JP2000195530A

JP2000195530A - 燃料電池及びセパレータ

Info

Publication number: JP2000195530A
Application number: JP10367766A
Authority: JP
Inventors: Masanori Matsukawa; 政憲松川; Katsuhiro Mizuno; 勝宏水野; Yasuyuki Asai; 康之浅井; Yasuo Kuwabara; 保雄桑原; Itsushin So; 一新曽
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】発電性能の確保、サイズのコンパクト化の面で
有利な燃料電池及びセパレータを提供すること。【解決手段】電解質膜を挟む正極および負極をもつ複数
個の単位電池と、単位電池間に配置されたセパレータと
をもつ。セパレータ３Ｂは、活物質を含む流体が供給さ
れる入口マニホールド８Ｂと、活物質を含む流体が排出
される出口マニホールド９Ｂと、流体通路１０Ｂとを備
えている。流体通路１０Ｂは、入口マニホールド８Ｂと
出口マニホールド９Ｂとをつなぐように延設されると共
に、折り返されている。流体通路１０Ｂの折り返し回数
は奇数回である。入口マニホールド８Ｂ及び出口マニホ
ールド９Ｂの双方は、セパレータ３Ｂの幅方向のいずれ
か一方の側部３８Ｂに設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池及びセパレ
ータに関し、殊に、発電性能を確保しつつコンパクト化
を図るのに有利な燃料電池及びセパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】供給した燃料により発電を行う燃料電池
が提供されている。燃料電池は、一般的に、電解質膜を
挟む正極および負極をもつ複数個の単位電池と、単位電
池間に配置され単位電池を仕切る複数個のセパレータと
を備えている。セパレータは、活物質を含む流体が供給
される入口マニホールドと、活物質を含む流体が排出さ
れる出口マニホールドと、入口マニホールドと出口マニ
ホールドとをつなぐ流体通路とを備えている。

【０００３】セパレータにおいて、活物質を含む流体
は、入口マニホールドを経て流体通路に供給されて発電
に供され、出口マニホールドから排出される。ところ
で、図１２に示すように、従来の燃料電池に係るセパレ
ータ１００においては、活物質を含む燃料ガスを供給す
る入口マニホールド１０２と、燃料ガスを排出する出口
マニホールド１０４とは、通路長を長くすべく、セパレ
ータ１００の対角位置に設けられている。従って流体通
路１０６は、図１２に示すように、互いに対角位置に形
成されている出口マニホールド１０４と入口マニホール
ド１０２とをつなぐように、入口マニホールド１０２か
ら出口マニホールド１０４にかけて蛇行状に折り返され
た形態で形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術に係る燃料電
池においては、発電性能の確保、サイズのコンパクト化
の面では必ずしも満足できるものではなかった。本発明
は上記した実情に鑑みなされたものであり、発電性能を
確保しつつ、サイズのコンパクト化を図るのに有利な燃
料電池及びセパレータを提供することを共通の課題とす
るにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した課題
を達成すべく鋭意開発を進めた。そして、上記した従来
のセパレータ１００においては、入口マニホールド１０
２と出口マニホールド１０４とは、前述したように、セ
パレータ１００の対角位置に設けられているため、セパ
レータ１００の横方向における一方の側部１３０におい
て入口マニホールド１０２の付近の斜線で示す領域Ａ
Ａ、横方向における他方の側部１４０において出口マニ
ホールド１０４付近の斜線で示す領域ＢＢがデッドスペ
ースとなり、有効利用されていないことを、本発明者は
知見した。

【０００６】この領域ＡＡ、領域ＢＢを有効利用するた
めには、次のようにすればよいことを、本発明者は着想
した。即ち、活物質を含む流体が流れる流体通路１０６
の折り返し回数を奇数回とすれば、流体通路１０６は、
セパレータの横方向における一方の側部１３０を始端と
して延設されたとしても、折り返しにより、流体通路１
０６の終端は、他方の側部１４０ではなく、一方の側部
１３０に戻ってくるものである。故に、流体通路の始端
側の入口マニホールドと、流体通路の終端側の出口マニ
ホールドとの双方を、セパレータの横方向における一方
の側部１３０に集中して配置することができる。これに
より上記した課題を達成できることを、本発明者は着想
し、本発明を完成した。

【０００７】即ち、第１発明に係る燃料電池は、電解質
膜を挟む正極および負極をもつ複数個の単位電池と、単
位電池間に配置されたセパレータとを具備し、セパレー
タは、活物質を含む流体が供給される入口マニホールド
と、活物質を含む流体が排出される出口マニホールド
と、入口マニホールドと出口マニホールドとをつなぐよ
うに延設されると共に蛇行状に折り返された流体通路と
を備えている燃料電池において、セパレータの入口マニ
ホールド及び出口マニホールドの双方は、セパレータの
横方向のいずれか一方の側部に設けられており、流体通
路の折り返し回数は奇数回であることを特徴とするもの
である。

【０００８】第２発明に係る燃料電池用セパレータは、
電解質膜を挟む正極および負極をもつ複数個の単位電池
間に配置され、活物質を含む流体が供給される入口マニ
ホールドと、活物質を含む流体が排出される出口マニホ
ールドと、入口マニホールドと出口マニホールドとをつ
なぐように延設されると共に蛇行状に折り返された流体
通路とを備えている燃料電池用セパレータにおいて、入
口マニホールド及び出口マニホールドの双方は、セパレ
ータの横方向のいずれか一方の側部に設けられており、
流体通路の折り返し回数は奇数回であることを特徴とす
るものである。

