JP2002083613A - 燃料電池のガス流路 - Google Patents
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電解質膜の乾燥、湿潤過多を抑制する燃料電
池のガス流路の提供。 【解決手段】 セパレータ面内にある上流側のセグメン
ト１のガス流路とそのすぐ下流のセグメント２のガス流
路が隣接しないように上流側のセグメント１のガス流路
とそのすぐ下流のセグメント２のガス流路はそれらより
下流側の他のセグメント５のガス流路によって隔てられ
ている燃料電池のガス流路。セパレータ面内で、隣接す
るセグメントのガス流路同士でガス流れの向きが逆に設
定されている燃料電池のガス流路。
池のガス流路の提供。 【解決手段】 セパレータ面内にある上流側のセグメン
ト１のガス流路とそのすぐ下流のセグメント２のガス流
路が隣接しないように上流側のセグメント１のガス流路
とそのすぐ下流のセグメント２のガス流路はそれらより
下流側の他のセグメント５のガス流路によって隔てられ
ている燃料電池のガス流路。セパレータ面内で、隣接す
るセグメントのガス流路同士でガス流れの向きが逆に設
定されている燃料電池のガス流路。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質膜の乾燥、
湿潤過多を防止した燃料電池のガス流路構造に関する。
湿潤過多を防止した燃料電池のガス流路構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、イオン
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡
散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−
電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assem
bly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）およ
び酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体
通路または冷却媒体を流すための流路を形成するセパレ
ータとからセルを構成し、複数のセルの積層体からモジ
ュールを構成し、モジュールを積層してモジュール群と
し、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル、
インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックを
構成し、スタックをスタックの外側でセル積層体積層方
向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）
にて締め付け、固定したものからなる。固体高分子電解
質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオン
と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中を
カソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオン
および電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子が
セパレータを通してくる）から水を生成する反応が行わ
れる。 アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ カソードでは、エアは入口では乾燥しているが水生成反
応により通路下流（出口）側では水蒸気分が増加し、エ
アの飽和水蒸気量を越えると水滴となる。一方、電解質
膜中を水素イオンが移動するためには電解質膜が適当に
湿潤していることが必要である。電解質膜が乾燥してい
ると膜中のプロトンの移動を阻害し抵抗となるため性能
（出力電圧）が低下する。供給エアを加湿することで電
解質膜の入口側での乾きは防止できるが、出口で反応生
成水による水分過多により通路の水詰まりが生じ、酸素
不足になってカソード側での反応が起こりにくくなると
いう問題が生じる。この問題を軽減するために、ガス流
路に対して種々の工夫がなされている。たとえば、特開
２０００−１２０５１は、図６に示すように、セパレー
タ６面内を複数のマニホールド７、８、９に連通した複
数の独立したセグメント１、２、３のガス流路とし、そ
れら複数のマニホールド７、８、９同士をスタック端で
連通し直列のガス流路を構成した、燃料電池のガス流路
構造を開示している。
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡
散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−
電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assem
bly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）およ
び酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体
通路または冷却媒体を流すための流路を形成するセパレ
ータとからセルを構成し、複数のセルの積層体からモジ
ュールを構成し、モジュールを積層してモジュール群と
し、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル、
インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックを
構成し、スタックをスタックの外側でセル積層体積層方
向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）
にて締め付け、固定したものからなる。固体高分子電解
質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオン
