路内を通過するガスの流量を所定量に維
持するためには、燃料電池に供給するガスを加圧する程
度を大きくする必要があり、これによってガスを加圧す
るために消費するエネルギが増大して、燃料電池を備え
るシステム全体のエネルギ効率が低下してしまうという
不都合を生じる。
パレータ上に形成された凹凸構造を、上記したような一
筆書き構造とする場合には、単セル内流路は同一面上で
細かく折り曲げられるため、このような単セル内流路を
ガスが通過する際に生じる圧損が大きくなってしまう。
したがって、流路内を通過するガスの流量を所定量に維
持するためには、燃料電池に供給するガスを加圧する程
度を大きくする必要があり、これによってガスを加圧す
るために消費するエネルギが増大して、燃料電池を備え
るシステム全体のエネルギ効率が低下してしまうという
不都合を生じる。
【０００９】上記公報とは別に、セパレータ上に形成す
るガス流路を複数の領域に分割する構成も提案されてい
る（例えば、実開昭５８−１３８２６８号公報等）。こ
のような燃料電池では、ガスセパレータ（バイポーラプ
レート）上に、複数の領域に分割されたガス流路が形成
されている。ガス供給孔から単セル内に供給されたガス
は、上記複数の領域を順次通過してガス排出口に到る。
このような構成としても、流路内を通過するガスの流速
を速くしてガス利用率を向上させることができるが、上
記一筆書きの構造と同様にガスの流れが単セル内で連続
しており、さらに、ガス集合孔同士を絞りによって接続
しているため、上記圧損の問題を充分に解決することが
できない。また、特開平７−２６３００３号公報に示さ
れた構成、および実開昭５８−１３８２６８号公報に示
された構成ともに、単セル内でガスの流れが連続してい
るため、各単セルへのガスの分配が充分均一に行なわれ
ないおそれがある。
るガス流路を複数の領域に分割する構成も提案されてい
る（例えば、実開昭５８−１３８２６８号公報等）。こ
のような燃料電池では、ガスセパレータ（バイポーラプ
レート）上に、複数の領域に分割されたガス流路が形成
されている。ガス供給孔から単セル内に供給されたガス
は、上記複数の領域を順次通過してガス排出口に到る。
このような構成としても、流路内を通過するガスの流速
を速くしてガス利用率を向上させることができるが、上
記一筆書きの構造と同様にガスの流れが単セル内で連続
しており、さらに、ガス集合孔同士を絞りによって接続
しているため、上記圧損の問題を充分に解決することが
できない。また、特開平７−２６３００３号公報に示さ
れた構成、および実開昭５８−１３８２６８号公報に示
された構成ともに、単セル内でガスの流れが連続してい
るため、各単セルへのガスの分配が充分均一に行なわれ
ないおそれがある。
【００１０】また、上記したように単セル内流路の流路
断面を小さくする場合には、ガスセパレータ上に形成す
る凹凸構造をより細かく形成する必要があるが、これに
よって、ガスセパレータを製造する際に従来以上の精度
が要求されることになる。しかしながら、ガスセパレー
タの製造時において、その表面に凹凸構造を形成する際
の精度を向上させることは困難を伴い、精度が不十分と
なった場合には、製造時の歩留まりの低下（不良品の増
加）や、凹凸構造を形成する際の精度の低下に起因する
電池性能のばらつきなどの不都合が生じるおそれがあ
る。
断面を小さくする場合には、ガスセパレータ上に形成す
る凹凸構造をより細かく形成する必要があるが、これに
よって、ガスセパレータを製造する際に従来以上の精度
が要求されることになる。しかしながら、ガスセパレー
タの製造時において、その表面に凹凸構造を形成する際
の精度を向上させることは困難を伴い、精度が不十分と
なった場合には、製造時の歩留まりの低下（不良品の増
加）や、凹凸構造を形成する際の精度の低下に起因する
電池性能のばらつきなどの不都合が生じるおそれがあ
る。
【００１１】本発明の燃料電池用ガスセパレータおよび
該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池は、こう
した問題を解決し、燃料電池を備えるシステム全体のエ
ネルギ効率を低下させてしまうことなく、燃料電池に供
給するガスの利用率を向上させることを目的としてなさ
れ、次の構成を採った。
該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池は、こう
した問題を解決し、燃料電池を備えるシステム全体のエ
ネルギ効率を低下させてしまうことなく、燃料電池に供
給するガスの利用率を向上させることを目的としてなさ
れ、次の構成を採った。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池用ガスセパレータは、電解質層および電
極を形成する部材と共に積層することによって燃料電池
を構成可能となり、該燃料電池内部でガス流路を形成す
る燃料電池用ガスセパレータであって、該燃料電池用ガ
スセパレータをその厚み方向に貫通する２つの孔構造
と、該２つの孔構造を前記燃料電池用ガスセパレータの
一方の面の上で連通させる凹部とからなる単セル内流路
形成部を、それぞれ独立して互いに連通することなく、
前記燃料電池用ガスセパレータの前記面側において複数
形成し、前記燃料電池用ガスセパレータを積層して燃料
電池を構成する際には、前記単セル内流路形成部によっ
て前記ガス流路を形成することを要旨とする。
発明の燃料電池用ガスセパレータは、電解質層および電
極を形成する部材と共に積層することによって燃料電池
を構成可能となり、該燃料電池内部でガス流路を形成す
る燃料電池用ガスセパレータであって、該燃料電池用ガ
スセパレータをその厚み方向に貫通する２つの孔構造
と、該２つの孔構造を前記燃料電池用ガスセパレータの
一方の面の上で連通させる凹部とからなる単セル内流路
形成部を、それぞれ独立して互いに連通することなく、
前記燃料電池用ガスセパレータの前記面側において複数
形成し、前記燃料電池用ガスセパレータを積層して燃料
電池を構成する際には、前記単セル内流路形成部によっ
て前記ガス流路を形成することを要旨とする。
【００１３】以上のように構成された本発明の燃料電池
用ガスセパレータは、このガスセパレータを積層して燃
料電池を構成する際には、個々の単セル内流路形成部を
構成する２つの孔構造によって、ガスセパレータの積層
方向にガスを通過させるガス流路（ガスマニホールド）
を形成する。また、前記ガスセパレータの一方の面の上
で前記２つの孔構造を連通させる前記凹部によって、前
記電解質層および前記電極に対してガスを供給するガス
流路（単セル内ガス流路）を形成する。ここで、前記ガ
スセパレータの前記面側において、前記２つの孔構造と
前記凹部とからなる単セル内ガス流路形成部は、それぞ
れ独立して互いに連通することなく複数形成されている
ので、燃料電池に供給されたガスが、前記ガスセパレー
タ表面に形成されるガス流路に分配されるときには、所
定のガスセパレータ表面の全面に対して、単一のガスマ
ニホールドから一度にガスが供給されることがない。燃
料電池に供給されたガスが分配されるときには、ガスセ
パレータの表面を分割して設けられた単セル内流路形成
部が形成する個々の単セル内ガス流路ごとに、それぞれ
別個のガスマニホールドからガスが供給される。
用ガスセパレータは、このガスセパレータを積層して燃
料電池を構成する際には、個々の単セル内流路形成部を
構成する２つの孔構造によって、ガスセパレータの積層
方向にガスを通過させるガス流路（ガスマニホールド）
を形成する。また、前記ガスセパレータの一方の面の上
で前記２つの孔構造を連通させる前記凹部によって、前
記電解質層および前記電極に対してガスを供給するガス
流路（単セル内ガス流路）を形成する。ここで、前記ガ
スセパレータの前記面側において、前記２つの孔構造と
前記凹部とからなる単セル内ガス流路形成部は、それぞ
れ独立して互いに連通することなく複数形成されている
ので、燃料電池に供給されたガスが、前記ガスセパレー
タ表面に形成されるガス流路に分配されるときには、所
定のガスセパレータ表面の全面に対して、単一のガスマ
ニホールドから一度にガスが供給されることがない。燃
料電池に供給されたガスが分配されるときには、ガスセ
パレータの表面を分割して設けられた単セル内流路形成
部が形成する個々の単セル内ガス流路ごとに、それぞれ
別個のガスマニホールドからガスが供給される。
【００１４】また、本発明の燃料電池は、電解質層と電
極およびガスセパレータを含む部材からなる単セルを複
数積層してなるスタック構造を有し、電極活物質を含有
するガスの供給を受けて、電気化学反応により起電力を
得る燃料電池であって、前記スタック構造は、内部を前
記ガスが通過する流路として、複数の分割流路形成部を
備え、前記複数の分割流路形成部のそれぞれは、前記ス
タック構造の積層方向に形成され、内部を通過する前記
ガスを各単セルに分配するガス供給マニホールドと、前
記スタック構造の積層方向に形成され、各単セルから排
出される前記ガスが集合するガス排出マニホールドと、
前記スタック構造を構成する各単セル内に形成され、前
記ガス供給マニホールドと前記ガス排出マニホールドと
を連通させて、前記各単セルを構成する前記電解質層お
よび前記電極の一部の領域に対して前記ガスを給排する
単セル内ガス流路とからなり、前記各単セルが備えるそ
れぞれの前記ガスセパレータにおける少なくとも一方の
面上では、前記分割流路形成部が備える前記単セル内ガ
ス流路を形成する凹部が、前記複数の分割流路形成部の
それぞれに対応して、互いに連通することなく複数設け
られており、前記スタック構造の端部において、前記複
数の分割流路形成部のうちの一つが備える前記ガス排出
マニホールドの端部と、前記複数の分割流路形成部のう
ちの他の一つが備える前記ガス供給マニホールドの端部
とを接続する流路接続部を備え、前記燃料電池に供給さ
れた前記ガスは、前記複数の分割流路形成部を、前記流
路接続部を介しながら順次通過することを要旨とする。
極およびガスセパレータを含む部材からなる単セルを複
数積層してなるスタック構造を有し、電極活物質を含有
するガスの供給を受けて、電気化学反応により起電力を
得る燃料電池であって、前記スタック構造は、内部を前
記ガスが通過する流路として、複数の分割流路形成部を
備え、前記複数の分割流路形成部のそれぞれは、前記ス
タック構造の積層方向に形成され、内部を通過する前記
ガスを各単セルに分配するガス供給マニホールドと、前
記スタック構造の積層方向に形成され、各単セルから排
出される前記ガスが集合するガス排出マニホールドと、
前記スタック構造を構成する各単セル内に形成され、前
記ガス供給マニホールドと前記ガス排出マニホールドと
を連通させて、前記各単セルを構成する前記電解質層お
よび前記電極の一部の領域に対して前記ガスを給排する
単セル内ガス流路とからなり、前記各単セルが備えるそ
れぞれの前記ガスセパレータにおける少なくとも一方の
面上では、前記分割流路形成部が備える前記単セル内ガ
ス流路を形成する凹部が、前記複数の分割流路形成部の
それぞれに対応して、互いに連通することなく複数設け
られており、前記スタック構造の端部において、前記複
数の分割流路形成部のうちの一つが備える前記ガス排出
マニホールドの端部と、前記複数の分割流路形成部のう
ちの他の一つが備える前記ガス供給マニホールドの端部
とを接続する流路接続部を備え、前記燃料電池に供給さ
れた前記ガスは、前記複数の分割流路形成部を、前記流
路接続部を介しながら順次通過することを要旨とする。
【００１５】以上のように構成された本発明の燃料電池
が備えるスタック構造は、複数の分割流路形成部内を備
える。個々の分割流路形成部は、それぞれ、２つのガス
マニホールドと、この２つのガスマニホールドと連通し
て各単セルにおいて設けられた単セル内ガス流路とから
形成されており、前記分割流路形成部内では、前記ガス
は、一方のガスマニホールドの内部を前記スタック構造
の積層方向に通過しつつ、該一方のガスマニホールドに
連通するそれぞれの前記単セル内ガス流路に分配されて
各単セルにおける電気化学反応に供され、前記各単セル
内ガス流路から、さらに他方のガスマニホールドに排出
されて、該他方のガスマニホールド内を前記スタック構
造の積層方向に通過する。複数の分割流路形成部は、そ
れぞれの分割流路形成部が備える前記ガスマニホールド
端部において、前記流路接続部によって順次接続され、
外部から供給されたガスは、前記分割流路形成部を順次
通過する。
が備えるスタック構造は、複数の分割流路形成部内を備
える。個々の分割流路形成部は、それぞれ、２つのガス
マニホールドと、この２つのガスマニホールドと連通し
て各単セルにおいて設けられた単セル内ガス流路とから
形成されており、前記分割流路形成部内では、前記ガス
は、一方のガスマニホールドの内部を前記スタック構造
の積層方向に通過しつつ、該一方のガスマニホールドに
連通するそれぞれの前記単セル内ガス流路に分配されて
各単セルにおける電気化学反応に供され、前記各単セル
内ガス流路から、さらに他方のガスマニホールドに排出
されて、該他方のガスマニホールド内を前記スタック構
造の積層方向に通過する。複数の分割流路形成部は、そ
れぞれの分割流路形成部が備える前記ガスマニホールド
端部において、前記流路接続部によって順次接続され、
外部から供給されたガスは、前記分割流路形成部を順次
通過する。
【００１６】ここで、各単セルが備える前記ガスセパレ
ータにおける少なくとも一方の面上では、前記単セル内
ガス流路を形成する凹部が設けられており、この凹部
は、前記複数の分割流路形成部のそれぞれに対応して設
けられている。これら複数の凹部は、ガスセパレータの
一方の面上で互いに連通することなく形成されているた
め、燃料電池に供給されたガスが単セル内部に形成され
たガス流路に分配されるときには、所定のガスセパレー
タ表面の全面に対して、単一のガスマニホールドから一
度にガスが供給されることがない。燃料電池に供給され
たガスが分配されるときには、ガスセパレータの表面を
分割して設けられた前記凹部が形成する個々の単セル内
ガス流路ごとに、それぞれ別個のガスマニホールドから
ガスが供給される。
ータにおける少なくとも一方の面上では、前記単セル内
ガス流路を形成する凹部が設けられており、この凹部
は、前記複数の分割流路形成部のそれぞれに対応して設
けられている。これら複数の凹部は、ガスセパレータの
一方の面上で互いに連通することなく形成されているた
め、燃料電池に供給されたガスが単セル内部に形成され
たガス流路に分配されるときには、所定のガスセパレー
タ表面の全面に対して、単一のガスマニホールドから一
度にガスが供給されることがない。燃料電池に供給され
たガスが分配されるときには、ガスセパレータの表面を
分割して設けられた前記凹部が形成する個々の単セル内
ガス流路ごとに、それぞれ別個のガスマニホールドから
ガスが供給される。
【００１７】したがって、本発明の燃料電池用ガスセパ
レータを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料
電池によれば、ガスセパレータ表面に設けられた単セル
内ガス流路全体に対して、単一のガスマニホールドから
一度にガスが供給される場合に比べて、単セル内ガス流
路の単位断面積あたりに通過するガスの流量が増大し、
流速が速まるため、流路内でのガスの拡散性が向上し、
ガス中の電極活物質が電極上に設けられた触媒に到達し
やすくなる。したがって、電極活物質が電気化学反応で
利用されやすくなってガスの利用率が向上するため、燃
料電池に供給すべきガス量を抑えることができるという
効果を奏する。
レータを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料
電池によれば、ガスセパレータ表面に設けられた単セル
内ガス流路全体に対して、単一のガスマニホールドから
一度にガスが供給される場合に比べて、単セル内ガス流
路の単位断面積あたりに通過するガスの流量が増大し、
流速が速まるため、流路内でのガスの拡散性が向上し、
ガス中の電極活物質が電極上に設けられた触媒に到達し
やすくなる。したがって、電極活物質が電気化学反応で
利用されやすくなってガスの利用率が向上するため、燃
料電池に供給すべきガス量を抑えることができるという
効果を奏する。
【００１８】さらに、単セル内ガス流路におけるガスの
流速が速まることによって、特に酸素を含有する酸化ガ
スの流路においては、流路内の排水性を向上させること
ができるという効果を奏する。燃料電池において電気化
学反応が進行するときには、酸化ガスが供給されるカソ
ード側では生成水が生じ、この生成水は酸化ガス中に気
化して燃料電池外に排出されるが、酸化ガス中に気化で
きずに生成水が滞留すると、ガスの拡散を妨げるように
なるおそれがある。単セル内ガス流路における酸化ガス
の流速を速めることによって、生成水が酸化ガス中に気
化するのを促し、生成水が滞留してガスの拡散を妨げる
のを防止することができる。
流速が速まることによって、特に酸素を含有する酸化ガ
スの流路においては、流路内の排水性を向上させること
ができるという効果を奏する。燃料電池において電気化
学反応が進行するときには、酸化ガスが供給されるカソ
ード側では生成水が生じ、この生成水は酸化ガス中に気
化して燃料電池外に排出されるが、酸化ガス中に気化で
きずに生成水が滞留すると、ガスの拡散を妨げるように
なるおそれがある。単セル内ガス流路における酸化ガス
の流速を速めることによって、生成水が酸化ガス中に気
化するのを促し、生成水が滞留してガスの拡散を妨げる
のを防止することができる。
【００１９】また、燃料電池に供給すべきガスの総量を
減らすことができることから、燃料電池に供給する酸化
ガスに対する加湿量を減らすことができるという効果も
得られる。固体高分子型燃料電池では、カソード側で生
じる既述した生成水を含めて、電解質膜が保持する水分
の一部は、酸化ガス中に気化して燃料電池外に排出され
るため、通常は、燃料電池に供給する酸化ガスをあらか
じめ加湿して、電解質膜の乾燥を防いでいる。上記した
ように燃料電池に供給する酸化ガスの総量を減らすこと
ができると、酸化ガスによって燃料電池外に持ち出され
る水分量をより少なくすることができ、燃料電池に供給
する酸化ガスの加湿量を低減できる。これによって、酸
化ガスを加湿するために消費するエネルギ量を削減する
ことができる。燃料電池に供給する燃料ガスとして、炭
化水素を水蒸気改質して得た改質ガスを用いる場合に
は、燃料ガスを加湿する特別な構成は不要であるが、燃
料ガスとして水素ガスを用いる場合には、燃料電池に供
給するのに先立って加湿する必要がある。このような場
合にも、燃料電池に供給すべきガスの総量を減らせるこ
とから、加湿量を抑え、加湿のために消費するエネルギ
量を削減できるという効果を得ることができる。
減らすことができることから、燃料電池に供給する酸化
ガスに対する加湿量を減らすことができるという効果も
得られる。固体高分子型燃料電池では、カソード側で生
じる既述した生成水を含めて、電解質膜が保持する水分
の一部は、酸化ガス中に気化して燃料電池外に排出され
るため、通常は、燃料電池に供給する酸化ガスをあらか
じめ加湿して、電解質膜の乾燥を防いでいる。上記した
ように燃料電池に供給する酸化ガスの総量を減らすこと
ができると、酸化ガスによって燃料電池外に持ち出され
る水分量をより少なくすることができ、燃料電池に供給
する酸化ガスの加湿量を低減できる。これによって、酸
化ガスを加湿するために消費するエネルギ量を削減する
ことができる。燃料電池に供給する燃料ガスとして、炭
化水素を水蒸気改質して得た改質ガスを用いる場合に
は、燃料ガスを加湿する特別な構成は不要であるが、燃
料ガスとして水素ガスを用いる場合には、燃料電池に供
給するのに先立って加湿する必要がある。このような場
合にも、燃料電池に供給すべきガスの総量を減らせるこ
とから、加湿量を抑え、加湿のために消費するエネルギ
量を削減できるという効果を得ることができる。
【００２０】さらに、本発明の燃料電池用ガスセパレー
タを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料電池
によれば、任意の単セルにおいて、酸化ガスあるいは燃
料ガスが供給される領域が分割されており、それぞれの
領域に対して異なるガスマニホールドからガスが供給さ
れるため、ガスマニホールドと単セル内流路との接続部
に凝縮水が滞留する場合にも、単セルに対するガスの供
給が完全に絶たれてしまうおそれがない。すなわち、上
記した接続部に凝縮水が滞留して所定の単セル内流路に
対するガスの供給が遮断されても、ガスセパレータの同
一面上に形成される複数の単セル内ガス流路に対応する
接続部のすべてが同時に閉塞されてしまう可能性はきわ
めて低く、スタック構造を構成する単セルのいずれかに
対するガスの供給が凝縮水の滞留に起因して停止してし
まうのを防止することができる。
タを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料電池
によれば、任意の単セルにおいて、酸化ガスあるいは燃
料ガスが供給される領域が分割されており、それぞれの
領域に対して異なるガスマニホールドからガスが供給さ
れるため、ガスマニホールドと単セル内流路との接続部
に凝縮水が滞留する場合にも、単セルに対するガスの供
給が完全に絶たれてしまうおそれがない。すなわち、上
記した接続部に凝縮水が滞留して所定の単セル内流路に
対するガスの供給が遮断されても、ガスセパレータの同
一面上に形成される複数の単セル内ガス流路に対応する
接続部のすべてが同時に閉塞されてしまう可能性はきわ
めて低く、スタック構造を構成する単セルのいずれかに
対するガスの供給が凝縮水の滞留に起因して停止してし
まうのを防止することができる。
【００２１】本発明の燃料電池用ガスセパレータにおい
て、前記複数の単セル内流路形成部を、その両面に有す
ることとしてもよい。このような構成とすれば、本発明
の燃料電池用ガスセパレータを用いて構成した燃料電池
において、水素を含有する燃料ガスの流路と、酸素を含
有する酸化ガスの流路の両方において、上記したよう
に、ガスの利用率を向上させる効果を得ることができ
る。
て、前記複数の単セル内流路形成部を、その両面に有す
ることとしてもよい。このような構成とすれば、本発明
の燃料電池用ガスセパレータを用いて構成した燃料電池
において、水素を含有する燃料ガスの流路と、酸素を含
有する酸化ガスの流路の両方において、上記したよう
に、ガスの利用率を向上させる効果を得ることができ
る。
【００２２】また、本発明の燃料電池において、前記電
極活物質を含有するガスは、酸素を含有する酸化ガスで
あり、それぞれの前記単セルにおいて、前記酸化ガスが
流入する前記単セル内ガス流路は、内部を通過する前記
酸化ガスの流れの方向が、重力に従う場合と同様に上方
から下方へ向かう方向となるように形成されたこととし
てもよい。
極活物質を含有するガスは、酸素を含有する酸化ガスで
あり、それぞれの前記単セルにおいて、前記酸化ガスが
流入する前記単セル内ガス流路は、内部を通過する前記
酸化ガスの流れの方向が、重力に従う場合と同様に上方
から下方へ向かう方向となるように形成されたこととし
てもよい。
【００２３】このような構成とすれば、酸化ガスが通過
する単セル内ガス流路において、排水性をさらに向上さ
せることができる。すなわち、燃料電池における電気化
学反応の進行に伴って、カソード側で生じた生成水が、
単セル内ガス流路で凝縮してしまった場合にも、単セル
内ガス流路での酸化ガスの流れの方向を上方から下方へ
向かわせることによって、凝縮水は重力に従って排出さ
れやすくなり、凝縮水が流路内で滞留してガスの流通を
妨げてしまうのを防止することができる。
する単セル内ガス流路において、排水性をさらに向上さ
せることができる。すなわち、燃料電池における電気化
学反応の進行に伴って、カソード側で生じた生成水が、
単セル内ガス流路で凝縮してしまった場合にも、単セル
内ガス流路での酸化ガスの流れの方向を上方から下方へ
向かわせることによって、凝縮水は重力に従って排出さ
れやすくなり、凝縮水が流路内で滞留してガスの流通を
妨げてしまうのを防止することができる。
【００２４】また、本発明の燃料電池用ガスセパレータ
において、該燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に
形成される複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から
見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が同一の
方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置されてお
り、複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ
備える前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの
辺縁部に沿って、互いに隣接するように配置されている
こととしてもよい。
において、該燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に
形成される複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から
見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が同一の
方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置されてお
り、複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ
備える前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの
辺縁部に沿って、互いに隣接するように配置されている
こととしてもよい。
【００２５】同様に、本発明の燃料電池において、前記
ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前記凹
部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形
をなし、各々のＵ字形が同一の方向を向き、かつ、互い
に隣接するように配置されており、ぞれぞれの前記凹部
が形成する前記単セル内ガス流路は、Ｕ字形をなす前記
凹部の両端部において、前記ガス供給マニホールドおよ
び前記ガス排出マニホールドと接続し、前記複数の分割
流路形成部のそれぞれが備える前記ガス供給マニホール
ドおよび前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構
造の側面の一つに沿って互いに隣接して配設されること
としてもよい。
ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前記凹
部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形
をなし、各々のＵ字形が同一の方向を向き、かつ、互い
に隣接するように配置されており、ぞれぞれの前記凹部
が形成する前記単セル内ガス流路は、Ｕ字形をなす前記
凹部の両端部において、前記ガス供給マニホールドおよ
び前記ガス排出マニホールドと接続し、前記複数の分割
流路形成部のそれぞれが備える前記ガス供給マニホール
ドおよび前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構
造の側面の一つに沿って互いに隣接して配設されること
としてもよい。
【００２６】このような本発明の燃料電池用ガスセパレ
ータを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料電
池によれば、同種のガスが通過するガス供給マニホール
ドおよびガス排出マニホールドが、スタック構造の側面
に一つに沿って配設されており、同種のガスが通過する
ガスマニホールド間ではガスのシール性を厳密に確保す
る必要がないため、ガスマニホールドを形成する領域の
シール構造を簡素化することができる。また、単セル内
ガス流路を形成する凹部の形状をＵ字形にすることによ
り、凹部を直線状に形成してその両端部にガスマニホー
ルドのための孔部を形成する場合に比べて、ガスセパレ
ータ表面のより広い領域を単セル内ガス流路に利用する
ことが可能となり、ガスセパレータおよびこれを用いる
燃料電池を小型化することができる。
ータを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料電
池によれば、同種のガスが通過するガス供給マニホール
ドおよびガス排出マニホールドが、スタック構造の側面
に一つに沿って配設されており、同種のガスが通過する
ガスマニホールド間ではガスのシール性を厳密に確保す
る必要がないため、ガスマニホールドを形成する領域の
シール構造を簡素化することができる。また、単セル内
ガス流路を形成する凹部の形状をＵ字形にすることによ
り、凹部を直線状に形成してその両端部にガスマニホー
ルドのための孔部を形成する場合に比べて、ガスセパレ
ータ表面のより広い領域を単セル内ガス流路に利用する
ことが可能となり、ガスセパレータおよびこれを用いる
燃料電池を小型化することができる。
【００２７】このような本発明の燃料電池において、燃
料電池内部との間で熱交換することによって、前記電気
化学反応に伴って生じる熱を取り除いて、燃料電池内部
の温度が非所望の温度に上昇してしまうのを防ぐ冷却液
を、その内部に通過させる流路であって、燃料電池内部
の所定の複数の位置に設けられた冷却液路と、前記スタ
ック構造の積層方向に形成され、前記冷却液を前記冷却
液路に分配する、あるいは、前記各冷却液路を通過した
前記冷却液が集合する冷却液マニホールドとを備え、前
記冷却液マニホールドは、前記スタック構造を形成する
側面の一つに沿って互いに隣接して設けられた前記ガス
供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドの近
傍に設けられ、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガ
ス排出マニホールドが配設された位置よりも、前記単セ
ル内ガス流路が形成される場所から離れた位置に設けら
れたこととしてもよい。
料電池内部との間で熱交換することによって、前記電気
化学反応に伴って生じる熱を取り除いて、燃料電池内部
の温度が非所望の温度に上昇してしまうのを防ぐ冷却液
を、その内部に通過させる流路であって、燃料電池内部
の所定の複数の位置に設けられた冷却液路と、前記スタ
ック構造の積層方向に形成され、前記冷却液を前記冷却
液路に分配する、あるいは、前記各冷却液路を通過した
前記冷却液が集合する冷却液マニホールドとを備え、前
記冷却液マニホールドは、前記スタック構造を形成する
側面の一つに沿って互いに隣接して設けられた前記ガス
供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドの近
傍に設けられ、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガ
ス排出マニホールドが配設された位置よりも、前記単セ
ル内ガス流路が形成される場所から離れた位置に設けら
れたこととしてもよい。
【００２８】このような構成とすれば、冷却液マニホー
ルドを、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出
マニホールドが配設された位置よりも、前記単セル内ガ
ス流路が形成される場所から離れた位置に配設するた
め、燃料電池を所定の方向（ガス供給マニホールドおよ
びガス排出マニホールドが配設されていない側面間の方
向）について効果的に小型化することができる。
ルドを、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出
マニホールドが配設された位置よりも、前記単セル内ガ
ス流路が形成される場所から離れた位置に配設するた
め、燃料電池を所定の方向（ガス供給マニホールドおよ
びガス排出マニホールドが配設されていない側面間の方
向）について効果的に小型化することができる。
【００２９】また、本発明の燃料電池用ガスセパレータ
は、前記複数の単セル内流路形成部を前記燃料電池用ガ
スセパレータの両面に備え、前記燃料電池用ガスセパレ
ータの一方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記
一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各
々のＵ字形が第１の方向を向き、かつ、互いに隣接する
ように配置されており、前記燃料電池用ガスセパレータ
の他方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記他方
の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々の
Ｕ字形が前記第１の方向とは逆向きの第２の方向を向
き、かつ、互いに隣接するように配置されており、前記
燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に形成された複
数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ備える
前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの第１の
辺縁部に沿って、互いに隣接するように配置されてお
り、前記燃料電池用ガスセパレータの他方の面上に形成
された複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つず
つ備える前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータ
の第１の辺縁部と対向する第２の辺縁部に沿って、互い
に隣接するように配置されていることとしてもよい。
は、前記複数の単セル内流路形成部を前記燃料電池用ガ
スセパレータの両面に備え、前記燃料電池用ガスセパレ
ータの一方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記
一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各
々のＵ字形が第１の方向を向き、かつ、互いに隣接する
ように配置されており、前記燃料電池用ガスセパレータ
の他方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記他方
の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々の
Ｕ字形が前記第１の方向とは逆向きの第２の方向を向
き、かつ、互いに隣接するように配置されており、前記
燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に形成された複
数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ備える
前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの第１の
辺縁部に沿って、互いに隣接するように配置されてお
り、前記燃料電池用ガスセパレータの他方の面上に形成
された複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つず
つ備える前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータ
の第１の辺縁部と対向する第２の辺縁部に沿って、互い
に隣接するように配置されていることとしてもよい。
【００３０】同様に、本発明の燃料電池において、前記
ガスセパレータは、前記複数の凹部を、その両面にそれ
ぞれ有し、前記ガスセパレータの一方の面上に形成され
る複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、そ
れぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が第１の方向を向
き、かつ、互いに隣接するように配置されており、前記
ガスセパレータの他方の面上に形成される複数の前記凹
部は、前記他方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形
をなし、各々のＵ字形が前記第１の方向とは逆向きの第
２の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置され
ており、前記ガスセパレータの一方の面上に形成された
複数の前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路のいず
れかと連通する前記ガス供給マニホールドおよび前記ガ
ス排出マニホールドは、前記スタック構造の第１の側面
に沿って、互いに隣接するように配設され、前記ガスセ