【０００９】本発明によれば、活物質を含む流体が流れ
る流体通路は蛇行状に折り返されており、その折り返し
回数は奇数回である。折り返し数が１回とは１回Ｕター
ンすることを意味する。流体通路の折り返し回数が奇数
回であれば、流体通路がセパレータの横方向におけるい
ずれか一方の側部を始端として延設されたときには、流
体通路の終端は折り返しにより、セパレータの横方向の
他方の側部ではなく、セパレータの横方向の一方の側部
に戻ってくるものである。

【００１０】故に、活物質を含む流体の入口及び出口と
して機能できる入口マニホールド及び出口マニホールド
の双方を、セパレータの横方向における一方の側部にお
いて集中して配置することが可能となる。故に、セパレ
ータの横方向における他方の側部（入口マニホールド及
び出口マニホールドが形成されていない領域）のスペー
スにまで、流体通路を延長配置でき、そのスペースの有
効利用を図り得る。

【００１１】逆も同様であり、流体通路の折り返し回数
が奇数回であれば、流体通路がセパレータの横方向にお
ける他方の側部を始端として延設されたときには、流体
通路の終端は折り返しにより、セパレータの横方向の一
方の側部ではなく、セパレータの横方向の他方の側部に
戻ってくるものである。故に、入口マニホールド及び出
口マニホールドの双方を、セパレータの横方向における
他方の側部において集中して配置することが可能とな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明によれば、流体通路は、セ
パレータに形成されており、活物質を含む流体が流れる
通路である。入口マニホールドは、セパレータに形成さ
れた流体通路に、活物質を含む流体を供給する入口通路
である。出口マニホールドは、活物質を含む流体を、セ
パレータに形成された流体通路から排出する出口通路で
ある。

【００１３】流体通路は、入口マニホールドと出口マニ
ホールドとをつなぐように延設されていると共に蛇行状
に折り返されている。入口マニホールド及び出口マニホ
ールドを流れる流体としては、負極活物質を含む流体で
あっても良いし、正極活物質を含む流体であっても良
い。代表的な負極活物質としては水素があり、負極活物
質を含む流体としては水素を含有する燃料ガスがある。
代表的な正極活物質としては酸素があり、正極活物質を
含む流体としては空気がある。

【００１４】本発明によれば、入口マニホールドとして
は燃料ガス入口マニホールドを採用でき、出口マニホー
ルドとしては燃料ガス出口マニホールドを採用でき、流
体通路としては燃料ガス通路を採用できる。

【００１５】

【実施例】本発明の第１実施例について図１〜図３を参
照して説明する。本実施例は固体高分子膜型の燃料電池
に適用した例である。（実施例の構成）図１は燃料電池の要部の断面図を模式
的に示す。本実施例においては、図１に示すように、プ
ロトン透過性をもつ固体高分子型の電解質膜１ａを挟む
正極１ｂおよび負極１ｃをもつ複数個の単位電池１が並
設されている。

【００１６】単位電池１の負極１ｃには、負極活物質で
ある水素を含む水素含有流体である燃料ガスが供給され
るように、燃料ガス通路１０Ｂが対面している。単位電
池１の正極１ｂには、正極活物質である酸素を含む酸素
含有流体である空気が供給されるように、空気通路１７
Ｂが対面している。隣設する単位電池１間には、単位電
池１を仕切るために複数個のセパレータ３Ｂ’がそれぞ
れ設けられている。セパレータ３Ｂ’は、空気通路１７
Ｂと、燃料ガス通路１０Ｂとを仕切る機能をもつもので
あり、集電体を兼ねる。セパレータ３Ｂ’は、導電材料
である金属、例えばアルミ合金、炭素鋼またはステンレ
ス鋼の板材に通路を掘り込むことにより形成されてい
る。

【００１７】図１は要部のみを示すため、図１において
図示されている単位電池１、セパレータ３Ｂ’の数が少
ないが、実際は多数積層されるものである。図１に示す
ように、セパレータ３Ｂ’の縁部には、枠状のシール部
５０、枠状のシール部５１が設けられている。これによ
りシール性が確保されている。シール部５０、５１はゴ
ムまたは樹脂などで形成されている。

【００１８】次に、上記したセパレータ３Ｂ’について
図２、図３を参照して説明する。図２はセパレータ３
Ｂ’の一方の片面（表面）を示し、図３はセパレータ３
Ｂ’の他方の片面（背面）を示す。図２に示すように、
セパレータ３Ｂ’は四角形状をなしており、上辺４Ｂ、
下辺５Ｂ、２つの側辺６Ｂ、７Ｂをもつ。本実施例の燃
料電池では、使用に際してはセパレータ３Ｂ’の上辺４
Ｂが鉛直方向上側（図２上側）とされ、下辺５Ｂが鉛直
方向下側（図２下側）とされるように配置される。

【００１９】セパレータ３Ｂ’には、燃料ガスが供給さ
れる燃料ガス入口マニホールド８Ｂと、燃料ガスが排出
される燃料ガス出口マニホールド９Ｂとが厚み方向に貫
通して形成されている。図２に示すように、燃料ガス入
口マニホールド８Ｂと燃料ガス出口マニホールド９Ｂと
の双方は、セパレータ３Ｂ’の横方向における一側部３
８Ｂに寄せられて形成されている。