と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中を
カソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオン
および電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子が
セパレータを通してくる）から水を生成する反応が行わ
れる。 アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ カソードでは、エアは入口では乾燥しているが水生成反
応により通路下流（出口）側では水蒸気分が増加し、エ
アの飽和水蒸気量を越えると水滴となる。一方、電解質
膜中を水素イオンが移動するためには電解質膜が適当に
湿潤していることが必要である。電解質膜が乾燥してい
ると膜中のプロトンの移動を阻害し抵抗となるため性能
（出力電圧）が低下する。供給エアを加湿することで電
解質膜の入口側での乾きは防止できるが、出口で反応生
成水による水分過多により通路の水詰まりが生じ、酸素
不足になってカソード側での反応が起こりにくくなると
いう問題が生じる。この問題を軽減するために、ガス流
路に対して種々の工夫がなされている。たとえば、特開
２０００−１２０５１は、図６に示すように、セパレー
タ６面内を複数のマニホールド７、８、９に連通した複
数の独立したセグメント１、２、３のガス流路とし、そ
れら複数のマニホールド７、８、９同士をスタック端で
連通し直列のガス流路を構成した、燃料電池のガス流路
構造を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の燃料電
池のガス流路構造では、セグメント１、２、３化された
ガス流路は、上流側のセグメント１から下流側のセグメ
ント３に順に隣接させてセパレータ面内に配置されてい
るので、上流側セグメント１では電解質膜の水分がエア
に持ち去られて電解質膜の乾燥が生じやすく、下流側セ
グメント３ではカソード側の水生成反応によって水分過
多となって飽和水蒸気以上は水滴を生成し、通路の詰ま
り、エア不足を生じやすい。これを模式化すると図５に
示すようになる。図５では、図６のセグメント数が３で
あったものを、本発明実施例（セグメント数が、たとえ
ば５）との比較に便利なように、セグメント数を５（し
たがって、セグメントＮｏを１、２、３、４、５として
ある）にして示してある。図５において、セグメント１
では乾燥したエアにより反応生成水は持ち去られ、さら
に電解質膜中からも水分が持ち去られて、上流側（入口
側）で電解質膜の乾燥が生じる。電解質膜が乾燥した部
分では出力電圧低下が起きる。また、セグメント２、
３、４となるにつれて、反応生成水によりエア中の水蒸
気分が増大していく。セグメント５では湿潤過多にな
り、エアの飽和水蒸気量を越える分は水滴となって、通
路や電極拡散層の通気性を阻害し水詰まりを生じさせ
る。水詰まりが生じると、酸素の供給が不十分となり、
カソード側での発電反応が円滑に行われなくなる。本発
明の目的は、電解質膜の乾燥、湿潤過多を抑制する燃料
電池のガス流路（構造）を提供することにある。
池のガス流路構造では、セグメント１、２、３化された
ガス流路は、上流側のセグメント１から下流側のセグメ
ント３に順に隣接させてセパレータ面内に配置されてい
るので、上流側セグメント１では電解質膜の水分がエア
に持ち去られて電解質膜の乾燥が生じやすく、下流側セ
グメント３ではカソード側の水生成反応によって水分過
多となって飽和水蒸気以上は水滴を生成し、通路の詰ま
り、エア不足を生じやすい。これを模式化すると図５に
示すようになる。図５では、図６のセグメント数が３で
あったものを、本発明実施例（セグメント数が、たとえ
ば５）との比較に便利なように、セグメント数を５（し
たがって、セグメントＮｏを１、２、３、４、５として
ある）にして示してある。図５において、セグメント１
では乾燥したエアにより反応生成水は持ち去られ、さら
に電解質膜中からも水分が持ち去られて、上流側（入口
側）で電解質膜の乾燥が生じる。電解質膜が乾燥した部
分では出力電圧低下が起きる。また、セグメント２、
３、４となるにつれて、反応生成水によりエア中の水蒸
気分が増大していく。セグメント５では湿潤過多にな
り、エアの飽和水蒸気量を越える分は水滴となって、通
路や電極拡散層の通気性を阻害し水詰まりを生じさせ
る。水詰まりが生じると、酸素の供給が不十分となり、
カソード側での発電反応が円滑に行われなくなる。本発
明の目的は、電解質膜の乾燥、湿潤過多を抑制する燃料
電池のガス流路（構造）を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 （１） セパレータ面内に複数の互いに独立したマニホ
ールドと複数のセグメントに分けられたガス流路を構成
し、前記複数のマニホールド同士をスタック端で直列に
連通した燃料電池のガス流路において、セパレータ面内
にある上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流の
セグメントのガス流路が隣接しないように上流側のセグ
メントのガス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流
路はそれらより下流側の他のセグメントのガス流路によ
って隔てられてセパレータ面内に配置されており、かつ
セパレータ面内にある下流側のセグメントのガス流路と
そのすぐ上流のセグメントのガス流路が隣接しないよう
に下流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上流のセグ
メントのガス流路はそれらより上流側にある他のセグメ
ントのガス流路によって隔てられてセパレータ面内に配
置されていることを特徴とする燃料電池のガス流路。 （２） セパレータ面内で、下流側のセグメントのガス
流路は上流側のセグメントのガス流路に隣接して配置さ
れており、上流側のセグメントのガス流路は下流側のセ
グメントのガス流路に隣接して配置されている（１）記
載の燃料電池のガス流路。 （３） セパレータ面内で、下流側のセグメントのガス