パレータの他方の面上に形成された複数の前記凹部が形
成する前記単セル内ガス流路のいずれかと連通する前記
ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールド
は、前記スタック構造の第１の側面と対向する第２の側
面に沿って、互いに隣接するように配設されていること
としてもよい。
ガスセパレータは、前記複数の凹部を、その両面にそれ
ぞれ有し、前記ガスセパレータの一方の面上に形成され
る複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、そ
れぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が第１の方向を向
き、かつ、互いに隣接するように配置されており、前記
ガスセパレータの他方の面上に形成される複数の前記凹
部は、前記他方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形
をなし、各々のＵ字形が前記第１の方向とは逆向きの第
２の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置され
ており、前記ガスセパレータの一方の面上に形成された
複数の前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路のいず
れかと連通する前記ガス供給マニホールドおよび前記ガ
ス排出マニホールドは、前記スタック構造の第１の側面
に沿って、互いに隣接するように配設され、前記ガスセ
パレータの他方の面上に形成された複数の前記凹部が形
成する前記単セル内ガス流路のいずれかと連通する前記
ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールド
は、前記スタック構造の第１の側面と対向する第２の側
面に沿って、互いに隣接するように配設されていること
としてもよい。
【００３１】このような本発明の燃料電池用ガスセパレ
ータを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料電
池によれば、上記した構成と同様に、同種のガスが通過
するガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド
が、スタック構造の側面に一つに沿って配設されている
ため、ガスマニホールドを形成する領域のシール構造を
簡素化することができるとともに、ガスセパレータ表面
のより広い領域を単セル内ガス流路に利用することがで
きるため、ガスセパレータおよびこれを用いる燃料電池
を小型化することができるという効果を得られる。さら
に、ガスセパレータの一方の面上に形成される単セル内
ガス流路が連通するガスマニホールドと、ガスセパレー
タの他方の面上に形成される単セル内ガス流路が連通す
るガスマニホールドとは、互いに対向する側面に沿って
形成されるため、燃料電池において、ガスマニホールド
が形成されない側面間の距離を効果的に小さくし、燃料
電池全体をより小型化することができる。
ータを用いて構成した燃料電池、および本発明の燃料電
池によれば、上記した構成と同様に、同種のガスが通過
するガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド
が、スタック構造の側面に一つに沿って配設されている
ため、ガスマニホールドを形成する領域のシール構造を
簡素化することができるとともに、ガスセパレータ表面
のより広い領域を単セル内ガス流路に利用することがで
きるため、ガスセパレータおよびこれを用いる燃料電池
を小型化することができるという効果を得られる。さら
に、ガスセパレータの一方の面上に形成される単セル内
ガス流路が連通するガスマニホールドと、ガスセパレー
タの他方の面上に形成される単セル内ガス流路が連通す
るガスマニホールドとは、互いに対向する側面に沿って
形成されるため、燃料電池において、ガスマニホールド
が形成されない側面間の距離を効果的に小さくし、燃料
電池全体をより小型化することができる。
【００３２】さらに、本発明の燃料電池において、前記
分割流路形成部が備える前記ガス供給マニホールドは、
前記スタック構造に備えられたすべての前記単セル内に
形成される前記単セル内ガス流路に対して、前記ガスを
同時に供給し、前記分割流路形成部が備える前記ガス排
出マニホールドは、前記スタック構造に備えられたすべ
ての前記単セル内に形成される前記単セル内ガス流路か
ら同時に排出される前記ガスが集合することとしてもよ
い。このような構成とすれば、ガスマニホールドの構造
を簡素化できる。
分割流路形成部が備える前記ガス供給マニホールドは、
前記スタック構造に備えられたすべての前記単セル内に
形成される前記単セル内ガス流路に対して、前記ガスを
同時に供給し、前記分割流路形成部が備える前記ガス排
出マニホールドは、前記スタック構造に備えられたすべ
ての前記単セル内に形成される前記単セル内ガス流路か
ら同時に排出される前記ガスが集合することとしてもよ
い。このような構成とすれば、ガスマニホールドの構造
を簡素化できる。
【００３３】また、本発明の燃料電池において、前記ス
タック構造の積層方向に形成され、前記ガス供給マニホ
ールドあるいは前記ガス排出マニホールドとして働く複
数の管状構造を備え、前記管状構造の少なくとも一つ
は、内部の所定の位置に、内部を通過するガスの流れを
遮断する遮断部を有し、前記遮断部よりも前記ガスの流
れの上流側に配設された前記単セルでは、前記遮断部を
有する前記管状構造を前記ガス供給マニホールドとして
働かせ、前記上流側に配設された前記単セルが備える前
記単セル内ガス流路のそれぞれに対して前記ガスが同時
に供給され、前記遮断部よりも前記ガスの流れの下流側
に配設された前記単セルでは、前記遮断部よりも上流側
で前記ガス排出マニホールドとして働いた前記管状構造
を前記ガス供給マニホールドとして働かせ、前記下流側
に配設された前記単セルが備える前記単セル内ガス流路
のそれぞれに対して前記ガスを同時に供給することとし
てもよい。
タック構造の積層方向に形成され、前記ガス供給マニホ
ールドあるいは前記ガス排出マニホールドとして働く複
数の管状構造を備え、前記管状構造の少なくとも一つ
は、内部の所定の位置に、内部を通過するガスの流れを
遮断する遮断部を有し、前記遮断部よりも前記ガスの流
れの上流側に配設された前記単セルでは、前記遮断部を
有する前記管状構造を前記ガス供給マニホールドとして
働かせ、前記上流側に配設された前記単セルが備える前
記単セル内ガス流路のそれぞれに対して前記ガスが同時
に供給され、前記遮断部よりも前記ガスの流れの下流側
に配設された前記単セルでは、前記遮断部よりも上流側
で前記ガス排出マニホールドとして働いた前記管状構造
を前記ガス供給マニホールドとして働かせ、前記下流側
に配設された前記単セルが備える前記単セル内ガス流路
のそれぞれに対して前記ガスを同時に供給することとし
てもよい。
【００３４】このような構成とすれば、スタック構造に
供給されたガスは、遮断部よりもガスの流れの上流側に
配置された単セルが備える単セル内ガス流路に対して、
同時に供給される。これら上流側に配置された単セルか
ら排出されたガスは、遮断部よりも上流においてガス排
出マニホールドとして働いた管状構造をガス供給マニホ
ールドとして、遮断部よりも下流側に配置された単セル
が備える単セル内ガス流路に対して供給される。したが
って、スタック構造を構成するすべての単セルが備える
単セル内ガス流路に同時にガスを供給する構成に比べ
て、各単セル内ガス流路に供給されるガス量が増大し、
流路内でのガスの流速を速めることができる。このよう
に流路内のガス量を増大させるという効果を、マニホー
ルドを構成する管状構造内に遮断部を設けるという簡単
な構成により実現することができる。
供給されたガスは、遮断部よりもガスの流れの上流側に
配置された単セルが備える単セル内ガス流路に対して、
同時に供給される。これら上流側に配置された単セルか
ら排出されたガスは、遮断部よりも上流においてガス排
出マニホールドとして働いた管状構造をガス供給マニホ
ールドとして、遮断部よりも下流側に配置された単セル
が備える単セル内ガス流路に対して供給される。したが
って、スタック構造を構成するすべての単セルが備える
単セル内ガス流路に同時にガスを供給する構成に比べ
て、各単セル内ガス流路に供給されるガス量が増大し、
流路内でのガスの流速を速めることができる。このよう
に流路内のガス量を増大させるという効果を、マニホー
ルドを構成する管状構造内に遮断部を設けるという簡単
な構成により実現することができる。
【００３５】また、本発明の燃料電池において、該燃料
電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記スタッ
ク構造を、複数備え、前記燃料電池に供給される前記ガ
スは、予め分割された後に複数の前記スタック構造のそ
れぞれに対して供給されることとしてもよい。このよう
な場合にも、個々のスタック構造は、内部を前記ガスが
通過する流路として複数の分割流路形成部を備えている
ため、それぞれのスタック構造では、単セル内ガス流路
を通過するガスの流量が増大することによる既述した効
果が得られる。
電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記スタッ
ク構造を、複数備え、前記燃料電池に供給される前記ガ
スは、予め分割された後に複数の前記スタック構造のそ
れぞれに対して供給されることとしてもよい。このよう
な場合にも、個々のスタック構造は、内部を前記ガスが
通過する流路として複数の分割流路形成部を備えている
ため、それぞれのスタック構造では、単セル内ガス流路
を通過するガスの流量が増大することによる既述した効
果が得られる。
【００３６】あるいは、本発明の燃料電池において、該
燃料電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記ス
タック構造を、複数備え、複数の前記スタック構造の内
の所定の一つに供給された前記ガスは、該所定のスタッ
ク構造が備える複数の前記分割流路形成部を順次通過す
る途中で、前記所定のスタック構造とは異なる前記スタ
ック構造が備える前記分割流路形成部を経由することと
してもよい。
燃料電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記ス
タック構造を、複数備え、複数の前記スタック構造の内
の所定の一つに供給された前記ガスは、該所定のスタッ
ク構造が備える複数の前記分割流路形成部を順次通過す
る途中で、前記所定のスタック構造とは異なる前記スタ
ック構造が備える前記分割流路形成部を経由することと
してもよい。
【００３７】このような場合にも、個々のスタック構造
は、内部を前記ガスが通過する流路として複数の分割流
路形成部を備えているため、それぞれのスタック構造で
は、単セル内ガス流路を通過するガスの流量が増大する
ことによる既述した効果が得られる。さらに、燃料電池
に供給されたガスは、複数のスタック構造が各々備える
分割流路形成部を、順次通過するため、予めガスの流れ
を分割した後に個々のスタック構造にガスを供給する場
合に比べて、上流部でガスの流れを分割する数を減らす
ことができる。これによって、単セル内ガス流路を通過
するガス流量をさらに増大させることができると共に、
ガスの流れを分割する精度を向上させることができる。
ガスの流れを分割する精度が向上することによって、各
スタック構造に供給されるガス量をより均一化し、各ス
タック構造における出力を均一化することができる。
は、内部を前記ガスが通過する流路として複数の分割流
路形成部を備えているため、それぞれのスタック構造で
は、単セル内ガス流路を通過するガスの流量が増大する
ことによる既述した効果が得られる。さらに、燃料電池
に供給されたガスは、複数のスタック構造が各々備える
分割流路形成部を、順次通過するため、予めガスの流れ
を分割した後に個々のスタック構造にガスを供給する場
合に比べて、上流部でガスの流れを分割する数を減らす
ことができる。これによって、単セル内ガス流路を通過
するガス流量をさらに増大させることができると共に、
ガスの流れを分割する精度を向上させることができる。
ガスの流れを分割する精度が向上することによって、各
スタック構造に供給されるガス量をより均一化し、各ス
タック構造における出力を均一化することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。本発明の第１実施例である燃
料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを複数
積層したスタック構造によって形成されている。図１
は、第１実施例の燃料電池を構成するスタック構造１５
の基本単位である単セル２０の構成を表わす分解斜視
図、図２は、本実施例の燃料電池が備えるセパレータ３
０の構成を表わす平面図、図３は、スタック構造１５の
外観を表わす斜視図である。最初に、図１ないし図３に
基づいて、燃料電池の構成を説明し、次に、この燃料電
池におけるガスの流れの様子について説明する。
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。本発明の第１実施例である燃
料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを複数
積層したスタック構造によって形成されている。図１
は、第１実施例の燃料電池を構成するスタック構造１５
の基本単位である単セル２０の構成を表わす分解斜視
図、図２は、本実施例の燃料電池が備えるセパレータ３
０の構成を表わす平面図、図３は、スタック構造１５の
外観を表わす斜視図である。最初に、図１ないし図３に
基づいて、燃料電池の構成を説明し、次に、この燃料電
池におけるガスの流れの様子について説明する。
【００３９】上述したように、本実施例の燃料電池は、
固体高分子型燃料電池であって、基本単位である単セル
２０を積層したスタック構造１５によって構成されてい
る。図１に示すように、単セル２０は、電解質膜３１，
アノード３２，カソード３３，セパレータ３０によって
構成されている。
固体高分子型燃料電池であって、基本単位である単セル
２０を積層したスタック構造１５によって構成されてい
る。図１に示すように、単セル２０は、電解質膜３１，
アノード３２，カソード３３，セパレータ３０によって
構成されている。
【００４０】ここで、電解質膜３１は、固体高分子材
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）
を使用した。電解質膜３１の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添
加してペースト化し、電解質膜３１上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを
作製し、このシートを電解質膜３１上にプレスする構成
も好適である。
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）
を使用した。電解質膜３１の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添
加してペースト化し、電解質膜３１上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを
作製し、このシートを電解質膜３１上にプレスする構成
も好適である。
【００４１】アノード３２およびカソード３３は、共に
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード３２およ
びカソード３３をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード３２およ
びカソード３３をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
【００４２】セパレータ３０は、ガス不透過の導電性部
材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密
質カーボンにより形成されている。図２（Ａ），（Ｂ）
は、セパレータ３０を両面のそれぞれから見た様子を表
わす平面図である。セパレータ３０は、その周辺近くに
１０個の孔を備えている。すなわち、セパレータ３０の
１辺の近傍には、この辺に沿って隣接する３つの孔であ
る孔部４０，４１，４２が設けられており、この辺に対
向する辺の近傍には、同じく隣接する孔部４３，４４，
４５が設けられている。また、上記した２辺とは異なる
１辺の近傍には、この辺に沿って隣接する２つの孔であ
る孔部５０と孔部５１が設けられており、この辺に対向
する辺の近傍には、同じく隣接する孔部５２と孔部５３
が設けられている（図２参照）。さらに、セパレータ３
０は、その両面に平行に形成された溝状のリブを備えて
いる。
材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密
質カーボンにより形成されている。図２（Ａ），（Ｂ）
は、セパレータ３０を両面のそれぞれから見た様子を表
わす平面図である。セパレータ３０は、その周辺近くに
１０個の孔を備えている。すなわち、セパレータ３０の
１辺の近傍には、この辺に沿って隣接する３つの孔であ
る孔部４０，４１，４２が設けられており、この辺に対
向する辺の近傍には、同じく隣接する孔部４３，４４，
４５が設けられている。また、上記した２辺とは異なる
１辺の近傍には、この辺に沿って隣接する２つの孔であ
る孔部５０と孔部５１が設けられており、この辺に対向
する辺の近傍には、同じく隣接する孔部５２と孔部５３
が設けられている（図２参照）。さらに、セパレータ３
０は、その両面に平行に形成された溝状のリブを備えて
いる。
【００４３】ここで、セパレータ３０の片方の面では、
孔部４０と、これと対向する孔部４３とを連絡してリブ
部５５が、孔部４１と、同じくこれと対向する孔部４４
とを連絡してリブ部５６が、孔部４２と、同じくこれと
対向する孔部４５とを連絡してリブ部５７が設けられて
いる。また、セパレータ３０の他方の面では、孔部５０
と、これと対向する孔部５２とを連絡してリブ部５８
が、孔部５１と、これと対向する孔部５３とを連絡して
リブ部５９が設けられている。これらの各リブ部は、上
記したように互いに平行な溝状構造をなしている。
孔部４０と、これと対向する孔部４３とを連絡してリブ
部５５が、孔部４１と、同じくこれと対向する孔部４４
とを連絡してリブ部５６が、孔部４２と、同じくこれと
対向する孔部４５とを連絡してリブ部５７が設けられて
いる。また、セパレータ３０の他方の面では、孔部５０
と、これと対向する孔部５２とを連絡してリブ部５８
が、孔部５１と、これと対向する孔部５３とを連絡して
リブ部５９が設けられている。これらの各リブ部は、上
記したように互いに平行な溝状構造をなしている。
【００４４】図１に示すように、セパレータ３０が電解
質膜３１，アノード３２およびカソード３３と共に積層
されて単セル２０を形成し、さらにスタック構造１５を
構成するときには、各リブ部は、隣接するガス拡散電極
との間でガス流路を形成する。すなわち、孔部４０〜４
５のうちの対向する２つの孔部を連絡するリブ部５５〜
５７は、隣接するカソード３３の表面との間に単セル内
酸化ガス流路を形成し、孔部５０〜５３のうちの対向す
る２つの孔部を連絡するリブ部５８，５９は、隣接する
アノード３２の表面との間に単セル内燃料ガス流路を形
成する。
質膜３１，アノード３２およびカソード３３と共に積層
されて単セル２０を形成し、さらにスタック構造１５を
構成するときには、各リブ部は、隣接するガス拡散電極
との間でガス流路を形成する。すなわち、孔部４０〜４
５のうちの対向する２つの孔部を連絡するリブ部５５〜
５７は、隣接するカソード３３の表面との間に単セル内
酸化ガス流路を形成し、孔部５０〜５３のうちの対向す
る２つの孔部を連絡するリブ部５８，５９は、隣接する
アノード３２の表面との間に単セル内燃料ガス流路を形
成する。
【００４５】単セル２０を積層してスタック構造１５を
組み立てたときには、各セパレータ３０が備える孔部４
０，４４，４２は、それぞれ、スタック構造１５内部を
その積層方向に貫通する酸化ガス供給マニホールド６
０，６１，６２を形成する。また、孔部４３，４１，４
５は、同じく、スタック構造１５内部をその積層方向に
貫通する酸化ガス排出マニホールド６３，６４，６５を
それぞれ形成する。さらに、孔部５２，５１は、同じく
スタック構造をその積層方向に貫通する燃料ガス供給マ
ニホールド６６，６７をそれぞれ形成し、孔部５０，５
３は、燃料ガス排出マニホールド６８，６９をそれぞれ
形成する（図２参照）。スタック構造１５内に形成され
たこれらガス流路内でのガスの流れについては、後に詳
しく説明する（後述する図６および図７を参照）。
組み立てたときには、各セパレータ３０が備える孔部４
０，４４，４２は、それぞれ、スタック構造１５内部を
その積層方向に貫通する酸化ガス供給マニホールド６
０，６１，６２を形成する。また、孔部４３，４１，４
５は、同じく、スタック構造１５内部をその積層方向に
貫通する酸化ガス排出マニホールド６３，６４，６５を
それぞれ形成する。さらに、孔部５２，５１は、同じく
スタック構造をその積層方向に貫通する燃料ガス供給マ
ニホールド６６，６７をそれぞれ形成し、孔部５０，５
３は、燃料ガス排出マニホールド６８，６９をそれぞれ
形成する（図２参照）。スタック構造１５内に形成され
たこれらガス流路内でのガスの流れについては、後に詳
しく説明する（後述する図６および図７を参照）。
【００４６】以上説明した各部材を備えるスタック構造
１５を組み立てるときには、セパレータ３０、アノード
３２、電解質膜３１、カソード３３、セパレータ３０の
順序で順次重ね合わせ、所定の数の単セル２０を積層し
た一方の端部にリターンプレート７０を配置する。さら
に、その両端に集電板３６，３７、絶縁板３８，３９、
エンドプレート８０，８５を順次配置して図３に示すス
タック構造１５を完成する。
１５を組み立てるときには、セパレータ３０、アノード
３２、電解質膜３１、カソード３３、セパレータ３０の
順序で順次重ね合わせ、所定の数の単セル２０を積層し
た一方の端部にリターンプレート７０を配置する。さら
に、その両端に集電板３６，３７、絶縁板３８，３９、
エンドプレート８０，８５を順次配置して図３に示すス
タック構造１５を完成する。
【００４７】リターンプレート７０は、セパレータ３０
と同様に緻密質カーボンによって形成されている。図４
は、リターンプレート７０の形状を表わす説明図であ
る。図４（Ａ）は平面の外観を表わし、図４（Ｂ）は図
４（Ａ）における（Ｂ）−（Ｂ）断面の様子を表わす。
図４に示すように、リターンプレート７０は、その周辺
部近傍に凹部７１，７２，７４および孔部７５，７６，
７７，７８を備えており、スタック構造１５を構成する
際には、隣接するセパレータ３０と、凹部７１，７２，
７４を有する面とが接するように、リターンプレート７
０を配設する。凹部７１の断面の様子を図４（Ｂ）に示
したが、他の凹部７２，７４も同様の構造を有してお
り、これらはいずれもリターンプレート７０表面を穿っ
て設けられた窪み構造である。また、孔部７５〜７８
は、リターンプレート７０を貫通する孔構造である。
と同様に緻密質カーボンによって形成されている。図４
は、リターンプレート７０の形状を表わす説明図であ
る。図４（Ａ）は平面の外観を表わし、図４（Ｂ）は図
４（Ａ）における（Ｂ）−（Ｂ）断面の様子を表わす。
図４に示すように、リターンプレート７０は、その周辺
部近傍に凹部７１，７２，７４および孔部７５，７６，
７７，７８を備えており、スタック構造１５を構成する
際には、隣接するセパレータ３０と、凹部７１，７２，
７４を有する面とが接するように、リターンプレート７
０を配設する。凹部７１の断面の様子を図４（Ｂ）に示
したが、他の凹部７２，７４も同様の構造を有してお
り、これらはいずれもリターンプレート７０表面を穿っ
て設けられた窪み構造である。また、孔部７５〜７８
は、リターンプレート７０を貫通する孔構造である。
【００４８】ここで、リターンプレート７０が備える凹
部７１は、スタック構造１５を構成する際には、隣接す
るセパレータ３０が有する孔部４３および孔部４４と重
なり、既述した酸化ガス排出マニホールド６３の一端
と、酸化ガス供給マニホールド６１の一端とを連通させ
る。また、凹部７２は、スタック構造１５を構成する際
には、隣接するセパレータ３０が有する孔部４１および
孔部４２と重なり、既述した酸化ガス排出マニホールド
６４の一端と、酸化ガス供給マニホールド６２の一端と
を連通させる。同じく凹部７４は、スタック構造１５を
構成する際には、隣接するセパレータ３０が有する孔部
５０および孔部５１と重なり、既述した燃料ガス排出マ
ニホールド６８の一端と、燃料ガス供給マニホールド６
７の一端とを連通させる。
部７１は、スタック構造１５を構成する際には、隣接す
るセパレータ３０が有する孔部４３および孔部４４と重
なり、既述した酸化ガス排出マニホールド６３の一端
と、酸化ガス供給マニホールド６１の一端とを連通させ
る。また、凹部７２は、スタック構造１５を構成する際
には、隣接するセパレータ３０が有する孔部４１および
孔部４２と重なり、既述した酸化ガス排出マニホールド
６４の一端と、酸化ガス供給マニホールド６２の一端と
を連通させる。同じく凹部７４は、スタック構造１５を
構成する際には、隣接するセパレータ３０が有する孔部
５０および孔部５１と重なり、既述した燃料ガス排出マ
ニホールド６８の一端と、燃料ガス供給マニホールド６
７の一端とを連通させる。
【００４９】さらに、孔部７５は、セパレータ３０の孔
部４０と重なって酸化ガス供給マニホールド６０の一端
を開口し、孔部７６は、セパレータ３０の孔部４５と重
なって酸化ガス排出マニホールド６５の一端を開口す
る。また、孔部７７は、セパレータ３０の孔部５２と重
なって燃料ガス供給マニホールド６６の一端を開口し、
孔部７８は、セパレータ３０の孔部５３と重なって燃料
ガス排出マニホールド６９の一端を開口する。なお、酸
化ガス供給マニホールド６０〜６２、酸化ガス排出マニ
ホールド６３〜６５、燃料ガス供給マニホールド６６，
６７、燃料ガス排出マニホールド６８，６９それぞれの
他端は、集電板３７によって閉塞されている。
部４０と重なって酸化ガス供給マニホールド６０の一端
を開口し、孔部７６は、セパレータ３０の孔部４５と重
なって酸化ガス排出マニホールド６５の一端を開口す
る。また、孔部７７は、セパレータ３０の孔部５２と重
なって燃料ガス供給マニホールド６６の一端を開口し、
孔部７８は、セパレータ３０の孔部５３と重なって燃料
ガス排出マニホールド６９の一端を開口する。なお、酸
化ガス供給マニホールド６０〜６２、酸化ガス排出マニ
ホールド６３〜６５、燃料ガス供給マニホールド６６，
６７、燃料ガス排出マニホールド６８，６９それぞれの
他端は、集電板３７によって閉塞されている。
【００５０】集電板３６，３７は緻密質カーボンや銅板
などガス不透過な導電性部材によって形成され、絶縁板
３８，３９はゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成さ
れ、エンドプレート８０，８５は剛性を備えた鋼等の金
属によって形成されている。また、集電板３６，３７に
はそれぞれ出力端子３６Ａ，３７Ａが設けられており、
スタック構造１５によって構成される燃料電池で生じた
起電力を出力可能となっている。なお、集電板３６，絶
縁板３８およびエンドプレート８０には、スタック構造
１５を構成したときに、リターンプレート７０が備える
孔部７５〜７８と対応する位置に、これら孔部７５〜７
８と重なってガス流路を形成可能となる４つの孔構造が
それぞれ設けられている。例えば、エンドプレート８０
は、孔部７５〜７８のそれぞれに対応して、孔部８１〜
８４が設けられている（図３参照）。
などガス不透過な導電性部材によって形成され、絶縁板
３８，３９はゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成さ
れ、エンドプレート８０，８５は剛性を備えた鋼等の金
属によって形成されている。また、集電板３６，３７に
はそれぞれ出力端子３６Ａ，３７Ａが設けられており、
スタック構造１５によって構成される燃料電池で生じた
起電力を出力可能となっている。なお、集電板３６，絶
縁板３８およびエンドプレート８０には、スタック構造
１５を構成したときに、リターンプレート７０が備える
孔部７５〜７８と対応する位置に、これら孔部７５〜７
８と重なってガス流路を形成可能となる４つの孔構造が
それぞれ設けられている。例えば、エンドプレート８０
は、孔部７５〜７８のそれぞれに対応して、孔部８１〜
８４が設けられている（図３参照）。
【００５１】スタック構造１５からなる燃料電池を動作
させるときには、エンドプレート８０が備える孔部８３
と図示しない燃料ガス供給装置とが接続され、水素リッ
チな燃料ガスが燃料電池内部に供給される。同様に、燃
料電池を動作させるときには、孔部８１と図示しない酸
化ガス供給装置とが接続され、酸素を含有する酸化ガス
（空気）が燃料電池内部に供給される。ここで、燃料ガ
ス供給装置と酸化ガス供給装置は、それぞれのガスに対
して所定量の加湿および加圧を行なって燃料電池に供給
する装置である。また、燃料電池を動作させるときに
は、孔部８４と図示しない燃料ガス排出装置とが接続さ
れ、孔部８２と図示しない酸化ガス排出装置とが接続さ
れる。
させるときには、エンドプレート８０が備える孔部８３
と図示しない燃料ガス供給装置とが接続され、水素リッ
チな燃料ガスが燃料電池内部に供給される。同様に、燃
料電池を動作させるときには、孔部８１と図示しない酸
化ガス供給装置とが接続され、酸素を含有する酸化ガス
（空気）が燃料電池内部に供給される。ここで、燃料ガ
ス供給装置と酸化ガス供給装置は、それぞれのガスに対
して所定量の加湿および加圧を行なって燃料電池に供給
する装置である。また、燃料電池を動作させるときに
は、孔部８４と図示しない燃料ガス排出装置とが接続さ
れ、孔部８２と図示しない酸化ガス排出装置とが接続さ
れる。
【００５２】スタック構造１５を構成するときの各部材
の積層順序は既述した通りであるが、電解質膜３１の周
辺部には、セパレータ３０と接する領域において所定の
シール部材が設けられる。このシール部材は、各単セル
内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出すのを防ぐと
共に、スタック構造１５内において燃料ガスと酸化ガス
とが混合してしまうのを防止する役割を果たす。
の積層順序は既述した通りであるが、電解質膜３１の周
辺部には、セパレータ３０と接する領域において所定の
シール部材が設けられる。このシール部材は、各単セル
内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出すのを防ぐと
共に、スタック構造１５内において燃料ガスと酸化ガス
とが混合してしまうのを防止する役割を果たす。
【００５３】以上説明した各部材からなるスタック構造
１５は、その積層方向に所定の押圧力がかかった状態で
保持され、燃料電池が完成する。スタック構造１５を押
圧する構成については、本発明の要部とは関わらないた
め図示は省略した。スタック構造１５を押圧しながら保
持するには、スタック構造１５をボルトとナットを用い
て締め付ける構成としても良いし、あるいは所定の形状
のスタック収納部材を用意して、このスタック収納部材
の内部にスタック構造１５を収納した上でスタック収納
部材の両端部を折り曲げて、スタック構造１５に押圧力
を作用させる構成としても良い。
１５は、その積層方向に所定の押圧力がかかった状態で
保持され、燃料電池が完成する。スタック構造１５を押
圧する構成については、本発明の要部とは関わらないた
め図示は省略した。スタック構造１５を押圧しながら保
持するには、スタック構造１５をボルトとナットを用い
て締め付ける構成としても良いし、あるいは所定の形状
のスタック収納部材を用意して、このスタック収納部材
の内部にスタック構造１５を収納した上でスタック収納
部材の両端部を折り曲げて、スタック構造１５に押圧力
を作用させる構成としても良い。
【００５４】なお、上記した説明では、セパレータ３０
およびリターンプレート７０は、カーボンを圧縮してガ
ス不透過とした緻密質カーボンによって形成することと
したが、異なる材質によって形成することとしてもよ
い。例えば、焼成体カーボンによって形成したり、金属
部材によって形成することとしてもよい。金属部材によ
って形成する場合には、充分な耐腐食性を有する金属を
選択することが望ましい。あるいは、充分な耐腐食性を
有する材質によって、金属部材の表面を被覆することと
してもよい。
およびリターンプレート７０は、カーボンを圧縮してガ
ス不透過とした緻密質カーボンによって形成することと
したが、異なる材質によって形成することとしてもよ
い。例えば、焼成体カーボンによって形成したり、金属
部材によって形成することとしてもよい。金属部材によ
って形成する場合には、充分な耐腐食性を有する金属を
選択することが望ましい。あるいは、充分な耐腐食性を
有する材質によって、金属部材の表面を被覆することと
してもよい。
【００５５】また、図２では記載しなかったが、本実施
例のセパレータ３０は、酸化ガスが通過するガスマニホ
ールドを形成するための孔部４０〜４５、および、燃料
ガスが通過するガスマニホールドを形成するための孔部
５０〜５３の他に、冷却水が通過する冷却水マニホール
ドを形成するための孔部も備えている。燃料電池で進行
する電気化学反応では、燃料電池に供給される燃料中の
化学エネルギが電気エネルギに変換されるが、化学エネ
ルギから電気エネルギへの変換は完全に行なわれるわけ
ではなく、電気エネルギに変換されなかった残りのエネ
ルギは熱として放出される。このように、燃料電池は発
電と共に発熱を続けるため、燃料電池の運転温度を望ま
しい範囲内とするために、通常は燃料電池内に冷却水の
流路を設け、燃料電池内に冷却水を通過させることによ
って余分な熱を取り除いている。
例のセパレータ３０は、酸化ガスが通過するガスマニホ
ールドを形成するための孔部４０〜４５、および、燃料
ガスが通過するガスマニホールドを形成するための孔部
５０〜５３の他に、冷却水が通過する冷却水マニホール
ドを形成するための孔部も備えている。燃料電池で進行
する電気化学反応では、燃料電池に供給される燃料中の
化学エネルギが電気エネルギに変換されるが、化学エネ
ルギから電気エネルギへの変換は完全に行なわれるわけ
ではなく、電気エネルギに変換されなかった残りのエネ
ルギは熱として放出される。このように、燃料電池は発
電と共に発熱を続けるため、燃料電池の運転温度を望ま
しい範囲内とするために、通常は燃料電池内に冷却水の
流路を設け、燃料電池内に冷却水を通過させることによ
って余分な熱を取り除いている。
【００５６】既述したセパレータなどの部材を積層して
スタック構造１５を構成する際には、セパレータ３０が
備えるこの孔部は、スタック構造１５の内部を貫通し、
後述する単セル間冷却水流路に対して冷却水を給排する
冷却水マニホールドを形成する。このような燃料電池を
構成するスタック構造１５では、積層された所定数の単
セルごとに、通常のセパレータ３０の代わりに、冷却水
の流路を形成する凹凸構造を表面に形成する冷却水路セ
パレータを備える（図示せず）。この冷却水路セパレー
タ上に形成された凹凸構造は、冷却水路セパレータと、
これに隣接する部材との間に単セル間冷却水流路を形成
する。所定数の単セルごとに配置されたこのスタック内
冷却水流路は、上記した孔部からなる冷却水マニホール
ドから冷却水の給排を受け、この冷却水によって、発電
と共に生じた余分な熱を燃料電池内から取り除いてい
る。
スタック構造１５を構成する際には、セパレータ３０が
備えるこの孔部は、スタック構造１５の内部を貫通し、
後述する単セル間冷却水流路に対して冷却水を給排する
冷却水マニホールドを形成する。このような燃料電池を
構成するスタック構造１５では、積層された所定数の単
セルごとに、通常のセパレータ３０の代わりに、冷却水
の流路を形成する凹凸構造を表面に形成する冷却水路セ
パレータを備える（図示せず）。この冷却水路セパレー
タ上に形成された凹凸構造は、冷却水路セパレータと、
これに隣接する部材との間に単セル間冷却水流路を形成
する。所定数の単セルごとに配置されたこのスタック内
冷却水流路は、上記した孔部からなる冷却水マニホール
ドから冷却水の給排を受け、この冷却水によって、発電
と共に生じた余分な熱を燃料電池内から取り除いてい
る。
【００５７】次に、以上のような構成を備えた燃料電池
における燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて説明す
る。最初に、酸化ガスについて説明する。図６は、スタ
ック構造１５内での酸化ガスの流れを立体的に表わす説
明図、図７は、同じく酸化ガスの流れを平面的に表わし
た説明図である。既述したように、燃料電池外部に設け