【００２０】なお、図２に示すように燃料ガス入口マニ
ホールド８Ｂは鉛直方向の上部に位置し、燃料ガス出口
マニホールド９Ｂは鉛直方向の下部に位置している。こ
れにより燃料ガスを上から下に流すようにしている。図
２に示すように、セパレータ３Ｂ’の一方の片面におい
て、横方向の一側部３８Ｂの側に、縦横に沿った格子溝
２０１Ｂを形成する複数個の隆起群２００Ｂ、縦横に沿
った格子溝２０２Ｂを形成する複数個の隆起群２０３
Ｂ、縦横に沿った格子溝２０４Ｂを形成する複数個の隆
起群２０５Ｂが形成されている（なお隆起群２００Ｂで
は、出願図面の単純化のため、数を少なく図示している
が、実際は数が多いものである。他の隆起部についても
同様である。）更にセパレータ３Ｂ’の他側部３９Ｂの
側に、縦横に沿った格子溝３０１Ｂを形成する複数個の
隆起群３００Ｂ、縦横に沿った格子溝３０２Ｂを形成す
る複数個の隆起群３０３Ｂが形成されている。更に図２
に示すように、セパレータ３Ｂ’の一方の片面におい
て、横方向にのびる案内壁７０Ｂ₁〜７０Ｂ₇が形成され
ている。これにより燃料ガス通路１０Ｂが形成されてい
る。即ち燃料ガス通路１０Ｂは、燃料ガス入口マニホー
ルド８Ｂと燃料ガス出口マニホールド９Ｂとをつなぐよ
うに横方向において延設されていると共に蛇行状に折り
返された形態とされている。

【００２１】本実施例においては図２から理解できるよ
うに、燃料ガス通路１０Ｂの折り返し回数は奇数回であ
り、第１折り返し領域１１Ｂ、第２折り返し領域１２
Ｂ、第３折り返し領域１３Ｂが設けられている。即ち、
燃料ガス入口マニホールド８Ｂの開口８Ｂ₀から供給さ
れた燃料ガスは、格子溝２０１Ｂを経て、他側部３９Ｂ
に向けて矢印Ａ１方向（第１行き方向）に進行し、第１
折り返し領域１１Ｂ付近の格子溝３０１ＢでＵターン
し、今度は一側部３８Ｂに向けて矢印Ａ２方向（第１戻
り方向）に進行し、第２折り返し領域１２Ｂ付近の格子
溝２０２ＢでＵターンし、更に他側部３９Ｂに向けて矢
印Ａ３方向（第２行き方向）に進行し、第３折り返し領
域１３Ｂ付近の格子溝３０２ＢでＵターンし、更に一側
部３８Ｂに向けて矢印Ａ４方向（第２戻り方向）に進行
し、格子溝２０４Ｂ、開口９Ｂ₀を順に経て、燃料ガス
出口マニホールド９Ｂから排出される。

【００２２】また図３に示すように、セパレータ３Ｂ’
の上部には、空気が供給される空気入口マニホールド１
５Ｂが厚み方向に貫通して形成されている。セパレータ
３Ｂ’の下部には、空気が排出される空気出口マニホー
ルド１６Ｂが形成されている。このようにセパレータ３
Ｂ’の上部に空気入口マニホールド１５Ｂを設け、下部
に空気出口マニホールド１６Ｂを設けたのは、発電生成
物として水が空気通路１７Ｂにおいて生成する傾向があ
るため、水滴の排出性を考慮して、空気を鉛直方向の上
から下に流すためである。空気入口マニホールド１５
Ｂ、空気出口マニホールド１６Ｂの開口面積を、燃料ガ
ス入口マニホールド８Ｂ、燃料ガス出口マニホールド９
Ｂの開口面積よりも大きくしたのは、燃料電池に供給す
る空気の量が燃料ガスよりも多いからである。

【００２３】図３に示すように、セパレータ３Ｂ’の他
方の片面側には、一側部３８Ｂの側に、縦横に沿った格
子溝２２１Ｂを形成する複数個の隆起群２２０Ｂ、縦横
に沿った格子溝２２２Ｂを形成する複数個の隆起群２２
３Ｂ、縦横に沿った格子溝２２４Ｂを形成する複数個の
隆起群２２５Ｂが形成されている。更にセパレータ３Ｂ
の他側部３９Ｂの側に、縦横に沿った格子溝３２１Ｂを
形成する複数個の隆起群３２０Ｂ、縦横に沿った格子溝
３２２Ｂを形成する複数個の隆起群３２３Ｂが形成され
ている。更に、セパレータ３Ｂ’の他方の片面側には、
横方向にのびる案内壁７１Ｂ₁〜７１Ｂ₇が形成されてい
る。これにより空気通路１７Ｂが形成されている。換言
すると空気通路１７Ｂは、空気入口マニホールド１５Ｂ
と空気出口マニホールド１６Ｂとをつなぐように横方向
において延設されていると共に、蛇行状に折り返された
形態とされている。