流路は２つの上流側のセグメントのガス流路に挟まれて
配置されており、上流側のセグメントのガス流路は２つ
の下流側のセグメントのガス流路に挟まれて配置されて
いる（１）記載の燃料電池のガス流路。 （４） セパレータ面内で、隣接するセグメントのガス
流路同士でガス流れの向きが逆に設定されている（１）
記載の燃料電池のガス流路。
明はつぎの通りである。 （１） セパレータ面内に複数の互いに独立したマニホ
ールドと複数のセグメントに分けられたガス流路を構成
し、前記複数のマニホールド同士をスタック端で直列に
連通した燃料電池のガス流路において、セパレータ面内
にある上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流の
セグメントのガス流路が隣接しないように上流側のセグ
メントのガス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流
路はそれらより下流側の他のセグメントのガス流路によ
って隔てられてセパレータ面内に配置されており、かつ
セパレータ面内にある下流側のセグメントのガス流路と
そのすぐ上流のセグメントのガス流路が隣接しないよう
に下流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上流のセグ
メントのガス流路はそれらより上流側にある他のセグメ
ントのガス流路によって隔てられてセパレータ面内に配
置されていることを特徴とする燃料電池のガス流路。 （２） セパレータ面内で、下流側のセグメントのガス
流路は上流側のセグメントのガス流路に隣接して配置さ
れており、上流側のセグメントのガス流路は下流側のセ
グメントのガス流路に隣接して配置されている（１）記
載の燃料電池のガス流路。 （３） セパレータ面内で、下流側のセグメントのガス
流路は２つの上流側のセグメントのガス流路に挟まれて
配置されており、上流側のセグメントのガス流路は２つ
の下流側のセグメントのガス流路に挟まれて配置されて
いる（１）記載の燃料電池のガス流路。 （４） セパレータ面内で、隣接するセグメントのガス
流路同士でガス流れの向きが逆に設定されている（１）
記載の燃料電池のガス流路。
【０００５】上記（１）の燃料電池のガス流路では、上
流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセグメン
トのガス流路が隣接しないようにそれらより下流側の他
のセグメントのガス流路によって隔てられているので、
他のセグメントのガス流路は上流側のセグメントのガス
流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流路より水蒸気
分が多いから、この他のセグメントのガス流路から電解
質膜およびそれに接する電極を通して水分が上流側のセ
グメントのガス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス
流路に移動し、上流側のセグメントのガス流路とそのす
ぐ下流のセグメントのガス流路に対応する電解質膜部分
の乾燥が抑制される。同様に、セパレータ面内にある下
流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上流のセグメン
トのガス流路が隣接しないように下流側のセグメントの
ガス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流路はそれ
らより上流側にある他のセグメントのガス流路によって
隔てられてセパレータ面内に配置されているので、下流
側のセグメントのガス流路とそのすぐ上流のセグメント
のガス流路から電解質膜およびそれに接する電極を通し
て水分がそれらより上流側にある他のセグメントのガス
流路に移動し、下流側のセグメントのガス流路とそのす
ぐ上流のセグメントのガス流路と電極での湿潤過多およ
び過剰な水滴生成が抑制される。上記（２）の燃料電池
のガス流路では、下流側のセグメントのガス流路は上流
側のセグメントのガス流路に隣接して配置されており、
上流側のセグメントのガス流路は下流側のセグメントの
ガス流路に隣接して配置されているので、下流側のセグ
メントのガス流路から電解質膜およびそれに接する電極
を通して水分が下流側のセグメントのガス流路に隣接す
る上流側のセグメントに移動し、下流側のセグメントの
ガス流路と電極の湿潤過多が抑制されるとともに、上流
側のセグメントのガス流路に対応する電解質膜の乾燥が
抑制される。上記（３）の燃料電池のガス流路では、セ
パレータ面内で、下流側のセグメントのガス流路は２つ
の上流側のセグメントのガス流路に挟まれて配置されて
おり、上流側のセグメントのガス流路は２つの下流側の
セグメントのガス流路に挟まれて配置されているので、
下流側のセグメントのガス流路から電解質膜およびそれ
に接する電極を通して水分が下流側のセグメントを挟む
上流側のセグメントに移動し、下流側のセグメントのガ
ス流路と電極の湿潤過多および過剰な水滴生成が抑制さ
れ、上流側のセグメントを挟む下流側のセグメントから
電解質膜およびそれに接する電極を通して上流側のセグ
メントのガス流路へ水分が移動し、上流側のセグメント
のガス流路に対応する電解質膜の乾燥が抑制される。上
記（４）の燃料電池のガス流路では、隣接するセグメン
トのガス流路同士でガス流れの向きが逆に設定されてい
るので、一つのセグメントのガス流路のうち湿潤の大の
部分が、それに隣接するセグメントのガス流路のうち乾
燥の大の部分が隣接し合うことになり、電解質膜の乾燥
抑制、ガス流路および電極拡散層の湿潤過多抑制の効果
が大きい。
流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセグメン
トのガス流路が隣接しないようにそれらより下流側の他
のセグメントのガス流路によって隔てられているので、
他のセグメントのガス流路は上流側のセグメントのガス
流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流路より水蒸気
分が多いから、この他のセグメントのガス流路から電解
質膜およびそれに接する電極を通して水分が上流側のセ