られた酸化ガス供給装置は、エンドプレート８０に設け
られた孔部８１に接続され、酸化ガス供給装置から供給
される酸化ガス（加圧空気）は、絶縁板３８および集電
板３６の対応する位置に設けられた孔部と、リターンプ
レート７０に設けられた孔部７５とを介して、酸化ガス
供給マニホールド６０内に導入される。酸化ガス供給マ
ニホールド６０内を通過する酸化ガスは、各単セル２０
において、各セパレータ３０におけるリブ部５５と隣接
するカソード３３との間で形成されるガス流路（単セル
内酸化ガス流路）内に導かれる。これら単セル内酸化ガ
ス流路に導かれた酸化ガスは、各単セルにおいて電気化
学反応に供されるが、反応に関与しなかった残りの酸化
ガスは、セパレータ３０に設けられた孔部４３によって
形成される酸化ガス排出マニホールド６３に排出され
る。酸化ガス排出マニホールド６３では、酸化ガス供給
マニホールド６０とは逆向きに酸化ガスが通過しなが
ら、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路から
排出される酸化ガスと合流する。
における燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて説明す
る。最初に、酸化ガスについて説明する。図６は、スタ
ック構造１５内での酸化ガスの流れを立体的に表わす説
明図、図７は、同じく酸化ガスの流れを平面的に表わし
た説明図である。既述したように、燃料電池外部に設け
られた酸化ガス供給装置は、エンドプレート８０に設け
られた孔部８１に接続され、酸化ガス供給装置から供給
される酸化ガス（加圧空気）は、絶縁板３８および集電
板３６の対応する位置に設けられた孔部と、リターンプ
レート７０に設けられた孔部７５とを介して、酸化ガス
供給マニホールド６０内に導入される。酸化ガス供給マ
ニホールド６０内を通過する酸化ガスは、各単セル２０
において、各セパレータ３０におけるリブ部５５と隣接
するカソード３３との間で形成されるガス流路（単セル
内酸化ガス流路）内に導かれる。これら単セル内酸化ガ
ス流路に導かれた酸化ガスは、各単セルにおいて電気化
学反応に供されるが、反応に関与しなかった残りの酸化
ガスは、セパレータ３０に設けられた孔部４３によって
形成される酸化ガス排出マニホールド６３に排出され
る。酸化ガス排出マニホールド６３では、酸化ガス供給
マニホールド６０とは逆向きに酸化ガスが通過しなが
ら、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路から
排出される酸化ガスと合流する。
【００５８】このような酸化ガスは、スタック構造１５
端部のリターンプレート７０に達すると、凹部７１によ
って、さらに酸化ガス供給マニホールド６１内に導かれ
る。酸化ガス供給マニホールド６１内に導かれた酸化ガ
スは、この酸化ガス供給マニホールド６１内を通過しな
がら、各セパレータ３０におけるリブ部５６と隣接する
カソード３３との間で形成される各単セル内酸化ガス流
路に分配され、この単セル内酸化ガス流路を通過しつつ
電気化学反応に供される。このようにして単セル内酸化
ガス流路を通過した酸化ガスは、酸化ガス排出マニホー
ルド６４に排出され、酸化ガス供給マニホールド６１と
は逆向きに流れながら合流し、再びリターンプレート７
０に達する。
端部のリターンプレート７０に達すると、凹部７１によ
って、さらに酸化ガス供給マニホールド６１内に導かれ
る。酸化ガス供給マニホールド６１内に導かれた酸化ガ
スは、この酸化ガス供給マニホールド６１内を通過しな
がら、各セパレータ３０におけるリブ部５６と隣接する
カソード３３との間で形成される各単セル内酸化ガス流
路に分配され、この単セル内酸化ガス流路を通過しつつ
電気化学反応に供される。このようにして単セル内酸化
ガス流路を通過した酸化ガスは、酸化ガス排出マニホー
ルド６４に排出され、酸化ガス供給マニホールド６１と
は逆向きに流れながら合流し、再びリターンプレート７
０に達する。
【００５９】リターンプレート７０では、酸化ガスは凹
部７２に導かれて酸化ガス供給マニホールド６２に導入
される。酸化ガス供給マニホールド６２においても同様
に、酸化ガスは、この酸化ガス供給マニホールド６２内
を通過しながら、各セパレータ３０におけるリブ部５７
と隣接するカソード３３との間で形成される各単セル内
酸化ガス流路に分配され、この単セル内酸化ガス流路を
通過しつつ電気化学反応に供される。このようにして単
セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、酸化ガス排
出マニホールド６５に排出されて合流し、酸化ガス供給
マニホールド６２とは逆向きに流れ、再びリターンプレ
ート７０に達する。リターンプレート７０に達した酸化
ガスは、リターンプレート７０の孔部７６と、集電板３
６および絶縁板３８の対応する位置に設けられた孔部
と、エンドプレート８０に設けられた孔部８２とを介し
て、この孔部８２に接続する酸化ガス排出装置に排出さ
れる。
部７２に導かれて酸化ガス供給マニホールド６２に導入
される。酸化ガス供給マニホールド６２においても同様
に、酸化ガスは、この酸化ガス供給マニホールド６２内
を通過しながら、各セパレータ３０におけるリブ部５７
と隣接するカソード３３との間で形成される各単セル内
酸化ガス流路に分配され、この単セル内酸化ガス流路を
通過しつつ電気化学反応に供される。このようにして単
セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、酸化ガス排
出マニホールド６５に排出されて合流し、酸化ガス供給
マニホールド６２とは逆向きに流れ、再びリターンプレ
ート７０に達する。リターンプレート７０に達した酸化
ガスは、リターンプレート７０の孔部７６と、集電板３
６および絶縁板３８の対応する位置に設けられた孔部
と、エンドプレート８０に設けられた孔部８２とを介し
て、この孔部８２に接続する酸化ガス排出装置に排出さ
れる。
【００６０】以上、スタック構造１５内における酸化ガ
スの流れについて説明したが、スタック構造１５内にお
ける燃料ガスの流れについても同様である。図８は、ス
タック構造１５内での燃料ガスの流れを平面的に表わし
た説明図である。既述したように、燃料電池外部に設け
られた燃料ガス供給装置は、エンドプレート８０に設け
られた孔部８３に接続され、燃料ガス供給装置から供給
される燃料ガスは、絶縁板３８および集電板３６の対応
する位置に設けられた孔部と、リターンプレート７０に
設けられた孔部７７とを介して、燃料ガス供給マニホー
ルド６６内に導入される。燃料ガス供給マニホールド６
６内を通過する燃料ガスは、各単セル２０において、各
セパレータ３０におけるリブ部５８と隣接するアノード
３２との間で形成されるガス流路（単セル内燃料ガス流
路）内に導かれる。これら単セル内燃料ガス流路に導か
れた燃料ガスは、各単セルにおいて電気化学反応に供さ
れるが、反応に関与しなかった残りの燃料ガスは、セパ
レータ３０に設けられた孔部５０を介して、燃料ガス排
出マニホールド６８に排出される。燃料ガス排出マニホ
ールド６８では、燃料ガス供給マニホールド６６とは逆
向きに燃料ガスが通過しながら、各単セル内に形成され
た単セル内燃料ガス流路から排出される燃料ガスと合流
する。
スの流れについて説明したが、スタック構造１５内にお
ける燃料ガスの流れについても同様である。図８は、ス
タック構造１５内での燃料ガスの流れを平面的に表わし
た説明図である。既述したように、燃料電池外部に設け
られた燃料ガス供給装置は、エンドプレート８０に設け
られた孔部８３に接続され、燃料ガス供給装置から供給
される燃料ガスは、絶縁板３８および集電板３６の対応
する位置に設けられた孔部と、リターンプレート７０に
設けられた孔部７７とを介して、燃料ガス供給マニホー
ルド６６内に導入される。燃料ガス供給マニホールド６
６内を通過する燃料ガスは、各単セル２０において、各
セパレータ３０におけるリブ部５８と隣接するアノード
３２との間で形成されるガス流路（単セル内燃料ガス流
路）内に導かれる。これら単セル内燃料ガス流路に導か
れた燃料ガスは、各単セルにおいて電気化学反応に供さ
れるが、反応に関与しなかった残りの燃料ガスは、セパ
レータ３０に設けられた孔部５０を介して、燃料ガス排
出マニホールド６８に排出される。燃料ガス排出マニホ
ールド６８では、燃料ガス供給マニホールド６６とは逆
向きに燃料ガスが通過しながら、各単セル内に形成され
た単セル内燃料ガス流路から排出される燃料ガスと合流
する。
【００６１】このような燃料ガスは、スタック構造１５
端部のリターンプレート７０に達すると、凹部７４によ
って、さらに燃料ガス供給マニホールド６７内に導かれ
る。燃料ガス供給マニホールド６７内に導かれた燃料ガ
スは、この燃料ガス供給マニホールド６７内を通過しな
がら、各セパレータ３０におけるリブ部５９と隣接する
アノード３２との間で形成される各単セル内燃料ガス流
路に分配され、この単セル内燃料ガス流路を通過しつつ
電気化学反応に供される。このようにして単セル内燃料
ガス流路を通過した燃料ガスは、燃料ガス排出マニホー
ルド６９に排出され、燃料ガス供給マニホールド６７と
は逆向きに流れながら合流し、再びリターンプレート７
０に達する。リターンプレート７０に達した燃料ガス
は、リターンプレート７０の孔部７８と、集電板３６お
よび絶縁板３８の対応する位置に設けられた孔部と、エ
ンドプレート８０に設けられた孔部８４とを介して、こ
の孔部８４に接続する燃料ガス排出装置に排出される。
端部のリターンプレート７０に達すると、凹部７４によ
って、さらに燃料ガス供給マニホールド６７内に導かれ
る。燃料ガス供給マニホールド６７内に導かれた燃料ガ
スは、この燃料ガス供給マニホールド６７内を通過しな
がら、各セパレータ３０におけるリブ部５９と隣接する
アノード３２との間で形成される各単セル内燃料ガス流
路に分配され、この単セル内燃料ガス流路を通過しつつ
電気化学反応に供される。このようにして単セル内燃料
ガス流路を通過した燃料ガスは、燃料ガス排出マニホー
ルド６９に排出され、燃料ガス供給マニホールド６７と
は逆向きに流れながら合流し、再びリターンプレート７
０に達する。リターンプレート７０に達した燃料ガス
は、リターンプレート７０の孔部７８と、集電板３６お
よび絶縁板３８の対応する位置に設けられた孔部と、エ
ンドプレート８０に設けられた孔部８４とを介して、こ
の孔部８４に接続する燃料ガス排出装置に排出される。
【００６２】以上のように構成された本実施例の燃料電
池によれば、それぞれのセパレータ３０の表面におい
て、酸化ガスおよび燃料ガスの流路が形成される領域を
それぞれ３および２に分割し、分割した領域のそれぞれ
に対応して、ガス供給マニホールドおよびガス排出マニ
ホールドを独立して設けているため、燃料電池全体に供
給するガス流量が同じであっても、流路が形成される領
域を分割しない従来の構成に比べて、単セル内ガス流路
における単位断面積当たりのガス流量を増やすと共にガ
ス流速を上昇させることができる。例えば、セパレータ
３０において、リブ部５５，５６，５７が、単セル内酸
化ガス流路を形成可能な領域をそれぞれ３等分している
場合には、酸化ガス供給装置から燃料電池に供給する酸
化ガスの流量と、セパレータ表面においてリブ部を形成
している総面積とが同じであっても、図３２に示したセ
パレータ１３０を用いる場合に比べて、単セル内酸化ガ
ス流路内を通過する酸化ガスの流量は３倍になる。
池によれば、それぞれのセパレータ３０の表面におい
て、酸化ガスおよび燃料ガスの流路が形成される領域を
それぞれ３および２に分割し、分割した領域のそれぞれ
に対応して、ガス供給マニホールドおよびガス排出マニ
ホールドを独立して設けているため、燃料電池全体に供
給するガス流量が同じであっても、流路が形成される領
域を分割しない従来の構成に比べて、単セル内ガス流路
における単位断面積当たりのガス流量を増やすと共にガ
ス流速を上昇させることができる。例えば、セパレータ
３０において、リブ部５５，５６，５７が、単セル内酸
化ガス流路を形成可能な領域をそれぞれ３等分している
場合には、酸化ガス供給装置から燃料電池に供給する酸
化ガスの流量と、セパレータ表面においてリブ部を形成
している総面積とが同じであっても、図３２に示したセ
パレータ１３０を用いる場合に比べて、単セル内酸化ガ
ス流路内を通過する酸化ガスの流量は３倍になる。
【００６３】したがって、ガス流路が形成される領域を
分割することによって、ガス流路内でガスがよく攪拌さ
れ、拡散する状態となる。これによって、電極に備えら
れた触媒と電極活物質とが接触しやすくなり、ガス中の
電極活物質を電気化学反応で利用されやすくしてガスの
利用率を向上させることができる。ガスの利用率が向上
すれば、燃料ガス供給装置あるいは酸化ガス供給装置か
ら燃料電池に供給するガスの総量を従来よりも減らして
も、充分に電気化学反応を進行させることが可能とな
る。したがって、燃料ガスについては、燃料の消費量を
抑えることができるという効果が得られる。特に、燃料
ガスとして、炭化水素を水蒸気改質法などにより改質し
て得た改質ガスを用いる場合には有効である。すなわ
ち、改質ガス中には、水素以外の電気化学反応に寄与し
ない成分が多く含まれるため、充分に電気化学反応を進
行させるためには、燃料ガスとして水素ガスを用いる場
合に比べて、より多くの水素を含有する改質ガスを燃料
ガスとして供給する必要がある。本実施例の構成によっ
てガスの利用率を高めることによって、燃料電池に供給
する改質ガス量を抑え、燃料の消費量を削減する効果を
より顕著に得ることができる。
分割することによって、ガス流路内でガスがよく攪拌さ
れ、拡散する状態となる。これによって、電極に備えら
れた触媒と電極活物質とが接触しやすくなり、ガス中の
電極活物質を電気化学反応で利用されやすくしてガスの
利用率を向上させることができる。ガスの利用率が向上
すれば、燃料ガス供給装置あるいは酸化ガス供給装置か
ら燃料電池に供給するガスの総量を従来よりも減らして
も、充分に電気化学反応を進行させることが可能とな
る。したがって、燃料ガスについては、燃料の消費量を
抑えることができるという効果が得られる。特に、燃料
ガスとして、炭化水素を水蒸気改質法などにより改質し
て得た改質ガスを用いる場合には有効である。すなわ
ち、改質ガス中には、水素以外の電気化学反応に寄与し
ない成分が多く含まれるため、充分に電気化学反応を進
行させるためには、燃料ガスとして水素ガスを用いる場
合に比べて、より多くの水素を含有する改質ガスを燃料
ガスとして供給する必要がある。本実施例の構成によっ
てガスの利用率を高めることによって、燃料電池に供給
する改質ガス量を抑え、燃料の消費量を削減する効果を
より顕著に得ることができる。
【００６４】また、燃料電池に供給するガスの総量を抑
えることが可能となることによって、酸化ガスについて
は、酸化ガスを燃料電池に供給する際にこの酸化ガスを
加圧するために消費するエネルギ量を抑え、燃料電池を
備えるシステム全体のエネルギ効率を高い状態で保つこ
とができるという効果が得られる。ここで、単セル内ガ
ス流路を通過するガス流量を増加させる構成であって、
セパレータ表面に形成されるガス流路の形状を一筆書き
構造とする既述した構成では、単セル内ガス流路の形状
を折り曲げる必要があるため、このガス流路内をガスが
通過する際の圧損が大きく、燃料電池に供給するガスの
総量が増加しないにも関わらず、燃料電池に供給するガ
スを加圧するために消費するエネルギ量が増大するとい
う不都合を生じる。本実施例の構成では、単セル内ガス
流路を折り曲げる必要がないため、このような圧損の問
題が大きくなることもない。
えることが可能となることによって、酸化ガスについて
は、酸化ガスを燃料電池に供給する際にこの酸化ガスを
加圧するために消費するエネルギ量を抑え、燃料電池を
備えるシステム全体のエネルギ効率を高い状態で保つこ
とができるという効果が得られる。ここで、単セル内ガ
ス流路を通過するガス流量を増加させる構成であって、
セパレータ表面に形成されるガス流路の形状を一筆書き
構造とする既述した構成では、単セル内ガス流路の形状
を折り曲げる必要があるため、このガス流路内をガスが
通過する際の圧損が大きく、燃料電池に供給するガスの
総量が増加しないにも関わらず、燃料電池に供給するガ
スを加圧するために消費するエネルギ量が増大するとい
う不都合を生じる。本実施例の構成では、単セル内ガス
流路を折り曲げる必要がないため、このような圧損の問
題が大きくなることもない。
【００６５】さらに、ガス流路内を通過するガスの流速
を速くすることによって、燃料電池内の排水性を向上さ
せることができるという効果が得られる。ここで、燃料
電池における生成水の問題について説明する。燃料電池
が、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス
との供給を受けて電気化学反応を進行する際には、生成
水が生じる。以下に、燃料電池で進行する電気化学反応
を表わす式を示す。
を速くすることによって、燃料電池内の排水性を向上さ
せることができるという効果が得られる。ここで、燃料
電池における生成水の問題について説明する。燃料電池
が、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス
との供給を受けて電気化学反応を進行する際には、生成
水が生じる。以下に、燃料電池で進行する電気化学反応
を表わす式を示す。
【００６６】 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１） （１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２） Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００６７】（１）式はアノード側で進行する反応を、
（２）式はカソード側で進行する反応を表わし、全体と
して（３）式に表わす反応が進行する。（２）式に示し
たように、電気化学反応の進行に伴って、カソード側で
は生成水が生じるが、この生成水は、通常は酸化ガス中
に気化して、酸化ガスと共に排出される。このとき、生
成水の生成量が多い場合には、生成水が充分に酸化ガス
中に気化することができずにガス拡散電極中に滞留し、
電解質膜上の触媒近傍におけるガスの拡散を妨げるとい
う不都合を生じる場合がある。本実施例のセパレータ３
０を備える燃料電池では、上記したように単セル内ガス
流路を通過する酸化ガスの流速が速くなるため、カソー
ド側で生じた生成水が酸化ガス中に効率よく気化されて
排出されるため、生成水が燃料電池内部で滞留してガス
の拡散を妨げるのを防止することができる。
（２）式はカソード側で進行する反応を表わし、全体と
して（３）式に表わす反応が進行する。（２）式に示し
たように、電気化学反応の進行に伴って、カソード側で
は生成水が生じるが、この生成水は、通常は酸化ガス中
に気化して、酸化ガスと共に排出される。このとき、生
成水の生成量が多い場合には、生成水が充分に酸化ガス
中に気化することができずにガス拡散電極中に滞留し、
電解質膜上の触媒近傍におけるガスの拡散を妨げるとい
う不都合を生じる場合がある。本実施例のセパレータ３
０を備える燃料電池では、上記したように単セル内ガス
流路を通過する酸化ガスの流速が速くなるため、カソー
ド側で生じた生成水が酸化ガス中に効率よく気化されて
排出されるため、生成水が燃料電池内部で滞留してガス
の拡散を妨げるのを防止することができる。
【００６８】また、燃料電池に供給するガスの総量を減
らすことができることによって、燃料電池に供給する酸
化ガスに対する加湿量を減らすことができるという効果
も得られる。上記したように、カソード側では生成水が
生じるが、この生成水を含めて電解質膜が保持する水分
の一部は、酸化ガス中に気化して燃料電池外に排出され
る。燃料電池において充分に電気化学反応を進行させる
ために、通常は燃料電池に対して、理論的に必要とされ
る酸素量よりも多くの酸素を含有する酸化ガスを供給す
るが、燃料電池に供給する酸化ガス量が増えるほど、酸
化ガスによって燃料電池内部から持ち出される水分量が
増加してしまうため、従来は燃料電池に供給する酸化ガ
スを予め加湿して、電解質膜の乾燥を防いでいた。本実
施例のセパレータ３０を備える燃料電池では、燃料電池
に供給するガスの総量を減らすことができるため、酸化
ガスによって燃料電池外に持ち出される水分量をより少
なくすることができ、燃料電池に供給する酸化ガスの加
湿量を低減できるという効果を奏する。加湿量を減らせ
ることによって、加湿に要するエネルギを削減すること
ができる。電解質膜から酸化ガスによって奪われる水分
量は、燃料電池の運転温度や、酸化ガスの圧力および流
速などによって変わるが、燃料電池に対する加湿を行な
わなくても電解質膜が充分な湿潤状態を維持できるなら
ば、酸化ガスの加湿を行なう構成を不要とすることが可
能である。なお、アノード側では、（１）式の反応で生
じたプロトンは水分子と水和した状態で電解質膜内を移
動するため、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合に
は、この燃料ガスを燃料電池に供給するのに先立って加
湿する必要があるが、燃料電池に供給する燃料ガス量が
抑えられることによって、燃料ガスに対する加湿量も少
なくすることができる。
らすことができることによって、燃料電池に供給する酸
化ガスに対する加湿量を減らすことができるという効果
も得られる。上記したように、カソード側では生成水が
生じるが、この生成水を含めて電解質膜が保持する水分
の一部は、酸化ガス中に気化して燃料電池外に排出され
る。燃料電池において充分に電気化学反応を進行させる
ために、通常は燃料電池に対して、理論的に必要とされ
る酸素量よりも多くの酸素を含有する酸化ガスを供給す
るが、燃料電池に供給する酸化ガス量が増えるほど、酸
化ガスによって燃料電池内部から持ち出される水分量が
増加してしまうため、従来は燃料電池に供給する酸化ガ
スを予め加湿して、電解質膜の乾燥を防いでいた。本実
施例のセパレータ３０を備える燃料電池では、燃料電池
に供給するガスの総量を減らすことができるため、酸化
ガスによって燃料電池外に持ち出される水分量をより少
なくすることができ、燃料電池に供給する酸化ガスの加
湿量を低減できるという効果を奏する。加湿量を減らせ
ることによって、加湿に要するエネルギを削減すること
ができる。電解質膜から酸化ガスによって奪われる水分
量は、燃料電池の運転温度や、酸化ガスの圧力および流
速などによって変わるが、燃料電池に対する加湿を行な
わなくても電解質膜が充分な湿潤状態を維持できるなら
ば、酸化ガスの加湿を行なう構成を不要とすることが可
能である。なお、アノード側では、（１）式の反応で生
じたプロトンは水分子と水和した状態で電解質膜内を移
動するため、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合に
は、この燃料ガスを燃料電池に供給するのに先立って加
湿する必要があるが、燃料電池に供給する燃料ガス量が
抑えられることによって、燃料ガスに対する加湿量も少
なくすることができる。
【００６９】ここで、燃料電池に供給するガスの総量を
減らし、このようなガスによって電解質膜から奪われる
水分量を削減できることによって、燃料電池の運転温度
をより高く設定することが可能となるという効果も得ら
れる。すなわち、燃料電池に供給するガス量が減って電
解質膜から奪われる水分量が減ることによって、より飽
和蒸気圧が高い高温下でも、電解質膜が乾きすぎること
なく燃料電池を運転することが可能となる。燃料電池の
運転温度をより高く設定することによって、電気化学反
応をより活発化することができる。また、燃料電池の運
転温度をより高く設定することによって、特に、既述し
た改質ガスを燃料ガスとして用いる場合には、電解質膜
上の触媒が改質ガス中の一酸化炭素によって被毒を受け
るのを抑えることができ、電池性能をより向上させるこ
とができる。炭化水素を水蒸気改質して水素リッチな改
質ガスを生成する際には、微量の一酸化炭素が生成され
るおそれがあり、このような一酸化炭素は、電解質膜上
の触媒に吸着して触媒性能を低下させる。一酸化炭素に
よる被毒の程度は、温度に依存しており、燃料電池の運
転温度をより高く設定することによって、被毒の程度を
抑えることができる。
減らし、このようなガスによって電解質膜から奪われる
水分量を削減できることによって、燃料電池の運転温度
をより高く設定することが可能となるという効果も得ら
れる。すなわち、燃料電池に供給するガス量が減って電
解質膜から奪われる水分量が減ることによって、より飽
和蒸気圧が高い高温下でも、電解質膜が乾きすぎること
なく燃料電池を運転することが可能となる。燃料電池の
運転温度をより高く設定することによって、電気化学反
応をより活発化することができる。また、燃料電池の運
転温度をより高く設定することによって、特に、既述し
た改質ガスを燃料ガスとして用いる場合には、電解質膜
上の触媒が改質ガス中の一酸化炭素によって被毒を受け
るのを抑えることができ、電池性能をより向上させるこ
とができる。炭化水素を水蒸気改質して水素リッチな改
質ガスを生成する際には、微量の一酸化炭素が生成され
るおそれがあり、このような一酸化炭素は、電解質膜上
の触媒に吸着して触媒性能を低下させる。一酸化炭素に
よる被毒の程度は、温度に依存しており、燃料電池の運
転温度をより高く設定することによって、被毒の程度を
抑えることができる。
【００７０】また、本実施例のセパレータ３０を備える
燃料電池では、任意の単セル２０において、酸化ガスあ
るいは燃料ガスが供給される領域（単セル内ガス流路が
形成される領域）が分割されており、分割された領域の
それぞれに対応して、ガス供給マニホールドおよびガス
排出マニホールドが独立して設けられているため、特定
のマニホールドと特定の単セル内流路との接続部に生成
水が滞留する場合にも、この単セルに対するガスの供給
が完全に絶たれてしまうことはなく、単セル全体で発電
効率が低下してしまうおそれがないという効果が得られ
る。上述したように、燃料電池で電気化学反応が進行す
るときには、そのカソード側で生成水が生じ、生じた生
成水は酸化ガス中に気化して排出されるが、燃料電池内
部で比較的温度分布状態が低い領域などでは、飽和蒸気
圧に対応する水蒸気量を上回る水蒸気量が存在すること
になって、生成水の凝縮が起きる場合がある。このよう
な生成水の凝縮が起きたときに、この凝縮水がマニホー
ルドと単セル内流路との接続部に滞留してしまうと、こ
の単セル内ガス流路に対するガスの供給が遮断されてし
まう。図３２に示したセパレータ１３０のように、セパ
レータ上に形成される単セル内ガス流路にガスを供給す
るマニホールドが一カ所の場合には、上記接続部が生成
水によって閉塞されると、この接続部に対応する単セル
に対するガスの供給が完全に止まってしまう。本実施例
のセパレータ３０を備える燃料電池では、セパレータ上
に形成される単セル内ガス流路に酸化ガスを供給するマ
ニホールドが独立して３つずつ設けられており、この３
つの接続部が同時に閉塞されてしまう可能性はきわめて
低く、スタック構造を構成する単セルのいずれかに対す
る酸化ガスの供給が、生成水に起因して完全に止まって
しまうのを防止することができる。
燃料電池では、任意の単セル２０において、酸化ガスあ
るいは燃料ガスが供給される領域（単セル内ガス流路が
形成される領域）が分割されており、分割された領域の
それぞれに対応して、ガス供給マニホールドおよびガス
排出マニホールドが独立して設けられているため、特定
のマニホールドと特定の単セル内流路との接続部に生成
水が滞留する場合にも、この単セルに対するガスの供給
が完全に絶たれてしまうことはなく、単セル全体で発電
効率が低下してしまうおそれがないという効果が得られ
る。上述したように、燃料電池で電気化学反応が進行す
るときには、そのカソード側で生成水が生じ、生じた生
成水は酸化ガス中に気化して排出されるが、燃料電池内
部で比較的温度分布状態が低い領域などでは、飽和蒸気
圧に対応する水蒸気量を上回る水蒸気量が存在すること
になって、生成水の凝縮が起きる場合がある。このよう
な生成水の凝縮が起きたときに、この凝縮水がマニホー
ルドと単セル内流路との接続部に滞留してしまうと、こ
の単セル内ガス流路に対するガスの供給が遮断されてし
まう。図３２に示したセパレータ１３０のように、セパ
レータ上に形成される単セル内ガス流路にガスを供給す
るマニホールドが一カ所の場合には、上記接続部が生成
水によって閉塞されると、この接続部に対応する単セル
に対するガスの供給が完全に止まってしまう。本実施例
のセパレータ３０を備える燃料電池では、セパレータ上
に形成される単セル内ガス流路に酸化ガスを供給するマ
ニホールドが独立して３つずつ設けられており、この３
つの接続部が同時に閉塞されてしまう可能性はきわめて
低く、スタック構造を構成する単セルのいずれかに対す
る酸化ガスの供給が、生成水に起因して完全に止まって
しまうのを防止することができる。
【００７１】さらに、単セル内ガス流路が形成される領
域が分割されていることによって、スタック構造１５を
構成するそれぞれの単セル２０に供給されるガス量が、
燃料電池全体でより均一化されるという効果を奏する。
通常、ガス供給マニホールドからそれぞれの単セル内ガ
ス流路に分配されるガスの量は、単セルごとにばらつき
を示す。さらに、それぞれの単セルにおける単セル内ガ
ス流路では、ガス流量の分布がばらつきを示す。すなわ
ち、図３２に示したようなセパレータ１３０を用いて構
成した燃料電池では、リブ部１５５が形成する単セル内
ガス流路全体で、ガス流量が均一とはならず、特に、リ
ブ部１５５の両端部（図３２に示したリブ部１５５の左
右の端部付近）においてガス流量が少ない領域が形成さ
れる。このように、単セル内ガス流路内で、あるいは、
単セル内ガス流路ごとに、ガスの流量にばらつきが生じ
るため、ガス流量が少ない流路に対応する領域において
も充分に電気化学反応が進行するように、通常は、燃料
電池全体に供給するガス量を充分な量に設定して、それ
ぞれの単セル内ガス流路に供給されるガス量を充分に確
保していた。
域が分割されていることによって、スタック構造１５を
構成するそれぞれの単セル２０に供給されるガス量が、
燃料電池全体でより均一化されるという効果を奏する。
通常、ガス供給マニホールドからそれぞれの単セル内ガ
ス流路に分配されるガスの量は、単セルごとにばらつき
を示す。さらに、それぞれの単セルにおける単セル内ガ
ス流路では、ガス流量の分布がばらつきを示す。すなわ
ち、図３２に示したようなセパレータ１３０を用いて構
成した燃料電池では、リブ部１５５が形成する単セル内
ガス流路全体で、ガス流量が均一とはならず、特に、リ
ブ部１５５の両端部（図３２に示したリブ部１５５の左
右の端部付近）においてガス流量が少ない領域が形成さ
れる。このように、単セル内ガス流路内で、あるいは、
単セル内ガス流路ごとに、ガスの流量にばらつきが生じ
るため、ガス流量が少ない流路に対応する領域において
も充分に電気化学反応が進行するように、通常は、燃料
電池全体に供給するガス量を充分な量に設定して、それ
ぞれの単セル内ガス流路に供給されるガス量を充分に確
保していた。
【００７２】本実施例の燃料電池では、各単セル内で、
単セル内ガス流路が形成される領域が分割されているた
め、分割された個々の領域内（セパレータ３０が同一面
上に備える複数のリブ部のそれぞれが形成する単セル内
ガス流路内）でガスの流量のばらつきが生じるものの、
所定の面上に形成された単セル内ガス流路全体では、ガ
ス流量のばらつきの影響をより小さくすることができ
る。すなわち、分割された個々の領域内におけるガス流
量のばらつきは、それぞれ独立して生じ、分割された個
々の領域に対しては、それぞれ独立してガスが供給され
るため、分割された個々の領域のすべてにおいて、ガス
の流量が他の単セル内ガス流路に比べて少なくなる可能
性は低く、特定の単セルにおける単セル内ガス流路でガ
ス流量が極端に少なくなるおそれが少なくなる。さら
に、図３２に示したセパレータ１３０が形成する単セル
内ガス流路のように、広い領域に一度にガスを流す構成
は、分割したより狭い領域に別個にガスを供給する構成
に比べて、上記したガス流量が少ない領域がはるかに広
くなるおそれがある。したがって、本実施例のように単
セル内ガス流路を分割することによって、それぞれの単
セル内ガス流路において、ガス流量が少なくなる領域を
より小さくすることができる。このように、単セル内ガ
ス流路を通過するガスの流量のばらつきを小さくし、ガ
ス流量を充分に確保することができるため、ガス流量の
ばらつきによりガス流量が少なくなる領域で電気化学反
応を充分に進行させるために、燃料電池に対して過剰な
ガスを供給する必要がなくなり、ガスの消費量を抑える
と共に、ガスを燃料電池に供給するために消費するエネ
ルギ量を削減することが可能となる。
単セル内ガス流路が形成される領域が分割されているた
め、分割された個々の領域内（セパレータ３０が同一面
上に備える複数のリブ部のそれぞれが形成する単セル内
ガス流路内）でガスの流量のばらつきが生じるものの、
所定の面上に形成された単セル内ガス流路全体では、ガ
ス流量のばらつきの影響をより小さくすることができ
る。すなわち、分割された個々の領域内におけるガス流
量のばらつきは、それぞれ独立して生じ、分割された個
々の領域に対しては、それぞれ独立してガスが供給され
るため、分割された個々の領域のすべてにおいて、ガス
の流量が他の単セル内ガス流路に比べて少なくなる可能
性は低く、特定の単セルにおける単セル内ガス流路でガ
ス流量が極端に少なくなるおそれが少なくなる。さら
に、図３２に示したセパレータ１３０が形成する単セル
内ガス流路のように、広い領域に一度にガスを流す構成
は、分割したより狭い領域に別個にガスを供給する構成
に比べて、上記したガス流量が少ない領域がはるかに広
くなるおそれがある。したがって、本実施例のように単
セル内ガス流路を分割することによって、それぞれの単
セル内ガス流路において、ガス流量が少なくなる領域を
より小さくすることができる。このように、単セル内ガ
ス流路を通過するガスの流量のばらつきを小さくし、ガ
ス流量を充分に確保することができるため、ガス流量の
ばらつきによりガス流量が少なくなる領域で電気化学反
応を充分に進行させるために、燃料電池に対して過剰な
ガスを供給する必要がなくなり、ガスの消費量を抑える
と共に、ガスを燃料電池に供給するために消費するエネ
ルギ量を削減することが可能となる。
【００７３】また、燃料電池に供給されたガスは、燃料
電池内部を通過する過程で電極活物質が電気化学反応に
用いられることによって、含有する電極活物質の濃度が
徐々に低下してしまうが、本実施例の燃料電池では、分
割された単セル内ガス流路を備えるガス流路が順次接続
されており、特定の単セルにだけ、電極活物質濃度が低
いガスが供給されてしまうことがない。本実施例のよう
に単セル内ガス流路を形成する領域を分割する代わり
に、燃料電池を構成するスタック構造を複数個に分割
し、分割したスタック構造を直列に接続する構成として
も、燃料電池に供給するガス量が一定の条件で、単セル
内ガス流路を通過するガス量を増大させることができる
が、この場合には、分割した単セルごとに発電効率に違
いが生じるおそれがある。すなわち、１００個の単セル
を積層してスタック構造を形成する代わりに、５０個の
単セルを積層したスタック構造２つを直列に接続する
と、燃料電池に供給された所定量のガスは、１００分割
される代わりに５０分割されて各単セル内ガス流路に供
給されることになり、ガス流量を増やしてガス利用率を
上げる効果を得ることができる。しかしながら、下流側
のスタック構造は、上流側に比べて供給されるガス中の
電極活物質濃度が低くなると共にガス量全体も少なくな
るため、下流側のスタック構造は上流側に比べて電圧が
低くなるなどの性能のばらつきが生じるおそれがある。
このような上流側のスタック構造と下流側のスタック構
造との性能のばらつきは、上流側のスタック構造が備え
る単セル数を下流側に比べて増やすなどしても、解消す
ることは困難である。本実施例の燃料電池では、特定の
単セルにおいて、電極活物質濃度が低いガスが供給され
たりガス流量が少なくなることがないため、電池性能が
部分的に低下してばらつくおそれがない。
電池内部を通過する過程で電極活物質が電気化学反応に
用いられることによって、含有する電極活物質の濃度が
徐々に低下してしまうが、本実施例の燃料電池では、分
割された単セル内ガス流路を備えるガス流路が順次接続
されており、特定の単セルにだけ、電極活物質濃度が低
いガスが供給されてしまうことがない。本実施例のよう
に単セル内ガス流路を形成する領域を分割する代わり
に、燃料電池を構成するスタック構造を複数個に分割
し、分割したスタック構造を直列に接続する構成として
も、燃料電池に供給するガス量が一定の条件で、単セル
内ガス流路を通過するガス量を増大させることができる
が、この場合には、分割した単セルごとに発電効率に違
いが生じるおそれがある。すなわち、１００個の単セル
を積層してスタック構造を形成する代わりに、５０個の
単セルを積層したスタック構造２つを直列に接続する
と、燃料電池に供給された所定量のガスは、１００分割