【００２４】空気通路１７Ｂの折り返し回数は奇数回で
あり、第１折り返し領域１１Ｂ₀、第２折り返し領域１
２Ｂ₀、第３折り返し領域１３Ｂ₀が設けられている。即
ち、図３から理解できるように、空気入口マニホールド
１５Ｂの開口１５Ｂ ₀から供給された空気は、格子溝２
２１Ｂを経て他側部３９Ｂに向けて矢印Ｂ１方向（第１
行き方向）に進行し、第１折り返し領域１１Ｂ₀付近の
格子溝３２１ＢでＵターンし、一側部３８Ｂに向けて矢
印Ｂ２方向（第１戻り方向）に進行し、第２折り返し領
域１２Ｂ₀付近の格子溝２２２ＢでＵターンし、他側部
３９Ｂに向けて矢印Ｂ３方向（第１行き方向）に進行
し、第３折り返し領域１３Ｂ₀付近の格子溝３２２Ｂで
Ｕターンし、一側部３８Ｂに向けて矢印Ｂ４方向（第２
戻り方向）に進行し、格子溝２２４Ｂ、開口１６Ｂ_Oを
順に経て、空気出口マニホールド１６Ｂから排出され
る。

【００２５】（第１実施例の効果）以上の説明から理解
できるように本実施例においては、セパレータ３Ｂ’に
おいて、燃料ガス通路１０Ｂの折り返し回数は奇数回で
ある。奇数回であれば、図２に示すように、燃料ガス通
路１０Ｂは、その始端１０Ｂ_S側がセパレータ３Ｂ’の
横方向における一側部３８Ｂに位置していたとしても、
折り返しにより、燃料ガス通路１０Ｂの終端１０Ｂ
_Tは、他側部３９Ｂではなく、一側部３８Ｂに戻ってく
る。

【００２６】故に、燃料ガス通路１０Ｂの始端１０Ｂ_S
側の燃料ガス入口マニホールド８Ｂと、燃料ガス通路１
０Ｂの終端１０Ｂ_T側の燃料ガス出口マニホールド９Ｂ
との双方を、セパレータ３Ｂ’の横方向における一側部
３８Ｂに寄せてここに集中して配置することが可能とな
る。このように本実施例においては、燃料ガス入口マニ
ホールド８Ｂ及び燃料ガス出口マニホールド９Ｂの双方
は、セパレータ３Ｂ’の横方向の一側部３８Ｂにおいて
集中して配置されている。そのため、セパレータ３Ｂ’
の横方向の一側部３８Ｂに対して対向する位置にある他
側部３９Ｂを有効利用することができる。即ちセパレー
タ３Ｂ’の他側部３９Ｂにまで、燃料ガス通路１０Ｂを
延長配置することができる。そのため、燃料ガス通路１
０Ｂの投影面積を大きくできる。この結果、燃料ガス通
路１０Ｂに対面する電極（負極１ｃ）の投影サイズを大
きくできる。空気通路１７Ｂについても同様に他側部３
９Ｂに延長配置でき、空気通路１７Ｂの投影面積、空気
通路１７Ｂに対面する電極（正極１ｂ）の投影面積を大
きくできる。

【００２７】従って、燃料電池の横方向のサイズを維持
しつつ、反応有効面積を増加できる。よってセパレータ
３Ｂ’や燃料電池の幅サイズのコンパクト化を図りつ
つ、燃料電池の出力をアップすることができる。換言す
れば、燃料電池の出力を維持しつつ、燃料電池の幅サイ
ズをコンパクト化できる。

【００２８】（第２実施例）本発明の第２実施例につい
て図４〜図１０を参照して説明する。第２実施例は第１
実施例と基本的に同様の構成であり、基本的には同様の
作用効果を奏する。図４は第２実施例に係る燃料電池の
要部の断面図を模式的に示す。本実施例においても、前
記した実施例と同様に、図４に示すように、プロトン透
過性をもつ固体高分子型の電解質膜１ａを挟む正極１ｂ
および負極１ｃをもつ複数個の単位電池１が並設されて
いる。隣設する単位電池１間には、単位電池１を仕切る
セパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられている。図４は
要部を示すものであるため、図示されている単位電池
１、セパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの数が少ないが、実際
は多数積層されているものである。

【００２９】図４から理解できるように、単位電池１の
負極１ｃには、負極活物質である水素を含む水素含有流
体である燃料ガスが供給されるように、燃料ガス通路１
０Ｂ、１０Ｃが対面する。単位電池１の正極１ｂには、
正極活物質である酸素を含む酸素含有流体である空気が
供給されるように、空気通路１７Ａ、１７Ｂが対面す
る。

【００３０】（セパレータ３Ｂ）本実施例のセパレータ
３Ｂは図５、図６に示されている。本実施例のセパレー
タ３Ｂは、前記した図２、図３に示すセパレータ３’と
ほぼ同様の構成であるため、要部構成の説明を省略す
る。但し図２、図３に示すセパレータ３’とは異なり、
本実施例のセパレータ３では、冷却水が流れる冷却水入
口マニホールド２０Ｂ、冷却水出口マニホールド２１Ｂ
を、セパレータ３Ｂの横方向の一側部３８Ｂにおいて、
つまり、燃料ガス入口マニホールド８Ｂ及び燃料ガス出
口マニホールド９Ｂと同じ側において形成している。つ
まりセパレータ３Ｂの一側部３８Ｂにおいて、鉛直方向
の上から下にかけて、燃料ガス入口マニホールド８Ｂ、
冷却水入口マニホールド２０Ｂ、冷却水出口マニホール
ド２１Ｂ、燃料ガス出口マニホールド９Ｂが順に形成さ
れている。