グメントのガス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス
流路に移動し、上流側のセグメントのガス流路とそのす
ぐ下流のセグメントのガス流路に対応する電解質膜部分
の乾燥が抑制される。同様に、セパレータ面内にある下
流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上流のセグメン
トのガス流路が隣接しないように下流側のセグメントの
ガス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流路はそれ
らより上流側にある他のセグメントのガス流路によって
隔てられてセパレータ面内に配置されているので、下流
側のセグメントのガス流路とそのすぐ上流のセグメント
のガス流路から電解質膜およびそれに接する電極を通し
て水分がそれらより上流側にある他のセグメントのガス
流路に移動し、下流側のセグメントのガス流路とそのす
ぐ上流のセグメントのガス流路と電極での湿潤過多およ
び過剰な水滴生成が抑制される。上記（２）の燃料電池
のガス流路では、下流側のセグメントのガス流路は上流
側のセグメントのガス流路に隣接して配置されており、
上流側のセグメントのガス流路は下流側のセグメントの
ガス流路に隣接して配置されているので、下流側のセグ
メントのガス流路から電解質膜およびそれに接する電極
を通して水分が下流側のセグメントのガス流路に隣接す
る上流側のセグメントに移動し、下流側のセグメントの
ガス流路と電極の湿潤過多が抑制されるとともに、上流
側のセグメントのガス流路に対応する電解質膜の乾燥が
抑制される。上記（３）の燃料電池のガス流路では、セ
パレータ面内で、下流側のセグメントのガス流路は２つ
の上流側のセグメントのガス流路に挟まれて配置されて
おり、上流側のセグメントのガス流路は２つの下流側の
セグメントのガス流路に挟まれて配置されているので、
下流側のセグメントのガス流路から電解質膜およびそれ
に接する電極を通して水分が下流側のセグメントを挟む
上流側のセグメントに移動し、下流側のセグメントのガ
ス流路と電極の湿潤過多および過剰な水滴生成が抑制さ
れ、上流側のセグメントを挟む下流側のセグメントから
電解質膜およびそれに接する電極を通して上流側のセグ
メントのガス流路へ水分が移動し、上流側のセグメント
のガス流路に対応する電解質膜の乾燥が抑制される。上
記（４）の燃料電池のガス流路では、隣接するセグメン
トのガス流路同士でガス流れの向きが逆に設定されてい
るので、一つのセグメントのガス流路のうち湿潤の大の
部分が、それに隣接するセグメントのガス流路のうち乾
燥の大の部分が隣接し合うことになり、電解質膜の乾燥
抑制、ガス流路および電極拡散層の湿潤過多抑制の効果
が大きい。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池のガス
流路を図１〜図４を参照して、説明する。本発明の燃料
電池は固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明
の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載され
る。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
流路を図１〜図４を参照して、説明する。本発明の燃料
電池は固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明
の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載され
る。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００７】固体高分子電解質型燃料電池１０は、図
１、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜
１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２
および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料
極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５
および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気
極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membra
ne-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガ
ス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給
するための流体通路２７および燃料電池冷却用の冷却水
が流れる冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを
重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール
１９を構成し（たとえば、２セルから１モジュールを構
成し）、モジュール１９を積層してモジュール群とし、
モジュール群のセル積層方向（燃料電池積層方向）両端
に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレ
ート２２を配置してスタック２３を構成し、スタック２
３を積層方向に締め付けスタック２３の外側で燃料電池
積層体積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テン
ションプレート、スルーボルトなど）とボルト２５また
はナットで固定したものからなる。
１、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜
１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２