される代わりに５０分割されて各単セル内ガス流路に供
給されることになり、ガス流量を増やしてガス利用率を
上げる効果を得ることができる。しかしながら、下流側
のスタック構造は、上流側に比べて供給されるガス中の
電極活物質濃度が低くなると共にガス量全体も少なくな
るため、下流側のスタック構造は上流側に比べて電圧が
低くなるなどの性能のばらつきが生じるおそれがある。
このような上流側のスタック構造と下流側のスタック構
造との性能のばらつきは、上流側のスタック構造が備え
る単セル数を下流側に比べて増やすなどしても、解消す
ることは困難である。本実施例の燃料電池では、特定の
単セルにおいて、電極活物質濃度が低いガスが供給され
たりガス流量が少なくなることがないため、電池性能が
部分的に低下してばらつくおそれがない。
【００７４】各単セルにおいて、単セル内ガス流路が形
成される領域を複数に分割し、それぞれの領域にガスを
供給するガスマニホールドを独立して設けるという本実
施例の燃料電池の構成によって得られる効果を、実際に
確認した例を以下に示す。図９は、燃料電池からの出力
電流密度を一定にしたときの、燃料電池を構成する各単
セルにおける電圧のばらつきの様子を表わす説明図であ
る。図９（Ａ）は、本実施例のセパレータ３０を用いて
構成した燃料電池における電圧のばらつきを表わし、図
９（Ｂ）は、図３２に示したセパレータ１３０を用いて
構成した燃料電池における電圧のばらつきを表わす。図
中の左側（入り口側）は、ガス供給装置との接続側であ
り、右側に向かって順次、単セルの積層方向に従って、
各単セルにおける電圧を記載している。
成される領域を複数に分割し、それぞれの領域にガスを
供給するガスマニホールドを独立して設けるという本実
施例の燃料電池の構成によって得られる効果を、実際に
確認した例を以下に示す。図９は、燃料電池からの出力
電流密度を一定にしたときの、燃料電池を構成する各単
セルにおける電圧のばらつきの様子を表わす説明図であ
る。図９（Ａ）は、本実施例のセパレータ３０を用いて
構成した燃料電池における電圧のばらつきを表わし、図
９（Ｂ）は、図３２に示したセパレータ１３０を用いて
構成した燃料電池における電圧のばらつきを表わす。図
中の左側（入り口側）は、ガス供給装置との接続側であ
り、右側に向かって順次、単セルの積層方向に従って、
各単セルにおける電圧を記載している。
【００７５】図９に示すように、本実施例のセパレータ
３０を用いた燃料電池によれば、燃料電池全体におい
て、各単セルで安定した電圧を得ることができる。これ
に対して、セパレータ１３０を用いた燃料電池では、各
単セルの出力電圧値が大きくばらついていた。なお、図
９において、図９（Ａ）は７５℃で燃料電池を動作させ
た結果を表わし、図９（Ｂ）は６７℃で燃料電池を動作
させた結果を表わす。このように、本実施例のセパレー
タ３０を用いた燃料電池では、その運転温度をより高く
しても、電解質膜が乾燥して電池性能が低下してしまう
という不都合を生じることがない。
３０を用いた燃料電池によれば、燃料電池全体におい
て、各単セルで安定した電圧を得ることができる。これ
に対して、セパレータ１３０を用いた燃料電池では、各
単セルの出力電圧値が大きくばらついていた。なお、図
９において、図９（Ａ）は７５℃で燃料電池を動作させ
た結果を表わし、図９（Ｂ）は６７℃で燃料電池を動作
させた結果を表わす。このように、本実施例のセパレー
タ３０を用いた燃料電池では、その運転温度をより高く
しても、電解質膜が乾燥して電池性能が低下してしまう
という不都合を生じることがない。
【００７６】また、図１０は、燃料電池からの出力電流
密度を一定として、燃料電池に供給する酸化ガス（加圧
空気）量を段階的に変化させたときの、燃料電池を構成
する各単セルにおける出力電圧の様子を経時的に表わし
たものである。図１０（Ａ）は、本実施例のセパレータ
３０を用いて構成した燃料電池における電圧の変化の様
子を表わし、図１０（Ｂ）は、図３２に示したセパレー
タ１３０を用いて構成した燃料電池における電圧の変化
の様子を表わす。燃料電池に供給する酸化ガス量は、燃
料電池からの出力電流密度に基づいて理論的に必要とさ
れる酸素量の、何倍の酸素を含有する空気を供給したか
で表わした。測定開始時には、理論的に必要とされる酸
素量の２倍の酸素を含有する空気を供給し（図１０中で
はＳ：２と表わした）、所定の時間経過後に、燃料電池
に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論的に必要とされ
る酸素量の１．５倍に減少させ（図１０中ではＳ：１．
５と表わした）、さらに所定の時間が経過すると、燃料
電池に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論的に必要と
される酸素量の１．２５倍に減少させた。
密度を一定として、燃料電池に供給する酸化ガス（加圧
空気）量を段階的に変化させたときの、燃料電池を構成
する各単セルにおける出力電圧の様子を経時的に表わし
たものである。図１０（Ａ）は、本実施例のセパレータ
３０を用いて構成した燃料電池における電圧の変化の様
子を表わし、図１０（Ｂ）は、図３２に示したセパレー
タ１３０を用いて構成した燃料電池における電圧の変化
の様子を表わす。燃料電池に供給する酸化ガス量は、燃
料電池からの出力電流密度に基づいて理論的に必要とさ
れる酸素量の、何倍の酸素を含有する空気を供給したか
で表わした。測定開始時には、理論的に必要とされる酸
素量の２倍の酸素を含有する空気を供給し（図１０中で
はＳ：２と表わした）、所定の時間経過後に、燃料電池
に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論的に必要とされ
る酸素量の１．５倍に減少させ（図１０中ではＳ：１．
５と表わした）、さらに所定の時間が経過すると、燃料
電池に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論的に必要と
される酸素量の１．２５倍に減少させた。
【００７７】図１０（Ａ）に示すように、本実施例のセ
パレータ３０を用いて構成した燃料電池では、燃料電池
に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論的に必要とされ
る量の２倍から１．２５倍にまで減少させても、燃料電
池を構成する各単セルからの出力電圧値を安定した状態
に保つことができた。これに対して、図３２に示したセ
パレータ１３０を用いて構成した燃料電池では、燃料電
池に供給する酸化ガス中の酸素量が理論的に必要とされ
る量の２倍であっても、燃料電池を構成する各単セルの
出力電圧は大きくばらつき、燃料電池に供給する酸化ガ
ス中の酸素量を理論的に必要とされる酸素量の１．５倍
に減少させると、電解質膜の乾きに起因して電圧が急落
してしまい、発電を継続することができなかった。
パレータ３０を用いて構成した燃料電池では、燃料電池
に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論的に必要とされ
る量の２倍から１．２５倍にまで減少させても、燃料電
池を構成する各単セルからの出力電圧値を安定した状態
に保つことができた。これに対して、図３２に示したセ
パレータ１３０を用いて構成した燃料電池では、燃料電
池に供給する酸化ガス中の酸素量が理論的に必要とされ
る量の２倍であっても、燃料電池を構成する各単セルの
出力電圧は大きくばらつき、燃料電池に供給する酸化ガ
ス中の酸素量を理論的に必要とされる酸素量の１．５倍
に減少させると、電解質膜の乾きに起因して電圧が急落
してしまい、発電を継続することができなかった。
【００７８】このように、本実施例のセパレータ３０を
用いて燃料電池を構成することによって、燃料電池に供
給する酸化ガス中の酸素量、すなわち燃料電池に供給す
る酸化ガス量を大幅に削減可能であることが示された。
ここで、従来知られる燃料電池の構成、すなわち図３２
のセパレータ１３０を備える燃料電池では、燃料電池を
構成する各単セルで充分に安定した出力電圧を保つため
には、燃料電池に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論
的に必要とされる酸素量の４〜５倍にする必要があっ
た。なお、図１０（Ａ）は、セパレータ３０を備える燃
料電池を７５℃で運転した結果を表わし、図１０（Ｂ）
は、セパレータ１３０を備える燃料電池を６７℃で運転
した結果を表わす。このように、本実施例のセパレータ
３０を用いた燃料電池では、運転温度をより高く設定
し、燃料電池に供給する酸化ガス中の酸素量、すなわち
供給する酸化ガスの流量をより少なくしても、各単セル
からの出力電圧を安定して保つことが可能となる。
用いて燃料電池を構成することによって、燃料電池に供
給する酸化ガス中の酸素量、すなわち燃料電池に供給す
る酸化ガス量を大幅に削減可能であることが示された。
ここで、従来知られる燃料電池の構成、すなわち図３２
のセパレータ１３０を備える燃料電池では、燃料電池を
構成する各単セルで充分に安定した出力電圧を保つため
には、燃料電池に供給する酸化ガス中の酸素量を、理論
的に必要とされる酸素量の４〜５倍にする必要があっ
た。なお、図１０（Ａ）は、セパレータ３０を備える燃
料電池を７５℃で運転した結果を表わし、図１０（Ｂ）
は、セパレータ１３０を備える燃料電池を６７℃で運転
した結果を表わす。このように、本実施例のセパレータ
３０を用いた燃料電池では、運転温度をより高く設定
し、燃料電池に供給する酸化ガス中の酸素量、すなわち
供給する酸化ガスの流量をより少なくしても、各単セル
からの出力電圧を安定して保つことが可能となる。
【００７９】上述したセパレータ３０では、任意の単セ
ル２０において、単セル内酸化ガス流路が形成されてい
る領域は３つに分割し、単セル内燃料ガス流路が形成さ
れている領域は２つに分割することとしたが、それぞれ
異なる数に分割することとしてもよい。単セル内ガス流
路が形成されている領域を複数に分割し、それぞれの分
割された領域に対してガスを給排するマニホールドを別
々に設けることによって、単セル内ガス流路を通過する
ガスの流速を速め、ガス中の電極活物質を電解質膜上の
触媒に到達しやすくして、上記した効果を得ることがで
きる。ここで、単セル内流路が形成されている領域を分
割する数を増やすほど、単セル内流路を通過するガスの
流速は速くなるが、分割数を増やすことによって流路を
ガスが通過する際の圧損が増大してしまう。流路をガス
が通過する際の圧損が大きくなった場合に、燃料電池に
供給するガス量を所定量に確保するには、燃料電池に供
給するガスを加圧するために消費するエネルギ量を増や
す必要がある。したがって、単セル内流路が形成されて
いる領域を分割する数を増やすことによる効果の大きさ
と、燃料電池に供給するガスを加圧するために消費する
エネルギ量の増加分とを考慮して、全体のエネルギ効率
が低下しないように、上記した分割数を設定することが
望ましい。また、図１および図２に示したセパレータ３
０では、単セル内流路が形成されている領域を２つまた
は３つに等分することとしたが、それぞれ異なる面積と
なるように分割してもかまわない。
ル２０において、単セル内酸化ガス流路が形成されてい
る領域は３つに分割し、単セル内燃料ガス流路が形成さ
れている領域は２つに分割することとしたが、それぞれ
異なる数に分割することとしてもよい。単セル内ガス流
路が形成されている領域を複数に分割し、それぞれの分
割された領域に対してガスを給排するマニホールドを別
々に設けることによって、単セル内ガス流路を通過する
ガスの流速を速め、ガス中の電極活物質を電解質膜上の
触媒に到達しやすくして、上記した効果を得ることがで
きる。ここで、単セル内流路が形成されている領域を分
割する数を増やすほど、単セル内流路を通過するガスの
流速は速くなるが、分割数を増やすことによって流路を
ガスが通過する際の圧損が増大してしまう。流路をガス
が通過する際の圧損が大きくなった場合に、燃料電池に
供給するガス量を所定量に確保するには、燃料電池に供
給するガスを加圧するために消費するエネルギ量を増や
す必要がある。したがって、単セル内流路が形成されて
いる領域を分割する数を増やすことによる効果の大きさ
と、燃料電池に供給するガスを加圧するために消費する
エネルギ量の増加分とを考慮して、全体のエネルギ効率
が低下しないように、上記した分割数を設定することが
望ましい。また、図１および図２に示したセパレータ３
０では、単セル内流路が形成されている領域を２つまた
は３つに等分することとしたが、それぞれ異なる面積と
なるように分割してもかまわない。
【００８０】また、上述したセパレータ３０では、リブ
部５５〜５９は平行に形成された溝状に形成したが、異
なる形状とすることもできる。その一例として、セパレ
ータ３０の変形例であるセパレータ３０Ａの一方の表面
の構成を図５に示す。ここで、セパレータ３０Ａは、リ
ブ部５５〜５７に対応する構造の形状以外はセパレータ
３０と共通する構造を有しており、共通する構造には同
じ番号を付した。セパレータ３０Ａには、対向する孔部
同士を連絡する構造として凹凸部５５Ａ，５６Ａ，５７
Ａが設けられている。これら凹凸部５５Ａ〜５７Ａは、
対向する孔部を連絡して形成された凹面上に、断面四角
形の凸部を縦横に配置した構造となっている。その他、
対向する孔部を連絡する凹凸構造としては、スタック構
造を構成したときに、所定の孔部から、これと対向する
孔部に向かってガスが通過する単セル内ガス流路を、隣
接するガス拡散層との間で形成可能となる形状を有して
いればよい。
部５５〜５９は平行に形成された溝状に形成したが、異
なる形状とすることもできる。その一例として、セパレ
ータ３０の変形例であるセパレータ３０Ａの一方の表面
の構成を図５に示す。ここで、セパレータ３０Ａは、リ
ブ部５５〜５７に対応する構造の形状以外はセパレータ
３０と共通する構造を有しており、共通する構造には同
じ番号を付した。セパレータ３０Ａには、対向する孔部
同士を連絡する構造として凹凸部５５Ａ，５６Ａ，５７
Ａが設けられている。これら凹凸部５５Ａ〜５７Ａは、
対向する孔部を連絡して形成された凹面上に、断面四角
形の凸部を縦横に配置した構造となっている。その他、
対向する孔部を連絡する凹凸構造としては、スタック構
造を構成したときに、所定の孔部から、これと対向する
孔部に向かってガスが通過する単セル内ガス流路を、隣
接するガス拡散層との間で形成可能となる形状を有して
いればよい。
【００８１】また、既述した実施例では、図６ないし図
８に示したように、所定の酸化（燃料）ガス供給マニホ
ールドと、これに対応する酸化（燃料）ガス排出マニホ
ールドとでは、内部を通過するガスの流れの方向が逆に
なっているが、これらのガスマニホールドにおけるガス
の流れの方向が同じになる構成としてもよい。このよう
な構成を以下に示す。図１１は、セパレータ３０を用い
て、それぞれの酸化（燃料）ガス供給マニホールドと、
これに対応する酸化（燃料）ガス排出マニホールドの内
部を通過するガスの流れが同じになるスタック構造１１
５を構成したときの、酸化ガスの流れの様子を平面的に
表わす説明図である。
８に示したように、所定の酸化（燃料）ガス供給マニホ
ールドと、これに対応する酸化（燃料）ガス排出マニホ
ールドとでは、内部を通過するガスの流れの方向が逆に
なっているが、これらのガスマニホールドにおけるガス
の流れの方向が同じになる構成としてもよい。このよう
な構成を以下に示す。図１１は、セパレータ３０を用い
て、それぞれの酸化（燃料）ガス供給マニホールドと、
これに対応する酸化（燃料）ガス排出マニホールドの内
部を通過するガスの流れが同じになるスタック構造１１
５を構成したときの、酸化ガスの流れの様子を平面的に
表わす説明図である。
【００８２】スタック構造１１５は、リターンプレート
以外は第１実施例のスタック構造１５と共通する構成を
有しているため、共通する部材には同じ番号を付して詳
しい説明は省略する。スタック構造１１５では、一方の
端部にはリターンプレート９０が、他方の端部にはリタ
ーンプレート９５が配設されている。これらリターンプ
レート９０，９５について、積層した単セルと接する側
の面から見た様子を表わす平面図を、図１２に示す。図
１２（Ａ）はリターンプレート９０を、図１２（Ｂ）は
リターンプレート９５を表わす。
以外は第１実施例のスタック構造１５と共通する構成を
有しているため、共通する部材には同じ番号を付して詳
しい説明は省略する。スタック構造１１５では、一方の
端部にはリターンプレート９０が、他方の端部にはリタ
ーンプレート９５が配設されている。これらリターンプ
レート９０，９５について、積層した単セルと接する側
の面から見た様子を表わす平面図を、図１２に示す。図
１２（Ａ）はリターンプレート９０を、図１２（Ｂ）は
リターンプレート９５を表わす。
【００８３】燃料電池外部に設けられた酸化ガス供給装
置から供給される酸化ガスは、リターンプレート９０に
設けられた孔部７５を介してスタック構造１１５内に導
入される。この酸化ガスは、セパレータ３０の孔部４０
によって形成される酸化ガス供給マニホールド６０内を
通過しながら、セパレータ３０のリブ部５５によって形
成される各単セル内酸化ガス流路に分配される。各単セ
ル内酸化ガス流路から排出される酸化ガスは、孔部４３
によって形成される酸化ガス排出マニホールド６３で合
流し、酸化ガス供給マニホールド６０と同じ方向に流れ
て、リターンプレート９５に達する。
置から供給される酸化ガスは、リターンプレート９０に
設けられた孔部７５を介してスタック構造１１５内に導
入される。この酸化ガスは、セパレータ３０の孔部４０
によって形成される酸化ガス供給マニホールド６０内を
通過しながら、セパレータ３０のリブ部５５によって形
成される各単セル内酸化ガス流路に分配される。各単セ
ル内酸化ガス流路から排出される酸化ガスは、孔部４３
によって形成される酸化ガス排出マニホールド６３で合
流し、酸化ガス供給マニホールド６０と同じ方向に流れ
て、リターンプレート９５に達する。
【００８４】リターンプレート９５には、上記酸化ガス
排出マニホールド６３の端部と、孔部４４によって形成
される酸化ガス供給マニホールド６１の端部とを接続す
る凹部１７１が設けられており、酸化ガスは酸化ガス供
給マニホールド６１に導入される。この酸化ガスは、リ
ターンプレート９０側に向かって酸化ガス供給マニホー
ルド６１内を通過しながら、各セパレータ３０のリブ部
５６によって形成される各単セル内酸化ガス流路に分配
される。各単セル内酸化ガス流路から排出される酸化ガ
スは、孔部４１によって形成される酸化ガス排出マニホ
ールド６４で合流し、酸化ガス供給マニホールド６１と
同じ方向に流れて、リターンプレート９０に達する。
排出マニホールド６３の端部と、孔部４４によって形成
される酸化ガス供給マニホールド６１の端部とを接続す
る凹部１７１が設けられており、酸化ガスは酸化ガス供
給マニホールド６１に導入される。この酸化ガスは、リ
ターンプレート９０側に向かって酸化ガス供給マニホー
ルド６１内を通過しながら、各セパレータ３０のリブ部
５６によって形成される各単セル内酸化ガス流路に分配
される。各単セル内酸化ガス流路から排出される酸化ガ
スは、孔部４１によって形成される酸化ガス排出マニホ
ールド６４で合流し、酸化ガス供給マニホールド６１と
同じ方向に流れて、リターンプレート９０に達する。
【００８５】リターンプレート９０には、上記酸化ガス
排出マニホールド６４の端部と、孔部４２によって形成
される酸化ガス供給マニホールド６２の端部とを接続す
る凹部７２が設けられており、酸化ガスは酸化ガス供給
マニホールド６２に導入される。この酸化ガスは、リタ
ーンプレート９５側に向かって酸化ガス供給マニホール
ド６２内を通過しながら、各セパレータ３０のリブ部５
７によって形成される各単セル内酸化ガス流路に分配さ
れる。各単セル内酸化ガス流路から排出される酸化ガス
は、孔部４５によって形成される酸化ガス排出マニホー
ルド６５で合流し、酸化ガス供給マニホールド６２と同
じ方向に流れて、リターンプレート９５に達する。リタ
ーンプレート９５では、セパレータ３０の孔部４５に対
応する位置に、外部の酸化ガス排出装置に接続する孔部
１７６が設けられており、この孔部１７６を介して酸化
ガスが排出される。
排出マニホールド６４の端部と、孔部４２によって形成
される酸化ガス供給マニホールド６２の端部とを接続す
る凹部７２が設けられており、酸化ガスは酸化ガス供給
マニホールド６２に導入される。この酸化ガスは、リタ
ーンプレート９５側に向かって酸化ガス供給マニホール
ド６２内を通過しながら、各セパレータ３０のリブ部５
７によって形成される各単セル内酸化ガス流路に分配さ
れる。各単セル内酸化ガス流路から排出される酸化ガス
は、孔部４５によって形成される酸化ガス排出マニホー
ルド６５で合流し、酸化ガス供給マニホールド６２と同
じ方向に流れて、リターンプレート９５に達する。リタ
ーンプレート９５では、セパレータ３０の孔部４５に対
応する位置に、外部の酸化ガス排出装置に接続する孔部
１７６が設けられており、この孔部１７６を介して酸化
ガスが排出される。
【００８６】このように、酸化ガス供給マニホールド
と、これに対応する酸化ガス排出マニホールドにおい
て、ガスの流れの方向が同じとなるように構成しても、
第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、既
述した実施例では、単セル内ガス流路における酸化ガス
の流れの方向は、上方から下方へ流れる向きと下方から
上方へ流れる向きとが、交互に入れ替わる構成とした
が、常に上方から下方へ流れる構成も好ましい。このよ
うな構成を第２実施例として以下に示す。
と、これに対応する酸化ガス排出マニホールドにおい
て、ガスの流れの方向が同じとなるように構成しても、
第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、既
述した実施例では、単セル内ガス流路における酸化ガス
の流れの方向は、上方から下方へ流れる向きと下方から
上方へ流れる向きとが、交互に入れ替わる構成とした
が、常に上方から下方へ流れる構成も好ましい。このよ
うな構成を第２実施例として以下に示す。
【００８７】第２実施例の燃料電池は、既述した実施例
と同様にセパレータ３０を用いて構成されており、スタ
ック構造の一端にはリターンプレート１７０が配設され
ている。このスタック構造では、第１実施例のスタック
構造１５と同様に、酸化ガス供給マニホールドとこれに
対応する酸化ガス排出マニホールドとでは、酸化ガスが
通過する際の方向が逆向きとなる。図１３は、積層した
単セルと接する面から見たリターンプレート１７０の様
子を表わす説明図である。ここで、第１実施例のリター
ンプレート７０と共通する部材には同じ番号を付した。
と同様にセパレータ３０を用いて構成されており、スタ
ック構造の一端にはリターンプレート１７０が配設され
ている。このスタック構造では、第１実施例のスタック
構造１５と同様に、酸化ガス供給マニホールドとこれに
対応する酸化ガス排出マニホールドとでは、酸化ガスが
通過する際の方向が逆向きとなる。図１３は、積層した
単セルと接する面から見たリターンプレート１７０の様
子を表わす説明図である。ここで、第１実施例のリター
ンプレート７０と共通する部材には同じ番号を付した。
【００８８】第２実施例の燃料電池は、第１実施例と同
様に、リターンプレート１７０の孔部７５を介して酸化
ガス供給装置から酸化ガスの供給を受ける。この酸化ガ
スは、セパレータ３０の孔部４０によって形成される酸
化ガス供給マニホールドから、リブ部５５によって形成
される各単セル内酸化ガス流路に分岐して、セパレータ
３０の孔部４３によって形成される酸化ガス排出マニホ
ールドで合流し、リターンプレート１７０に戻る。リタ
ーンプレート１７０には、セパレータ３０の孔部４３と
孔部４１とを連絡する凹部２７１が設けられており、酸
化ガスは、セパレータ３０の孔部４１によって形成され
る酸化ガス供給マニホールドに導入される。
様に、リターンプレート１７０の孔部７５を介して酸化
ガス供給装置から酸化ガスの供給を受ける。この酸化ガ
スは、セパレータ３０の孔部４０によって形成される酸
化ガス供給マニホールドから、リブ部５５によって形成
される各単セル内酸化ガス流路に分岐して、セパレータ
３０の孔部４３によって形成される酸化ガス排出マニホ
ールドで合流し、リターンプレート１７０に戻る。リタ
ーンプレート１７０には、セパレータ３０の孔部４３と
孔部４１とを連絡する凹部２７１が設けられており、酸
化ガスは、セパレータ３０の孔部４１によって形成され
る酸化ガス供給マニホールドに導入される。
【００８９】この酸化ガスは、孔部４１によって形成さ
れる酸化ガス供給マニホールドから、リブ部５６によっ
て形成される各単セル内酸化ガス流路に分岐して、セパ
レータ３０の孔部４４によって形成される酸化ガス排出
マニホールドで合流し、リターンプレート１７０に戻
る。リターンプレート１７０には、セパレータ３０の孔
部４４と孔部４２とを連絡する凹部２７２が設けられて
おり、酸化ガスは、セパレータ３０の孔部４２によって
形成される酸化ガス供給マニホールドに導入される。
れる酸化ガス供給マニホールドから、リブ部５６によっ
て形成される各単セル内酸化ガス流路に分岐して、セパ
レータ３０の孔部４４によって形成される酸化ガス排出
マニホールドで合流し、リターンプレート１７０に戻
る。リターンプレート１７０には、セパレータ３０の孔
部４４と孔部４２とを連絡する凹部２７２が設けられて
おり、酸化ガスは、セパレータ３０の孔部４２によって
形成される酸化ガス供給マニホールドに導入される。
【００９０】この酸化ガスは、孔部４２によって形成さ
れる酸化ガス供給マニホールドから、リブ部５７によっ
て形成される各単セル内酸化ガス流路に分岐して、セパ
レータ３０の孔部４５によって形成される酸化ガス排出
マニホールドで合流し、リターンプレート１７０に戻
る。リターンプレート１７０には、孔部４５に対応する
位置に孔部７６が設けられており、酸化ガスは、この孔
部７６を介して外部の酸化ガス排出装置に排出される。
れる酸化ガス供給マニホールドから、リブ部５７によっ
て形成される各単セル内酸化ガス流路に分岐して、セパ
レータ３０の孔部４５によって形成される酸化ガス排出
マニホールドで合流し、リターンプレート１７０に戻
る。リターンプレート１７０には、孔部４５に対応する
位置に孔部７６が設けられており、酸化ガスは、この孔
部７６を介して外部の酸化ガス排出装置に排出される。
【００９１】このように、第２実施例の燃料電池では、
その内部に配設されたセパレータ３０において上側に形
成された孔部４０，４１，４２によって形成されるマニ
ホールドが、単セル内酸化ガス流路に酸化ガスを供給す
る側のマニホールドであり、下側に形成された孔部４
３，４４，４５によって形成されるマニホールドが、単
セル内酸化ガス流路から酸化ガスが排出される側のマニ
ホールドとなっている。従って、リブ部５５，５６，５
７によって形成される単セル内酸化ガス流路では、常に
上方から下方に向かって酸化ガスが流れる。
その内部に配設されたセパレータ３０において上側に形
成された孔部４０，４１，４２によって形成されるマニ
ホールドが、単セル内酸化ガス流路に酸化ガスを供給す
る側のマニホールドであり、下側に形成された孔部４
３，４４，４５によって形成されるマニホールドが、単
セル内酸化ガス流路から酸化ガスが排出される側のマニ
ホールドとなっている。従って、リブ部５５，５６，５
７によって形成される単セル内酸化ガス流路では、常に
上方から下方に向かって酸化ガスが流れる。
【００９２】以上のように構成された第２実施例の燃料
電池によれば、単セル内酸化ガス流路で常に上方から下
方へ酸化ガスが流れるため、単セル内酸化ガス流路にお
ける排水性を向上させることができるという効果を奏す
る。既述したように、燃料電池で電気化学反応が進行す
る際には、そのよう極側で生成水が生じ、生じた生成水
は酸化ガス中に気化して外部に排出されるが、このよう
な生成水が単セル内酸化ガス流路で凝縮してしまう場合
がある。凝縮した生成水が水滴を成して流路内で滞留す
ると、単セル内酸化ガス流路を閉塞してガスの流通を妨
げてしまうおそれがあるが、単セル内酸化ガス流路にお
けるガスの流れの方向を常に上方から下方にすることに
よって、凝縮水は重力に従って排出されやすくなり、流
路内で滞留して上記した不都合を生じるのを防ぐことが
できる。
電池によれば、単セル内酸化ガス流路で常に上方から下
方へ酸化ガスが流れるため、単セル内酸化ガス流路にお
ける排水性を向上させることができるという効果を奏す
る。既述したように、燃料電池で電気化学反応が進行す
る際には、そのよう極側で生成水が生じ、生じた生成水
は酸化ガス中に気化して外部に排出されるが、このよう
な生成水が単セル内酸化ガス流路で凝縮してしまう場合
がある。凝縮した生成水が水滴を成して流路内で滞留す
ると、単セル内酸化ガス流路を閉塞してガスの流通を妨
げてしまうおそれがあるが、単セル内酸化ガス流路にお
けるガスの流れの方向を常に上方から下方にすることに
よって、凝縮水は重力に従って排出されやすくなり、流
路内で滞留して上記した不都合を生じるのを防ぐことが
できる。
【００９３】さらに、スタック構造の所定の位置、例え
ばリターンプレートなどにおいて、凝縮した生成水を外
部に排出するための排水ポートを設けることとしてもよ
い。これによって、酸化ガス中に気化した状態で排出さ
れなかった生成水を燃料電池外に排出し、凝縮した生成
水によって酸化ガスの流れが妨げられるのを防ぐことが
できる。
ばリターンプレートなどにおいて、凝縮した生成水を外
部に排出するための排水ポートを設けることとしてもよ
い。これによって、酸化ガス中に気化した状態で排出さ
れなかった生成水を燃料電池外に排出し、凝縮した生成
水によって酸化ガスの流れが妨げられるのを防ぐことが
できる。
【００９４】既述した実施例では、セパレータが備える
孔部によって形成されるガス供給マニホールドおよびガ
ス排出マニホールドは、スタック構造の積層方向に沿っ
て、その一端から他端まで貫通して形成されたが、この
ようなマニホールドにおいて、途中で遮断部を設けて、
単セル内ガス流路でのガスの流れの方向を変えることと
しても良い。このような構成を、第３実施例として以下
に説明する。
孔部によって形成されるガス供給マニホールドおよびガ
ス排出マニホールドは、スタック構造の積層方向に沿っ
て、その一端から他端まで貫通して形成されたが、この
ようなマニホールドにおいて、途中で遮断部を設けて、
単セル内ガス流路でのガスの流れの方向を変えることと
しても良い。このような構成を、第３実施例として以下
に説明する。
【００９５】図１４は、第３実施例の燃料電池を構成す
るスタック構造３１５内での酸化ガスの流れを平面的に
表わす説明図である。第３実施例の燃料電池を構成する
スタック構造３１５は、既述したスタック構造１１５と
ほぼ同様の構造を有しているため、共通する部材につい
ては同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。第３実施
例のスタック構造３１５は、既述した実施例と同様に、
セパレータ３０を積層することによって構成されている
が、既述した実施例とは異なり、酸化ガス供給マニホー
ルドおよび酸化ガス排出マニホールドにおいて、その途
中に遮断部が設けられている。すなわち、スタック構造
３１５を構成する所定のセパレータ３０では、孔部４０
〜４５のうちの所定の孔部が閉塞されており、これによ
ってマニホールド内を通過するガスの流れが遮断される
構成となっている。
るスタック構造３１５内での酸化ガスの流れを平面的に
表わす説明図である。第３実施例の燃料電池を構成する
スタック構造３１５は、既述したスタック構造１１５と
ほぼ同様の構造を有しているため、共通する部材につい
ては同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。第３実施
例のスタック構造３１５は、既述した実施例と同様に、
セパレータ３０を積層することによって構成されている
が、既述した実施例とは異なり、酸化ガス供給マニホー
ルドおよび酸化ガス排出マニホールドにおいて、その途
中に遮断部が設けられている。すなわち、スタック構造
３１５を構成する所定のセパレータ３０では、孔部４０
〜４５のうちの所定の孔部が閉塞されており、これによ
ってマニホールド内を通過するガスの流れが遮断される
構成となっている。
【００９６】図１４に示すように、セパレータ３０が備
える孔部４０〜４５はそれぞれ、スタック構造３１５に
おいて、マニホールド３６０，３６３，３６１，３６
４，３６２，３６５を形成する。上記したように、スタ
ック構造３１５を構成する所定のセパレータ３０におい
て、所定の孔部が閉塞されていることによって、マニホ
ールド３６０，３６３，３６１，３６４，３６２，３６
５にはそれぞれ、遮断部９６が形成される。
える孔部４０〜４５はそれぞれ、スタック構造３１５に
おいて、マニホールド３６０，３６３，３６１，３６
４，３６２，３６５を形成する。上記したように、スタ
ック構造３１５を構成する所定のセパレータ３０におい
て、所定の孔部が閉塞されていることによって、マニホ
ールド３６０，３６３，３６１，３６４，３６２，３６
５にはそれぞれ、遮断部９６が形成される。
【００９７】マニホールド３６０は、リターンプレート
９０を介して外部の酸化ガス供給装置に接続されている
ため、遮断部９６よりもリターンプレート９０側では、
マニホールド３６０は酸化ガス供給マニホールドとして
働き、マニホールド３６３は酸化ガス排出マニホールド
として働く。遮断部９６によってマニホールド３６０内
を通過するガスの流れが遮断されると、この遮断部９６
よりも下流側のマニホールド、および、これらのマニホ
ールドと連通する単セル内酸化ガス流路において、ガス
の流れの方向が変わる。すなわち、マニホールド３６０
は酸化ガス排出マニホールドとして働き、マニホールド
３６３は酸化ガス供給マニホールドとして働き、リブ部
５５によって形成される単セル内酸化ガス流路における
ガスの流れの向きは、遮断部９６よりも上流側に配設さ
れた単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路（リブ
部５５が形成する流路）における酸化ガスの流れの向き
とは逆向きになる。
９０を介して外部の酸化ガス供給装置に接続されている
ため、遮断部９６よりもリターンプレート９０側では、
マニホールド３６０は酸化ガス供給マニホールドとして
働き、マニホールド３６３は酸化ガス排出マニホールド
として働く。遮断部９６によってマニホールド３６０内
を通過するガスの流れが遮断されると、この遮断部９６
よりも下流側のマニホールド、および、これらのマニホ
ールドと連通する単セル内酸化ガス流路において、ガス
の流れの方向が変わる。すなわち、マニホールド３６０
は酸化ガス排出マニホールドとして働き、マニホールド
３６３は酸化ガス供給マニホールドとして働き、リブ部
５５によって形成される単セル内酸化ガス流路における
ガスの流れの向きは、遮断部９６よりも上流側に配設さ
れた単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路（リブ
部５５が形成する流路）における酸化ガスの流れの向き
とは逆向きになる。
【００９８】さらに、マニホールド３６３にも同様に遮
断部９６が設けられており、このマニホールド３６３に
設けられた遮断部９６よりも下流側のマニホールド、お
よびこれらのマニホールドと連通する単セル内酸化ガス
流路において、ガスの流れの方向が変わる。すなわち、
マニホールド３６０は酸化ガス供給マニホールドとな
り、マニホールド３６３は酸化ガス排出マニホールドと
なり、リブ部５５によって形成される単セル内酸化ガス
流路におけるガスの流れの向きは、リターンプレート９
０に隣接する領域に配設された単セル内に形成された単
セル内酸化ガス流路（リブ部５５が形成する流路）にお
けるガスの流れの向きと同じ向きに戻る。
断部９６が設けられており、このマニホールド３６３に
設けられた遮断部９６よりも下流側のマニホールド、お
よびこれらのマニホールドと連通する単セル内酸化ガス
流路において、ガスの流れの方向が変わる。すなわち、
マニホールド３６０は酸化ガス供給マニホールドとな
り、マニホールド３６３は酸化ガス排出マニホールドと
なり、リブ部５５によって形成される単セル内酸化ガス
流路におけるガスの流れの向きは、リターンプレート９
０に隣接する領域に配設された単セル内に形成された単
セル内酸化ガス流路（リブ部５５が形成する流路）にお
けるガスの流れの向きと同じ向きに戻る。
【００９９】マニホールド３６１，３６４，３６２，３
６５のそれぞれに設けられた遮断部９６もまた、同様に
働く。すなわち、酸化ガス供給マニホールドとして働く
マニホールド内を通過する酸化ガスの流れが、遮断部９
６によって遮断されると、この遮断部９６よりも下流側
では、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホ
ールドとが入れ替わり、対応するリブ部が形成する単セ
ル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの向きが逆向