【００３１】残りのセパレータ３Ａ、３Ｃについて説明
を加える。（セパレータ３Ａ）セパレータ３Ａについて図７、図８
を参照して説明する。図７はセパレータ３Ａの一方の片
面（表面）を示し、図８はセパレータ３Ａの他方の片面
（背面）を示す。セパレータ３Ａは空気通路１７Ａと冷
却水通路２２Ａとを仕切るものであり、四角形状をな
し、上辺４Ａ、下辺５Ａ、２つの側辺６Ａ、７Ａをも
つ。セパレータ３Ａの横方向における一側部３８Ａに
は、燃料ガス入口マニホールド８Ａ及び燃料ガス出口マ
ニホールド９Ａが厚み方向に貫通して形成されている。

【００３２】一側部３８Ａには、冷却水が供給される冷
却水入口マニホールド２０Ａと、冷却水が排出される冷
却水出口マニホールド２１Ａとが厚み方向に貫通して形
成されている。冷却水入口マニホールド２０Ａ、冷却水
出口マニホールド２１Ａは、燃料ガス入口マニホールド
８Ａ及び燃料ガス出口マニホールド９Ａに鉛直方向にお
いて挟まれる位置に設けられている。なお、冷却水入口
マニホールド２０Ａは、冷却水出口マニホールド２１Ａ
よりも上側に位置している。

【００３３】図７に示すように、セパレータ３Ａの一方
の片面には、他側部３９Ａの側に、縦横に沿った格子溝
３０１Ａを形成する複数個の隆起群３００Ａ、縦横に沿
った格子溝３０２Ａを形成する複数個の隆起群３０３Ａ
が形成されている。更に図７に示すように、セパレータ
３Ａの一方の片面において案内壁７０Ａ₁〜７０Ａ₇が形
成されている。これにより冷却水通路２２Ａが形成され
ている。即ち冷却水通路２２Ａは、冷却水入口マニホー
ルド２０Ａと冷却水出口マニホールド２１Ａとをつなぐ
ように横方向において延設されていると共に、蛇行状に
折り返された形態とされている。

【００３４】冷却水通路２２Ａの折り返し回数は奇数回
であり、第１折り返し領域１１Ａ、第２折り返し領域１
２Ａ、第３折り返し領域１３Ａが設けられている。即
ち、冷却水入口マニホールド２０Ａの開口２０Ａ₀から
供給された冷却水は、矢印ＣＯ方向に上向きに進行し、
更に、他側部３９Ａに向けて矢印Ｃ１方向（第１行き方
向）に進行し、第１折り返し領域１１Ａ付近の格子溝３
０１ＡでＵターンし、一側部３８Ａに向けて矢印Ｃ２方
向（第１戻り方向）に進行し、第２折り返し領域１２Ａ
でＵターンし、他側部３９Ａに向けて矢印Ｃ３方向（第
２行き方向）に進行し、第３折り返し領域１３Ａ付近の
格子溝３０２ＡでＵターンし、一側部３８Ａに向けて矢
印Ｃ４方向（第２戻り方向）に進行し、更に矢印Ｃ５方
向に上向きに進行し、開口２１Ａ₀を経て冷却水出口マ
ニホールド２１Ａから排出される。

【００３５】図８はセパレータ３Ａの他方の片面を示す
ものであり、前記したセパレータ３Ｂに係る図６と同一
形状されている。すなわち、図８に示すように、セパレ
ータ３Ａの上部には、空気が供給される空気入口マニホ
ールド１５Ａが厚み方向に貫通して形成されている。セ
パレータ３Ａの下部には、空気が排出される空気出口マ
ニホールド１６Ａが厚み方向に貫通して形成されてい
る。

【００３６】セパレータ３Ａの他方の片面側には、一側
部３８Ａの側に、縦横に沿った格子溝２２１Ａを形成す
る複数個の隆起群２２０Ａ、縦横に沿った格子溝２２２
Ａを形成する複数個の隆起群２２３Ａ、縦横に沿った格
子溝２２４Ａを形成する複数個の隆起群２２５Ａが形成
されている。更にセパレータ３Ａの他側部３９Ａの側
に、縦横に沿った格子溝３２１Ａを形成する複数個の隆
起群３２０Ａ、縦横に沿った格子溝３２２Ａを形成する
複数個の隆起群３２３Ａが形成されている。

【００３７】更に図８に示すようにセパレータ３Ａの他
方の片面側には案内壁７１Ａ₁から７１Ａ₇が形成されて
おり、これにより空気通路１７Ａが形成されている。即
ち空気通路１７Ａは、空気入口マニホールド１５Ａと空
気出口マニホールド１６Ａとをつなぐように横方向にお
いて延設されていると共に、折り返されている。空気通
路１７Ａの折り返し回数は奇数回であり、第１折り返し
領域１１Ａ₀、第２折り返し領域１２Ａ₀、第３折り返し
領域１３Ａ₀が設けられている。

【００３８】即ち図８において、空気入口マニホールド
１５Ａの開口１５Ａ₀から供給された空気は、格子溝２
２１Ａを経て、他側部３９Ａに向けて矢印Ｄ１方向（第
１行き方向）に進行し、第１折り返し領域１１Ａ₀付近
の格子溝３２１ＡでＵターンし、一側部３８Ａに向けて
矢印Ｄ２方向（第１戻り方向）に進行し、第２折り返し
領域１２Ａ₀付近の格子溝２２２ＡでＵターンし、他側
部３９Ａに向けて矢印Ｄ３方向（第２行き方向）に進行
し、第３折り返し領域１３Ａ₀付近の格子溝３２２Ａで
Ｕターンし、一側部３８Ａに向けて矢印Ｄ４方向（第２
戻り方向）に進行し、格子溝２２４Ａ、開口１６Ａ₀を
順に経て、空気出口マニホールド１６Ａから排出され
る。

