JP2001506399A

JP2001506399A - 膜状電極組立体を有する燃料電池用の反応剤および冷却剤の一体型流体流れ領域層

Info

Publication number: JP2001506399A
Application number: JP52816598A
Authority: JP
Inventors: ワイ．チョー，クラレンス; ウォズニックツカ，ボガスロー; カキチャン，ジョン
Original assignee: バラードパワーシステムズインコーポレイティド
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2001-05-15
Also published as: WO1998028809A1; EP0947019B1; DE69706065D1; US5804326A; EP0947019A1; CA2274974C; CA2274974A1; DE69706065T2; AU5396698A; AU716927B2

Abstract

(57)【要約】電気化学燃料電池組立体が一対の隔離層と、隔離層６５０の間に介在する膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂとを具備する。膜状電極組立体は一対の電極と、電極間に介在するイオン交換膜とを具備する。電極は電極と関連する電気触媒を具備し、この電気触媒は電気化学作用領域を画定する。隔離層のそれぞれは、電極の一つと流体的に連通する一つもしくはより多数の反応剤流れ経路６５６ａ、６５６ｂを具備する。前記隔離層の少なくとも一つが一つもしくはより多数の冷却剤流れ経路６６６を具備し、この冷却剤流れ経路は隣接する膜状電極組立体の電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂと重なり合わず、かつ反応剤流れ経路６５６ａ、６５６ｂと流体的に隔離される。

Description

【発明の詳細な説明】膜状電極組立体を有する燃料電池用の反応剤および冷却剤の一体型流体流れ領域層発明の分野本発明は電気化学燃料電池組立体用の小型冷却装置に関する。さらに特に本発明は、冷却剤および反応剤の流れ経路が共通の隔離層に配置されかつ隣接する燃料電池の電気化学作用領域と冷却剤流れ経路とが重なり合わない固体ポリマーの電気化学燃料電池組立体に関する。発明の背景電気化学燃料電池は燃料と酸化剤とを電気と反応生産物とに変換する。固体ポリマーの電気化学燃料電池は膜状電極組立体（ｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｓｓｅｍｂｌｙ、「ＭＥＡ」）を通常は採用し、この膜状電極組立体は、二つの電極間に介在する固体ポリマーの電解液もしくはイオン交換膜を具備する。燃料電池内で所望の電気化学反応を生じさせるために、各電極は電気化学作用領域を画定する電気触媒材料を有する。外部負荷を介して電極間に電子を導く通路を提供するために電極は電気的に結合する。典型的な燃料電池においては、ＭＥＡは二つの隔離層の間に配置される。各隔離層は概して、実質的に流体不浸透の導電性隔離板と、この隔離板と電気触媒を含む電極との間に介在する多孔性導電性材料の層とを具備する。多孔性導電性材料はＭＥＡに固定されてもよい。板は電流収集体として作用し、膜状電極組立体に支持作用を提供する。典型的には板は、少なくとも一つの流れ経路を備えた流体流れ領域板であって、この流れ経路は燃料もしくは酸化物を、燃料側のアノードおよび酸化剤側のカソードというそれぞれの電極に方向付けるために板に形成される。いくつかの固体ポリマー燃料電池においては、溝は隔離板の表面には設けられず、反応剤は多孔性層にある経路を介して方向付けられる。この多孔性層は、例えば多孔性層に形成された溝もしくはグルーブを有するか、または相互接続された多孔性材料の単なる細穴または孔であってもよい。そのような燃料電池の例は米国特許第５２５２４１０号明細書に開示され、この全体がここでは参照により組み入れられる。アノードにおいては、流体燃料の流れが多孔性層を介して移動し、アノードの電気触媒部分において酸化される。カソードにおいては、流体酸化剤の流れが多孔性層を介して移動し、カソードの電気触媒部分において還元される。イオン交換膜は一方の電極から他方の電極へとイオンを導き、アノード側の燃料の流れをカソード側の酸化剤の流れから実質的に隔離する。二つもしくはより多数の燃料電池は、組立体の全体の電力出力を増大せしめるために通常は直列で、ときおり並列に互いに接続されうる。燃料電池は個々の燃料電池組立体を積層することによる燃料電池積層体内で、一般的には直列に電気的に接続される。そのような直列に接続された燃料電池積層体においては、与えられた隔離板の一側がーの電池のアノード用板としての役目を果たすことができ、前記板の他側が隣接する電池のカソード用板としての役目を果たすことができる。燃料電池内で生ずる電気化学反応は通常は発熱反応であって、燃料電池の温度を制御するためのシステムが設けられる。通常の固体ポリマー燃料電池積層体では、燃料電池の冷却作用は、隣接する一対の積層された燃料電池の間に配置された冷却層を提供することにより達成される。冷却層はしばしば反応剤の流れ領域板と類似の構成であって、この反応剤の流れ領域板では、典型的には水である冷却用流体（「冷却剤」）が入口マニホルドから供給され、溝内の冷却板を横切って方向付けられ、出口マニホルドへと流出する。図３ａに示すように、この形式の燃料電池積層体は、隣接する各ＭＥＡ間に三つの板を必要とし、この三つの板はアノード用板、カソード用板、および冷却用板である。場合によっては、反応剤（アノードもしくはカソード）用板のうちの一つの逆側に冷却剤流れ領域を構成することが可能であって、この場合には、図３ｂに示すように、繰り返しユニットごとに二つの板のみが必要となる。しかしながら、そのような二重の側面を有する構成は概して、板の厚さ部分を介して冷却剤が反応剤の流れに浸透する浸透作用を消去するための、より厚い板が必要とされる。図３ｃに示すように、ときおり、冷却用板は一つおきの燃料電池の対の間に組み入れられる。図３ａから図３ｃに示す通常の構成のそれぞれにおいては、反応剤のほかに冷却剤が異なる平面を流れ、流れる経路においては燃料電池の電極と反応剤流れの経路とが重なり合う。（ここで、「重なり合う」という言葉は、上に載せて整列させることを意味するが、必ずしも接触させるものではない。）作用時、燃料電池内で生じせしめられた熱が、冷却剤によって板の「ｚ方向」の厚さ部分を介して燃料電池から離れて引き出される。ｚ方向とは燃料電池組立体の平面に対して垂直方向である。次いで、循環する冷却剤によって熱は伝えられて運び去られる。燃料電池積層体の個々の繰り返し燃料電池ユニットの各体積および各重量を減少させることによって、燃料電池積層体の電力密度を増大させるのが望ましい。反応剤流れの経路が設けられている同一層内に冷却剤流れ経路を組み入れることによって、本発明の反応剤および冷却剤の一体型流体流れ領域層は、通常の燃料電池積層体に設けられている隔離冷却層を消去する。この方法では、積層体内の燃料電池ごとに一つの流体流れ領域板のみを使用することができる。これにより積層体の重量と体積とが減少され、その結果、一の形式の流体流れ領域板のみが必要とされるので、積層体の電力密度が増大し、積層体の製造能力をも単純化する。