きとなる。
６５のそれぞれに設けられた遮断部９６もまた、同様に
働く。すなわち、酸化ガス供給マニホールドとして働く
マニホールド内を通過する酸化ガスの流れが、遮断部９
６によって遮断されると、この遮断部９６よりも下流側
では、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホ
ールドとが入れ替わり、対応するリブ部が形成する単セ
ル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの向きが逆向
きとなる。
【０１００】以上のように構成した第３実施例の燃料電
池によれば、既述した実施例と同様に、単セル内ガス流
路を同一面内で分割することによって流路内のガス流量
を増加させることができる効果に加えて、以下のような
効果を奏することができる。すなわち、ガス供給マニホ
ールドとして働くマニホールド内に遮断部を設けること
によって、各単セル内ガス流路を通過するガス流量をさ
らに増加させて、ガスの利用率を向上させることができ
る。例えば、セパレータ３０が備える孔部４０が形成す
るマニホールドに酸化ガスを供給する場合に、本実施例
では、酸化ガスが供給される端部から遮断部が設けられ
た位置までの間に配設された単セルのそれぞれに形成さ
れた単セル内酸化ガス流路（リブ部５５が形成する流
路）に対して、酸化ガスが分配されるが、マニホールド
内に遮断部を設けない燃料電池では、スタック構造を構
成するすべての単セルのそれぞれに形成された単セル内
酸化ガス流路（リブ部５５が形成する流路）に対して、
酸化ガスが分配されることになる。したがって、マニホ
ールドに遮断部を設けることによって、外部から供給さ
れるガス量が一定であっても、単セル内ガス流路を通過
するガス量をさらに増やすことができ、上記した効果を
得ることができる。
池によれば、既述した実施例と同様に、単セル内ガス流
路を同一面内で分割することによって流路内のガス流量
を増加させることができる効果に加えて、以下のような
効果を奏することができる。すなわち、ガス供給マニホ
ールドとして働くマニホールド内に遮断部を設けること
によって、各単セル内ガス流路を通過するガス流量をさ
らに増加させて、ガスの利用率を向上させることができ
る。例えば、セパレータ３０が備える孔部４０が形成す
るマニホールドに酸化ガスを供給する場合に、本実施例
では、酸化ガスが供給される端部から遮断部が設けられ
た位置までの間に配設された単セルのそれぞれに形成さ
れた単セル内酸化ガス流路（リブ部５５が形成する流
路）に対して、酸化ガスが分配されるが、マニホールド
内に遮断部を設けない燃料電池では、スタック構造を構
成するすべての単セルのそれぞれに形成された単セル内
酸化ガス流路（リブ部５５が形成する流路）に対して、
酸化ガスが分配されることになる。したがって、マニホ
ールドに遮断部を設けることによって、外部から供給さ
れるガス量が一定であっても、単セル内ガス流路を通過
するガス量をさらに増やすことができ、上記した効果を
得ることができる。
【０１０１】既述したように、燃料電池を構成するスタ
ック構造を複数に分割し、分割したスタック構造を直列
に接続することによっても、単セル内ガス流路を通過す
るガスの流量を増加させることができるが、第３実施例
の燃料電池では、ガスマニホールドに遮断部を設ける
（所定のセパレータにおいて所定の孔部を塞いでおく）
という簡単な構成によって、単セル内ガス流路を通過す
るガスの流量を増加させることができ、ガス流量を増加
させるためにガスの配管を複雑化する必要がない。この
ような燃料電池では、ガスマニホールド内に設ける遮断
部の位置および数を調節することによって、各単セル内
ガス流路を通過するガス量を増加させる程度を調節する
ことができる。また、本実施例のように、マニホールド
の途中に遮断部を設けると、スタック構造内に形成され
たガス流路における流路抵抗が増大する。したがって、
遮断部の数や遮断部を設ける位置を調節することによっ
て、スタック構造全体で、流路抵抗を自由に設定するこ
とができる。上記実施例では、酸化ガスが通過するマニ
ホールドに遮断部を設ける構成を示したが、同様の遮断
部を、燃料ガスが通過するマニホールドに設けることと
しても良い。
ック構造を複数に分割し、分割したスタック構造を直列
に接続することによっても、単セル内ガス流路を通過す
るガスの流量を増加させることができるが、第３実施例
の燃料電池では、ガスマニホールドに遮断部を設ける
（所定のセパレータにおいて所定の孔部を塞いでおく）
という簡単な構成によって、単セル内ガス流路を通過す
るガスの流量を増加させることができ、ガス流量を増加
させるためにガスの配管を複雑化する必要がない。この
ような燃料電池では、ガスマニホールド内に設ける遮断
部の位置および数を調節することによって、各単セル内
ガス流路を通過するガス量を増加させる程度を調節する
ことができる。また、本実施例のように、マニホールド
の途中に遮断部を設けると、スタック構造内に形成され
たガス流路における流路抵抗が増大する。したがって、
遮断部の数や遮断部を設ける位置を調節することによっ
て、スタック構造全体で、流路抵抗を自由に設定するこ
とができる。上記実施例では、酸化ガスが通過するマニ
ホールドに遮断部を設ける構成を示したが、同様の遮断
部を、燃料ガスが通過するマニホールドに設けることと
しても良い。
【０１０２】既述した実施例では、単セル内ガス流路
は、対向する位置に設けられたマニホールドを連通させ
るように形成され、単セル内ガス流路内を通過するガス
は一定方向に流れる構成としたが、異なる構成とするこ
ともできる。以下に、このような構成の燃料電池を第４
実施例として示す。図１５は、第４実施例の燃料電池を
構成するセパレータ４３０の構成を表わす平面図であ
り、図１６は、第４実施例の燃料電池が備えるリターン
プレート４７０の構成を表わす平面図である。第４実施
例の燃料電池を構成するスタック構造は、セパレータ３
０に代えてセパレータ４３０を備え、リターンプレート
７０に代えてリターンプレート４７０を備える以外は、
第１実施例のスタック構造１５とほぼ同様の構成を有し
ているため、共通する構成に関する詳しい説明は省略す
る。
は、対向する位置に設けられたマニホールドを連通させ
るように形成され、単セル内ガス流路内を通過するガス
は一定方向に流れる構成としたが、異なる構成とするこ
ともできる。以下に、このような構成の燃料電池を第４
実施例として示す。図１５は、第４実施例の燃料電池を
構成するセパレータ４３０の構成を表わす平面図であ
り、図１６は、第４実施例の燃料電池が備えるリターン
プレート４７０の構成を表わす平面図である。第４実施
例の燃料電池を構成するスタック構造は、セパレータ３
０に代えてセパレータ４３０を備え、リターンプレート
７０に代えてリターンプレート４７０を備える以外は、
第１実施例のスタック構造１５とほぼ同様の構成を有し
ているため、共通する構成に関する詳しい説明は省略す
る。
【０１０３】セパレータ４３０は、その周辺部に、孔部
４４０〜４４３，４５０〜４５３を備えている。ここ
で、孔部４４０〜４４３は、セパレータ４３０の所定の
一辺に沿って順次隣接しあって設けられており、孔部４
５０〜４５３は、孔部４４０〜４４３が近傍に設けられ
た辺とは対向する辺に沿って、順次隣接しあって設けら
れている。また、セパレータ４３０の一方の面上には、
凹部４５５および凹部４５６が設けられている。凹部４
５５および凹部４５６は、それぞれ、互いに平行な横向
きのＵ字形に形成されている。凹部４５５は、その両端
部において、孔部４５０および孔部４５１とそれぞれ連
通している。また、凹部４５６は、その両端部におい
て、孔部４５２および孔部４５３とそれぞれ連通してい
る。なお、セパレータ４３０において、図１５に示した
面とは反対側の面には、凹部４５５，４５６と同様の２
つの凹部が、凹部４５５，４５６とは逆向きのＵ字形に
形成されている（図示せず）。この裏面に形成された２
つの凹部の一方は、両端部において、孔部４４０および
孔部４４１のそれぞれと連通しており、他方の凹部は、
両端部において、孔部４４２および４４３のそれぞれと
連通している。
４４０〜４４３，４５０〜４５３を備えている。ここ
で、孔部４４０〜４４３は、セパレータ４３０の所定の
一辺に沿って順次隣接しあって設けられており、孔部４
５０〜４５３は、孔部４４０〜４４３が近傍に設けられ
た辺とは対向する辺に沿って、順次隣接しあって設けら
れている。また、セパレータ４３０の一方の面上には、
凹部４５５および凹部４５６が設けられている。凹部４
５５および凹部４５６は、それぞれ、互いに平行な横向
きのＵ字形に形成されている。凹部４５５は、その両端
部において、孔部４５０および孔部４５１とそれぞれ連
通している。また、凹部４５６は、その両端部におい
て、孔部４５２および孔部４５３とそれぞれ連通してい
る。なお、セパレータ４３０において、図１５に示した
面とは反対側の面には、凹部４５５，４５６と同様の２
つの凹部が、凹部４５５，４５６とは逆向きのＵ字形に
形成されている（図示せず）。この裏面に形成された２
つの凹部の一方は、両端部において、孔部４４０および
孔部４４１のそれぞれと連通しており、他方の凹部は、
両端部において、孔部４４２および４４３のそれぞれと
連通している。
【０１０４】このようなセパレータ４３０を用いて構成
した燃料電池では、凹部４５５および凹部４５６は、隣
接するアノード３２との間で単セル内燃料ガス流路を形
成し、上述した裏面に形成された２つの凹部は、隣接す
るカソード３３との間で単セル内酸化ガス流路を形成す
る。また、孔部４５０および孔部４５２は、セパレータ
４３０を積層して形成するスタック構造内で、単セル内
燃料ガス流路に燃料ガスを分配する燃料ガス供給マニホ
ールドを形成し、孔部４５１および孔部４５３は、同じ
くスタック構造内で、単セル内燃料ガス流路から排出さ
れる燃料ガスが集合する燃料ガス排出マニホールドを形
成する。同様に、孔部４４０および孔部４４２は、スタ
ック構造内で、単セル内酸化ガス流路に酸化ガスを分配
する酸化ガス供給マニホールドを形成し、孔部４４１お
よび孔部４４３は、同じくスタック構造内で、単セル内
酸化ガス流路から排出される酸化ガスが集合する酸化ガ
ス排出マニホールドを形成する。
した燃料電池では、凹部４５５および凹部４５６は、隣
接するアノード３２との間で単セル内燃料ガス流路を形
成し、上述した裏面に形成された２つの凹部は、隣接す
るカソード３３との間で単セル内酸化ガス流路を形成す
る。また、孔部４５０および孔部４５２は、セパレータ
４３０を積層して形成するスタック構造内で、単セル内
燃料ガス流路に燃料ガスを分配する燃料ガス供給マニホ
ールドを形成し、孔部４５１および孔部４５３は、同じ
くスタック構造内で、単セル内燃料ガス流路から排出さ
れる燃料ガスが集合する燃料ガス排出マニホールドを形
成する。同様に、孔部４４０および孔部４４２は、スタ
ック構造内で、単セル内酸化ガス流路に酸化ガスを分配
する酸化ガス供給マニホールドを形成し、孔部４４１お
よび孔部４４３は、同じくスタック構造内で、単セル内
酸化ガス流路から排出される酸化ガスが集合する酸化ガ
ス排出マニホールドを形成する。
【０１０５】さらに、セパレータ４３０の周辺部には、
孔部４５０および孔部４５３の近傍に、それぞれ孔部４
５７および孔部４５８が形成されている。これら孔部４
５７，４５８は、セパレータ４３０を積層して形成する
スタック構造内で、既述した冷却水マニホールドを形成
する。燃料電池の外部から供給される冷却水は、孔部４
５７によって形成される冷却水マニホールドを介して、
既述した単セル間冷却水路に分配され、各単セル間冷却
水路から排出される冷却水は、孔部４５８によって形成
される冷却水マニホールドを介して燃料電池外部に導か
れる。
孔部４５０および孔部４５３の近傍に、それぞれ孔部４
５７および孔部４５８が形成されている。これら孔部４
５７，４５８は、セパレータ４３０を積層して形成する
スタック構造内で、既述した冷却水マニホールドを形成
する。燃料電池の外部から供給される冷却水は、孔部４
５７によって形成される冷却水マニホールドを介して、
既述した単セル間冷却水路に分配され、各単セル間冷却
水路から排出される冷却水は、孔部４５８によって形成
される冷却水マニホールドを介して燃料電池外部に導か
れる。
【０１０６】なお、図１５では、セパレータ４３０が備
える凹部は平坦な凹面を有しているように表わしたが、
実際のセパレータ４３０が備えるそれぞれの凹部には、
図５に示したセパレータ３０Ａが備える凹凸部のよう
に、凹面から突出して設けられた所定の形状の凸部が複
数個設けられている。このような凸部によって、凹部に
よって形成される単セル内ガス流路を通過するガスが攪
拌されると共に、セパレータ４３０と隣接するガス拡散
電極と凸部とが接することによって、ガス拡散電極との
間で充分な導電性が確保される。
える凹部は平坦な凹面を有しているように表わしたが、
実際のセパレータ４３０が備えるそれぞれの凹部には、
図５に示したセパレータ３０Ａが備える凹凸部のよう
に、凹面から突出して設けられた所定の形状の凸部が複
数個設けられている。このような凸部によって、凹部に
よって形成される単セル内ガス流路を通過するガスが攪
拌されると共に、セパレータ４３０と隣接するガス拡散
電極と凸部とが接することによって、ガス拡散電極との
間で充分な導電性が確保される。
【０１０７】リターンプレート４７０は、孔部４７５〜
４７８，孔部４９１，４９２および凹部４７１，４７４
を備えている。このリターンプレート４７０は、図７お
よび図８にガスの流れの様子の平面図を示した第１実施
例のスタック構造１５におけるリターンプレート７０と
同様に、スタック構造の一端に配設される。リターンプ
レート４７０を用いてスタック構造を形成する際には、
図１６に表わした面が単セルを積層した構造に接するよ
うに、リターンプレート４７０を配設する。図１６で
は、このリターンプレート４７０が備える孔部４７５〜
４７８，孔部４９１，４９２および凹部４７１，４７４
と、セパレータ４３０が備える孔部４４０〜４４３，４
５０〜４５３，４５７，４５７および凹部４５５，４５
６との位置関係（リターンプレート４７０およびセパレ
ータ４３０を含む部材を積層して組み立てたスタック構
造における、上記孔部および凹部の位置関係）がわかる
ように、セパレータ４３０が備える上記孔部および凹部
の位置を、リターンプレート４７０上に点線で示した。
４７８，孔部４９１，４９２および凹部４７１，４７４
を備えている。このリターンプレート４７０は、図７お
よび図８にガスの流れの様子の平面図を示した第１実施
例のスタック構造１５におけるリターンプレート７０と
同様に、スタック構造の一端に配設される。リターンプ
レート４７０を用いてスタック構造を形成する際には、
図１６に表わした面が単セルを積層した構造に接するよ
うに、リターンプレート４７０を配設する。図１６で
は、このリターンプレート４７０が備える孔部４７５〜
４７８，孔部４９１，４９２および凹部４７１，４７４
と、セパレータ４３０が備える孔部４４０〜４４３，４
５０〜４５３，４５７，４５７および凹部４５５，４５
６との位置関係（リターンプレート４７０およびセパレ
ータ４３０を含む部材を積層して組み立てたスタック構
造における、上記孔部および凹部の位置関係）がわかる
ように、セパレータ４３０が備える上記孔部および凹部
の位置を、リターンプレート４７０上に点線で示した。
【０１０８】形成したスタック構造においては、孔部４
７７はセパレータ４３０における孔部４５０と、孔部４
７８は隣接するセパレータ４３０における孔部４５３
と、孔部４７５はセパレータ４３０における孔部４４０
と、孔部４７６はセパレータ４３０における孔部４４３
と、孔部４９１はセパレータ４３０における孔部４５７
と、孔部４９２はセパレータ４３０における孔部４５８
と、それぞれ位置的に対応して互いに連通する。また、
凹部４７４は、セパレータ４３０において孔部４５１，
４５２が形成される領域を覆って形成されており、スタ
ック構造内で孔部４５１，４５２が形成するガスマニホ
ールドを、スタック構造の端部において互いに連通させ
る。同様に凹部４７１は、セパレータ４３０において孔
部４４１，４４２が形成される領域を覆って形成されて
おり、スタック構造内で孔部４４１，４４２が形成する
ガスマニホールドを、スタック構造の端部において互い
に連通させる。
７７はセパレータ４３０における孔部４５０と、孔部４
７８は隣接するセパレータ４３０における孔部４５３
と、孔部４７５はセパレータ４３０における孔部４４０
と、孔部４７６はセパレータ４３０における孔部４４３
と、孔部４９１はセパレータ４３０における孔部４５７
と、孔部４９２はセパレータ４３０における孔部４５８
と、それぞれ位置的に対応して互いに連通する。また、
凹部４７４は、セパレータ４３０において孔部４５１，
４５２が形成される領域を覆って形成されており、スタ
ック構造内で孔部４５１，４５２が形成するガスマニホ
ールドを、スタック構造の端部において互いに連通させ
る。同様に凹部４７１は、セパレータ４３０において孔
部４４１，４４２が形成される領域を覆って形成されて
おり、スタック構造内で孔部４４１，４４２が形成する
ガスマニホールドを、スタック構造の端部において互い
に連通させる。
【０１０９】以下に、セパレータ４３０およびリターン
プレート４７０を備える燃料電池におけるガスの流れの
様子を説明する。本実施例の燃料電池を構成するスタッ
ク構造は、図３に示したスタック構造１５と同様に、両
端部のそれぞれにおいて、集電板，絶縁板およびエンド
プレートが配設されている。これら集電板，絶縁板およ
びエンドプレートには、セパレータ４３０が備える孔部
に対応する位置に孔部が設けられており、このようなエ
ンドプレートの孔部と外部の装置とを接続することによ
って、既述した実施例と同様に、燃料電池に対して流体
を給排することが可能となる。リターンプレート４７０
が備える孔部４７７は、このリターンプレート４７０に
隣接して配設される集電板，絶縁板およびエンドプレー
トに設けられた孔部（孔部４７７が設けられた位置に対
応する位置に設けられた孔部）を介して、燃料ガス供給
装置と接続される。供給された燃料ガスは、セパレータ
４３０が備える孔部４５０が形成する燃料ガス供給マニ
ホールドを介して、各単セル内に形成された単セル内燃
料ガス流路の一方（凹部４５５が形成する流路）に分配
される。この単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガス
は、孔部４５１が形成する燃料ガス排出マニホールドに
集合し、リターンプレート４７０が備える凹部４７４に
よって、孔部４５２が形成する燃料ガス供給マニホール
ドに導かれる。この燃料ガス供給マニホールドからさら
に、各単セル内に形成されたもう一方の単セル内燃料ガ
ス流路（凹部４５６が形成する流路）に燃料ガスが分配
され、この単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガス
は、孔部４５３が形成する燃料ガス排出マニホールドに
集合する。上記集電板，絶縁板およびエンドプレートに
は、リターンプレート４７０が備える孔部４７８が設け
られた位置に対応する位置に孔部が設けられており、上
記燃料ガス排出マニホールドに集合した燃料ガスは、こ
れらの孔部を介して外部の燃料ガス排出装置に排出され
る。
プレート４７０を備える燃料電池におけるガスの流れの
様子を説明する。本実施例の燃料電池を構成するスタッ
ク構造は、図３に示したスタック構造１５と同様に、両
端部のそれぞれにおいて、集電板，絶縁板およびエンド
プレートが配設されている。これら集電板，絶縁板およ
びエンドプレートには、セパレータ４３０が備える孔部
に対応する位置に孔部が設けられており、このようなエ
ンドプレートの孔部と外部の装置とを接続することによ
って、既述した実施例と同様に、燃料電池に対して流体
を給排することが可能となる。リターンプレート４７０
が備える孔部４７７は、このリターンプレート４７０に
隣接して配設される集電板，絶縁板およびエンドプレー
トに設けられた孔部（孔部４７７が設けられた位置に対
応する位置に設けられた孔部）を介して、燃料ガス供給
装置と接続される。供給された燃料ガスは、セパレータ
４３０が備える孔部４５０が形成する燃料ガス供給マニ
ホールドを介して、各単セル内に形成された単セル内燃
料ガス流路の一方（凹部４５５が形成する流路）に分配
される。この単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガス
は、孔部４５１が形成する燃料ガス排出マニホールドに
集合し、リターンプレート４７０が備える凹部４７４に
よって、孔部４５２が形成する燃料ガス供給マニホール
ドに導かれる。この燃料ガス供給マニホールドからさら
に、各単セル内に形成されたもう一方の単セル内燃料ガ
ス流路（凹部４５６が形成する流路）に燃料ガスが分配
され、この単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガス
は、孔部４５３が形成する燃料ガス排出マニホールドに
集合する。上記集電板，絶縁板およびエンドプレートに
は、リターンプレート４７０が備える孔部４７８が設け
られた位置に対応する位置に孔部が設けられており、上
記燃料ガス排出マニホールドに集合した燃料ガスは、こ
れらの孔部を介して外部の燃料ガス排出装置に排出され
る。
【０１１０】酸化ガスの流路も同様に構成されており、
セパレータ４３０が備える孔部４４０が形成する酸化ガ
ス供給マニホールドに対して外部から酸化ガスが供給さ
れ、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路の一
方に分配される。これらの単セル内酸化ガス流路を通過
した酸化ガスは、孔部４４１が形成する酸化ガス排出マ
ニホールドに集合して、リターンプレート４７０に設け
られた凹部４７１によって、孔部４４２が形成する酸化
ガス供給マニホールドに導かれる。この酸化ガス供給マ
ニホールドから、さらに、各単セル内に形成された単セ
ル内酸化ガス流路の他方に分配された酸化ガスは、孔部
４４３が形成する酸化ガス排出マニホールドに集合して
外部に導かれる。
セパレータ４３０が備える孔部４４０が形成する酸化ガ
ス供給マニホールドに対して外部から酸化ガスが供給さ
れ、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路の一
方に分配される。これらの単セル内酸化ガス流路を通過
した酸化ガスは、孔部４４１が形成する酸化ガス排出マ
ニホールドに集合して、リターンプレート４７０に設け
られた凹部４７１によって、孔部４４２が形成する酸化
ガス供給マニホールドに導かれる。この酸化ガス供給マ
ニホールドから、さらに、各単セル内に形成された単セ
ル内酸化ガス流路の他方に分配された酸化ガスは、孔部
４４３が形成する酸化ガス排出マニホールドに集合して
外部に導かれる。
【０１１１】なお、集電板，絶縁板およびエンドプレー
トには、リターンプレート４７０が備える孔部４９１，
４９２に対応する位置にも、それぞれ孔部が設けられて
いる。このうち、孔部４９１に対応する孔部には、所定
の冷却水供給装置が接続され、セパレータ４３０が備え
る孔部４５７が形成する冷却水マニホールドに冷却水が
供給され、供給された冷却水は、この冷却水マニホール
ドから既述した単セル間冷却水流路に分配される。単セ
ル間冷却水流路を通過した冷却水は、孔部４５８が形成
する冷却水マニホールドに集合し、上記孔部４９２に対
応する孔部を介して、所定の冷却水排出装置に排出され
る。
トには、リターンプレート４７０が備える孔部４９１，
４９２に対応する位置にも、それぞれ孔部が設けられて
いる。このうち、孔部４９１に対応する孔部には、所定
の冷却水供給装置が接続され、セパレータ４３０が備え
る孔部４５７が形成する冷却水マニホールドに冷却水が
供給され、供給された冷却水は、この冷却水マニホール
ドから既述した単セル間冷却水流路に分配される。単セ
ル間冷却水流路を通過した冷却水は、孔部４５８が形成
する冷却水マニホールドに集合し、上記孔部４９２に対
応する孔部を介して、所定の冷却水排出装置に排出され
る。
【０１１２】このような第４実施例の燃料電池によれ
ば、単セル内ガス流路を同一面上で複数個に分割して、
単セル内ガス流路の断面積を小さくすることによって、
単セル内流路でのガスの流量および流速を上げ、燃料電
池におけるガスの利用率を向上させるという既述した実
施例と同様の効果に加えて、さらに以下のような効果を
奏する。すなわち、同一面上で複数個に分割した単セル
内ガス流路のそれぞれをＵ字形に形成することによっ
て、スタック構造の断面積全体のうち、電気化学反応に
寄与する領域（以下、集電部と呼ぶ）の面積の割合を高
くすることができ、燃料電池全体を小型化することがで
きる。
ば、単セル内ガス流路を同一面上で複数個に分割して、
単セル内ガス流路の断面積を小さくすることによって、
単セル内流路でのガスの流量および流速を上げ、燃料電
池におけるガスの利用率を向上させるという既述した実
施例と同様の効果に加えて、さらに以下のような効果を
奏する。すなわち、同一面上で複数個に分割した単セル
内ガス流路のそれぞれをＵ字形に形成することによっ
て、スタック構造の断面積全体のうち、電気化学反応に
寄与する領域（以下、集電部と呼ぶ）の面積の割合を高
くすることができ、燃料電池全体を小型化することがで
きる。
【０１１３】第１実施例のように直線状に形成された分
割された単セル内ガス流路を備える燃料電池において、
集電部全体を平行に４分割した場合も、本実施例のよう
にＵ字形の単セル内ガス流路を形成するセパレータ４３
０を用いて燃料電池を構成する場合も、共に、流路断面
積が小さくなる効果は同様に得られ、セパレータの所定
の一辺に沿って４つの（マニホールドを形成するため
の）孔部を設ける必要があるが、本実施例の燃料電池で
は、上記一辺に対向する辺に沿った領域には孔部を設け
る必要はなく、この領域は、上記集電部として利用する
ことができる。換言すれば、分割された直線状の単セル
内ガス流路を形成するセパレータにおいて孔部が形成さ
れる領域のうちの一方の領域（上記一辺に対向する辺の
近傍の領域）が不要となる。また、マニホールドを形成
する孔部の一部が不要となることによって、孔部周辺に
設けられるシール構造（マニホールド内の気密性を保つ
ための構造）も不要となり、セパレータとシールの構造
を簡素化することができる。したがって、燃料電池をよ
り小型に、すなわち、燃料電池の断面積をより小さくす
ることができる。これによって、セパレータなどの構成
部材をより小さくすることができ、その材料費を削減す
ることができる。また、燃料電池が小型化できることに
より、この燃料電池を車両用電源として電気自動車に搭
載する場合には、車両設計の自由度が向上する。
割された単セル内ガス流路を備える燃料電池において、
集電部全体を平行に４分割した場合も、本実施例のよう
にＵ字形の単セル内ガス流路を形成するセパレータ４３
０を用いて燃料電池を構成する場合も、共に、流路断面
積が小さくなる効果は同様に得られ、セパレータの所定
の一辺に沿って４つの（マニホールドを形成するため
の）孔部を設ける必要があるが、本実施例の燃料電池で
は、上記一辺に対向する辺に沿った領域には孔部を設け
る必要はなく、この領域は、上記集電部として利用する
ことができる。換言すれば、分割された直線状の単セル
内ガス流路を形成するセパレータにおいて孔部が形成さ
れる領域のうちの一方の領域（上記一辺に対向する辺の
近傍の領域）が不要となる。また、マニホールドを形成
する孔部の一部が不要となることによって、孔部周辺に
設けられるシール構造（マニホールド内の気密性を保つ
ための構造）も不要となり、セパレータとシールの構造
を簡素化することができる。したがって、燃料電池をよ
り小型に、すなわち、燃料電池の断面積をより小さくす
ることができる。これによって、セパレータなどの構成
部材をより小さくすることができ、その材料費を削減す
ることができる。また、燃料電池が小型化できることに
より、この燃料電池を車両用電源として電気自動車に搭
載する場合には、車両設計の自由度が向上する。
【０１１４】特に本実施例の燃料電池では、分割された
単セル内ガス流路は、燃料ガス側と酸化ガス側とでは、
互いに対向する向きのＵ字形となるように形成してい
る。このような構成とすると、セパレータにおいて、所
定の一辺に沿って一方のガスを給排するマニホールドを
形成する孔部を設けると、他方のガスを給排するマニホ
ールドを形成する孔部は、上記一辺と対向する辺に沿っ
て形成され、残りの２辺の近傍にはマニホールドを形成
するための孔部を設ける必要がない。したがって、燃料
電池の形状において、所定の方向を短くすることができ
る。図１５に示したセパレータ４３０のように、単セル
内ガス流路を形成する凹部を、横向きのＵ字形に形成す
る場合には、燃料電池を縦方向に短い形状とすることが
できる。このように燃料電池を縦方向に短い形状とする
と、燃料電池を車両用電源として電気自動車に搭載する
際に、座席の下に燃料電池を配設する場合には、特に有
利となる。
単セル内ガス流路は、燃料ガス側と酸化ガス側とでは、
互いに対向する向きのＵ字形となるように形成してい
る。このような構成とすると、セパレータにおいて、所
定の一辺に沿って一方のガスを給排するマニホールドを
形成する孔部を設けると、他方のガスを給排するマニホ
ールドを形成する孔部は、上記一辺と対向する辺に沿っ
て形成され、残りの２辺の近傍にはマニホールドを形成
するための孔部を設ける必要がない。したがって、燃料
電池の形状において、所定の方向を短くすることができ
る。図１５に示したセパレータ４３０のように、単セル
内ガス流路を形成する凹部を、横向きのＵ字形に形成す
る場合には、燃料電池を縦方向に短い形状とすることが
できる。このように燃料電池を縦方向に短い形状とする
と、燃料電池を車両用電源として電気自動車に搭載する
際に、座席の下に燃料電池を配設する場合には、特に有
利となる。
【０１１５】なお、このような燃料電池を構成するセパ
レータにおいて、既述したように、ガスを給排するマニ
ホールドの他に冷却水を給排するマニホールドも設けら
れるが、冷却水のマニホールドは、ガスのマニホールド
よりも集電部から離れた位置に設けることができるた
め、冷却水のマニホールドを設けることによって、燃料
電池の縦方向を小さくできるという上記した効果が損な
われることはない。すなわち、電気化学反応に直接寄与
するガスを充分な効率で各単セルに供給するためには、
ガスのマニホールドは、集電部に近い領域に設けること
が望ましいが、電気化学反応に直接寄与しない冷却水の
マニホールドは、集電部からより遠い領域に設けても差
し支えないため、冷却水マニホールドを設ける場合に
は、ガスマニホールドよりも集電部から遠くに設ければ
良く、燃料電池の縦方向を大きくする必要がない。特
に、図１５に示したセパレータ４３０を用いて構成した
燃料電池のように、集電部の断面の形状を、角を落とし
た楕円形状とすれば、燃料電池の横方向への広がりを抑
えることもできる。すなわち、楕円形状の集電部に沿っ
てガスマニホールドを設けると、スタック構造の断面の
形状が四角形であれば、その角部の近傍に余分のスペー
スが生じるため、このスペースを利用して冷却水マニホ
ールドを設けることによって、燃料電池の縦方向の短さ
を維持しつつ、燃料電池が横方向に大きくなるのを抑
え、燃料電池全体を小型化できる。なお、集電部全体の
形状を楕円形ではなく四角形とし、ガス流路をＵ字形に
形成する場合には、このＵ字の底部にあたる角部はガス
の流れが不十分になりやすく、電気化学反応が充分に進
行しないおそれがある。したがって、上記したように集
電部を楕円形として角部に相当する集電部の面積を減ら
しても、電池性能にさほど影響はない。
レータにおいて、既述したように、ガスを給排するマニ
ホールドの他に冷却水を給排するマニホールドも設けら
れるが、冷却水のマニホールドは、ガスのマニホールド
よりも集電部から離れた位置に設けることができるた
め、冷却水のマニホールドを設けることによって、燃料
電池の縦方向を小さくできるという上記した効果が損な
われることはない。すなわち、電気化学反応に直接寄与
するガスを充分な効率で各単セルに供給するためには、
ガスのマニホールドは、集電部に近い領域に設けること
が望ましいが、電気化学反応に直接寄与しない冷却水の
マニホールドは、集電部からより遠い領域に設けても差
し支えないため、冷却水マニホールドを設ける場合に
は、ガスマニホールドよりも集電部から遠くに設ければ
良く、燃料電池の縦方向を大きくする必要がない。特
に、図１５に示したセパレータ４３０を用いて構成した
燃料電池のように、集電部の断面の形状を、角を落とし
た楕円形状とすれば、燃料電池の横方向への広がりを抑
えることもできる。すなわち、楕円形状の集電部に沿っ
てガスマニホールドを設けると、スタック構造の断面の
形状が四角形であれば、その角部の近傍に余分のスペー
スが生じるため、このスペースを利用して冷却水マニホ
ールドを設けることによって、燃料電池の縦方向の短さ
を維持しつつ、燃料電池が横方向に大きくなるのを抑
え、燃料電池全体を小型化できる。なお、集電部全体の
形状を楕円形ではなく四角形とし、ガス流路をＵ字形に
形成する場合には、このＵ字の底部にあたる角部はガス
の流れが不十分になりやすく、電気化学反応が充分に進
行しないおそれがある。したがって、上記したように集
電部を楕円形として角部に相当する集電部の面積を減ら
しても、電池性能にさほど影響はない。
【０１１６】また、本実施例の燃料電池を構成するセパ
レータ４３０において、凹部４５５の下流側領域（孔部
４５１に近い方の直線領域）は、上流側領域（孔部４５
０に近い方の直線領域）に比べて幅が狭く形成されてお
り、同じく凹部４５６の下流側領域（孔部４５３に近い
方の直線領域）は、上流側領域（孔部４５２に近い方の
直線領域）に比べて幅が狭く形成されている（図１５参
照）。このようなセパレータ４３０を備える燃料電池の
単セル内ガス流路では、下流ほど流路断面積が小さくな
る。燃料電池内では、供給されたガス中の電極活物質が
電気化学反応で消費されるのに伴い、ガス流量およびガ
ス中の電極活物質濃度が減少する。したがって、このよ
うに下流ほど流路断面積を小さくすることによって、ガ
ス流量が減少してしまうのを補い、燃料電池全体で均一
な反応が期待でき、充分な電圧を確保することができ
る。
レータ４３０において、凹部４５５の下流側領域（孔部
４５１に近い方の直線領域）は、上流側領域（孔部４５
０に近い方の直線領域）に比べて幅が狭く形成されてお
り、同じく凹部４５６の下流側領域（孔部４５３に近い
方の直線領域）は、上流側領域（孔部４５２に近い方の
直線領域）に比べて幅が狭く形成されている（図１５参
照）。このようなセパレータ４３０を備える燃料電池の
単セル内ガス流路では、下流ほど流路断面積が小さくな
る。燃料電池内では、供給されたガス中の電極活物質が
電気化学反応で消費されるのに伴い、ガス流量およびガ
ス中の電極活物質濃度が減少する。したがって、このよ
うに下流ほど流路断面積を小さくすることによって、ガ
ス流量が減少してしまうのを補い、燃料電池全体で均一
な反応が期待でき、充分な電圧を確保することができ
る。
【０１１７】さらに、本実施例の燃料電池は、単セル内
ガス流路がＵ字形に形成されているため、単セル内ガス
流路を直線状に形成する場合に比べて、ガス利用率をさ
らに向上させることができるという効果を奏する。すな
わち、ガスが流路の形状に導かれてその流れの向きが逆
向きに変わる際に、Ｕ字形の底部にあたる領域で乱流が
発生し易くなり、ガスがより攪拌されることによってガ
スの利用率が向上する。
ガス流路がＵ字形に形成されているため、単セル内ガス
流路を直線状に形成する場合に比べて、ガス利用率をさ
らに向上させることができるという効果を奏する。すな
わち、ガスが流路の形状に導かれてその流れの向きが逆
向きに変わる際に、Ｕ字形の底部にあたる領域で乱流が
発生し易くなり、ガスがより攪拌されることによってガ
スの利用率が向上する。
【０１１８】また、本実施例の燃料電池では、燃料ガス
側と酸化ガス側の両方で、単セル内ガス流路の形状を横
向きのＵ字形とし、上方から下方に向かってガスを通過
させる構成としたため、ガス流路内で生じる生成水の排
水機構を簡素化できるという効果を奏する。例えば、第
１実施例のように単セル内酸化ガス流路を鉛直方向に設
けた場合には、生じた生成水は単セル内酸化ガス流路に
導かれて下方に落下し、下方の３つのマニホールド（酸
化ガス排出マニホールド６３，６５、酸化ガス供給マニ
ホールド６１）のそれぞれに溜まる。このような燃料電
池では、これらのマニホールドにそれぞれ排水バルブを
設けるなどして、生成水を取り除く必要があった。本実
施例の燃料電池では、単セル内ガス流路がいずれも横向
きのＵ字形となっているため、生じた生成水は、ガスの
流れる圧力と重力とに導かれて、単セル内ガス流路にお
いて次第に下流側に導かれる。このように、生成水は、
セパレータ４３０が備える孔部４５３あるいは孔部４４
３が形成するマニホールドに最終的に導かれるため、こ
れら最も下方に位置するマニホールドだけに排水機構を