【００３９】（セパレータ３Ｃ）次に、別のセパレータ
３Ｃについて説明する。図９は別のセパレータ３Ｃの一
方の片面（表面）を示すものであり、前記したセパレー
タ３Ｂに係る図５と同一形状をなす。図１０はセパレー
タ３Ｃの他方の片面（背面）を示す。図９に示すよう
に、セパレータ３Ｃは四角形状をなし、上辺４Ｃ、下辺
５Ｃ、２つの側辺６Ｃ、７Ｃをもつ。セパレータ３Ｃの
横方向における一側部３８Ｃには、燃料ガスが供給され
る燃料ガス入口マニホールド８Ｃと、燃料ガスが排出さ
れる燃料ガス出口マニホールド９Ｃが厚み方向に貫通し
て形成されている。

【００４０】図９に示すように、セパレータ３Ｃの一方
の片面において、一側部３８Ｃの側に、縦横に沿った格
子溝２０１Ｃを形成する複数個の隆起群２００Ｃ、縦横
に沿った格子溝２０２Ｃを形成する複数個の隆起群２０
３Ｃ、縦横に沿った格子溝２０４Ｃを形成する複数個の
隆起群２０５Ｃが形成されている。更にセパレータ３Ｂ
の他側部３９Ｃの側に、縦横に沿った格子溝３０１Ｃを
形成する複数個の隆起群３００Ｃ、縦横に沿った格子溝
３０２Ｃを形成する複数個の隆起群３０３Ｃが形成され
ている。更にセパレータ３Ｃの一方の片面には、案内壁
７０Ｃ₁〜７０Ｃ₇が横方向に延びるように形成されてい
る。これにより燃料ガス通路１０Ｃが形成されている。
即ち燃料ガス通路１０Ｃは、燃料ガス入口マニホールド
８Ｃと燃料ガス出口マニホールド９Ｃとをつなぐように
横方向において延設されていると共に、蛇行状に折り返
された形態とされている。

【００４１】燃料ガス通路１０Ｃの折り返し回数は奇数
回であり、第１折り返し領域１１Ｃ、第２折り返し領域
１２Ｃ、第３折り返し領域１３Ｃが設けられている。即
ち、燃料ガス入口マニホールド８Ｃの開口８Ｃ₀から供
給された燃料ガスは、格子溝２０１Ｃを経て、他側部３
９Ｃに向けて矢印Ｅ１方向（第１行き方向）に進行し、
第１折り返し領域１１Ｃ付近の格子溝３０１ＣでＵター
ンし、一側部３８Ｃに向けて矢印Ｅ２方向（第１戻り方
向）に進行し、第２折り返し領域１２Ｃ付近の格子溝２
０２ＣでＵターンし、他側部３９Ｃに向けて矢印Ｅ３方
向（第２行き方向）に進行し、第３折り返し領域１３Ｃ
付近の格子溝３０２ＣでＵターンし、一側部３８Ｃに向
けて矢印Ｅ４方向（第２戻り方向）に進行し、格子溝２
０４Ｃ、開口９Ｃ₀を順に経て、燃料ガス出口マニホー
ルド９Ｃから排出される。

【００４２】セパレータ３Ｃの横方向における一側部３
８Ｃには、つまり、燃料ガス入口マニホールド８Ｃ及び
燃料ガス出口マニホールド９Ｃと同じ側に、冷却水入口
マニホールド２０Ｃと冷却水出口マニホールド２１Ｃと
が厚み方向に貫通して形成されている。セパレータ３Ｃ
の上部には空気入口マニホールド１５Ｃが形成され、セ
パレータ３Ｃの下部には空気出口マニホールド１６Ｃが
形成されている。

【００４３】なお本実施例においては図４に示すように
燃料電池を組み付けたときには、セパレータ３Ａ、３
Ｂ、３Ｃの上辺４Ａ、４Ｂ、４Ｃは鉛直方向の上側とな
り、下辺５Ａ、５Ｂ、５Ｃは鉛直方向の下側となる。ま
た燃料電池を組み付けたときには、燃料ガス入口マニホ
ールド８Ａ、８Ｂ、８Ｃ同士は連通する。燃料ガス出口
マニホールド９Ａ、９Ｂ、９Ｃ同士は連通する。冷却水
入口マニホールド２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ同士は連通す
る。冷却水出口マニホールド２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ同
士は連通する。空気入口マニホールド１５Ａ、１５Ｂ、
１５Ｃ同士は連通する。空気出口マニホールド１６Ａ、
１６Ｂ、１６Ｃ同士は連通する。

【００４４】以上の説明から理解できるように本実施例
においても、負極活物質を含む流体である燃料ガスが通
過する燃料ガス通路１０Ｂ、１０Ｃの折り返し数を奇数
回とするとともに、セパレータ３Ａにおいて燃料ガス入
口マニホールド８Ａ及び燃料ガス出口マニホールド９Ａ
の双方を一側部３８Ａに配置している。セパレータ３Ｂ
において燃料ガス入口マニホールド８Ｂ及び燃料ガス出
口マニホールド９Ｂの双方を一側部３８Ｂに配置してい
る。同様にセパレータ３Ｃにおいても、燃料ガス入口マ
ニホールド８Ｃ及び燃料ガス出口マニホールド９Ｃの双
方を一側部３８Ｃに配置している。