発明の要約反応剤および冷却剤の一体型流体流れ領域層を伴う電気化学燃料電池組立体が、一対の隔離層と、これら隔離層間に介在する膜状電極組立体とを具備し、この膜状電極組立体は一対の電極と、電極間に介在するイオン交換膜とを具備し、これら電極が電極と関係する電気触媒を有し、この電気触媒は電気化学作用領域を画定し、前記隔離層のそれぞれが、前記電気化学作用領域と重なり合う反応剤部分と、前記電気化学作用領域と重なり合わない残り部分とを具備し、前記隔離層のそれぞれが反応剤流れ入口部と、反応剤流れ出口部と、前記反応剤流れ入口部から前記反応剤流れ出口部まで流体反応剤流れを方向付けるために前記電極の一つと流体的に連通する少なくとも一つの反応剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの反応剤流れ経路の主要部分は隔離層の前記反応剤部分に配置され、前記隔離層の少なくとも一つがさらに具備する少なくとも一つの冷却剤流れ入口部と、少なくとも一つの冷却剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの冷却剤流れ入口部から前記少なくとも一つの冷却剤流れ出口部まで冷却剤流れを方向付けるための少なくとも一つの冷却剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が隔離層の前記残り部分にのみ配置され、かつ少なくとも一つの反応剤流れ経路から流体的に隔離される。隔離層が一つもしくはより多数の別個の材料層を有しうる。好ましい実施態様においては、前記少なくとも一つの前記隔離層が、実質的に流体不浸透であって互いに対向する主要平坦面を有する板を具備する。板の材料は導電性であって、かつ多孔性でないのが好ましい。好ましい実施態様においては、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記主要平坦面に対してほぼ平行に延びる。前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備する。同様に、少なくとも一つの反応剤流れ経路が、板の表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備してもよい。従って、板は冷却剤用溝もしくは反応剤用溝を有しうるか、これら両方が板に形成されてもよい。好ましい実施態様においては、前記隔離層の一つが、反応剤部分の実質的に流体不浸透の板と前記膜状電極組立体との間に介在する多孔性層を具備し、前記少なくとも一つの反応剤流れ経路が前記多孔性層の孔を具備する。多孔性層に対面する板の表面は実質的に平滑であるかもしくは上述されるように板に形成される反応剤流れの溝を有しても良い。多孔性層は、反応剤の流れを促進するために、反応剤流れの入口部と出口部との間に層に形成される、溝、グルーブ、穿孔、もしくはそのような他の構造物を任意に有しても良い。多孔性層は導電性であるのが好ましい。例えば、適切な材料には炭素繊維紙および導電性もしくは導電性材料で部分的に満たされるのが好ましい非導電性のウェブ、メッシュ、織物が含まれる。さらなる実施態様では、隔離層の残り部分が多孔性層を具備しても良く、かつ前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が少なくとも一つの冷却剤流れコンジットもしくは中空の管を具備し、このコンジットが前記多孔性層を介して延び、かつ前記冷却剤流れ入口部と前記冷却剤流れ出口部とに流体的に接続されている。コンジットもしくは管は実質的に流体不浸透の壁を具備する。変更可能な実施態様では、冷却剤の経路が残り部分にのみ配置されて反応剤の経路から流体的に隔離されることを条件として、冷却剤の流れ経路が多孔性層の孔を具備しても良い（従って、冷却剤は多孔性層内を流れうる）。上述した実施態様では、例えば冷却剤および反応剤の流れの入口部と出口部とが、隔離層に形成された開口部（内部のマニホルド開口部）を具備してもよく、もしくは隔離層の端部と隔離層の端部に取り付けられた外部マニホルドとの間に界面を具備しても良い。変更可能な実施態様では、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が一方の前記主要平坦面から他方の前記主要平坦面まで前記隔離層の板を介して延び、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記主要平坦面に対してほぼ垂直に延びる。従って、隔離層の残り部分の厚さ部分を介して延びる少なくとも一つの開口部が存在しても良く、この開口部を介して冷却剤の流れが方向付けられる。前記残り部分が互いに隣り合わない複数の領域を具備し、互いに隣り合わない複数の領域のいくつかは反応剤部分に取り囲まれる。反応剤および冷却剤の一体型流体流れ領域層を具備する電気化学燃料電池積層体が複数の燃料電池と、隣接する燃料電池の各対の間に介在する隔離層とを具備し、前記燃料電池のそれぞれが、一対の電極と、これら電極間に介在するイオン交換膜とを具備する膜状電極組立体を具備し、これら電極は電極に関連する電気触媒を有し、この電気触媒は電気化学作用領域を画定し、前記隔離層のそれぞれが、燃料電池の前記対の各側に電気化学作用領域と重なり合う反応剤部分と、前記電気化学作用領域と重なり合わない残り部分とを具備し、前記隔離層のそれぞれが第一の反応剤流れ入口部と、第一の反応剤流れ出口部と、前記第一の反応剤流れ入口部から前記第一の反応剤流れ出口部まで第一の反応剤流れを方向付けるために燃料電池の前記対の第一の燃料電池の電極と流体的に連通する少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路の主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記隔離層のそれぞれが第二の反応剤流れ入口部と、第二の反応剤流れ出口部と、前記第二の反応剤流れ入口部から前記第二の反応剤流れ出口部まで第二の反応剤流れを方向付けるために燃料電池の前記対の第二の燃料電池の電極と流体的に連通する少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路とをさらに具備し、前記少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路の主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記隔離層のそれぞれが少なくとも一つの冷却剤流れ入口部と、少なくとも一つの冷却剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの冷却剤流れ入口部から前記少なくとも一つの冷却剤流れ出口部まで冷却剤流れを方向付けるための少なくとも一つの冷却剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が隔離層の前記残り部分にのみ配置され、前記第一および第二の反応剤流れ経路から流体的に隔離される。隔離層は、隣接する燃料電池の各対の間に介在する一つもしくはより多数の別個の材料の層を具備しても良い。好ましい実施態様においては、前記隔離層のそれぞれが、実質的に流体不浸透であって互いに対向する主要平坦面を有する板を具備する。好ましい実施態様においては、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が隔離層の前記主要平坦面に対してほぼ平行に延びる。前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面の少なくとも一つに形成された少なくとも一つの溝を具備する。前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路が前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備し、前記少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路が前記板の前記互いに対向する面に形成された少なくとも一つの溝を具備する。