設ければ足りる。あるいは、これらのマニホールドに導
かれた生成水が、ガスの圧力によって充分に燃料電池の
外部に排出可能であれば、燃料電池内部に排水機構を設
けることなく、さらに構成を簡素化することができる。
側と酸化ガス側の両方で、単セル内ガス流路の形状を横
向きのＵ字形とし、上方から下方に向かってガスを通過
させる構成としたため、ガス流路内で生じる生成水の排
水機構を簡素化できるという効果を奏する。例えば、第
１実施例のように単セル内酸化ガス流路を鉛直方向に設
けた場合には、生じた生成水は単セル内酸化ガス流路に
導かれて下方に落下し、下方の３つのマニホールド（酸
化ガス排出マニホールド６３，６５、酸化ガス供給マニ
ホールド６１）のそれぞれに溜まる。このような燃料電
池では、これらのマニホールドにそれぞれ排水バルブを
設けるなどして、生成水を取り除く必要があった。本実
施例の燃料電池では、単セル内ガス流路がいずれも横向
きのＵ字形となっているため、生じた生成水は、ガスの
流れる圧力と重力とに導かれて、単セル内ガス流路にお
いて次第に下流側に導かれる。このように、生成水は、
セパレータ４３０が備える孔部４５３あるいは孔部４４
３が形成するマニホールドに最終的に導かれるため、こ
れら最も下方に位置するマニホールドだけに排水機構を
設ければ足りる。あるいは、これらのマニホールドに導
かれた生成水が、ガスの圧力によって充分に燃料電池の
外部に排出可能であれば、燃料電池内部に排水機構を設
けることなく、さらに構成を簡素化することができる。
【０１１９】なお、本実施例の燃料電池を構成するセパ
レータ４３０では、単セル内ガス流路を形成するための
Ｕ字形の凹部を、それぞれの面に２つずつ設けたが、単
セル内ガス流路の分割数（同一面上に形成される凹部の
数）は２以上としても良い。分割数を増やすことによっ
て流路断面が小さくなり、ガスの流速が早くなることに
よる効果と、分割数を増やして流路抵抗が増すことによ
り、ガスを供給する際にガスを加圧するために要するエ
ネルギが増える程度などを考慮し、適宜分割数を決定す
ればよい。また、セパレータ４３０において、マニホー
ルドを形成する周辺領域と、集電部を形成する領域とは
一体で形成しても別体で形成しても良い。
レータ４３０では、単セル内ガス流路を形成するための
Ｕ字形の凹部を、それぞれの面に２つずつ設けたが、単
セル内ガス流路の分割数（同一面上に形成される凹部の
数）は２以上としても良い。分割数を増やすことによっ
て流路断面が小さくなり、ガスの流速が早くなることに
よる効果と、分割数を増やして流路抵抗が増すことによ
り、ガスを供給する際にガスを加圧するために要するエ
ネルギが増える程度などを考慮し、適宜分割数を決定す
ればよい。また、セパレータ４３０において、マニホー
ルドを形成する周辺領域と、集電部を形成する領域とは
一体で形成しても別体で形成しても良い。
【０１２０】また、本実施例の燃料電池および第１実施
例の燃料電池では、ガス排出マニホールドを通過したガ
スは、リターンプレートにおいて、このガス排出マニホ
ールドに隣接して設けられたガス供給マニホールド内に
導入される。そのため、ガスを導くためにリターンプレ
ートに設ける凹部が小さくて（短くて）済み、凹部の容
積を抑えることができる。ガスがこの凹部内を通過する
間は発電に寄与しないが、燃料電池の大きさと供給ガス
量を一定とした時に、反応に寄与しないガス量を抑える
ことによって、発電効率を充分に確保することができ
る。
例の燃料電池では、ガス排出マニホールドを通過したガ
スは、リターンプレートにおいて、このガス排出マニホ
ールドに隣接して設けられたガス供給マニホールド内に
導入される。そのため、ガスを導くためにリターンプレ
ートに設ける凹部が小さくて（短くて）済み、凹部の容
積を抑えることができる。ガスがこの凹部内を通過する
間は発電に寄与しないが、燃料電池の大きさと供給ガス
量を一定とした時に、反応に寄与しないガス量を抑える
ことによって、発電効率を充分に確保することができ
る。
【０１２１】さらに、上記したように、リターンプレー
トが備える凹部によって、所定のガスマニホールドを通
過したガスが隣接するガスマニホールドに導かれる場合
には、このリターンプレートの凹部の近傍のガスシール
構造を簡素化することができる。すなわち、同種のガス
の出入り口が隣接している領域の近傍では、異なるガス
（酸素と水素）同士が隣接する場合ほど、厳密に気密性
を確保する必要がない。
トが備える凹部によって、所定のガスマニホールドを通
過したガスが隣接するガスマニホールドに導かれる場合
には、このリターンプレートの凹部の近傍のガスシール
構造を簡素化することができる。すなわち、同種のガス
の出入り口が隣接している領域の近傍では、異なるガス
（酸素と水素）同士が隣接する場合ほど、厳密に気密性
を確保する必要がない。
【０１２２】既述した実施例では、単一のスタック構造
内において、ガスの流路をスタック構造の積層方向に平
行に分割し、スタック構造に供給されるガスは、これら
の分割した流路内を順次通過する構成としたが、このよ
うなスタック構造を複数個接続して燃料電池を構成し、
より多くの電力を確保することとしてもよい。複数のス
タック構造からなる燃料電池の構成を、第５実施例とし
て以下に説明する。図１７は、４つのスタック構造を備
える第５実施例の燃料電池５００の構成を表わす説明図
であり、図１８は、燃料電池５００が備える各スタック
構造に備えられたセパレータ５３０の構成を表わす平面
図である。燃料電池５００は、４つのスタック構造５１
５Ａ，５１５Ｂ，５１５Ｃ，５１５Ｄを備え、これらの
スタック構造を給排ボックス５１２によって互いに接続
し、これらの構造をケース５１０内に収納している。ケ
ース５１０は、４つのスタック構造の全体を覆っている
が、図１７は、ケース５１０における一番大きな面の一
方を取り除き、ケース５１０の内部を、この取り除いた
面側から見た様子を表わす。燃料電池５００が備える各
スタック構造は、これが備えるセパレータの構造と、内
部におけるガスの流れ方以外は、既述した実施例と共通
する構成を有しているため、個々のスタック構造に関す
る詳しい説明は省略する。
内において、ガスの流路をスタック構造の積層方向に平
行に分割し、スタック構造に供給されるガスは、これら
の分割した流路内を順次通過する構成としたが、このよ
うなスタック構造を複数個接続して燃料電池を構成し、
より多くの電力を確保することとしてもよい。複数のス
タック構造からなる燃料電池の構成を、第５実施例とし
て以下に説明する。図１７は、４つのスタック構造を備
える第５実施例の燃料電池５００の構成を表わす説明図
であり、図１８は、燃料電池５００が備える各スタック
構造に備えられたセパレータ５３０の構成を表わす平面
図である。燃料電池５００は、４つのスタック構造５１
５Ａ，５１５Ｂ，５１５Ｃ，５１５Ｄを備え、これらの
スタック構造を給排ボックス５１２によって互いに接続
し、これらの構造をケース５１０内に収納している。ケ
ース５１０は、４つのスタック構造の全体を覆っている
が、図１７は、ケース５１０における一番大きな面の一
方を取り除き、ケース５１０の内部を、この取り除いた
面側から見た様子を表わす。燃料電池５００が備える各
スタック構造は、これが備えるセパレータの構造と、内
部におけるガスの流れ方以外は、既述した実施例と共通
する構成を有しているため、個々のスタック構造に関す
る詳しい説明は省略する。
【０１２３】給排ボックス５１２は、燃料電池５００の
中央部に配設された箱状の部材であり、所定の剛性を有
する材料、例えばアルミニウムなどによって形成されて
いる。この給排ボックス５１２を挟んで、一方の側には
スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂが配設され、もう一方
の側にはスタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄが配設されて
いる。この給排ボックス５１２は、外部に設けた燃料ガ
ス供給装置、燃料ガス排出装置、酸化ガス供給装置およ
び酸化ガス排出装置と接続されている。また、給排ボッ
クス５１２の内部には、所定の形状の流路が形成されて
おり、この流路によって、外部から供給された燃料ガス
および酸化ガスを、燃料電池５００が備える各スタック
構造に分配すると共に、スタック構造内を通過して排出
されたガスを外部に導き、また、各スタック構造間でや
り取りされるガスを導く。
中央部に配設された箱状の部材であり、所定の剛性を有
する材料、例えばアルミニウムなどによって形成されて
いる。この給排ボックス５１２を挟んで、一方の側には
スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂが配設され、もう一方
の側にはスタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄが配設されて
いる。この給排ボックス５１２は、外部に設けた燃料ガ
ス供給装置、燃料ガス排出装置、酸化ガス供給装置およ
び酸化ガス排出装置と接続されている。また、給排ボッ
クス５１２の内部には、所定の形状の流路が形成されて
おり、この流路によって、外部から供給された燃料ガス
および酸化ガスを、燃料電池５００が備える各スタック
構造に分配すると共に、スタック構造内を通過して排出
されたガスを外部に導き、また、各スタック構造間でや
り取りされるガスを導く。
【０１２４】また、燃料電池５００には、その両端部に
おいて加圧保持機構５１４が設けられており、この加圧
保持機構５１４によって、各スタック構造に対して、端
部側から給排ボックス５１２側に向かって押圧力を加え
て、各スタック構造をケース５１０内で保持している。
本実施例の加圧保持機構５１４は、加圧シャフト５０１
を備えており、この加圧シャフト５０１は、ケース５１
０の端部に設けられた所定の孔構造（図示せず）にねじ
込まれ、この孔構造に螺合することでそれぞれのスタッ
ク構造に対する加圧力を保持する。また、各スタック構
造の一端（ケース５１０の端部側）には、プレッシャー
プレート５０２が設けられている。加圧シャフト５０１
から加えられた押圧力は、このプレッシャープレート５
０２を介してスタック構造に伝えられ、ケース内のスタ
ック構造全体が加圧される（図１７参照）。
おいて加圧保持機構５１４が設けられており、この加圧
保持機構５１４によって、各スタック構造に対して、端
部側から給排ボックス５１２側に向かって押圧力を加え
て、各スタック構造をケース５１０内で保持している。
本実施例の加圧保持機構５１４は、加圧シャフト５０１
を備えており、この加圧シャフト５０１は、ケース５１
０の端部に設けられた所定の孔構造（図示せず）にねじ
込まれ、この孔構造に螺合することでそれぞれのスタッ
ク構造に対する加圧力を保持する。また、各スタック構
造の一端（ケース５１０の端部側）には、プレッシャー
プレート５０２が設けられている。加圧シャフト５０１
から加えられた押圧力は、このプレッシャープレート５
０２を介してスタック構造に伝えられ、ケース内のスタ
ック構造全体が加圧される（図１７参照）。
【０１２５】図１８に示すように、セパレータ５３０に
は孔部５４０〜５４５および孔部５５０〜５５５が設け
られており、一方の面上には、孔部５４０と５４３とを
連通させる凹部５４６と、孔部５４１と５４４とを連通
させる凹部５４７と、孔部５４２と５４５とを連通させ
る凹部５４８とが設けられている（図１８（Ａ）参
照）。また、もう一方の面上には、孔部５５０と５５３
とを連通させる凹部５５６と、孔部５５１と５５４とを
連通させる凹部５５７と、孔部５５２と５５５とを連通
させる凹部５５８とが設けられている（図１８（Ｂ）参
照）。孔部５４０〜５４５は、スタック構造内で、酸化
ガスを給排する酸ガスマニホールド５６０〜５６５を各
々形成し、孔部５５０〜５５５は、燃料ガスを給排する
燃料ガスマニホールド５８０〜５８５を各々形成する
（図１８参照）。また、凹部５４６〜５４８は、スタッ
ク構造内で、単セル内酸化ガス流路を形成し、凹部５５
６〜５５８は、単セル内燃料ガス流路を形成する。な
お、図１８では記載を省略したが、セパレータ５３０が
備える凹部５４６〜５４８，５５６〜５５８は、既述し
たセパレータ４３０と同様に、単セル内ガス流路を通過
するガスを攪拌すると共に隣接するガス拡散電極との間
で導電性を確保する所定の形状の凸部を備えている。
は孔部５４０〜５４５および孔部５５０〜５５５が設け
られており、一方の面上には、孔部５４０と５４３とを
連通させる凹部５４６と、孔部５４１と５４４とを連通
させる凹部５４７と、孔部５４２と５４５とを連通させ
る凹部５４８とが設けられている（図１８（Ａ）参
照）。また、もう一方の面上には、孔部５５０と５５３
とを連通させる凹部５５６と、孔部５５１と５５４とを
連通させる凹部５５７と、孔部５５２と５５５とを連通
させる凹部５５８とが設けられている（図１８（Ｂ）参
照）。孔部５４０〜５４５は、スタック構造内で、酸化
ガスを給排する酸ガスマニホールド５６０〜５６５を各
々形成し、孔部５５０〜５５５は、燃料ガスを給排する
燃料ガスマニホールド５８０〜５８５を各々形成する
（図１８参照）。また、凹部５４６〜５４８は、スタッ
ク構造内で、単セル内酸化ガス流路を形成し、凹部５５
６〜５５８は、単セル内燃料ガス流路を形成する。な
お、図１８では記載を省略したが、セパレータ５３０が
備える凹部５４６〜５４８，５５６〜５５８は、既述し
たセパレータ４３０と同様に、単セル内ガス流路を通過
するガスを攪拌すると共に隣接するガス拡散電極との間
で導電性を確保する所定の形状の凸部を備えている。
【０１２６】燃料電池５００は、燃料ガスの流路に関わ
るリターンプレートを、それぞれのスタック構造の端部
（加圧保持機構５１４が設けられている側の端部）に、
１枚ずつ備えている。スタック構造５１５Ａの端部には
リターンプレート５９０Ａが、スタック構造５１５Ｂの
端部にはリターンプレート５９０Ｂが、スタック構造５
１５Ｃの端部にはリターンプレート５９０Ｃが、スタッ
ク構造５１５Ｄの端部にはリターンプレート５９０Ｄが
配設されている。図１９ないし図２２は、これらのリタ
ーンプレートの構成を表わす平面図であり、いずれも、
積層された単セル２０に接する側から（給排ボックス５
１２側からプレッシャープレート５０２側に向かって）
見た様子を表わす。リターンプレート５９０Ａは凹部５
７１および凹部５９１を、リターンプレート５９０Ｂは
凹部５７２および凹部５９２を、リターンプレート５９
０Ｃは凹部５７４および凹部５９３を、リターンプレー
ト５９０Ｄは凹部５７９および凹部５９４を、その表面
に備えている。ここで、凹部５７１，５７２，５７４，
５７９は、燃料ガスの流路を形成する構造であり、凹部
５９１〜凹部５９４は、酸化ガスの流路を形成する構造
である。
るリターンプレートを、それぞれのスタック構造の端部
（加圧保持機構５１４が設けられている側の端部）に、
１枚ずつ備えている。スタック構造５１５Ａの端部には
リターンプレート５９０Ａが、スタック構造５１５Ｂの
端部にはリターンプレート５９０Ｂが、スタック構造５
１５Ｃの端部にはリターンプレート５９０Ｃが、スタッ
ク構造５１５Ｄの端部にはリターンプレート５９０Ｄが
配設されている。図１９ないし図２２は、これらのリタ
ーンプレートの構成を表わす平面図であり、いずれも、
積層された単セル２０に接する側から（給排ボックス５
１２側からプレッシャープレート５０２側に向かって）
見た様子を表わす。リターンプレート５９０Ａは凹部５
７１および凹部５９１を、リターンプレート５９０Ｂは
凹部５７２および凹部５９２を、リターンプレート５９
０Ｃは凹部５７４および凹部５９３を、リターンプレー
ト５９０Ｄは凹部５７９および凹部５９４を、その表面
に備えている。ここで、凹部５７１，５７２，５７４，
５７９は、燃料ガスの流路を形成する構造であり、凹部
５９１〜凹部５９４は、酸化ガスの流路を形成する構造
である。
【０１２７】図１９ないし図２２では、リターンプレー
ト５９０Ａ〜５９０Ｄの平面的な構成を表わすと共に、
燃料電池５００内でのガスの流れの様子を説明する便宜
上、同じスタック構造内に積層されたセパレータ５３０
が備える既述した孔部の一部と、各リターンプレートが
備える上記凹部との位置関係も併せて示した。ここで、
各スタック構造内で、各リターンプレートが備える各凹
部に対応して位置するセパレータ５３０の孔部は、図１
９ないし図２２のそれぞれにおいて、各リターンプレー
ト上に点線で表わした。すなわち、スタック構造５１５
Ａにおいて、リターンプレート５９０Ａが備える凹部５
７１は、セパレータ５３０が備える孔部５５１，５５２
が形成する燃料ガスマニホールド５８１，５８２を連通
させると共に、凹部５９１は、セパレータ５３０が備え
る孔部５４２，５４３が形成する酸化ガスマニホールド
５６２，５６３を連通させる（図１９参照）。同じく、
スタック構造５１５Ｂにおいて、リターンプレート５９
０Ｂが備える凹部５７２は、セパレータ５３０が備える
孔部５５１，５５２が形成する燃料ガスマニホールド５
８１，５８２を連通させると共に、凹部５９２は、セパ
レータ５３０が備える孔部５４２，５４３が形成する酸
化ガスマニホールド５６２，５６３を連通させる（図２
０参照）。また、スタック構造５１５Ｃでは、リターン
プレート５９０Ｃが備える凹部５７４は、セパレータ５
３０が備える孔部５５０，５５１が形成する燃料ガスマ
ニホールド５８０，５８１を連通させると共に、凹部５
９３は、セパレータ５３０が備える孔部５４２，５４３
が形成する酸化ガスマニホールド５６２，５６３を連通
させる（図２１参照）。同様に、スタック構造５１５Ｄ
では、リターンプレート５９０Ｄが備える凹部５７９
は、セパレータ５３０が備える孔部５５０，５５１が形
成する燃料ガスマニホールド５８０，５８１を連通させ
ると共に、凹部５９４は、セパレータ５３０が備える孔
部５４２，５４３が形成する酸化ガスマニホールド５６
２，５６３を連通させる（図２２参照）。燃料電池５０
０における各部材の積層の向き、およびガスの流れの様
子は、後に詳しく説明する。
ト５９０Ａ〜５９０Ｄの平面的な構成を表わすと共に、
燃料電池５００内でのガスの流れの様子を説明する便宜
上、同じスタック構造内に積層されたセパレータ５３０
が備える既述した孔部の一部と、各リターンプレートが
備える上記凹部との位置関係も併せて示した。ここで、
各スタック構造内で、各リターンプレートが備える各凹
部に対応して位置するセパレータ５３０の孔部は、図１
９ないし図２２のそれぞれにおいて、各リターンプレー
ト上に点線で表わした。すなわち、スタック構造５１５
Ａにおいて、リターンプレート５９０Ａが備える凹部５
７１は、セパレータ５３０が備える孔部５５１，５５２
が形成する燃料ガスマニホールド５８１，５８２を連通
させると共に、凹部５９１は、セパレータ５３０が備え
る孔部５４２，５４３が形成する酸化ガスマニホールド
５６２，５６３を連通させる（図１９参照）。同じく、
スタック構造５１５Ｂにおいて、リターンプレート５９
０Ｂが備える凹部５７２は、セパレータ５３０が備える
孔部５５１，５５２が形成する燃料ガスマニホールド５
８１，５８２を連通させると共に、凹部５９２は、セパ
レータ５３０が備える孔部５４２，５４３が形成する酸
化ガスマニホールド５６２，５６３を連通させる（図２
０参照）。また、スタック構造５１５Ｃでは、リターン
プレート５９０Ｃが備える凹部５７４は、セパレータ５
３０が備える孔部５５０，５５１が形成する燃料ガスマ
ニホールド５８０，５８１を連通させると共に、凹部５
９３は、セパレータ５３０が備える孔部５４２，５４３
が形成する酸化ガスマニホールド５６２，５６３を連通
させる（図２１参照）。同様に、スタック構造５１５Ｄ
では、リターンプレート５９０Ｄが備える凹部５７９
は、セパレータ５３０が備える孔部５５０，５５１が形
成する燃料ガスマニホールド５８０，５８１を連通させ
ると共に、凹部５９４は、セパレータ５３０が備える孔
部５４２，５４３が形成する酸化ガスマニホールド５６
２，５６３を連通させる（図２２参照）。燃料電池５０
０における各部材の積層の向き、およびガスの流れの様
子は、後に詳しく説明する。
【０１２８】なお、燃料電池５００が備える４つのスタ
ック構造のうち、スタック構造５１５Ａと５１５Ｃとは
単セル２０の積層の方向が同じであり、スタック構造５
１５Ｂと５１５Ｄの積層方向は、これらとは逆向きとな
っている。燃料電池５００を構成するスタック構造５１
５Ａ〜５１５Ｄは、それぞれの両端部に、既述した実施
例と同様の集電板を備えている。すなわち、スタック構
造５１５Ａの両端には集電板５３６Ａ，５３７Ａが、ス
タック構造５１５Ｂの両端には集電板５３６Ｂ，５３７
Ｂが、スタック構造５１５Ｃの両端には集電板５３６
Ｃ，５３７Ｃが、スタック構造５１５Ｄの両端には集電
板５３６Ｄ，５３７Ｄが、それぞれ配設されている（図
１７参照）。図１７では記載を省略したが、既述した実
施例と同様に、これらの集電板は、各スタック構造から
電力を取り出すための端子を備えている。以下に、各ス
タック構造５１５Ａ〜５１５Ｄが備える集電板に設けら
れた端子の接続の様子を説明する。
ック構造のうち、スタック構造５１５Ａと５１５Ｃとは
単セル２０の積層の方向が同じであり、スタック構造５
１５Ｂと５１５Ｄの積層方向は、これらとは逆向きとな
っている。燃料電池５００を構成するスタック構造５１
５Ａ〜５１５Ｄは、それぞれの両端部に、既述した実施
例と同様の集電板を備えている。すなわち、スタック構
造５１５Ａの両端には集電板５３６Ａ，５３７Ａが、ス
タック構造５１５Ｂの両端には集電板５３６Ｂ，５３７
Ｂが、スタック構造５１５Ｃの両端には集電板５３６
Ｃ，５３７Ｃが、スタック構造５１５Ｄの両端には集電
板５３６Ｄ，５３７Ｄが、それぞれ配設されている（図
１７参照）。図１７では記載を省略したが、既述した実
施例と同様に、これらの集電板は、各スタック構造から
電力を取り出すための端子を備えている。以下に、各ス
タック構造５１５Ａ〜５１５Ｄが備える集電板に設けら
れた端子の接続の様子を説明する。
【０１２９】スタック構造５１５Ａにおいて給排ボック
ス５１２側端部に設けられた集電板５３７Ａの端子は、
給排ボックス５１２を挟んで対峙するスタック構造５１
５Ｃにおいて給排ボックス５１２側端部に設けられた集
電板５３６Ｃの端子と接続される。また、スタック構造
５１５Ｃにおいて加圧保持機構５１４側端部に設けられ
た集電板５３７Ｃの端子は、隣り合うスタック構造５１
５Ｄにおいて加圧保持機構５１４側端部に設けられた集
電板５３６Ｄの端子と接続される。スタック構造５１５
Ｄにおいて給排ボックス５１２側端部に設けられた集電
板５３７Ｄの端子は、給排ボックス５１２を挟んで対峙
するスタック構造５１５Ｂにおいて給排ボックス５１２
側端部に設けられた集電板５３６Ｂの端子と接続され
る。
ス５１２側端部に設けられた集電板５３７Ａの端子は、
給排ボックス５１２を挟んで対峙するスタック構造５１
５Ｃにおいて給排ボックス５１２側端部に設けられた集
電板５３６Ｃの端子と接続される。また、スタック構造
５１５Ｃにおいて加圧保持機構５１４側端部に設けられ
た集電板５３７Ｃの端子は、隣り合うスタック構造５１
５Ｄにおいて加圧保持機構５１４側端部に設けられた集
電板５３６Ｄの端子と接続される。スタック構造５１５
Ｄにおいて給排ボックス５１２側端部に設けられた集電
板５３７Ｄの端子は、給排ボックス５１２を挟んで対峙
するスタック構造５１５Ｂにおいて給排ボックス５１２
側端部に設けられた集電板５３６Ｂの端子と接続され
る。
【０１３０】ここで、既述したように、スタック構造５
１５Ａ，５１５Ｃとスタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄと
では単セル２０の積層の方向が逆向きとなっているた
め、上記のように各スタック構造端部の接続端子を接続
することによって、スタック構造５１５Ａ〜５１５Ｄ
は、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃ，５１５Ｄ，５１
５Ｂの順に直列に接続される。スタック構造５１５Ａ〜
５１５Ｄを上記のように直列に接続すれば、スタック構
造５１５Ａにおいて加圧保持機構５１４側端部に設けら
れた集電板５３６Ａの端子と、スタック構造５１５Ｂに
おいて加圧保持機構５１４側端部に設けられた集電板５
３７Ｂの端子とが燃料電池５００の出力端子となり、こ
れらの端子から電力を取り出すことができる。
１５Ａ，５１５Ｃとスタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄと
では単セル２０の積層の方向が逆向きとなっているた
め、上記のように各スタック構造端部の接続端子を接続
することによって、スタック構造５１５Ａ〜５１５Ｄ
は、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃ，５１５Ｄ，５１
５Ｂの順に直列に接続される。スタック構造５１５Ａ〜
５１５Ｄを上記のように直列に接続すれば、スタック構
造５１５Ａにおいて加圧保持機構５１４側端部に設けら
れた集電板５３６Ａの端子と、スタック構造５１５Ｂに
おいて加圧保持機構５１４側端部に設けられた集電板５
３７Ｂの端子とが燃料電池５００の出力端子となり、こ
れらの端子から電力を取り出すことができる。
【０１３１】以下に、このような燃料電池５００におけ
る燃料ガスの流れの様子を説明する。図２３ないし図２
５は、燃料電池５００における燃料ガスの流れの様子を
表わす説明図である。図２３ないし図２５では、燃料電
池５００全体の燃料ガスの流れの様子を示すと共に、各
スタック構造内に形成された単セル内燃料ガス流路にお
ける燃料ガスの流れの様子も、各スタック構造の近傍に
併せて示した。燃料電池５００全体の燃料ガスの流れの
様子としては、燃料電池５００を、図１７と同様の方向
から見た状態を示した。単セル内燃料ガス流路における
燃料ガスの流れの様子は、それぞれのスタック構造が備
えるセパレータ５３０を、リターンプレート５９０Ａ，
５９０Ｂが配設された側から、リターンプレート５９０
Ｃ，５９０Ｄが配設された側に向かって見た様子に基づ
いて表わした。なお、このような方向からセパレータ５
３０を見ると、燃料ガスの流れに関わる凹部５５６〜５
５８が形成される面は、スタック構造５１５Ｂ，５１５
Ｄでは表側（図２３〜図２５で示した側）となるが、ス
タック構造５１５Ａ，５１５Ｃでは裏側（図２３〜図２
５で示されない側）となる。従って、図２３〜図２５で
は、スタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄにおける単セル内
の燃料ガスの流れを表わす際に、凹部５５６〜５５８は
実線で表わしたが、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃに
おける単セル内の燃料ガスの流れを表わす際には、凹部
５５６〜５５８は破線で表わした。ここで、図２３〜図
２５で示したこのような凹部５５６〜５５８は、図中の
説明に関わるものだけを、上記実線および破線で示して
いる。さらに、図２３〜図２５では、単セル内燃料ガス
流路における燃料ガスの流れの様子を表わすための便宜
上、セパレータ５３０が備える酸化ガスの流れに関わる
孔部等の記載は省略している。
る燃料ガスの流れの様子を説明する。図２３ないし図２
５は、燃料電池５００における燃料ガスの流れの様子を
表わす説明図である。図２３ないし図２５では、燃料電
池５００全体の燃料ガスの流れの様子を示すと共に、各
スタック構造内に形成された単セル内燃料ガス流路にお
ける燃料ガスの流れの様子も、各スタック構造の近傍に
併せて示した。燃料電池５００全体の燃料ガスの流れの
様子としては、燃料電池５００を、図１７と同様の方向
から見た状態を示した。単セル内燃料ガス流路における
燃料ガスの流れの様子は、それぞれのスタック構造が備
えるセパレータ５３０を、リターンプレート５９０Ａ，
５９０Ｂが配設された側から、リターンプレート５９０
Ｃ，５９０Ｄが配設された側に向かって見た様子に基づ
いて表わした。なお、このような方向からセパレータ５
３０を見ると、燃料ガスの流れに関わる凹部５５６〜５
５８が形成される面は、スタック構造５１５Ｂ，５１５
Ｄでは表側（図２３〜図２５で示した側）となるが、ス
タック構造５１５Ａ，５１５Ｃでは裏側（図２３〜図２
５で示されない側）となる。従って、図２３〜図２５で
は、スタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄにおける単セル内
の燃料ガスの流れを表わす際に、凹部５５６〜５５８は
実線で表わしたが、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃに
おける単セル内の燃料ガスの流れを表わす際には、凹部
５５６〜５５８は破線で表わした。ここで、図２３〜図
２５で示したこのような凹部５５６〜５５８は、図中の
説明に関わるものだけを、上記実線および破線で示して
いる。さらに、図２３〜図２５では、単セル内燃料ガス
流路における燃料ガスの流れの様子を表わすための便宜
上、セパレータ５３０が備える酸化ガスの流れに関わる
孔部等の記載は省略している。
【０１３２】給排ボックス５１２に対して外部から供給
された燃料ガスは、給排ボックス５１２内の流路を介し
て、スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂに分配され
る。このとき、外部の燃料ガス供給装置から供給された
燃料ガスは、給排ボックス５１２内に形成された流路の
形状にしたがって２分割され、ガスの流れの方向を変え
ることなく、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂそれぞれ
の上端側であって、燃料電池５００の中央よりに設けら
れた燃料ガスマニホールドに導かれる。すなわち、外部
から供給された燃料ガスは、スタック構造５１５Ａ，５
１５Ｂが備えるセパレータ５３０に設けられた孔部５５
０が形成する燃料ガスマニホールド５８０内に導かれる
（図２３参照）。既述したように、スタック構造５１５
Ａと５１５Ｂとでは単セル２０の積層の方向が違うた
め、燃料ガスが最初に導入されるマニホールドは、どち
らのスタック構造においても、孔部５５０が形成する燃
料ガスマニホールド５８０となる。スタック構造５１５
Ａ，５１５Ｂにおいて、孔部５５０が形成する燃料ガス
マニホールド５８０に導入された燃料ガスは、孔部５５
０と連通する凹部５５６が形成する単セル内燃料ガス流
路に分配され、その後、孔部５５３が形成する燃料ガス
マニホールド５８３に集合する。すなわち、スタック構
造５１５Ａおよび５１５Ｂでは、燃料ガスマニホールド
５８３は燃料ガス排出マニホールドとして働く。
された燃料ガスは、給排ボックス５１２内の流路を介し
て、スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂに分配され
る。このとき、外部の燃料ガス供給装置から供給された
燃料ガスは、給排ボックス５１２内に形成された流路の
形状にしたがって２分割され、ガスの流れの方向を変え
ることなく、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂそれぞれ
の上端側であって、燃料電池５００の中央よりに設けら
れた燃料ガスマニホールドに導かれる。すなわち、外部
から供給された燃料ガスは、スタック構造５１５Ａ，５
１５Ｂが備えるセパレータ５３０に設けられた孔部５５
０が形成する燃料ガスマニホールド５８０内に導かれる
（図２３参照）。既述したように、スタック構造５１５
Ａと５１５Ｂとでは単セル２０の積層の方向が違うた
め、燃料ガスが最初に導入されるマニホールドは、どち
らのスタック構造においても、孔部５５０が形成する燃
料ガスマニホールド５８０となる。スタック構造５１５
Ａ，５１５Ｂにおいて、孔部５５０が形成する燃料ガス
マニホールド５８０に導入された燃料ガスは、孔部５５
０と連通する凹部５５６が形成する単セル内燃料ガス流
路に分配され、その後、孔部５５３が形成する燃料ガス
マニホールド５８３に集合する。すなわち、スタック構
造５１５Ａおよび５１５Ｂでは、燃料ガスマニホールド
５８３は燃料ガス排出マニホールドとして働く。
【０１３３】ここで、スタック構造５１５Ａおよび５１
５Ｂのそれぞれにおいて、孔部５５３によって形成され
る燃料ガスマニホールド５８３と、スタック構造５１５
Ｃおよび５１５Ｄのそれぞれにおいて、孔部５５３によ
って形成される燃料ガスマニホールド５８３とは、給排
ボックス５１２によって接続されている。したがって、
スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂにおいて孔部５５
３によって形成される燃料ガスマニホールド５８３を通
過した燃料ガスは、給排ボックス５１２を介してスタッ
ク構造５１５Ｃおよび５１５Ｄに導かれ、孔部５５３に
よって形成される燃料ガスマニホールド５８３に導かれ
る。なお、このような接続を行なう際には、スタック構
造５１５Ａ，５１５Ｂに形成されたガス排出マニホール
ドを、スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄにおいてこれら
と対応する位置に形成されたガスマニホールドに接続す
る。したがって、スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂ
では、燃料ガスマニホールド５８０は燃料ガス供給マニ
ホールドとなり、燃料ガスマニホールド５８３は燃料ガ
ス排出マニホールドとなるが、スタック構造５１５Ｃお
よび５１５Ｄでは、これらが逆になり、燃料ガスマニホ
ールド５８０は燃料ガス排出マニホールドとなり、燃料
ガスマニホールド５８３は燃料ガス供給マニホールドと
なる。
５Ｂのそれぞれにおいて、孔部５５３によって形成され
る燃料ガスマニホールド５８３と、スタック構造５１５
Ｃおよび５１５Ｄのそれぞれにおいて、孔部５５３によ
って形成される燃料ガスマニホールド５８３とは、給排
ボックス５１２によって接続されている。したがって、
スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂにおいて孔部５５
３によって形成される燃料ガスマニホールド５８３を通
過した燃料ガスは、給排ボックス５１２を介してスタッ
ク構造５１５Ｃおよび５１５Ｄに導かれ、孔部５５３に
よって形成される燃料ガスマニホールド５８３に導かれ
る。なお、このような接続を行なう際には、スタック構
造５１５Ａ，５１５Ｂに形成されたガス排出マニホール
ドを、スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄにおいてこれら
と対応する位置に形成されたガスマニホールドに接続す
る。したがって、スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂ
では、燃料ガスマニホールド５８０は燃料ガス供給マニ
ホールドとなり、燃料ガスマニホールド５８３は燃料ガ
ス排出マニホールドとなるが、スタック構造５１５Ｃお
よび５１５Ｄでは、これらが逆になり、燃料ガスマニホ
ールド５８０は燃料ガス排出マニホールドとなり、燃料
ガスマニホールド５８３は燃料ガス供給マニホールドと
なる。
【０１３４】スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄでは、孔
部５５３が形成する燃料ガスマニホールド５８３から、
凹部５５６が形成する単セル内燃料ガス流路に燃料ガス
が分配され、これらの単セル内燃料ガス流路を通過した
燃料ガスは、孔部５５０が形成する燃料ガスマニホール
ド５８０に集合して、加圧保持機構５１４側の端部に配
設されたリターンプレート５９０Ｃ，５９０Ｄに至る。
ここで、リターンプレート５９０Ｃ、５９０Ｄがそれぞ
れ備える凹部５７４，５７９（図２１，２２参照）は、
既述したように、隣接するセパレータ５３０が備える孔
部５５０および５５１と重なり、孔部５５０が形成する
燃料ガスマニホールド５８０と、孔部５５１が形成する
燃料ガスマニホールド５８１とを連通させる。したがっ
て、燃料ガスマニホールド５８０を通過してきた燃料ガ
スは、リターンプレート５９０Ｃ，５９０Ｄのそれぞれ
において、凹部５７４，５７９によって、同じスタック
構造内の孔部５５１が形成する燃料ガスマニホールド５
８１に導かれる。（図２４参照）。
部５５３が形成する燃料ガスマニホールド５８３から、
凹部５５６が形成する単セル内燃料ガス流路に燃料ガス
が分配され、これらの単セル内燃料ガス流路を通過した
燃料ガスは、孔部５５０が形成する燃料ガスマニホール
ド５８０に集合して、加圧保持機構５１４側の端部に配
設されたリターンプレート５９０Ｃ，５９０Ｄに至る。
ここで、リターンプレート５９０Ｃ、５９０Ｄがそれぞ
れ備える凹部５７４，５７９（図２１，２２参照）は、
既述したように、隣接するセパレータ５３０が備える孔
部５５０および５５１と重なり、孔部５５０が形成する
燃料ガスマニホールド５８０と、孔部５５１が形成する
燃料ガスマニホールド５８１とを連通させる。したがっ
て、燃料ガスマニホールド５８０を通過してきた燃料ガ
スは、リターンプレート５９０Ｃ，５９０Ｄのそれぞれ