【００４５】従って前記した第１実施例の場合と同様
に、セパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃのうち一側部３８Ａ、
３８Ｂ、３８Ｃに対して反対側に位置する他側部３９
Ａ、３９Ｂ、３９Ｃの有効利用を一層図ることができ、
燃料電池の出力を確保しつつ、燃料電池の横方向のサイ
ズのコンパクトを図るのに一層有利となる。燃料電池で
は冷却水を流して冷却するのが一般的である。この点本
実施例においては、セパレータ３Ｂにおいて冷却水入口
マニホールド２０Ｂ、冷却水出口マニホールド２１Ｂの
双方を形成しているものの、これらを、セパレータ３Ｂ
の横方向の一側部３８Ｂにおいて、つまり、燃料ガス入
口マニホールド８Ｂ及び燃料ガス出口マニホールド９Ｂ
と同じ側において形成している。同様にセパレータ３Ａ
の一側部３８Ａに、冷却水入口マニホールド２０Ａ、冷
却水出口マニホールド２１Ａを形成している。また同様
にセパレータ３Ｃの一側部３８Ｃに、冷却水入口マニホ
ールド２０Ｃ、冷却水出口マニホールド２１Ｃを形成し
ている。そのため本実施例においても冷却構造を確保し
つつ、セパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの横サイズのコンパ
クト化を図り得る。

【００４６】また、空気よりも供給流量が少ない燃料ガ
スの実質体積を精度よく管理することが好ましい。この
点本実施例においては、前記したように、セパレータ３
Ｂの横方向における一側部３８Ｂに、つまり、燃料ガス
入口マニホールド８Ｂ及び燃料ガス出口マニホールド９
Ｂと同じ側に、冷却水入口マニホールド２０Ｂ、冷却水
出口マニホールド２１Ｂの双方が形成されている。セパ
レータ３Ａ、３Ｃについても同様である。そのため、セ
パレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃを流れる燃料ガスを冷却水で
冷却管理するのに有利である。よって燃料ガスの温度管
理、ひいては燃料電池の使用時における燃料ガスの実質
体積の管理に有利となる利点が得られる。

【００４７】（評価）本発明者は第２実施例に係る実施
例品に基づいて、試算を行った。この試算では、図１１
に示す実施例品（図５相当品）と、図１２に示す従来品
とを比較した。図１２に示すように、従来品に係るセパ
レータの幅サイズをａ₁、縦サイズ（高さサイズ）をｂ₁
とし、図１１に示すように、実施例品に係るセパレータ
の幅サイズを（０．９）×ａ₁とし、縦サイズをｂ₁とし
た。

【００４８】実施例品において、横サイズを（０．９）
×ａ₁に設定した理由は、燃料ガス入口マニホールド８
Ｂ及び燃料ガス出口マニホールド９Ｂの双方は、横方向
における一側部３８Ｂに集中して配置されているため、
横方向において他側部３９Ｂにおいてデッドスペースを
低減または廃止できるからである。図１２に示す従来品
において、電極面積をＳＤ₁とし、セパレータの外形面
積をＳＧ₁とすると、図１２から理解できるように、Ｓ
Ｄ₁=ａ₀×ｂ_0、ＳＧ₁=ａ₁×ｂ₁が成立する。

【００４９】そして、従来品においてＳＤ₁とＳＧ₁の比
をα１とすると、α１=（ＳＤ₁／ＳＧ₁）=（ａ₀×ｂ₀）
／（ａ₁×ｂ₁）が成立する。これに対して図１１に示す
実施例品において、電極面積をＳＤ₂とし、セパレータ
の外形面積をＳＧ₂とすると、図１１から理解できるよ
うに、ＳＤ₂=ａ₀×ｂ _0、ＳＧ₂=（０．９×ａ₁）×ｂ₁が
成立する。

【００５０】次に、実施例品に係るＳＤ₂とＳＧ₂との比
をα２とすると、α２=（ＳＤ₂／ＳＧ₂）=（ａ₀×ｂ₀）
／［（０．９・ａ₁）×ｂ₁］が成立する。従って（実
施例に係るα２）/（従来例に係るα１）を求めると、
α２/α１≒１．１となる。故に、セパレータの外形面
積に対する電極面積の割合をみると、実施例品は、従来
品に対して基本的には約１．１倍に増加する利点が得ら
れる。

【００５１】すなわち実施例品では、セパレータ、燃料
電池の幅サイズが従来品と同じであれば、電極面積の割
合を従来品に対して基本的には約１．１倍に増加でき、
燃料電池の発電量を増大できる利点が得られる。換言す
れば、実施例品では、発電量が従来品と同じであれば、
セパレータのサイズを従来品に対して基本的には約０．
９倍にでき、コンパクト化を図り得る利点が得られる。

【００５２】（他の例）上記した実施例では、前述した
ように、負極活物質を含む燃料ガスが流れる燃料ガス入
口マニホールド、燃料ガス出口マニホールドを、セパレ
ータの横方向における一側部に集中させて形成している
とともに、正極活物質を含む空気が流れる空気入口マニ
ホールド、空気出口マニホールドをセパレータの鉛直方
向の上部及び下部にそれぞれ形成している。