さらに詳細に上述されるように、前記隔離層が、前記板と前記第一の燃料電池との間に介在する多孔性層をさらに具備し、前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路が前記多孔性層の孔を具備する。隔離層の残り部分もまた多孔性層を具備しても良い。前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が少なくとも一つの冷却剤流れコンジットを具備し、この冷却剤流れコンジットは前記多孔性層を介して延びかつ前記冷却剤流れ入口部と前記冷却剤流れ出口部とに流体的に接続されている。変更可能な実施態様では、冷却剤の経路が残り部分にのみ配置されて反応剤の経路から流体的に隔離されることを条件として、冷却剤の経路は多孔性層の孔を具備しても良い。変更可能な実施態様では、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、一方の前記主要平坦面から他方の前記主要平坦面まで各隔離層の前記板を介して延び、前記少なくとも一つの冷却剤流れが前記主要平坦面に対してほぼ垂直に延びる。従って、積層体の隔離層のそれぞれの残り部分の厚さ部分を介して延びる整列された開口部は冷却剤の流れが方向付けられる通路を形成する。前記残り部分が互いに隣り合わない複数の領域を具備する。互いに隣り合わない複数の領域のいくつかは隔離層の反応剤部分に取り囲まれ、それにより、冷却剤の経路が、膜状電極組立体の作用領域を介して垂直に延びるようになってもよい。上述される実施態様のいくつかにおいては、燃料電池組立体は「プラーク（ｐｌａｑｕｅ）」組立体であってもよく、「プラーク」組立体では二つもしくはより多数の膜状電極組立体が並行関係（並列）で平面に配置される。この場合には、各隔離層の反応剤部分が互いに隣り合わない複数の領域を具備し、これら各領域は並列の膜状電極組立体の一つの電気化学作用領域と重なり合う。或る実施態様では、隔離層の残り部分が隔離層の反応剤部分から電気的に独立するのが望ましい。上述される実施態様のいくつかにおいては、冷却剤は液体もしくは気体であってもよい。適切な冷却剤には水および空気が含まれる。限定されるものではないが、他の適切な冷却剤にはグリコール含有液体および、鉱油およびシリコーン油などの誘電性流体が含まれる。図面の簡単な説明図１ａは一対の流体流れ領域板を具備した通常（従来技術）の電気化学燃料電池組立体の側断面図である。図１ｂは多孔性導電性シート材料の層に形成された反応剤溝を伴う一対の隔離板を具備した通常（従来技術）の電気化学燃料電池組立体の側断面図である。図２は二つの流体流れ領域板の間に介在する膜状電極組立体を示す通常（従来技術）の固体ポリマー燃料電池積層体の部分分解等角図である。図３ａから図３ｃまでは通常（従来技術）の燃料電池積層体に見られる繰り返し燃料電池ユニットの三つの異なる構成を示す側断面図である。図４は隣接した一対の燃料電池プラーク組立体の間に介在する反応剤および冷却剤の一体型流体流れ層を伴う燃料電池積層体の等角図である。図５は図４の燃料電池積層体の一部分の分解等角図である。図６は隣接した燃料電池膜状電極組立体の間に介在する単一の反応剤および冷却剤の一体型流体流れ層を伴う燃料電池積層体の一部分の分解等角図である。図７は隣接した一対の燃料電池膜状電極組立体の間に介在する単一の反応剤および冷却剤の一体型流体流れ層を伴う燃料電池積層体の部分分解略等角図であり、冷却剤流れ経路が、積層された組立体の主要平坦面にほぼ垂直な積層体を介して延びている。発明の詳細な説明はじめに図１ａでは、通常（従来技術）の電気化学燃料電池組立体１０が、流体不浸透の板１４、１６の間に介在する膜状電極組立体１２を有する。膜状電極組立体１２は、アノード２０とカソード３０という二つの電極の間に介在するイオン交換膜１８から構成される。通常の燃料電池では、アノード２０とカソード３０とが、例えば炭素繊維用紙もしくは炭素布のような多孔性導電性材料２２、３２の層をそれぞれ有する。多孔性導電性材料２２、３２の層は、これらに関連する電気触媒材料を有する。電気触媒材料は、イオン交換膜１８の界面にある電極２０、３０の表面にある薄い層２４、３４内に通常は配置される。電気触媒の場所は燃料電池組立体１０の電気化学作用領域を画定する。板１４、１６は開放面を有する少なくとも一つの溝１４ａ、１６ａをそれぞれ有し、これら溝は膜状電極組立体１２に対面する表面に形成される。燃料電池組立体が電極２０、３０と協動する表面に対して組み立てられると、溝１４ａ、１６ａは流体の酸化剤流れ用および燃料流れ用の反応剤流れ経路をそれぞれ画定する。図１ｂは通常（従来技術）の電気化学燃料電池組立体１１０を示しており、電気化学燃料電池組立体１１０は流体不浸透の板１１４、１１６の間に介在する膜状電極組立体１１２を有する。膜状電極組立体１１２は、アノード１２０とカソード１３０という二つの電極の間に介在するイオン交換膜１１８から構成される。これら二つの電極は多孔性導電性材料からなる層１２２、１３２と、電気触媒材料からなる薄い層１２４、１３４とをそれぞれ有する。流体不浸透の板１１４、１１６は実質的に平滑な表面を有する。多孔性層１２２、１３２は板１１４、１１６に対面する表面に形成されたグルーブもしくは溝１２２ａ、１３２ａをそれぞれ任意に有する。燃料電池組立体が板１１４、１１６の協動する表面に対して組み立てられると、溝１３２ａ、１２２ａは流体の酸化剤流れ用および燃料流れ用の反応剤流れ経路をそれぞれ画定する。流体反応剤流れは多孔性層１２２、１３２の孔（interstice）内にも流れることができる。図２は通常（従来技術）の燃料電池積層体２００を図示しており、一対の端板組立体２０２、２０４と、複数の積層された燃料電池組立体２１０とを有する。固定ナット２０７を用いて積層体２００を組立られた状態に保持して固定するために、タイロッド２０６は端板組立体２０２、２０４間に延びる。固定ナット２０７と端板２０２との間に介在するタイロッド２０６にネジ山を付けられたバネ２０８は、積層体に対して長手方向に弾性圧縮力を適用する。流体の反応剤および冷却剤の流れは、端板組立体２０４内の入口ポートと出口ポート（図示しない）とを介して、積層体２００の内部のマニホルドおよび経路へ供給され、かつ排出される。積層体２００を構成する個々の燃料電池組立体２１０からなる繰り返しユニットの詳細は、図２の分解状態で示される。各燃料電池組立体２１０は、カソード用流れ領域板２１４と、アノード用流れ領域板２１６と、これら板２１４、２１６間に介在する膜状電極組立体２１２とを有する。膜状電極組立体２１２は、アノードとカソード（詳細は図示しない）という二つの電極間に介在するイオン交換膜から構成される。膜状電極組立体２１２の電気化学作用領域２１３は薄膜−電極界面の両方に配置された電気触媒（図示しない）を有する。カソード用流れ領域板２１４は開放面を有する複数の溝２１４ａを有し、この溝は膜状電極組立体２１２に対面する面に形成される。溝２１４ａは、電気化学作用領域２１３と重なり合う板２１４の一部分を横切り、かつ酸化剤流れ入口マニホルド開口部２１５から酸化剤流れ出口マニホルド開口部（図示しない）まで延びる。これら開口部は板２１４の対角線上の反対のコーナーに形成される。同様に、アノード用流れ領域板２１６は開放面を有する複数の溝（図示しない）を有し、この溝は膜状電極組立体２１２に対面する面に形成される。この溝は燃料流れ入口マニホルド開口部２１７から燃料流れ出口マニホルド開口部２１９まで延びており、電気化学作用領域２１３と重なり合う板２１６の一部分を横切る。