において、凹部５７４，５７９によって、同じスタック
構造内の孔部５５１が形成する燃料ガスマニホールド５
８１に導かれる。（図２４参照）。
【０１３５】スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄでは、燃
料ガスマニホールド５８１は燃料ガス供給マニホールド
として働き、燃料ガスマニホールド５８１に導かれた燃
料ガスは、凹部５５７が形成する単セル内燃料ガス流路
に分配されて、これらの単セル内燃料ガス流路を通過し
た後、孔部５５４が形成する燃料ガスマニホールド５８
４に集合する。すなわち、スタック構造５１５Ｃ，５１
５Ｄでは、燃料ガスマニホールド５８４は、燃料ガス排
出マニホールドとして働く。
料ガスマニホールド５８１は燃料ガス供給マニホールド
として働き、燃料ガスマニホールド５８１に導かれた燃
料ガスは、凹部５５７が形成する単セル内燃料ガス流路
に分配されて、これらの単セル内燃料ガス流路を通過し
た後、孔部５５４が形成する燃料ガスマニホールド５８
４に集合する。すなわち、スタック構造５１５Ｃ，５１
５Ｄでは、燃料ガスマニホールド５８４は、燃料ガス排
出マニホールドとして働く。
【０１３６】ここで、スタック構造５１５Ｃおよび５１
５Ｄのそれぞれにおいて、孔部５５４によって形成され
る燃料ガスマニホールド５８４と、スタック構造５１５
Ａおよび５１５Ｂのそれぞれにおいて、孔部５５４によ
って形成される燃料ガスマニホールド５８４とは、給排
ボックス５１２によって接続されている。したがって、
スタック構造５１５Ｃおよび５１５Ｄにおいて、燃料ガ
ス排出マニホールドである燃料ガスマニホールド５８４
を通過した燃料ガスは、給排ボックス５１２を介して、
スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂにおいて、孔部５
５４によって形成される燃料ガスマニホールド５８４に
導かれる。すなわち、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂ
では、燃料ガスマニホールド５８４は、燃料ガス供給マ
ニホールドとして働く（図２４参照）。
５Ｄのそれぞれにおいて、孔部５５４によって形成され
る燃料ガスマニホールド５８４と、スタック構造５１５
Ａおよび５１５Ｂのそれぞれにおいて、孔部５５４によ
って形成される燃料ガスマニホールド５８４とは、給排
ボックス５１２によって接続されている。したがって、
スタック構造５１５Ｃおよび５１５Ｄにおいて、燃料ガ
ス排出マニホールドである燃料ガスマニホールド５８４
を通過した燃料ガスは、給排ボックス５１２を介して、
スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂにおいて、孔部５
５４によって形成される燃料ガスマニホールド５８４に
導かれる。すなわち、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂ
では、燃料ガスマニホールド５８４は、燃料ガス供給マ
ニホールドとして働く（図２４参照）。
【０１３７】スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、孔
部５５４が形成する燃料ガスマニホールド５８４から、
凹部５５７が形成する単セル内燃料ガス流路に燃料ガス
が分配され、これらの単セル内燃料ガス流路を通過した
燃料ガスは、孔部５５１が形成する燃料ガスマニホール
ド５８１に集合して、加圧保持機構５１４側の端部に配
設されたリターンプレート５９０Ａ，５９０Ｂに至る。
すなわち、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、燃料
ガスマニホールド５８１は、燃料ガス排出マニホールド
として働く。
部５５４が形成する燃料ガスマニホールド５８４から、
凹部５５７が形成する単セル内燃料ガス流路に燃料ガス
が分配され、これらの単セル内燃料ガス流路を通過した
燃料ガスは、孔部５５１が形成する燃料ガスマニホール
ド５８１に集合して、加圧保持機構５１４側の端部に配
設されたリターンプレート５９０Ａ，５９０Ｂに至る。
すなわち、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、燃料
ガスマニホールド５８１は、燃料ガス排出マニホールド
として働く。
【０１３８】ここで、リターンプレート５９０Ａ、５９
０Ｂがそれぞれ備える凹部５７１，５７２（図１９，２
０参照）は、既述したように、隣接するセパレータ５３
０が備える孔部５５１および孔部５５２と重なり、孔部
５５１が形成する燃料ガスマニホールド５８１と、孔部
５５２が形成する燃料ガスマニホールド５８２とを連通
させる。したがって、燃料ガスマニホールド５８１を通
過してきた燃料ガスは、リターンプレート５９０Ａ，５
９０Ｂのそれぞれにおいて、凹部５７１，５７２によっ
て、同じスタック構造内の孔部５５２が形成する燃料ガ
スマニホールド５８２に導かれる。（図２５参照）。ス
タック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、燃料ガスマニホー
ルド５８２は燃料ガス供給マニホールドとして働き、燃
料ガスマニホールド５８２を通過する燃料ガスは、凹部
５５８が形成する単セル内燃料ガス流路に分配されて、
これらの単セル内燃料ガス流路を通過した後、孔部５５
５が形成する燃料ガスマニホールド５８５に集合する。
すなわち、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、燃料
ガスマニホールド５８５は、燃料ガス排出マニホールド
として働く。
０Ｂがそれぞれ備える凹部５７１，５７２（図１９，２
０参照）は、既述したように、隣接するセパレータ５３
０が備える孔部５５１および孔部５５２と重なり、孔部
５５１が形成する燃料ガスマニホールド５８１と、孔部
５５２が形成する燃料ガスマニホールド５８２とを連通
させる。したがって、燃料ガスマニホールド５８１を通
過してきた燃料ガスは、リターンプレート５９０Ａ，５
９０Ｂのそれぞれにおいて、凹部５７１，５７２によっ
て、同じスタック構造内の孔部５５２が形成する燃料ガ
スマニホールド５８２に導かれる。（図２５参照）。ス
タック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、燃料ガスマニホー
ルド５８２は燃料ガス供給マニホールドとして働き、燃
料ガスマニホールド５８２を通過する燃料ガスは、凹部
５５８が形成する単セル内燃料ガス流路に分配されて、
これらの単セル内燃料ガス流路を通過した後、孔部５５
５が形成する燃料ガスマニホールド５８５に集合する。
すなわち、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｂでは、燃料
ガスマニホールド５８５は、燃料ガス排出マニホールド
として働く。
【０１３９】ここで、スタック構造５１５Ａおよび５１
５Ｂのそれぞれにおいて、孔部５５５によって形成され
る燃料ガスマニホールド５８５と、スタック構造５１５
Ｃおよび５１５Ｄのそれぞれにおいて、孔部５５５によ
って形成される燃料ガスマニホールド５８５とは、給排
ボックス５１２によって接続されている。したがって、
スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂにおいて、燃料ガ
ス排出マニホールドである燃料ガスマニホールド５８５
を通過した燃料ガスは、給排ボックス５１２を介して、
スタック構造５１５Ｃおよび５１５Ｄにおいて、孔部５
５５によって形成される燃料ガスマニホールド５８５に
導かれる。すなわち、スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄ
では、燃料ガスマニホールド５８５は、燃料ガス供給マ
ニホールドとして働く（図２５参照）。
５Ｂのそれぞれにおいて、孔部５５５によって形成され
る燃料ガスマニホールド５８５と、スタック構造５１５
Ｃおよび５１５Ｄのそれぞれにおいて、孔部５５５によ
って形成される燃料ガスマニホールド５８５とは、給排
ボックス５１２によって接続されている。したがって、
スタック構造５１５Ａおよび５１５Ｂにおいて、燃料ガ
ス排出マニホールドである燃料ガスマニホールド５８５
を通過した燃料ガスは、給排ボックス５１２を介して、
スタック構造５１５Ｃおよび５１５Ｄにおいて、孔部５
５５によって形成される燃料ガスマニホールド５８５に
導かれる。すなわち、スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄ
では、燃料ガスマニホールド５８５は、燃料ガス供給マ
ニホールドとして働く（図２５参照）。
【０１４０】スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄでは、孔
部５５５が形成する燃料ガスマニホールド５８５から、
凹部５５８が形成する単セル内燃料ガス流路に燃料ガス
が分配され、これらの単セル内燃料ガス流路を通過した
燃料ガスは、孔部５５２が形成する燃料ガスマニホール
ド５８２に集合して、再び給排ボックス５１２に至る。
すなわち、スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄでは、燃料
ガスマニホールド５８２は、燃料ガス排出マニホールド
として働く。既述したように、給排ボックス５１２は外
部に設けた燃料ガス排出装置と接続しており、燃料ガス
マニホールド５８２を通過した燃料ガスは、給排ボック
ス５１２を介して外部に排出される。
部５５５が形成する燃料ガスマニホールド５８５から、
凹部５５８が形成する単セル内燃料ガス流路に燃料ガス
が分配され、これらの単セル内燃料ガス流路を通過した
燃料ガスは、孔部５５２が形成する燃料ガスマニホール
ド５８２に集合して、再び給排ボックス５１２に至る。
すなわち、スタック構造５１５Ｃ，５１５Ｄでは、燃料
ガスマニホールド５８２は、燃料ガス排出マニホールド
として働く。既述したように、給排ボックス５１２は外
部に設けた燃料ガス排出装置と接続しており、燃料ガス
マニホールド５８２を通過した燃料ガスは、給排ボック
ス５１２を介して外部に排出される。
【０１４１】以上、燃料電池５００における燃料ガスの
流れの様子について説明したが、次に、燃料電池５００
における酸化ガスの流れの様子の説明に先立って、給排
ボックス５１２内に設けられた酸化ガスの流路であっ
て、既述したリターンプレートと同様に働く流路につい
て説明する。この酸化ガスの流路は、給排ボックス５１
２内において、各スタック構造と接する領域の近傍に設
けられている。図２６は、図１７に示したＥ−Ｅ線にお
いて給排ボックス５１２を切断した断面を表わす模式図
であり、図２７は、図１７に示したＦ−Ｆ線において給
排ボックス５１２を切断した断面を表わす模式図であ
る。図２６，２７に示すように、給排ボックス５１２に
は、流路５１６〜５１９が設けられており、これらの流
路は、各スタック構造において、所定の酸化ガスマニホ
ールド間を連通させるために働く。
流れの様子について説明したが、次に、燃料電池５００
における酸化ガスの流れの様子の説明に先立って、給排
ボックス５１２内に設けられた酸化ガスの流路であっ
て、既述したリターンプレートと同様に働く流路につい
て説明する。この酸化ガスの流路は、給排ボックス５１
２内において、各スタック構造と接する領域の近傍に設
けられている。図２６は、図１７に示したＥ−Ｅ線にお
いて給排ボックス５１２を切断した断面を表わす模式図
であり、図２７は、図１７に示したＦ−Ｆ線において給
排ボックス５１２を切断した断面を表わす模式図であ
る。図２６，２７に示すように、給排ボックス５１２に
は、流路５１６〜５１９が設けられており、これらの流
路は、各スタック構造において、所定の酸化ガスマニホ
ールド間を連通させるために働く。
【０１４２】図２６，２７では、流路５１６〜５１９に
加えて、これらの流路によって連通される酸化ガスマニ
ホールドを形成する孔部（セパレータ５３０に設けられ
た孔部）の対応する位置も併せて示した。ここで、セパ
レータ５３０が備える孔部の位置は、図２６，２７で
は、破線によって示した。図２６に示すように、流路５
１６は、スタック構造５１５Ａにおいて、孔部５４０が
形成する酸化ガスマニホールド５６０と孔部５４４が形
成する酸化ガスマニホールド５６４とを連通させる。ま
た、流路５１７は、スタック構造５１５Ｂにおいて、孔
部５４０が形成する酸化ガスマニホールド５６０と孔部
５４４が形成する酸化ガスマニホールド５６４とを連通
させる。同様に、図２７に示すように、流路５１８は、
スタック構造５１５Ｄにおいて、孔部５４０が形成する
酸化ガスマニホールド５６０と孔部５４４が形成する酸
化ガスマニホールド５６４とを連通させ、流路５１７
は、スタック構造５１５Ｃにおいて、孔部５４０が形成
する酸化ガスマニホールド５６０と孔部５４４が形成す
る酸化ガスマニホールド５６４とを連通させる。
加えて、これらの流路によって連通される酸化ガスマニ
ホールドを形成する孔部（セパレータ５３０に設けられ
た孔部）の対応する位置も併せて示した。ここで、セパ
レータ５３０が備える孔部の位置は、図２６，２７で
は、破線によって示した。図２６に示すように、流路５
１６は、スタック構造５１５Ａにおいて、孔部５４０が
形成する酸化ガスマニホールド５６０と孔部５４４が形
成する酸化ガスマニホールド５６４とを連通させる。ま
た、流路５１７は、スタック構造５１５Ｂにおいて、孔
部５４０が形成する酸化ガスマニホールド５６０と孔部
５４４が形成する酸化ガスマニホールド５６４とを連通
させる。同様に、図２７に示すように、流路５１８は、
スタック構造５１５Ｄにおいて、孔部５４０が形成する
酸化ガスマニホールド５６０と孔部５４４が形成する酸
化ガスマニホールド５６４とを連通させ、流路５１７
は、スタック構造５１５Ｃにおいて、孔部５４０が形成
する酸化ガスマニホールド５６０と孔部５４４が形成す
る酸化ガスマニホールド５６４とを連通させる。
【０１４３】以下に、このような燃料電池５００におけ
る酸化ガスの流れの様子を説明する。図２８ないし図３
０は、燃料電池５００における酸化ガスの流れの様子を
表わす説明図である。図２８ないし図３０では、燃料電
池５００全体の酸化ガスの流れの様子を示すと共に、各
スタック構造内に形成された単セル内酸化ガス流路にお
ける酸化ガスの流れの様子も併せて示した。燃料電池５
００全体の酸化ガスの流れの様子は、燃料電池５００
を、スタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄが配設された側か
ら、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃが配設された側に
向かって見た様子に基づいて表わした。単セル内酸化ガ
ス流路における酸化ガスの流れの様子は、それぞれのス
タック構造が備えるセパレータ５３０を、リターンプレ
ート５９０Ａ，５９０Ｂが配設された側から、リターン
プレート５９０Ｃ，５９０Ｄが配設された側に向かって
見た様子に基づいて表わした。なお、このような方向か
らセパレータ５３０を見ると、酸化ガスの流れに関わる
凹部５４６〜５４８が形成される面は、スタック構造５
１５Ａ，５１５Ｃでは表側（図２８〜図３０で示した
側）となるが、スタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄでは裏
側（図２８〜図３０で示されない側）となる。従って、
図２８〜図３０では、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃ
における単セル内の酸化ガスの流れを表わす際に、凹部
５４６〜５４８は実線で表わしたが、スタック構造５１
５Ｂ，５１５Ｄにおける単セル内の酸化ガスの流れを表
わす際には、凹部５４６〜５４８は破線で表わした。こ
こで、図２８〜図３０で示したこのような凹部５４６〜
５４８は、図中の説明に関わるものだけを、上記実線お
よび破線で示している。さらに、図２８〜図３０では、
単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの様子を
表わすための便宜上、セパレータ５３０が備える燃料ガ
スの流れに関わる孔部等の記載は省略している。
る酸化ガスの流れの様子を説明する。図２８ないし図３
０は、燃料電池５００における酸化ガスの流れの様子を
表わす説明図である。図２８ないし図３０では、燃料電
池５００全体の酸化ガスの流れの様子を示すと共に、各
スタック構造内に形成された単セル内酸化ガス流路にお
ける酸化ガスの流れの様子も併せて示した。燃料電池５
００全体の酸化ガスの流れの様子は、燃料電池５００
を、スタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄが配設された側か
ら、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃが配設された側に
向かって見た様子に基づいて表わした。単セル内酸化ガ
ス流路における酸化ガスの流れの様子は、それぞれのス
タック構造が備えるセパレータ５３０を、リターンプレ
ート５９０Ａ，５９０Ｂが配設された側から、リターン
プレート５９０Ｃ，５９０Ｄが配設された側に向かって
見た様子に基づいて表わした。なお、このような方向か
らセパレータ５３０を見ると、酸化ガスの流れに関わる
凹部５４６〜５４８が形成される面は、スタック構造５
１５Ａ，５１５Ｃでは表側（図２８〜図３０で示した
側）となるが、スタック構造５１５Ｂ，５１５Ｄでは裏
側（図２８〜図３０で示されない側）となる。従って、
図２８〜図３０では、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃ
における単セル内の酸化ガスの流れを表わす際に、凹部
５４６〜５４８は実線で表わしたが、スタック構造５１
５Ｂ，５１５Ｄにおける単セル内の酸化ガスの流れを表
わす際には、凹部５４６〜５４８は破線で表わした。こ
こで、図２８〜図３０で示したこのような凹部５４６〜
５４８は、図中の説明に関わるものだけを、上記実線お
よび破線で示している。さらに、図２８〜図３０では、
単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの様子を
表わすための便宜上、セパレータ５３０が備える燃料ガ
スの流れに関わる孔部等の記載は省略している。
【０１４４】給排ボックス５１２に対して外部から供給
された酸化ガスは、給排ボックス５１２内の流路を介し
て、４つのスタック構造（スタック構造５１５Ａないし
５１５Ｄ）に分配される。給排ボックス５１２から分配
された酸化ガスは、スタック構造５１５Ａないし５１５
Ｄが備えるセパレータ５３０に設けられた孔部５４１が
形成する酸化ガスマニホールド５６１内に導かれる（図
２８参照）。すなわち、スタック構造５１５Ａないし５
１５Ｄでは、酸化ガスマニホールド５６１は、酸化ガス
供給マニホールドとして働く。酸化ガスマニホールド５
６１に導入された酸化ガスは、凹部５４７が形成する単
セル内酸化ガス流路に分配されて、単セル内酸化ガス流
路を上方から下方に向かって流れ、その後、孔部５４４
が形成する酸化ガスマニホールド５６４に集合する。す
なわち、スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄでは、酸
化ガスマニホールド５６４は、酸化ガス排出マニホール
ドとして働く。
された酸化ガスは、給排ボックス５１２内の流路を介し
て、４つのスタック構造（スタック構造５１５Ａないし
５１５Ｄ）に分配される。給排ボックス５１２から分配
された酸化ガスは、スタック構造５１５Ａないし５１５
Ｄが備えるセパレータ５３０に設けられた孔部５４１が
形成する酸化ガスマニホールド５６１内に導かれる（図
２８参照）。すなわち、スタック構造５１５Ａないし５
１５Ｄでは、酸化ガスマニホールド５６１は、酸化ガス
供給マニホールドとして働く。酸化ガスマニホールド５
６１に導入された酸化ガスは、凹部５４７が形成する単
セル内酸化ガス流路に分配されて、単セル内酸化ガス流
路を上方から下方に向かって流れ、その後、孔部５４４
が形成する酸化ガスマニホールド５６４に集合する。す
なわち、スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄでは、酸
化ガスマニホールド５６４は、酸化ガス排出マニホール
ドとして働く。
【０１４５】ここで、酸化ガスマニホールド５６４に集
合した酸化ガスは、再び給排ボックス５１２に戻る。給
排ボックス５１２には、既述したように、孔部５４４が
形成する酸化ガスマニホールド５６４と、孔部５４０が
形成する酸化ガスマニホールド５６０とを、同じスタッ
ク構造内で接続する流路５１６〜５１９が形成されてい
る。したがって、それぞれのスタック構造において、酸
化ガスマニホールド５６４を通過した酸化ガスは、給排
ボックス５１２が備える流路５１６〜５１９によって、
同じスタック構造内で孔部５４０が形成する酸化ガスマ
ニホールド５６０に導入される（図２９参照）。すなわ
ち、スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄでは、酸化ガ
スマニホールド５６０は、酸化ガス供給マニホールドと
して働く。各スタック構造では、酸化ガスマニホールド
５６０を通過する酸化ガスは、凹部５４６が形成する単
セル内酸化ガス流路に分配され、その後、孔部５４３が
形成する酸化ガスマニホールド５６３に集合する。すな
わち、スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄでは、酸化
ガスマニホールド５６３は、酸化ガス排出マニホールド
として働く。
合した酸化ガスは、再び給排ボックス５１２に戻る。給
排ボックス５１２には、既述したように、孔部５４４が
形成する酸化ガスマニホールド５６４と、孔部５４０が
形成する酸化ガスマニホールド５６０とを、同じスタッ
ク構造内で接続する流路５１６〜５１９が形成されてい
る。したがって、それぞれのスタック構造において、酸
化ガスマニホールド５６４を通過した酸化ガスは、給排
ボックス５１２が備える流路５１６〜５１９によって、
同じスタック構造内で孔部５４０が形成する酸化ガスマ
ニホールド５６０に導入される（図２９参照）。すなわ
ち、スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄでは、酸化ガ
スマニホールド５６０は、酸化ガス供給マニホールドと
して働く。各スタック構造では、酸化ガスマニホールド
５６０を通過する酸化ガスは、凹部５４６が形成する単
セル内酸化ガス流路に分配され、その後、孔部５４３が
形成する酸化ガスマニホールド５６３に集合する。すな
わち、スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄでは、酸化
ガスマニホールド５６３は、酸化ガス排出マニホールド
として働く。
【０１４６】孔部５４３が形成する酸化ガスマニホール
ド５６３に集合した酸化ガスは、それぞれのスタック構
造において、加圧保持機構５１４側の端部に配設された
リターンプレート５９０Ａないし５９０Ｄに至る。ここ
で、リターンプレート５９０Ａないし５９０Ｄがそれぞ
れ備える凹部５９１ないし５９４（図１９ないし図２２
参照）は、既述したように、各スタック構造内でセパレ
ータ５３０が備える孔部５４３および孔部５４２と重な
り、孔部５４３が形成する酸化ガスマニホールド５６３
と、孔部５４２が形成する酸化ガスマニホールド５６２
とを連通させる。したがって、リターンプレート５９０
Ａないし５９０Ｄのそれぞれにおいて、酸化ガスマニホ
ールド５６３を通過してきた酸化ガスは、凹部５９１な
いし５９４によって、同じスタック構造内で、孔部５４
２が形成する酸化ガスマニホールド５６２に導入される
（図３０参照）。スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄ
では、酸化ガスマニホールド５６２は酸化ガス供給マニ
ホールドとして働き、酸化ガスマニホールド５６２に導
入された酸化ガスは、凹部５４８が形成する単セル内酸
化ガス流路に分配されて、これらの単セル内酸化ガス流
路を通過した後、孔部５４５が形成する酸化ガスマニホ
ールド５６５に集合する。すなわち、スタック構造５１
５Ａないし５１５Ｄでは、酸化ガスマニホールド５６５
は、酸化ガス排出マニホールドとして働く。酸化ガスマ
ニホールド５６５に集合した酸化ガスは、再び給排ボッ
クス５１２に至る。既述したように、給排ボックス５１
２は、外部に設けた酸化ガス排出装置と接続しており、
酸化ガスマニホールド５６５を通過した酸化ガスは、給
排ボックス５１２を介して外部に排出される。
ド５６３に集合した酸化ガスは、それぞれのスタック構
造において、加圧保持機構５１４側の端部に配設された
リターンプレート５９０Ａないし５９０Ｄに至る。ここ
で、リターンプレート５９０Ａないし５９０Ｄがそれぞ
れ備える凹部５９１ないし５９４（図１９ないし図２２
参照）は、既述したように、各スタック構造内でセパレ
ータ５３０が備える孔部５４３および孔部５４２と重な
り、孔部５４３が形成する酸化ガスマニホールド５６３
と、孔部５４２が形成する酸化ガスマニホールド５６２
とを連通させる。したがって、リターンプレート５９０
Ａないし５９０Ｄのそれぞれにおいて、酸化ガスマニホ
ールド５６３を通過してきた酸化ガスは、凹部５９１な
いし５９４によって、同じスタック構造内で、孔部５４
２が形成する酸化ガスマニホールド５６２に導入される
（図３０参照）。スタック構造５１５Ａないし５１５Ｄ
では、酸化ガスマニホールド５６２は酸化ガス供給マニ
ホールドとして働き、酸化ガスマニホールド５６２に導
入された酸化ガスは、凹部５４８が形成する単セル内酸
化ガス流路に分配されて、これらの単セル内酸化ガス流
路を通過した後、孔部５４５が形成する酸化ガスマニホ
ールド５６５に集合する。すなわち、スタック構造５１
５Ａないし５１５Ｄでは、酸化ガスマニホールド５６５
は、酸化ガス排出マニホールドとして働く。酸化ガスマ
ニホールド５６５に集合した酸化ガスは、再び給排ボッ
クス５１２に至る。既述したように、給排ボックス５１
２は、外部に設けた酸化ガス排出装置と接続しており、
酸化ガスマニホールド５６５を通過した酸化ガスは、給
排ボックス５１２を介して外部に排出される。
【０１４７】なお、上記した燃料電池５００に関する実
施例では説明を省略したが、燃料電池５００を構成する
各スタック構造には、内部温度を所定の温度以下に保つ
ための冷却水を循環させる流路も形成されている。この
ような冷却水もまた、給排ボックス５１２を介して外部
から供給され、給排ボックス５１２によって４つのスタ
ック構造のそれぞれに分配され、各スタック構造の内部
を通過した後、給排ボックス５１２を介して外部に排出
される。
施例では説明を省略したが、燃料電池５００を構成する
各スタック構造には、内部温度を所定の温度以下に保つ
ための冷却水を循環させる流路も形成されている。この
ような冷却水もまた、給排ボックス５１２を介して外部
から供給され、給排ボックス５１２によって４つのスタ
ック構造のそれぞれに分配され、各スタック構造の内部
を通過した後、給排ボックス５１２を介して外部に排出
される。
【０１４８】また、本実施例の燃料電池５００が備える
セパレータ５３０では、第４実施例の燃料電池が備える
セパレータ４３０同様に、より下流側の単セル内ガス流
路を形成する凹部ほど流路断面を細く形成した。すなわ
ち、燃料ガスの流路側では、凹部５５６，５５７，５５
８の順に流路断面積が小さくなり、酸化ガスの流路側で
は、凹部５４７，５４６，５４８の順に流路断面積が小
さくなる。これによって、供給されるガスの総量が少な
くなる下流側においても、単位流路断面積当たりのガス
流量が確保され、充分に早い流速を確保することができ
る。
セパレータ５３０では、第４実施例の燃料電池が備える
セパレータ４３０同様に、より下流側の単セル内ガス流
路を形成する凹部ほど流路断面を細く形成した。すなわ
ち、燃料ガスの流路側では、凹部５５６，５５７，５５
８の順に流路断面積が小さくなり、酸化ガスの流路側で
は、凹部５４７，５４６，５４８の順に流路断面積が小
さくなる。これによって、供給されるガスの総量が少な
くなる下流側においても、単位流路断面積当たりのガス
流量が確保され、充分に早い流速を確保することができ
る。
【０１４９】以上のように構成された第５実施例の燃料
電池５００によれば、それぞれのスタック構造内のガス
流路を複数に分割し、分割したガス流路に対して順次ガ
スを供給するため、流路の単位断面積あたりに通過する
ガス流量が増え、ガスの利用率が向上するなどの既述し
た実施例と同様の効果が得られる。特に、本実施例の燃
料電池は、複数のスタック構造を備え、燃料電池全体が
備える単セル数が多いため、ガスの流速を速めてガス利
用率を向上させる効果を顕著に得ることができる。通常
は、燃料電池が備える単セル数が多い場合には、流速を
上げてガスの利用率を向上させるために、ガス供給装置
から燃料電池へのガス供給量を増やしても、個々の単セ
ル内ガス流路におけるガス流量の増加分は僅かとなり、
燃料の消費量やガス加圧のために消費するエネルギ量が
増えるものの、ガス利用率を向上させる充分な効果を得
ることが難しい。すなわち、１００個の単セルからなる
スタック構造を４つ備える燃料電池において、供給する
ガス量を増やしても、個々の単セル内ガス流路における
ガス量の増加分は、理論的には、ガス供給装置において
増加させたガス量の４００分の１にしかならない。これ
に対して、本実施例の燃料電池は、セパレータ上に複数
の凹部を形成することによって各スタック構造内の流路
を複数に分割し、分割したガス流路に対して順次ガスを
供給しているため、多くの単セルを備えているにもかか
わらず、ガス供給装置からの供給ガス量を増やすことな
く、単セル内ガス流路を通過するガス量を増加させ、ガ
ス利用率を大きく向上させることができる。
電池５００によれば、それぞれのスタック構造内のガス
流路を複数に分割し、分割したガス流路に対して順次ガ
スを供給するため、流路の単位断面積あたりに通過する
ガス流量が増え、ガスの利用率が向上するなどの既述し
た実施例と同様の効果が得られる。特に、本実施例の燃
料電池は、複数のスタック構造を備え、燃料電池全体が
備える単セル数が多いため、ガスの流速を速めてガス利
用率を向上させる効果を顕著に得ることができる。通常
は、燃料電池が備える単セル数が多い場合には、流速を
上げてガスの利用率を向上させるために、ガス供給装置
から燃料電池へのガス供給量を増やしても、個々の単セ
ル内ガス流路におけるガス流量の増加分は僅かとなり、
燃料の消費量やガス加圧のために消費するエネルギ量が
増えるものの、ガス利用率を向上させる充分な効果を得
ることが難しい。すなわち、１００個の単セルからなる
スタック構造を４つ備える燃料電池において、供給する
ガス量を増やしても、個々の単セル内ガス流路における
ガス量の増加分は、理論的には、ガス供給装置において
増加させたガス量の４００分の１にしかならない。これ
に対して、本実施例の燃料電池は、セパレータ上に複数
の凹部を形成することによって各スタック構造内の流路
を複数に分割し、分割したガス流路に対して順次ガスを
供給しているため、多くの単セルを備えているにもかか
わらず、ガス供給装置からの供給ガス量を増やすことな
く、単セル内ガス流路を通過するガス量を増加させ、ガ
ス利用率を大きく向上させることができる。
【０１５０】さらに、本実施例の燃料電池は、上記した
効果に加えて以下のような効果を奏する。外部から供給
された燃料ガスは、まずスタック構造５１５Ａおよび５
１５Ｂにのみ分配され、スタック構造５１５Ａおよび５
１５Ｂ内に形成された分割された燃料ガス流路を通過し
た後に、スタック構造５１５Ｃおよび５１５Ｄに供給さ
れるため、４つのスタック構造に同時に燃料ガスを分配
する構成に比べて１つのスタック構造あたりに供給され
る燃料ガスの流量が増え、流路内のガス流速が速まるた
め、燃料ガスの利用率を向上させることができる。
効果に加えて以下のような効果を奏する。外部から供給
された燃料ガスは、まずスタック構造５１５Ａおよび５
１５Ｂにのみ分配され、スタック構造５１５Ａおよび５
１５Ｂ内に形成された分割された燃料ガス流路を通過し
た後に、スタック構造５１５Ｃおよび５１５Ｄに供給さ
れるため、４つのスタック構造に同時に燃料ガスを分配
する構成に比べて１つのスタック構造あたりに供給され
る燃料ガスの流量が増え、流路内のガス流速が速まるた
め、燃料ガスの利用率を向上させることができる。
【０１５１】すなわち、４つのスタック構造に同時に燃
料ガスを分配する場合には、各スタック構造には、燃料
ガス供給装置から供給される燃料ガスの４分の１ずつが
供給されることになるが、本実施例の燃料電池５００で
は、各スタック構造には、燃料ガス供給装置から供給さ
れる燃料ガスの２分の１ずつが供給される。このよう
に、流路内の燃料ガス流量が増えてガスの利用率が向上
するため、燃料電池に供給する燃料ガスの総量を削減す
ることもできる。通常は、燃料電池全体で充分に電気化
学反応を進行させるために、燃料電池に対しては、理論
的に必要なガス量を超える過剰量のガスを供給するが、
燃料電池におけるガスの利用率が向上することによっ
て、供給するガス量を減らしても充分に電気化学反応を
進行させることが可能となる。このような効果は、燃料
電池を電気自動車などの駆動用の電源として用いる場合
に特に有利となる。すなわち、燃料電池に供給する燃料
ガス量を減らせることによって、電気自動車に搭載した
燃料の消費量を減らすことができ、一度の燃料補給で走
行可能な距離を伸ばすことができる。
料ガスを分配する場合には、各スタック構造には、燃料
ガス供給装置から供給される燃料ガスの４分の１ずつが
供給されることになるが、本実施例の燃料電池５００で
は、各スタック構造には、燃料ガス供給装置から供給さ
れる燃料ガスの２分の１ずつが供給される。このよう
に、流路内の燃料ガス流量が増えてガスの利用率が向上
するため、燃料電池に供給する燃料ガスの総量を削減す
ることもできる。通常は、燃料電池全体で充分に電気化
学反応を進行させるために、燃料電池に対しては、理論
的に必要なガス量を超える過剰量のガスを供給するが、
燃料電池におけるガスの利用率が向上することによっ
て、供給するガス量を減らしても充分に電気化学反応を
進行させることが可能となる。このような効果は、燃料
電池を電気自動車などの駆動用の電源として用いる場合
に特に有利となる。すなわち、燃料電池に供給する燃料
ガス量を減らせることによって、電気自動車に搭載した
燃料の消費量を減らすことができ、一度の燃料補給で走
行可能な距離を伸ばすことができる。
【０１５２】なお、複数のスタック構造に対してガスを
供給する際に、一部のスタック構造に対して先にガスを
供給し、これら上流側のスタック構造を通過したガス
を、残りの下流側のスタック構造に供給する場合には、
上流側のスタック構造に供給されるガスの方が、電極活
物質の濃度が高くなる、あるいは、供給されるガスの総
量が多くなるため、上流側のスタック構造の方が下流側
に比べて、充分な電圧を得るために有利となってしま
う。しかしながら、本実施例の燃料電池５００では、各
スタック構造内の分割された流路をスタック構造間で互
いに接続して、スタック構造間で交互にガスを通過させ
るため、一部のスタック構造だけが一方的に下流側に配
されることがなく、燃料電池全体で出力を均一化するこ
とができる。
供給する際に、一部のスタック構造に対して先にガスを
供給し、これら上流側のスタック構造を通過したガス
を、残りの下流側のスタック構造に供給する場合には、
上流側のスタック構造に供給されるガスの方が、電極活
物質の濃度が高くなる、あるいは、供給されるガスの総
量が多くなるため、上流側のスタック構造の方が下流側
に比べて、充分な電圧を得るために有利となってしま
う。しかしながら、本実施例の燃料電池５００では、各
スタック構造内の分割された流路をスタック構造間で互
いに接続して、スタック構造間で交互にガスを通過させ
るため、一部のスタック構造だけが一方的に下流側に配
されることがなく、燃料電池全体で出力を均一化するこ
とができる。
【０１５３】さらに本実施例の燃料電池５００によれ
ば、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを分割す
る際には、給排ボックス５１２を用いて、ガスの方向を
変えずにガスを２分割してスタック構造５１５Ａ，５１
５Ｂに供給しているため、各スタック構造に供給される
ガス量をより均一化することができる。すなわち、ガス
の流れの方向を変えずにガスを精度良く２分割すること
は、ガスを異なる方向に４分割するのに比べて、技術的
にはるかに容易であるため、各スタック構造に供給され
るガス量をより均一化することができ、これによって、
燃料電池全体で出力をより均一化することができる。
ば、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを分割す
る際には、給排ボックス５１２を用いて、ガスの方向を