【００５３】しかしこれに限られるものではなく、場合
によっては、負極活物質を含む燃料ガスが流れる燃料ガ
ス入口マニホールド、燃料ガス出口マニホールドを、セ
パレータの横方向における一側部ではなく、他側部（い
ずれか一方の側部）に集中させて形成しても良いもので
ある。また、正極活物質を含む空気が流れる空気入口マ
ニホールド、空気出口マニホールドを、セパレータの横
方向における一側部または他側部のいずれかに集中させ
て形成することもできる。この場合には、負極活物質を
含む燃料ガスが流れる燃料ガス入口マニホールド、燃料
ガス出口マニホールドを、セパレータの鉛直方向の上部
及び下部にそれぞれ形成するとよい。

【００５４】上記した実施例は、セパレータを鉛直面に
沿って配置した燃料電池に適用しているが、これに限ら
ず、セパレータを水平面に沿って配置する燃料電池に適
用することもできる。その他、本発明は上記し且つ図面
に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を
逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものであ
る。

【００５５】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。：セパレータの横方向において、燃料ガス入口マニホ
ールド及び燃料ガス出口マニホールドと同じ側に、冷却
水入口マニホールドと冷却水出口マニホールドとの双方
が形成されていることを特徴とする請求項１に係る燃料
電池または請求項３に係るセパレータ。：セパレータの横方向のいずれか一方の側部におい
て、セパレータを鉛直面に沿って配置した状態におい
て、上から下にかけて、燃料ガス入口マニホールド、冷
却水入口マニホールド、冷却水出口マニホールド、燃料
ガス出口マニホールドが順に形成されていることを特徴
とする請求項１に係る燃料電池または請求項３に係るセ
パレータ。

【００５６】

【発明の効果】本発明に係る燃料電池、セパレータによ
れば、活物質を含む流体が流れる入口マニホールド及び
出口マニホールドの双方がセパレータの横方向のいずれ
か一方の側部に形成されているため、セパレータの横方
向における他方の側部（入口マニホールド及び出口マニ
ホールドが形成されていない領域）のスペースにまで、
流体通路を延長配置でき、そのスペースの有効利用を図
り得る。

【００５７】従って、燃料電池のサイズを維持しつつ、
反応有効面積を増加できて燃料電池の出力アップを図り
得る。換言すれば、燃料電池の出力を維持しつつ、燃料
電池のサイズを小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池の要部の断面図である。

【図２】セパレータ３Ｂ’の正面図である。

【図３】セパレータ３Ｂ’の背面図である。

【図４】別の燃料電池の要部の断面図である。

【図５】セパレータ３Ｂの正面図である。

【図６】セパレータ３Ｂの背面図である。

【図７】セパレータ３Ａの正面図である。

【図８】セパレータ３Ａの背面図である。

【図９】セパレータ３Ｃの正面図である。

【図１０】セパレータ３Ｃの背面図である。

【図１１】横サイズ及び縦サイズを記載したセパレータ
３Ｂの正面図であり、図２相当図である。

【図１２】従来例に係る横サイズ及び縦サイズを記載し
たセパレータの正面図である。

【符号の説明】

図中、１ａは電解質膜、１ｂは正極、１ｃは負極、１は
単位電池、３Ｂはセパレータ、８Ｂは燃料ガス入口マニ
ホールド、９Ｂは燃料ガス出口マニホールド、１０Ｂは
燃料ガス通路、１１Ｂは第１折り返し領域、１２Ｂは第
２折り返し領域、１３Ｂは第３折り返し領域、３８Ｂは
一側部、３９Ｂは他側部を示す。

フロントページの続き (72)発明者水野勝宏愛知県豊田市高丘新町天王１番地アイシン高丘株式会社内 (72)発明者浅井康之愛知県豊田市高丘新町天王１番地アイシン高丘株式会社内 (72)発明者桑原保雄愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者曽一新愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 HH00 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質膜を挟む正極および負極をもつ複数
個の単位電池と、前記単位電池間に配置されたセパレータとを具備し、前記セパレータは、活物質を含む流体が供給される入口
マニホールドと、活物質を含む流体が排出される出口マ
ニホールドと、前記入口マニホールドと前記出口マニホ
ールドとをつなぐように延設されると共に蛇行状に折り
返された流体通路とを備えている燃料電池において、前記セパレータの入口マニホールド及び出口マニホール
ドの双方は、前記セパレータの横方向のいずれか一方の
側部に設けられており、前記流体通路の折り返し回数は
奇数回であることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】請求項１において、前記入口マニホールド
は燃料ガス入口マニホールドであり、前記出口マニホー
ルドは燃料ガス出口マニホールドであり、前記流体通路
は燃料ガス通路であることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】電解質膜を挟む正極および負極をもつ複数
個の単位電池間に配置され、活物質を含む流体が供給さ
れる入口マニホールドと、活物質を含む流体が排出され
る出口マニホールドと、前記入口マニホールドと前記出
口マニホールドとをつなぐように延設されると共に蛇行
状に折り返された流体通路とを備えている燃料電池用セ
パレータにおいて、前記入口マニホールド及び出口マニホールドの双方は、
前記セパレータの横方向のいずれか一方の側部に設けら
れており、前記流体通路の折り返し回数は奇数回である
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項４】請求項３において、前記入口マニホールド
は燃料ガス入口マニホールドであり、前記出口マニホー
ルドは燃料ガス出口マニホールドであり、前記流体通路
は燃料ガス通路であることを特徴とする燃料電池用セパ
レータ。