カソード用板２１４も開放面を有する複数の溝（図示しない）を有し、互いに対向する面に形成される（膜状電極組立体２１２から離れて対面する）。燃料電池組立体が隣のアノード用流体流れ領域板２１６ａの協動する表面に対して組み立てられると、入口マニホルド開口部２２１から出口マニホルド開口部（図示しない）まで方向付けるために溝は冷却剤流れ経路を画定する。この溝は電気化学作用領域２１３と重なり合う板２１４の一部分を横切る。積層体２００が組み立てられて圧縮された状態で固定されると、内部の燃料、酸化剤および冷却剤のマニホルドと経路とが、板および／または膜状電極組立体の封止部によって互いに流体的に隔離される。図３ａから図３ｃは通常（従来技術）の燃料電池積層体で見られる燃料電池組立体繰り返しユニットの三つの構成例を示す側断面図である。図３ａは、三つの板が膜状電極組立体ごとに採用される構成を示す。各燃料電池組立体繰り返しユニット３１０は膜状電極組立体３１２を有し、この膜状電極組立体３１２は、実質的に流体不浸透であって酸化剤および燃料の一対の流体流れ領域板３１４、３１６の間に介在する。冷却剤の流体流れ領域板３４０は燃料および酸化剤のそれぞれの流体流れ領域板の間に介在する。図３ｂは、図２に示す燃料電池積層体２００のように、膜状電極組立体ごとに二つの板が採用される構成を示す。各燃料電池組立体繰り返しユニット４１０は膜状電極組立体４１２を有し、この膜状電極組立体４１２は実質的に流体不浸透の燃料の流体流れ領域板４１６と、結合された酸化剤−冷却剤の流体流れ領域板４４０との間に介在し、この板４４０も流体不浸透であるのが好ましい。冷却剤経路４４０ｂは、板４４０の膜状電極組立体４１２から離れて対面する表面に設けられる。図３ｃに示す構成においては、各膜状電極組立体５１２が、実質的に流体不浸透であって酸化剤および燃料の一対の流体流れ領域板５１４、５１６の間に介在する。冷却剤流体流れ領域板５４０は酸化剤と燃料の流体流れ領域板５１４、５１６の間に介在する。従って、各燃料電池組立体繰り返しユニット５１０は、二つの膜状電極組立体５１２と、二つの酸化剤用流体流れ領域板５１４と、二つの燃料用流体流れ領域板５１６と、単一の冷却剤用流体流れ領域板５４０とを有する。上述されて図３ａから図３ｃに示された通常の各配置においては、別個の「冷却層」が積層された組立体に設けられ、冷却剤の流れは反応剤とは異なる面と、燃料電池電極および反応剤経路と重なり合う経路とを流れる。これら通常の配置において、反応剤および冷却剤の流れ経路を隔離する板材料が十分に厚くなく、かつわずかに流体浸透であるか欠陥を有する場合には、冷却剤および反応剤の流体は互いに接触する場合があり、これは一般的には好ましくない。さらに、冷却剤は燃料電池の膜状電極組立体の電気触媒と接触するかもしれず、特に冷却剤が水もしくは空気以外の物質である場合には、実施するのが有害であり、燃料電池に損傷を引き起こしうる。図４は燃料電池積層体６００を示し、個々の積層された燃料電池組立体は反応剤および冷却剤の一体型流体流れ領域層を有する。燃料電池積層体６００は端板組立体６０２、６０４と、端板組立体６０２、６０４との間に介在する複数の燃料電池組立体６１０とを有する。各燃料電池組立体は、一方の面に形成された燃料流れ経路を有する単一の流体流れ領域板と、他方の面に形成された酸化剤流れ経路と、両方の面に形成された冷却剤流れ経路とを有する（図５）。圧縮バンド６０５は、積層体６００を組み立てられた状態で保持して固定するために、端板組立体６０２、６０４と燃料電池組立体６１０との周りに剛固に延びる。燃料電池積層体６００の図示された実施態様においては、流体の反応剤と冷却剤とが、中央流体分配板６０３を介して積層体６００の内部のマニホルドと経路とに供給されかつ排出される。図５は、繰り返しユニット６１１を示す図４の燃料電池積層体６００の一部分の分解等角図である。プラーク燃料電池組立体６６０は、実質的に同一の二つの流体流れ領域板６５０の間に介在する。プラーク燃料電池組立体６６０は、並行関係（並列）で同一面に配置された二つの膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂを有する。膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂは、アノードおよびカソード（詳細は示さない）という二つの多孔性導電性電極層の間に介在するイオン交換膜をそれぞれ有する。膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂの電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂには、薄膜−電極界面の両方に配置された電気触媒（図示しない）がそれぞれ存在する。イオン交換膜は破線６１８ａ、６１８ｂで示すように電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂをわずかに越えて広がるのが好ましい。膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂは複数層のプラスチック製フレームもしくはガスケット６７０に取り囲まれるのが好ましい。ガスケットに取り囲まれた膜状電極組立体の例は米国特許第５４６４７００号明細書に開示され、この全体がここでは参照により組み入れられる。流体流れ領域板６５０のそれぞれの上面（図５に示すような）は、開放面を有する二組の、上面に形成された溝６５６ａ、６５６ｂを有する。溝６５６ａ、６５６ｂの組は、電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂと重なり合う板６５０の一部分をそれぞれ横切る。溝６５６ａは、隣接する膜状電極組立体６１２ａの下面にある電極（カソード）と流体的に連通する酸化剤の流れを方向付けるために、酸化剤流れ入口マニホルド開口部６１５ａから酸化剤流れ出口マニホルド開口部６２５ａまで延びる。同様に、溝６５６ｂは、隣接する膜状電極組立体６１２ｂの下面にある電極と流体的に連通する酸化剤の流れを方向付けるために、酸化剤流れ入口マニホルド開口部６１５ｂから酸化剤流れ出口マニホルド開口部６２５ｂまで延びる。流体流れ領域板６５０のそれぞれの下面（図５に示すような）も、開放面を有する二組の、下面に形成された同様な溝を有する。第一の組は、隣の繰り返しユニットの隣接する膜状電極組立体（図示しない）の上面にある電極（アノード）と流体的に連通する燃料の流れを方向付けるために、燃料流れ入口マニホルド開口部６１７ａから燃料流れ出口マニホルド開口部６１９ａまで延びる。溝の第二の組は、隣接する膜状電極組立体の上面にある電極と流体的に連通する燃料の流れを方向付けるために、燃料流れ入口マニホルド開口部６１７ｂから燃料流れ出口マニホルド開口部６１９ｂまで延びる。従って、燃料流れの溝の第一および第二の組は、電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂと重なり合う板６５０の一部分をそれぞれ横切る。図示される実施態様においては、各板６５０の両面には冷却剤流れの溝６６６が設けられる。この溝６６６は、冷却剤流れ入口マニホルド開口部６２１から冷却剤流れ出口マニホルド６２３開口部まで延び、かつ電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂと重なり合わない板６５０の一部分に配置される。板６５０は実質的に流体不浸透であって、組み立てられた燃料電池積層体６００においては、燃料、酸化剤および冷却剤のマニホルドと経路とが種々の封止機構によって互いに流体的に隔離される。