変えずにガスを２分割してスタック構造５１５Ａ，５１
５Ｂに供給しているため、各スタック構造に供給される
ガス量をより均一化することができる。すなわち、ガス
の流れの方向を変えずにガスを精度良く２分割すること
は、ガスを異なる方向に４分割するのに比べて、技術的
にはるかに容易であるため、各スタック構造に供給され
るガス量をより均一化することができ、これによって、
燃料電池全体で出力をより均一化することができる。
【０１５４】なお、上記した第５実施例の燃料電池５０
０では、既述したように、酸化ガスは給排ボックス５１
２において４分割し、それぞれのスタック構造に対して
別個に供給することとした。ここで、燃料ガスとしてメ
タノールなどを改質して得た改質ガスを用いる場合に
は、燃料ガス中の水素濃度は約６０％前後となるが、酸
化ガスとして空気を用いる場合には、酸化ガス中の酸素
濃度は約２０％となるため、カソード側に充分な酸素を
供給するには、燃料ガスに比べてより多くの酸化ガスを
燃料電池に供給する必要がある。本実施例の燃料電池に
おける燃料ガスの流路のように、スタック構造内で分割
された流路を２つのスタック構造間で互いに接続し、燃
料ガスは、双方のスタック構造内を交互に通過する場合
には、ガス流路の長さがより長くなって流路抵抗が増
し、ガスが流路を通過する際に圧損が大きくなってしま
う。したがって、各スタック構造に対して別個にガスを
供給する場合に比べて、酸化ガスを供給する際に酸化ガ
スを加圧するのに要するエネルギ量が大きくなってしま
い、燃料電池全体のエネルギ効率が低下する。本実施例
の燃料電池５００では、より多くのガスを供給する必要
がある酸化ガスの流路において、流路長が長くなってエ
ネルギ効率を低下させてしまうのを避けるために、酸化
ガスは各スタック構造に別個に供給することとした。
０では、既述したように、酸化ガスは給排ボックス５１
２において４分割し、それぞれのスタック構造に対して
別個に供給することとした。ここで、燃料ガスとしてメ
タノールなどを改質して得た改質ガスを用いる場合に
は、燃料ガス中の水素濃度は約６０％前後となるが、酸
化ガスとして空気を用いる場合には、酸化ガス中の酸素
濃度は約２０％となるため、カソード側に充分な酸素を
供給するには、燃料ガスに比べてより多くの酸化ガスを
燃料電池に供給する必要がある。本実施例の燃料電池に
おける燃料ガスの流路のように、スタック構造内で分割
された流路を２つのスタック構造間で互いに接続し、燃
料ガスは、双方のスタック構造内を交互に通過する場合
には、ガス流路の長さがより長くなって流路抵抗が増
し、ガスが流路を通過する際に圧損が大きくなってしま
う。したがって、各スタック構造に対して別個にガスを
供給する場合に比べて、酸化ガスを供給する際に酸化ガ
スを加圧するのに要するエネルギ量が大きくなってしま
い、燃料電池全体のエネルギ効率が低下する。本実施例
の燃料電池５００では、より多くのガスを供給する必要
がある酸化ガスの流路において、流路長が長くなってエ
ネルギ効率を低下させてしまうのを避けるために、酸化
ガスは各スタック構造に別個に供給することとした。
【０１５５】もとより、エネルギ効率の低下の程度が許
容範囲内であれば、酸化ガスの流路側においても、燃料
ガスの流路側と同様に、スタック構造内で分割された流
路を２つのスタック構造間で互いに接続し、双方のスタ
ック構造内を酸化ガスが交互に通過する構成としてもよ
い。このような場合には、酸化ガスの流路側において
も、ガス流路内のガス流量およびガス流速を増加させ、
ガスの利用率を向上させる効果を得ることができる。
容範囲内であれば、酸化ガスの流路側においても、燃料
ガスの流路側と同様に、スタック構造内で分割された流
路を２つのスタック構造間で互いに接続し、双方のスタ
ック構造内を酸化ガスが交互に通過する構成としてもよ
い。このような場合には、酸化ガスの流路側において
も、ガス流路内のガス流量およびガス流速を増加させ、
ガスの利用率を向上させる効果を得ることができる。
【０１５６】さらに、本実施例の燃料電池５００によれ
ば、複数のスタック構造を一つのケース内に収納してい
るため、全体の構成をコンパクト化することができる。
特に、中央部には給排ボックス５１２を設けており、こ
の給排ボックス５１２を介して、外部からガスの供給を
受けると共に外部に対してガスを排出し、また、この給
排ボックス５１２を介して、各スタック構造間でガスの
やり取りをするため、ガスの配管構造をきわめてコンパ
クトにすることができる。
ば、複数のスタック構造を一つのケース内に収納してい
るため、全体の構成をコンパクト化することができる。
特に、中央部には給排ボックス５１２を設けており、こ
の給排ボックス５１２を介して、外部からガスの供給を
受けると共に外部に対してガスを排出し、また、この給
排ボックス５１２を介して、各スタック構造間でガスの
やり取りをするため、ガスの配管構造をきわめてコンパ
クトにすることができる。
【０１５７】また、本実施例のように、セパレータ表面
に複数の凹部を設け、それぞれの凹部が独立して単セル
内ガス流路を形成し、それぞれの単セル内ガス流路に対
応する分割されたガス流路を互いに接続して、これらの
間で順次ガスを通過させる際に、ガスは、セパレータの
端部に設けた凹部が形成する単セル内ガス流路から順次
通過させる必要はない。本実施例では、酸化ガスは、セ
パレータ５３０の中央部に設けた凹部５４７が形成する
単セル内酸化ガス流路から通過させることとした。ガス
流路では上流側ほどガス圧が高く、ガス圧が高い流路で
は、ガス拡散電極を介して周りの領域にガスが若干漏れ
出すと考えられるが、このようにセパレータの中央部に
設けられた凹部が形成する単セル内ガス流路を上流側と
すれば、この上流側の単セル内ガス流路から漏れ出した
ガスは、両側に配設されたより下流の単セル内ガス流路
に対応する領域において利用可能となる。ここで、各単
セル内酸化ガス流路では、常に酸化ガスが上方から下方
に向かって流れるため、流路内に生じる生成水は、ガス
の流れによって下方の酸化ガス排出マニホールドに導か
れ、流路を塞いでしまうことがない。酸化ガス排出マニ
ホールドに導かれた生成水は、各酸化ガス排出マニホー
ルドに排水バルブなどを設けることによって、取り除け
ばよい。
に複数の凹部を設け、それぞれの凹部が独立して単セル
内ガス流路を形成し、それぞれの単セル内ガス流路に対
応する分割されたガス流路を互いに接続して、これらの
間で順次ガスを通過させる際に、ガスは、セパレータの
端部に設けた凹部が形成する単セル内ガス流路から順次
通過させる必要はない。本実施例では、酸化ガスは、セ
パレータ５３０の中央部に設けた凹部５４７が形成する
単セル内酸化ガス流路から通過させることとした。ガス
流路では上流側ほどガス圧が高く、ガス圧が高い流路で
は、ガス拡散電極を介して周りの領域にガスが若干漏れ
出すと考えられるが、このようにセパレータの中央部に
設けられた凹部が形成する単セル内ガス流路を上流側と
すれば、この上流側の単セル内ガス流路から漏れ出した
ガスは、両側に配設されたより下流の単セル内ガス流路
に対応する領域において利用可能となる。ここで、各単
セル内酸化ガス流路では、常に酸化ガスが上方から下方
に向かって流れるため、流路内に生じる生成水は、ガス
の流れによって下方の酸化ガス排出マニホールドに導か
れ、流路を塞いでしまうことがない。酸化ガス排出マニ
ホールドに導かれた生成水は、各酸化ガス排出マニホー
ルドに排水バルブなどを設けることによって、取り除け
ばよい。
【０１５８】なお、本実施例では、燃料ガスの流路は、
セパレータの端部に設けた凹部が形成する単セル内ガス
流路から順次通過させることとした。すなわち、上端部
の凹部５５６が形成する単セル内燃料ガス流路が最も上
流側となり、下方に設けられた凹部が形成する単セル内
燃料ガス流路ほど下流側となるように形成した。それぞ
れの単セル内燃料ガス流路では、燃料ガスは水平方向に
流れるため、このような構成とすることで、流路内に生
じた生成水は、ガスの流れによって次第に下流側の単セ
ル内燃料ガス流路に導かれ、最終的には最も下流の燃料
ガス排出マニホールド（スタック構造５１５Ａ，５１５
Ｂでは燃料ガスマニホールド５８５、スタック構造５１
５Ｃ，５１５Ｄでは燃料ガスマニホールド５８２）に集
まる。したがって、この燃料ガス排出マニホールドに排
水バルブなどを設けることによって、容易に生成水を取
り除くことができる。
セパレータの端部に設けた凹部が形成する単セル内ガス
流路から順次通過させることとした。すなわち、上端部
の凹部５５６が形成する単セル内燃料ガス流路が最も上
流側となり、下方に設けられた凹部が形成する単セル内
燃料ガス流路ほど下流側となるように形成した。それぞ
れの単セル内燃料ガス流路では、燃料ガスは水平方向に
流れるため、このような構成とすることで、流路内に生
じた生成水は、ガスの流れによって次第に下流側の単セ
ル内燃料ガス流路に導かれ、最終的には最も下流の燃料
ガス排出マニホールド（スタック構造５１５Ａ，５１５
Ｂでは燃料ガスマニホールド５８５、スタック構造５１
５Ｃ，５１５Ｄでは燃料ガスマニホールド５８２）に集
まる。したがって、この燃料ガス排出マニホールドに排
水バルブなどを設けることによって、容易に生成水を取
り除くことができる。
【０１５９】また、第５実施例の燃料電池５００では、
給排ボックス５１２内に所定の形状の酸化ガス流路を形
成し、この流路によって、より下流側の分割されたガス
流路に酸化ガスを導入することとしたが、給排ボックス
５１２内に流路を形成する代わりに、各スタック構造の
端部にリターンプレートを配設することとしてもよい。
すなわち、各スタック構造において、加圧保持機構５１
４側の端部に設けられたリターンプレート５９０Ａ〜５
９０Ｄの他に、給排ボックス５１２側の端部にもそれぞ
れリターンプレートを設け、これらのリターンプレート
によって、給排ボックス５１２内に設けた流路５１６〜
５１９と同様の動作を実現することとしてもよい。ま
た、第５実施例の燃料電池５００では、各スタック構造
は、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃ，５１５Ｄ，５１
５Ｂの順で直列に接続することとしたが、異なる接続の
仕方をしてもよい。例えば、これらのスタック構造を、
互いに並列に接続することとしてもよい。
給排ボックス５１２内に所定の形状の酸化ガス流路を形
成し、この流路によって、より下流側の分割されたガス
流路に酸化ガスを導入することとしたが、給排ボックス
５１２内に流路を形成する代わりに、各スタック構造の
端部にリターンプレートを配設することとしてもよい。
すなわち、各スタック構造において、加圧保持機構５１
４側の端部に設けられたリターンプレート５９０Ａ〜５
９０Ｄの他に、給排ボックス５１２側の端部にもそれぞ
れリターンプレートを設け、これらのリターンプレート
によって、給排ボックス５１２内に設けた流路５１６〜
５１９と同様の動作を実現することとしてもよい。ま
た、第５実施例の燃料電池５００では、各スタック構造
は、スタック構造５１５Ａ，５１５Ｃ，５１５Ｄ，５１
５Ｂの順で直列に接続することとしたが、異なる接続の
仕方をしてもよい。例えば、これらのスタック構造を、
互いに並列に接続することとしてもよい。
【０１６０】既述したように、第５実施例の燃料電池５
００では、セパレータ上に複数の凹部を形成することに
よって各スタック構造内の流路を複数に分割し、分割し
たガス流路に対して順次ガスを供給しているため、多く
の単セルを備えているにもかかわらず、ガス供給装置か
らの供給ガス量を増やすことなく、単セル内ガス流路を
通過するガス量を増加させ、ガス利用率を大きく向上さ
せることができた。このような効果を利用して、第５実
施例と同様に複数の凹部を備えるセパレータを用いて、
よりスタック構造の数の少ない燃料電池を構成すること
が可能となる。ここで、一つのスタック構造が備える単
セルの数を増やすほど、個々の単セル内ガス流路におけ
るガス流量は減少し、ガスの利用率は低下してしまう。
単セル内ガス流路におけるガス流量を確保しつつスタッ
ク構造当たりの単セル数を増やすには、スタック構造に
供給するガス量を大きく増加させる必要があり、燃料消
費量の増加やガスを加圧するために消費するエネルギ量
の増加を伴うため、スタック構造当たりの単セル数を増
やすことは、従来困難であった。第５実施例と同様に複
数の凹部を備えるセパレータを用いて各スタック構造内
の流路を複数に分割し、分割したガス流路に対して順次
ガスを供給するならば、上記した不都合を伴うことなく
スタック構造当たりの単セル数を増やすことができる。
００では、セパレータ上に複数の凹部を形成することに
よって各スタック構造内の流路を複数に分割し、分割し
たガス流路に対して順次ガスを供給しているため、多く
の単セルを備えているにもかかわらず、ガス供給装置か
らの供給ガス量を増やすことなく、単セル内ガス流路を
通過するガス量を増加させ、ガス利用率を大きく向上さ
せることができた。このような効果を利用して、第５実
施例と同様に複数の凹部を備えるセパレータを用いて、
よりスタック構造の数の少ない燃料電池を構成すること
が可能となる。ここで、一つのスタック構造が備える単
セルの数を増やすほど、個々の単セル内ガス流路におけ
るガス流量は減少し、ガスの利用率は低下してしまう。
単セル内ガス流路におけるガス流量を確保しつつスタッ
ク構造当たりの単セル数を増やすには、スタック構造に
供給するガス量を大きく増加させる必要があり、燃料消
費量の増加やガスを加圧するために消費するエネルギ量
の増加を伴うため、スタック構造当たりの単セル数を増
やすことは、従来困難であった。第５実施例と同様に複
数の凹部を備えるセパレータを用いて各スタック構造内
の流路を複数に分割し、分割したガス流路に対して順次
ガスを供給するならば、上記した不都合を伴うことなく
スタック構造当たりの単セル数を増やすことができる。
【０１６１】図３１は、２つのスタック構造を備える燃
料電池であって、図１７に示した燃料電池５００と同じ
数の単セルを備える燃料電池６００の構成を表わす説明
図である。燃料電池６００は、燃料電池５００と同様
に、セパレータ５３０を用いて構成されており、スタッ
ク構造内の流路を３つに分割しているため、スタック構
造当たりの単セル数を増加させても、単セル内ガス流路
におけるガス流量を充分に確保することができる。この
ようにスタック構造当たりの単セル数を増やしてスタッ
ク構造の数を減らすことによって、ケース内に複数のス
タック構造を納めるために生じるデッドスペースを削減
し、燃料電池全体をより小型化することが可能となる。
料電池であって、図１７に示した燃料電池５００と同じ
数の単セルを備える燃料電池６００の構成を表わす説明
図である。燃料電池６００は、燃料電池５００と同様
に、セパレータ５３０を用いて構成されており、スタッ
ク構造内の流路を３つに分割しているため、スタック構
造当たりの単セル数を増加させても、単セル内ガス流路
におけるガス流量を充分に確保することができる。この
ようにスタック構造当たりの単セル数を増やしてスタッ
ク構造の数を減らすことによって、ケース内に複数のス
タック構造を納めるために生じるデッドスペースを削減
し、燃料電池全体をより小型化することが可能となる。
【０１６２】また、上記した実施例では固体高分子型燃
料電池について説明したが、本発明の構成を、異なる種
類の燃料電池に適用することもできる。例えば、りん酸
型燃料電池や固体電解質型燃料電池などに適用した場合
にも、ガス利用率を向上させたり排水性を向上させるな
どの同様の効果を得ることができる。
料電池について説明したが、本発明の構成を、異なる種
類の燃料電池に適用することもできる。例えば、りん酸
型燃料電池や固体電解質型燃料電池などに適用した場合
にも、ガス利用率を向上させたり排水性を向上させるな
どの同様の効果を得ることができる。
【０１６３】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等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種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
本発明はこうした実施例に何等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種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
【図１】スタック構造１５の基本単位である単セル２０
構成を表わす分解斜視図である。
構成を表わす分解斜視図である。
【図２】セパレータ３０の構成を表わす平面図である。
【図３】スタック構造１５の外観を表わす斜視図であ
る。
る。
【図４】リターンプレート７０の形状を表わす説明図で
ある。
ある。
【図５】セパレータ３０の変形例であるセパレータ３０
Ａの構成を表わす平面図である。
Ａの構成を表わす平面図である。
【図６】スタック構造１５内での酸化ガスの流れを立体
的に表わす説明図である。
的に表わす説明図である。
【図７】スタック構造１５内での酸化ガスの流れを平面
的に表わす説明図である。
的に表わす説明図である。
【図８】スタック構造１５内での燃料ガスの流れを平面
的に表わす説明図である。
的に表わす説明図である。
【図９】燃料電池を構成する各単セルにおける電圧のば
らつきの様子を表わす説明図である。
らつきの様子を表わす説明図である。
【図１０】燃料電池に供給する酸化ガス（加圧空気）量
を段階的に変化させたときの燃料電池における出力電圧
の様子を経時的に表わす説明図である。
を段階的に変化させたときの燃料電池における出力電圧
の様子を経時的に表わす説明図である。
【図１１】それぞれの酸化ガス供給マニホールドと、こ
れに対応する酸化ガス排出マニホールドの内部を通過す
るガスの流れが同じになる燃料電池を構成した様子を平
面的に表わす説明図である。
れに対応する酸化ガス排出マニホールドの内部を通過す
るガスの流れが同じになる燃料電池を構成した様子を平
面的に表わす説明図である。
【図１２】リターンプレート９０および９５の形状を表
わす説明図である。
わす説明図である。
【図１３】リターンプレート１７０の形状を表わす説明
図である。
図である。
【図１４】スタック構造３１５内での酸化ガスの流れを
平面的に表わす説明図である。
平面的に表わす説明図である。
【図１５】セパレータ４３０の構成を表わす平面図であ
る。
る。
【図１６】リターンプレート４７０の形状を表わす説明
図である。
図である。
【図１７】４つのスタック構造を備える燃料電池５００
の構成を表わす説明図である。
の構成を表わす説明図である。
【図１８】セパレータ５３０の構成を表わす平面図であ
る。
る。
【図１９】リターンプレート５９０Ａの構成を表わす平
面図である。
面図である。
【図２０】リターンプレート５９０Ｂの構成を表わす平
面図である。
面図である。
【図２１】リターンプレート５９０Ｃの構成を表わす平
面図である。
面図である。
【図２２】リターンプレート５９０Ｄの構成を表わす平
面図である。
面図である。
【図２３】燃料電池５００において燃料ガスが流れる様
子を表わす説明図である。
子を表わす説明図である。
【図２４】燃料電池５００において燃料ガスが流れる様
子を表わす説明図である。
子を表わす説明図である。
【図２５】燃料電池５００において燃料ガスが流れる様
子を表わす説明図である。
子を表わす説明図である。
【図２６】給排ボックス５１２内に形成された酸化ガス
の流路の形状を表わす断面図である。
の流路の形状を表わす断面図である。
【図２７】給排ボックス５１２内に形成された酸化ガス
の流路の形状を表わす断面図である。
の流路の形状を表わす断面図である。
【図２８】燃料電池５００において酸化ガスが流れる様
子を表わす説明図である。
子を表わす説明図である。
【図２９】燃料電池５００において酸化ガスが流れる様
子を表わす説明図である。
子を表わす説明図である。
【図３０】燃料電池５００において酸化ガスが流れる様
子を表わす説明図である。
子を表わす説明図である。
【図３１】２つのスタック構造を備える燃料電池６００
の構成を表わす説明図である。
の構成を表わす説明図である。
【図３２】従来知られるセパレータ１３０の構成を示す
説明図である。
説明図である。
１５，１１５，３１５…スタック構造 ２０…単セル ３０，３０Ａ，１３０，４３０，５３０…セパレータ ３１…電解質膜 ３２…アノード ３３…カソード ３６，３７…集電板 ３６Ａ，３７Ａ…出力端子 ３８，３９…絶縁板 ４０〜４５…孔部 ５０〜５３…孔部 ５５〜５９…リブ部 ５５Ａ〜５７Ａ…凹凸部 ６０〜６２…酸化ガス供給マニホールド ６３〜６５…酸化ガス排出マニホールド ６６，６７…燃料ガス供給マニホールド ６８，６９…燃料ガス排出マニホールド ７０，１７０，４７０…リターンプレート ７１，７２，７４…凹部 ７５〜７８…孔部 ８０，８５…エンドプレート ８１〜８４…孔部 ９０，９５…リターンプレート ９６…遮断部 １４０，１４３…空気孔 １５０，１５２…燃料孔 １５５…リブ部 １７１…凹部 １７６…孔部 ２７１…凹部 ２７２…凹部 ３６０〜３６５…マニホールド ４４０〜４４３，４５０〜４５３…孔部 ４５５，４５６…凹部 ４５７，４５８…孔部 ４７１，４７４…凹部 ４７５〜４７８…孔部 ４９１，４９２…孔部 ５００，６００…燃料電池 ５０１…加圧シャフト ５０２…プレッシャープレート ５１０…ケース ５１２…給排ボックス ５１４…加圧保持機構 ５１５Ａ〜５１５Ｄ…スタック構造 ５１６〜５１９…流路 ５３６Ａ〜５３６Ｄ，５３７Ａ〜５３７Ｄ…集電板 ５４０〜５４５…孔部 ５４６〜５４８，５５６〜５５８…凹部 ５５０〜５５５…孔部 ５５６〜５５８…凹部 ５６０〜５６５…酸化ガスマニホールド ５７１，５７２，５７４，５７９…凹部 ５８０〜５８５…燃料ガスマニホールド ５９０Ａ〜５９０Ｄ…リターンプレート ５９１〜５９４…凹部
Claims (13)
- 【請求項１】 電解質層および電極を形成する部材と共
に積層することによって燃料電池を構成可能となり、該
燃料電池内部でガス流路を形成する燃料電池用ガスセパ
レータであって、 該燃料電池用ガスセパレータをその厚み方向に貫通する
２つの孔構造と、該２つの孔構造を前記燃料電池用ガス
セパレータの一方の面の上で連通させる凹部とからなる
単セル内流路形成部を、それぞれ独立して互いに連通す
ることなく、前記燃料電池用ガスセパレータの前記面側
において複数形成し、 前記燃料電池用ガスセパレータを積層して燃料電池を構
成する際には、前記単セル内流路形成部によって前記ガ
ス流路を形成することを特徴とする燃料電池用ガスセパ
レータ。 - 【請求項２】 前記複数の単セル内流路形成部を、その
両面に有する請求項１記載の燃料電池用ガスセパレー
タ。 - 【請求項３】 請求項１記載の燃料電池用ガスセパレー
タであって、 該燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に形成される
複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、それ
ぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が同一の方向を向
き、かつ、互いに隣接するように配置されており、 複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ備え
る前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの辺縁
部に沿って、互いに隣接するように配置されていること
を特徴とする燃料電池用ガスセパレータ。 - 【請求項４】 請求項１記載の燃料電池用ガスセパレー
タであって、 前記複数の単セル内流路形成部を前記燃料電池用ガスセ
パレータの両面に備え、 前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に形成され
る複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、そ
れぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が第１の方向を向
き、かつ、互いに隣接するように配置されており、 前記燃料電池用ガスセパレータの他方の面上に形成され
る複数の前記凹部は、前記他方の面の上方から見て、そ
れぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が前記第１の方向
とは逆向きの第２の方向を向き、かつ、互いに隣接する
ように配置されており、 前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上に形成され
る複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ備
える前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの第
１の辺縁部に沿って、互いに隣接するように配置されて
おり、 前記燃料電池用ガスセパレータの他方の面上に形成され
る複数の前記単セル内流路形成部がそれぞれ２つずつ備
える前記孔構造は、前記燃料電池用ガスセパレータの前
記第１の辺縁部と対向する第２の辺縁部に沿って、互い
に隣接するように配置されていることを特徴とする燃料
電池用ガスセパレータ。 - 【請求項５】 電解質層と電極およびガスセパレータを
含む部材からなる単セルを複数積層してなるスタック構
造を有し、電極活物質を含有するガスの供給を受けて、
電気化学反応により起電力を得る燃料電池であって、 前記スタック構造は、内部を前記ガスが通過する流路と
して、複数の分割流路形成部を備え、 前記複数の分割流路形成部のそれぞれは、前記スタック
構造の積層方向に形成される流路であって、内部を通過
する前記ガスを各単セルに分配するガス供給マニホール
ドと、前記スタック構造の積層方向に形成される流路で
あって、各単セルから排出される前記ガスが集合するガ
ス排出マニホールドと、前記スタック構造を構成する各
単セル内に形成され、前記ガス供給マニホールドと前記
ガス排出マニホールドとを連通させて、前記各単セルを
構成する前記電解質層および前記電極の一部の領域に対
して前記ガスを給排する単セル内ガス流路とからなり、 前記各単セルが備えるそれぞれの前記ガスセパレータに
おける少なくとも一方の面上では、前記分割流路形成部
が備える前記単セル内ガス流路を形成する凹部が、前記
複数の分割流路形成部のそれぞれに対応して、互いに連
通することなく複数設けられており、 前記スタック構造の端部において、前記複数の分割流路
形成部のうちの一つが備える前記ガス排出マニホールド
の端部と、前記複数の分割流路形成部のうちの他の一つ
が備える前記ガス供給マニホールドの端部とを接続する
流路接続部を備え、 前記燃料電池に供給された前記ガスは、前記複数の分割
流路形成部を、前記流路接続部を介しながら順次通過す
ることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項６】 請求項５記載の燃料電池であって、 前記電極活物質を含有するガスは、酸素を含有する酸化
ガスであり、 それぞれの前記単セルにおいて、前記酸化ガスが流入す
る前記単セル内ガス流路は、内部を通過する前記酸化ガ
スの流れの方向が、重力に従う場合と同様に上方から下
方へ向かう方向となるように形成された燃料電池。 - 【請求項７】 請求項５記載の燃料電池であって、 前記分割流路形成部が備える前記ガス供給マニホールド
は、前記スタック構造に備えられたすべての前記単セル
内に形成される前記単セル内ガス流路に対して、前記ガ
スを同時に供給し、 前記分割流路形成部が備える前記ガス排出マニホールド
は、前記スタック構造に備えられたすべての前記単セル
内に形成される前記単セル内ガス流路から同時に排出さ
れる前記ガスが集合することを特徴とする燃料電池。 - 【請求項８】 請求項５記載の燃料電池であって、 前記スタック構造の積層方向に形成され、前記ガス供給
マニホールドあるいは前記ガス排出マニホールドとして
働く複数の管状構造を備え、 前記管状構造の少なくとも一つは、内部の所定の位置
に、内部を通過するガスの流れを遮断する遮断部を有
し、 前記遮断部よりも前記ガスの流れの上流側に配設された
前記単セルでは、前記遮断部を有する前記管状構造を前
記ガス供給マニホールドとして働かせ、前記上流側に配
設された前記単セルが備える前記単セル内ガス流路のそ
れぞれに対して前記ガスが同時に供給され、前記遮断部
よりも前記ガスの流れの下流側に配設された前記単セル
では、前記遮断部よりも上流側で前記ガス排出マニホー
ルドとして働いた前記管状構造を前記ガス供給マニホー
ルドとして働かせ、前記下流側に配設された前記単セル
が備える前記単セル内ガス流路のそれぞれに対して前記
ガスを同時に供給することを特徴とする燃料電池。 - 【請求項９】 請求項５記載の燃料電池であって、 該燃料電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記
スタック構造を、複数備え、 前記燃料電池に供給される前記ガスは、予め分割された
後に複数の前記スタック構造のそれぞれに対して供給さ
れることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項１０】 請求項５記載の燃料電池であって、 該燃料電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記
スタック構造を、複数備え、 複数の前記スタック構造の内の所定の一つに供給された
前記ガスは、該所定のスタック構造が備える複数の前記
分割流路形成部を順次通過する途中で、前記所定のスタ
ック構造とは異なる前記スタック構造が備える前記分割
流路形成部を経由することを特徴とする燃料電池。 - 【請求項１１】 請求項５記載の燃料電池であって、 前記ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前
記凹部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ
字形をなし、各々のＵ字形が同一の方向を向き、かつ、
互いに隣接するように配置されており、 ぞれぞれの前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路
は、Ｕ字形をなす前記凹部の両端部において、前記ガス
供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドと接
続し、 前記複数の分割流路形成部のそれぞれが備える前記ガス
供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドは、
前記スタック構造の側面の一つに沿って互いに隣接して
配設されることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項１２】 請求項５記載の燃料電池であって、 前記ガスセパレータは、前記複数の凹部を、その両面に
それぞれ有し、 前記ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前
記凹部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ
字形をなし、各々のＵ字形が第１の方向を向き、かつ、
互いに隣接するように配置されており、 前記ガスセパレータの他方の面上に形成される複数の前
記凹部は、前記他方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ
字形をなし、各々のＵ字形が前記第１の方向とは逆向き
の第２の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置
されており、 前記ガスセパレータの一方の面上に形成された複数の前
記凹部が形成する前記単セル内ガス流路のいずれかと連
通する前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マ
ニホールドは、前記スタック構造の第１の側面に沿っ
て、互いに隣接するように配設され、 前記ガスセパレータの他方の面上に形成された複数の前
記凹部が形成する前記単セル内ガス流路のいずれかと連
通する前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マ
ニホールドは、前記スタック構造の第１の側面と対向す
る第２の側面に沿って、互いに隣接するように配設され
ていることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項１３】 請求項１１記載の燃料電池であって、 燃料電池内部との間で熱交換することによって、前記電
気化学反応に伴って生じる熱を取り除いて、燃料電池内
部の温度が非所望の温度に上昇してしまうのを防ぐ冷却
液を、その内部に通過させる流路であって、燃料電池内
部の所定の複数の位置に設けられた冷却液路と、 前記スタック構造の積層方向に形成され、前記冷却液を
前記冷却液路に分配する、あるいは、前記各冷却液路を
通過した前記冷却液が集合する冷却液マニホールドとを
備え、 前記冷却液マニホールドは、前記スタック構造を形成す
る側面の一つに沿って互いに隣接して設けられた前記ガ
ス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドの
近傍に設けられ、前記ガス供給マニホールドおよび前記
ガス排出マニホールドが配設された位置よりも、前記単
セル内ガス流路が形成される場所から離れた位置に設け
られたことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34864298A JP3632468B2 (ja) | 1998-04-22 | 1998-12-08 | 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池 |
| US09/291,248 US6248466B1 (en) | 1998-04-22 | 1999-04-13 | Gas separator for a fuel cell, and fuel cell using the same gas separator for a fuel cell |
| DE69936421T DE69936421T2 (de) | 1998-04-22 | 1999-04-21 | Separator für eine einheitszelle einer brennstoffzelle und diesen verwendende brennstoffzelle |
| EP99107884A EP0959511B1 (en) | 1998-04-22 | 1999-04-21 | Separator for a unit cell of a fuel cell, and fuel cell using the same |
| CA002269953A CA2269953C (en) | 1998-04-22 | 1999-04-22 | Gas separator for a fuel cell, and fuel cell using the same gas separator for a fuel cell |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12954198 | 1998-04-22 | ||
| JP10-129541 | 1998-04-22 | ||
| JP34864298A JP3632468B2 (ja) | 1998-04-22 | 1998-12-08 | 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000012051A true JP2000012051A (ja) | 2000-01-14 |
| JP2000012051A5 JP2000012051A5 (ja) | 2004-07-29 |
| JP3632468B2 JP3632468B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=26464901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34864298A Expired - Fee Related JP3632468B2 (ja) | 1998-04-22 | 1998-12-08 | 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6248466B1 (ja) |
| EP (1) | EP0959511B1 (ja) |
| JP (1) | JP3632468B2 (ja) |
| CA (1) | CA2269953C (ja) |
| DE (1) | DE69936421T2 (ja) |
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