例えば、溝６６６内を流れる冷却剤を溝６５６ａ、６５６ｂを流れる酸化剤から流体的に隔離するために、板６５０のそれぞれの封止部６７５は燃料電池プラーク組立体６６０の隣接するプラスチック製フレーム６７０と協動する。図示される実施態様においては、板６５０のそれぞれに形成された開口部と対応する八つの流体マニホルド開口部がプラスチック製フレーム６７０に形成される。組み立てられた積層体では、反応剤および冷却剤の流体を供給および排出するために、整列された流体マニホルド開口部が内部のマニホルドもしくは母管を形成する。板６５０は導電性であって、それにより同一の燃料電池プラーク組立体６１０内にある膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂの並列のアノードとカソードとが板によって電気的に並列に接続され、隣接する積層されたプラーク組立体内の重ね合わされた電池が板によって直列で（一つの層から次の層へ）電気的に接続されるようになるのが好ましい。図５に示される実施態様における、反応剤の流体のマニホルドに関しては、隔離した反応剤の供給用および排出用の母管がプラーク内の各電池に設けられる。隣接する積層されたプラーク組立体の重ね合わされた電池には共通の母管を介して反応剤（並列状態で）が供給される。変更可能な多くの電気的接続方法、流体的接続方法、および積層されたプラーク組立体に配置された燃料電池への反応剤の供給方法が存在する。これらのうちのいくつかは、米国特許第４６９９８５３号、第５０６９９８５号明細書に開示され、これら全体がここでは参照により組み入れられる。図６は繰り返しユニット７１１を示す燃料電池積層体（図４から図５の積層体６００と同様である）の一部分の分解等角図である。燃料電池組立体７６０は実質的に同一の二つの流体流れ領域板７５０間に介在する。燃料電池組立体７６０は単一の膜状電極組立体７１２を有しており、この膜状電極組立体７１２は、アノードとカソード（詳細は示さない）という多孔性の二つの導電性電極層間に介在するイオン交換膜を有する。膜状電極組立体７１２の電気化学作用領域７１３には、薄膜−電極界面の両方に配置された電気触媒（図示しない）が存在する。イオン交換膜は破線７１８で示すように電気化学作用領域７１３をわずかに越えて広がるのが好ましい。膜状電極組立体７１２は複数層のプラスチック製フレームもしくはガスケット７７０に取り囲まれるのが好ましい。流体流れ領域板７５０のそれぞれの上面（図６に示すような）は、開放面を有する複数の、上面に形成された溝７５６を有する。溝７５６は、電気化学作用領域７１３と重なり合う板７５０の一部分を横切る。溝７５６は、隣接する膜状電極組立体７１２の下面にある電極（カソード）と流体的に連通する酸化剤の流れを方向付けるために、酸化剤流れ入口マニホルド開口部７１５から酸化剤流れ出口マニホルド開口部７２５まで延びる。流体流れ領域板７５０のそれぞれの下面（図６に示すような）は、開放面を有する、下面に形成された同様な溝（図示しない）を有し、この溝は、隣接する膜状電極組立体の上面にある電極（アノード）と流体的に連通する燃料の流れを方向付けるために、燃料流れ入口マニホルド開口部７１７から燃料流れ出口マニホルド開口部まで延びる。燃料流れの溝もまた電気化学作用領域７１３と重なり合う板７５０の一部分を横切る。図示される実施態様においては、各板７５０の両面には冷却剤流れの溝７６６ａ、７６６ｂが設けられる。これら溝７６６ａ、７６６ｂは、冷却剤流れ入口マニホルド開口部７２１ａ、７２１ｂから冷却剤流れ出口マニホルド開口部７２３ａ、７２３ｂまでそれぞれ延び、かつ電気化学作用領域７１３と重なり合わない板７５０の一部分に配置される。板７５０は実質的に流体不浸透であって、組み立てられた燃料電池積層体７００においては、燃料、酸化剤および冷却剤のマニホルドと経路とが種々の封止機構によって互いに流体的に隔離される。例えば、溝７６６ａ、７６６ｂ内を流れる冷却剤を溝７５６を流れる酸化剤から流体的に隔離するために、板７５０の封止部７７５は燃料電池組立体７６０の隣接するプラスチック製フレーム７７０と協動する。図示される実施態様においては、板７５０のそれぞれに形成された開口部と対応する流体マニホルド開口部がプラスチック製フレーム７７０に形成される。組み立てられた積層体では、反応剤および冷却剤の流体を供給および排出するために、整列された流体マニホルド開口部が内部のマニホルドもしくは母管を形成する。先の場合と同様に、板７５０は導電性であって、それにより隣接する積層された燃料電池組立体の電池が板によって直列で（一つの層から隣の層へ）電気的に接続されるようになるのが好ましい。図４から図６に示される実施態様においては、冷却剤流れの経路が板の主要平坦面と、膜状電極組立体の主要平坦面とに対してほぼ平行して延びる。図７は燃料電池積層体８００の単純化された略等角図を示しており、図７においては冷却剤流れ経路が各隔離層の厚さ部分を介して一つの主要平坦面から他の主要平坦面へと延びており、従って冷却剤流れ経路は主要平坦面に対してほぼ垂直に延びる。燃料電池積層体８００は端板組立体８０２、８０４と、端板組立体８０２、８０４との間に介在する複数の燃料電池組立体８１０とを有する。燃料電池組立体８１０の各繰り返しユニットは、単一の流体流れ領域板と、膜状電極組立体（詳細は示さない）とを有する。繰り返しユニット８１０の各流体流れ領域板の上面（図７に示すような）は、開放面を有する少なくとも一つの、上面に形成された酸化剤流れの溝を有する。この溝は、隣接する膜状電極組立体の電気化学作用領域と重なり合う板の一部分を横切る。そのような酸化剤流れの溝８５６の一部分は板８５０内に示されており、かつ酸化剤流れ入口マニホルド開口部８１５から酸化剤流れ出口マニホルド開口部８２５まで延びる。流体流れ領域板８５０のそれぞれの下面（図７に示すような）もまた、開放面を有する同様な溝を下面内に有し、この溝は燃料流れ入口マニホルド開口部８１７から燃料流れ出口マニホルド開口部８１９まで延びる。組み立てられた積層体では、流体流れ領域板の溝に反応剤を供給および排出するために、整列された反応剤の流体マニホルド開口部が内部のマニホルドもしくは母管を形成する。流体反応剤流れは、酸化剤の入口ポート８８０および出口ポート８８２を介して、および端板８０４では燃料の入口ポート８８４および出口ポート８８６を介して、これら内部のマニホルドへそれぞれ供給されかつ排出される。図示される燃料電池積層体８００においては、流体流れ領域板８５０の表面は表面に形成される冷却剤流れの溝を有しない。繰り返しユニット８１０の厚さ部分を介して延びる整列された開口部８２１は、相互接続された冷却剤経路８６６を形成する。この冷却剤経路８６６を介して冷却剤の流れが、積層された組立体８１０の主要平坦面に対してほぼ垂直に方向付けられる。従って、冷却剤流れの経路は、各隔離層を介して、主要平坦面のうちの一つにある冷却剤流れの入口から他の主要平坦面の出口まで延び、かつ隣接する膜状電極組立体の電気化学作用領域と重なり合わない層の一部分に配置される。冷却剤経路８６６はまた、各膜状電極組立体を取り囲むプラスチック製フレームを介して延びるのが好ましい。図示された実施態様においては、冷却剤が積層体の二つの面にある四つの通路内の積層体を介して上方および下方へ方向付けられるよう冷却剤経路８６６は構成される。端板８０２、８０４は、図７において矢印で示されるように積層体を介して上方および下方に方向を変えるよう構成される。冷却剤の流れは、端板組立体８０４の冷却剤の入口ポート８８８ａ、８８８ｂを介して供給され、および冷却剤の出口ポート８９０ａ、８９０ｂを介して排出される。先の場合と同様に、板８５０は実質的に流体不浸透であって、組み立てられた燃料電池積層体においては、燃料、酸化剤および冷却剤のマニホルドと経路とが種々の封止機構（図示しない）によって互いに流体的に隔離されるのが好ましい。板８５０も導電性であって、それにより隣接する積層された燃料電池組立体の電池が板によって直列で（一つの層から次の層へ）電気的に接続されるようになるのが好ましい。図４から図７に示される実施態様においては、流体流れ領域板が高い熱伝導性を有し、それにより熱が、膜状電極組立体の電気化学作用領域と重なり合う領域から冷却剤流れの経路を有する領域へと板を介して横方向に伝導される。実際には、膜状電極組立体の形状および寸法と、反応剤および冷却剤の流れ経路の構成とは、作用時に、燃料電池積層体の各燃料電池の全ての電気化学作用領域を横切って適切な冷却作用が得られるように選択される。好ましい構成は、好ましい作用状況、隔離層材料の熱伝導率、冷却剤の特性、および必要な電力と電圧とを含む多くの要因に応じて定まる。本発明の特別の要素、実施態様、および適用例が図示されかつ開示されているが、変更例は当業者によって形成されうるので、本発明はこれら特別の要素、実施態様、および適用例に制限されるものではないことが当然に理解される。それゆえ、添付される請求の範囲は、本発明の精神と範囲とに含まれるこれら特徴を組み入れた変更例を保護することができると予想される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年１月１９日（１９９９．１．１９）【補正内容】国際出願明細書第２頁典型的な燃料電池においては、ＭＥＡは二つの隔離層の間に配置される。各隔離層は概して、実質的に流体不浸透の導電性隔離板と、この隔離板と電気触媒を含む電極との間に介在する多孔性導電性材料の層とを具備する。多孔性導電性材料はＭＥＡに固定されてもよい。板は電流収集体として作用し、膜状電極組立体に支持作用を提供する。典型的には板は、少なくとも一つの流れ経路を備えた流体流れ領域板であって、この流れ経路は燃料もしくは酸化物を、燃料側のアノードおよび酸化剤側のカソードというそれぞれの電極に方向付けるために板に形成される。いくつかの固体ポリマー燃料電池においては、溝は隔離板の表面には設けられず、反応剤は多孔性層にある経路を介して方向付けられる。この多孔性層は、例えば多孔性層に形成された溝もしくはグルーブを有するか、または相互接続された多孔性材料の単なる細穴または孔であってもよい。そのような燃料電池の例は米国特許第５２５２４１０号明細書の例えば第三コラムの第４２行目から第五コラムの第２７行目および図３に開示される。アノードにおいては、流体燃料の流れが多孔性層を介して移動し、アノードの電気触媒部分において酸化される。カソードにおいては、流体酸化剤の流れが多孔性層を介して移動し、カソードの電気触媒部分において還元される。イオン交換膜は一方の電極から他方の電極へとイオンを導き、アノード側の燃料の流れをカソード側の酸化剤の流れから実質的に隔離する。二つもしくはより多数の燃料電池は、組立体の全体の電力出力を増大せしめるために通常は直列で、ときおり並列に互いに接続されうる。燃料電池は個々の燃料電池組立体を積層することによる燃料電池積層体内で、一般的には直列に電気的に接続される。そのような直列に接続された燃料電池積層体においては、与えられた隔離板の一側がーの電池のアノード用板としての役目を果たすことができ、前記板の他側が隣接する電池のカソード用板としての役目を果たすことができる。国際出願明細書第18頁図５は、繰り返しユニット６１１を示す図４の燃料電池積層体６００の一部分の分解等角図である。プラーク燃料電池組立体６６０は、実質的に同一の二つの流体流れ領域板６５０の間に介在する。プラーク燃料電池組立体６６０は、並行関係（並列）で同一面に配置された二つの膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂを有する。膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂは、アノードおよびカソード（詳細は示さない）という二つの多孔性導電性電極層の間に介在するイオン交換膜をそれぞれ有する。膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂの電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂには、薄膜−電極界面の両方に配置された電気触媒（図示しない）がそれぞれ存在する。イオン交換膜は破線６１８ａ、６１８ｂで示すように電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂをわずかに越えて広がるのが好ましい。膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂは複数層のプラスチック製フレームもしくはガスケット６７０に取り囲まれるのが好ましい。ガスケットに取り囲まれた膜状電極組立体の例は米国特許第５４６４７００号明細書の例えば図２と、図４と、図６と図８および第二コラムの第６３行目から第三コラムの第６１行目までに開示される。流体流れ領域板６５０のそれぞれの上面（図５に示すような）は、開放面を有する二組の、上面に形成された溝６５６ａ、６５６ｂを有する。溝６５６ａ、６５６ｂの組は、電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂと重なり合う板６５０の一部分をそれぞれ横切る。溝６５６ａは、隣接する膜状電極組立体６１２ａの下面にある電極（カソード）と流体的に連通する酸化剤の流れを方向付けるために、酸化剤流れ入口マニホルド開口部６１５ａから酸化剤流れ出口マニホルド開口部６２５ａまで延びる。同様に、溝６５６ｂは、隣接する膜状電極組立体６１２ｂの下面にある電極と流体的に連通する酸化剤の流れを方向付けるために、酸化剤流れ入口マニホルド開口部６１５ｂから酸化剤流れ出口マニホルド開口部６２５ｂまで延びる。流体流れ領域板６５０のそれぞれの下面（図５に示すような）も、開放面を有する二組の、下面に形成された同様な溝を有する。第一の組は、隣の繰り返しユニットの隣接する膜状電極組立体（図示しない）の上面にある電極（アノード）と流体的に連通する燃料の流れを方向付けるために、燃料流れ入口マニホルド開口部６１７ａから燃料流れ出口マニホルド開口部６１９ａまで延びる。溝の第二の組は、隣接する膜状電極組立体の上面にある電極と流体的に連通する燃料の流れを方向付けるために、燃料流れ入口マニホルド開口部６１７ｂから燃料流れ出口マニホルド開口部６１９ｂまで延びる。従って、燃料流れの溝の第一および第二の組は、電気化学作用領域６１３ａ、６１３ｂと重なり合う板６５０の一部分をそれぞれ横切る。国際出願明細書第20頁板６５０は導電性であって、それにより同一の燃料電池プラーク組立体６１０内にある膜状電極組立体６１２ａ、６１２ｂの並列のアノードとカソードとが板によって電気的に並列に接続され、隣接する積層されたプラーク組立体内の重ね合わされた電池が板によって直列で（一つの層から次の層へ）電気的に接続されるようになるのが好ましい。図５に示される実施態様における、反応剤の流体のマニホルドに関しては、隔離した反応剤の供給用および排出用の母管がプラーク内の各電池に設けられる。隣接する積層されたプラーク組立体の重ね合わされた電池には共通の母管を介して反応剤（並列状態で）が供給される。変更可能な多くの電気的接続方法、流体的接続方法、および積層されたプラーク組立体に配置された燃料電池への反応剤の供給方法が存在する。これらのうちのいくつかは、米国特許第４６９９８５３号、第５０６９９８５号明細書に開示される。図６は繰り返しユニット７１１を示す燃料電池積層体（図４から図５の積層体６００と同様である）の一部分の分解等角図である。燃料電池組立体７６０は実質的に同一の二つの流体流れ領域板７５０間に介在する。燃料電池組立体７６０は単一の膜状電極組立体７１２を有しており、この膜状電極組立体７１２は、アノードとカソード（詳細は示さない）という多孔性の二つの導電性電極層間に介在するイオン交換膜を有する。膜状電極組立体７１２の電気化学作用領域７１３には、薄膜−電極界面の両方に配置された電気触媒（図示しない）が存在する。イオン交換膜は破線７１８で示すように電気化学作用領域７１３をわずかに越えて広がるのが好ましい。膜状電極組立体７１２は複数層のプラスチック製フレームもしくはガスケット７７０に取り囲まれるのが好ましい。国際出願明細書第25頁図４から図７に示される実施態様においては、流体流れ領域板が高い熱伝導性を有し、それにより熱が、膜状電極組立体の電気化学作用領域と重なり合う領域から冷却剤流れの経路を有する領域へと板を介して横方向に伝導される。実際には、膜状電極組立体の形状および寸法と、反応剤および冷却剤の流れ経路の構成とは、作用時に、燃料電池積層体の各燃料電池の全ての電気化学作用領域を横切って適切な冷却作用が得られるように選択される。好ましい構成は、好ましい作用状況、隔離層材料の熱伝導率、冷却剤の特性、および必要な電力と電圧とを含む多くの要因に応じて定まる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｅ (72)発明者ウォズニックツカ，ボガスローカナダ国，ブリティッシュコロンビアブイ３ケー６エイチ９，コクイットラム，スクールハウスストリート 306 (72)発明者チャン，ジョンカキカナダ国，ブリティッシュコロンビアブイ６ピー１エイチ６，バンクーバー, ウエストフィフティーセカンドアベニュ 1488

Claims

【特許請求の範囲】１．電気化学燃料電池組立体が、一対の隔離層と、該一対の隔離層間に介在する膜状電極組立体とを具備し、該膜状電極組立体は一対の電極と、電極間に介在するイオン交換膜とを具備し、これら電極が電極と関係する電気触媒を有し、該電気触媒は電気化学作用領域を画定し、前記隔離層のそれぞれが、前記電気化学作用領域と重なり合う反応剤部分と前記電気化学作用領域と重なり合わない残り部分とを具備し、前記隔離層のそれぞれが反応剤流れ入口部と、反応剤流れ出口部と、前記反応剤流れ入口部から前記反応剤流れ出口部まで流体反応剤流れを方向付けるために前記電極の一つと流体的に連通する少なくとも一つの反応剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの反応剤流れ経路の主要部分は前記反応剤部分に配置され、前記隔離層の少なくとも一つが少なくとも一つの冷却剤流れ入口部と、少なくとも一つの冷却剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの冷却剤流れ入口部から前記少なくとも一つの冷却剤流れ出口部まで冷却剤流れを方向付けるための少なくとも一つの冷却剤流れ経路とをさらに具備し、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記残り部分にのみ配置され、かつ少なくとも一つの反応剤流れ経路から流体的に隔離される電気化学燃料電池組立体。２．前記少なくとも一つの隔離層が、実質的に流体不浸透であって互いに対向する主要平坦面を有する板を具備する請求項１に記載の電気化学燃料電池組立体。３．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記主要平坦面に対してほぼ平行に延びるようにした請求項２に記載の電気化学燃料電池組立体。４．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項３に記載の電気化学燃料電池組立体。５．前記少なくとも一つの反応剤流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項４に記載の電気化学燃料電池組立体。６．前記少なくとも一つの前記隔離層が、前記板と前記膜状電極組立体との間に介在する多孔性層を具備し、前記少なくとも一つの反応剤流れ経路が前記多孔性層の孔を具備した請求項３に記載の電気化学燃料電池組立体。７．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が少なくとも一つの冷却剤流れコンジットを具備し、該コンジットが前記多孔性層を介して延び、かつ前記冷却剤流れ入口部と前記冷却剤流れ出口部とに流体的に接続されている請求項６に記載の電気化学燃料電池組立体。８．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が一方の前記主要平坦面から他方の前記主要平坦面まで前記板を介して延びると共に、前記主要平坦面に対してほぼ垂直に延びる請求項２に記載の電気化学燃料電池組立体。９．前記残り部分が互いに隣り合わない複数の領域を具備した請求項８に記載の電気化学燃料電池組立体。１０．電気化学燃料電池積層体が複数の燃料電池と、隣接する燃料電池の各対の間に介在する隔離層とを具備し、前記燃料電池のそれぞれが、一対の電極と、これら電極間に介在するイオン交換膜とを具備する膜状電極組立体を具備し、これら電極は電極に関連する電気触媒を有し、該電気触媒は電気化学作用領域を画定し、前記隔離層のそれぞれが、燃料電池の前記対の電気化学作用領域と重なり合う反応剤部分と、前記電気化学作用領域と重なり合わない残り部分とを具備し、前記隔離層のそれぞれが第一の反応剤流れ入口部と、第一の反応剤流れ出口部と、前記第一の反応剤流れ入口部から前記第一の反応剤流れ出口部まで第一の反応剤流れを方向付けるために燃料電池の前記対の第一の燃料電池の電極と流体的に連通する少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路の主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記隔離層のそれぞれが第二の反応剤流れ入口部と、第二の反応剤流れ出口部と、前記第二の反応剤流れ入口部から前記第二の反応剤流れ出口部まで第二の反応剤流れを方向付けるために燃料電池の前記対の第二の燃料電池の電極と流体的に連通する少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路の主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記隔離層のそれぞれが少なくとも一つの冷却剤流れ入口部と、少なくとも一つの冷却剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの冷却剤流れ入口部から前記少なくとも一つの冷却剤流れ出口部まで冷却剤流れを方向付けるための少なくとも一つの冷却剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記残り部分にのみ配置され、かつ前記第一および第二の反応剤流れ経路から流体的に隔離された電気化学燃料電池積層体。１１．前記隔離層のそれぞれが、実質的に流体不浸透であって互いに対向する主要平坦面を有する板を具備した請求項１０に記載の電気化学燃料電池積層体。１２．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記主要平坦面に対してほぼ平行に延びるようにした請求項１１に記載の電気化学燃料電池積層体。１３．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面の少なくとも一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項１２に記載の電気化学燃料電池積層体。１４．前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路が前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備し、前記少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路が前記板の前記互いに対向する面に形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項１３に記載の電気化学燃料電池積層体。１５．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面のぞれぞれに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項１４に記載の電気化学燃料電池積層体。１６．前記隔離層が、前記板と前記第一の燃料電池との間に介在する多孔性層をさらに具備し、前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路が前記多孔性層の孔を具備した請求項１２に記載の電気化学燃料電池積層体。１７．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が少なくとも一つの冷却剤流れコンジットを具備し、該冷却剤流れコンジットは前記多孔性層を介して延びかつ前記冷却剤流れ入口部と前記冷却剤流れ出口部とに流体的に接続されている請求項１６に記載の電気化学燃料電池積層体。１８．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、一方の前記主要平坦面から他方の前記主要平坦面まで前記板を介して延び、前記少なくとも一つの冷却剤流れが前記主要平坦面に対してほぼ垂直に延びる請求項１１に記載の電気化学燃料電池積層体。１９．前記残り部分が互いに隣り合わない複数の領域を具備する請求項１８に記載の電気化学燃料電池積層体。２０．前記冷却剤が液体である請求項１０に記載の電気化学燃料電池積層体。２１．前記冷却剤が気体である請求項１０に記載の電気化学燃料電池積層体。２２．電気化学燃料電池プラーク組立体が、一対の隔離層と、前記一対の隔離層の間に介在する複数の並列の燃料電池とを具備し、前記燃料電池のそれぞれが膜状電極組立体を具備し、該膜状電極組立体が一対の電極と、これら電極の間に介在するイオン交換膜とを具備し、これら電極が電極に関連する電気触媒を有し、該電気触媒は電気化学作用領域を画定し、前記一対の隔離層のそれぞれが、前記複数の電気化学作用領域と重なり合う、互いに隣り合わない複数の領域を具備する反応剤部分と、いずれの前記電気化学作用領域とも重なり合わない残りの部分とを具備し、前記一対の隔離層のそれぞれが少なくとも一つの反応剤流れ入口部と、少なくとも一つの反応剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの反応剤流れ入口部から前記少なくとも一つの反応剤流れ出口部まで流体反応剤流れを方向付けるために前記複数の電極の少なくとも一つと流体的にそれぞれ連通する複数の反応剤流れ経路とをさらに具備し、前記複数の反応剤流れ経路のそれぞれの主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記一対の隔離層の少なくとも一つが少なくとも一つの冷却剤流れ入口部と、少なくとも一つの冷却剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの冷却剤流れ入口部から前記少なくとも一つの冷却剤流れ出口部まで冷却剤流れを方向付けるための少なくとも一つの冷却剤流れ経路とをさらに具備し、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記残り部分にのみ配置されかつ少なくとも一つの反応剤流れ経路から流体的に隔離される電気化学燃料電池プラーク組立体。２３．前記少なくとも一つの隔離層が、実質的に流体不浸透であって互いに対向する主要平坦面を有する板を具備した請求項２２に記載の電気化学燃料電池プラーク組立体。２４．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項２３に記載の電気化学燃料電池プラーク組立体。２５．前記少なくとも一つの反応剤流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項２４に記載の電気化学燃料電池プラーク組立体。２６．電気化学燃料電池積層体が複数の燃料電池プラーク組立体と、隣接する燃料電池プラーク組立体の各対の間に介在する隔離層とを具備し、前記燃料電池プラーク組立体のそれぞれが、前記隔離層の間に介在する複数の並列の燃料電池とを具備し、前記燃料電池のそれぞれが膜状電極組立体を具備し、該膜状電極組立体が第一の電極と、第二の電極と、これら電極の間に介在するイオン交換膜とを具備し、前記電極のそれぞれが電極に関連する電気触媒を有し、該電気触媒は電気化学作用領域を画定し、前記隔離層のそれぞれが、前記複数の電気化学作用領域と重なり合う、互いに隣り合わない複数の領域を具備する反応剤部分と、いずれの前記電気化学作用領域とも重なり合わない残りの部分とを具備し、前記隔離層のそれぞれが少なくとも一つの第一の反応剤流れ入口部と、少なくとも一つの第一の反応剤流れ出口部と、前記第一の反応剤流れ入口部から前記第一の反応剤流れ出口部まで第一の流体反応剤流れを方向付けるために隣接する組立体の前記対の第一の燃料電池組立体の前記第一の電極の少なくとも一つと流体的にそれぞれ連通する複数の第一の反応剤流れ経路とをさらに具備し、前記少なくとも一つの第一の反応剤流れ経路の主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記隔離層のそれぞれが少なくとも一つの第二の反応剤流れ入口部と、少なくとも一つの第二の反応剤流れ出口部と、前記第二の反応剤流れ入口部から前記第二の反応剤流れ出口部まで第二の流体反応剤流れを方向付けるために隣接する組立体の前記対の第二の燃料電池組立体の前記第二の電極の少なくとも一つと流体的にそれぞれ連通する複数の第二の反応剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの第二の反応剤流れ経路の主要部分が前記反応剤部分に配置され、前記隔離層のそれぞれが少なくとも一つの冷却剤流れ入口部と、少なくとも一つの冷却剤流れ出口部と、前記少なくとも一つの冷却剤流れ入口部から前記少なくとも一つの冷却剤流れ出口部まで冷却剤流れを方向付けるための少なくとも一つの冷却剤流れ経路とを具備し、前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が前記残り部分にのみ配置されかつ前記少なくとも一つの第一および第二の反応剤流れ経路から流体的に隔離される電気化学燃料電池積層体。２７．前記隔離層のそれぞれが、実質的に流体不浸透であって互いに対向する主要平坦面を有する板を具備した請求項２６に記載の電気化学燃料電池積層体。２８．前記少なくとも一つの冷却剤流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項２７に記載の電気化学燃料電池積層体。２９．前記少なくとも一つの第一の反応剤の流れ経路が、前記板の前記表面の一つに形成された少なくとも一つの溝を具備した請求項２８に記載の電気化学燃料電池積層体。