および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料
極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５
および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気
極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membra
ne-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガ
ス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給
するための流体通路２７および燃料電池冷却用の冷却水
が流れる冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを
重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール
１９を構成し（たとえば、２セルから１モジュールを構
成し）、モジュール１９を積層してモジュール群とし、
モジュール群のセル積層方向（燃料電池積層方向）両端
に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレ
ート２２を配置してスタック２３を構成し、スタック２
３を積層方向に締め付けスタック２３の外側で燃料電池
積層体積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テン
ションプレート、スルーボルトなど）とボルト２５また
はナットで固定したものからなる。
【０００８】触媒層１２、１５は白金（Ｐｔ）を含むカ
ーボン（Ｃ）からなる。拡散層１３、１６はＣからな
る。セパレータ１８は、不透過性で、通常は、カーボン
（黒鉛である場合を含む）または金属または導電性樹脂
の何れかからなる。以下では、セパレータ１８が、カー
ボン（黒鉛である場合を含む）からなる場合を示すが、
これに限るものではない。
ーボン（Ｃ）からなる。拡散層１３、１６はＣからな
る。セパレータ１８は、不透過性で、通常は、カーボン
（黒鉛である場合を含む）または金属または導電性樹脂
の何れかからなる。以下では、セパレータ１８が、カー
ボン（黒鉛である場合を含む）からなる場合を示すが、
これに限るものではない。
【０００９】セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、
燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画
するとともに、隣り合うセルのアノードからカソードに
電子が流れる電気の通路を形成している。冷却水流路２
６はセル毎に、または複数のセル毎に、設けられる。た
とえば、図２に示すように２セルで１モジュールを構成
するものでは、モジュール毎（２セル毎）に１つの冷却
水流路２６が設けられる。
燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画
するとともに、隣り合うセルのアノードからカソードに
電子が流れる電気の通路を形成している。冷却水流路２
６はセル毎に、または複数のセル毎に、設けられる。た
とえば、図２に示すように２セルで１モジュールを構成
するものでは、モジュール毎（２セル毎）に１つの冷却
水流路２６が設けられる。
【００１０】セパレータ１８は、燃料電池を冷却する冷
却水流路を形成するとともに反応ガスの流路を形成する
冷却用セパレータ１８Ａと、反応ガスの流路を形成する
反応ガス用セパレータ１８Ｂとの２種類のセパレータが
ある。冷却用セパレータ１８Ａは、一面に冷却水流路２
６が形成され他面に反応ガス（燃料ガスまたは酸化ガ
ス）流路２７が形成されていて、冷却水と反応ガス（燃
料ガスまたは酸化ガス）とを隔てる。反応ガス用セパレ
ータ１８Ｂは、一面に燃料ガス流路２７ａが形成され他
面に酸化ガス流路２７ｂが形成されていて、燃料ガスと
酸化ガスとを隔てる。
却水流路を形成するとともに反応ガスの流路を形成する
冷却用セパレータ１８Ａと、反応ガスの流路を形成する
反応ガス用セパレータ１８Ｂとの２種類のセパレータが
ある。冷却用セパレータ１８Ａは、一面に冷却水流路２
６が形成され他面に反応ガス（燃料ガスまたは酸化ガ
ス）流路２７が形成されていて、冷却水と反応ガス（燃
料ガスまたは酸化ガス）とを隔てる。反応ガス用セパレ
ータ１８Ｂは、一面に燃料ガス流路２７ａが形成され他
面に酸化ガス流路２７ｂが形成されていて、燃料ガスと
酸化ガスとを隔てる。
【００１１】セパレータ１８は、通常、ほぼ四角形で、
外周部にガスマニホールド２９、冷却水マニホールドを
有し、外周部より内側部に冷却水流路２６および／また
は反応ガス流路２７が形成されている。通常、ガスマニ
ホルード２９は、燃料ガスマニホールドと酸化ガスマニ
ホールドに分けられ、対向する２辺に酸化ガスマニホー
ルドが形成され、それと直交する方向の対向する２辺に
燃料ガスマニホールドが形成される。そして、通常、燃
料ガスと酸化ガスとは、反応ガス用セパレータ１８Ｂの
表裏で、直交する方向に流れる。
外周部にガスマニホールド２９、冷却水マニホールドを
有し、外周部より内側部に冷却水流路２６および／また
は反応ガス流路２７が形成されている。通常、ガスマニ
ホルード２９は、燃料ガスマニホールドと酸化ガスマニ
ホールドに分けられ、対向する２辺に酸化ガスマニホー
ルドが形成され、それと直交する方向の対向する２辺に
燃料ガスマニホールドが形成される。そして、通常、燃
料ガスと酸化ガスとは、反応ガス用セパレータ１８Ｂの
表裏で、直交する方向に流れる。
【００１２】図３は、一面に酸化ガス（空気）のガス流
路２７ｂが形成され外周部の対向２辺にガス（酸化ガ
ス）マニホールド２９が形成されているセパレータ１８
を、酸化ガス流路２７ｂ側から見た場合を示す。セパレ
ータ１８には外周部に酸化ガスマニホールドが形成され
た２辺と直交する２辺に燃料ガスマニホールドが形成さ
れるが、図３では燃料ガスマニホールドの図示を省略し
てある。
路２７ｂが形成され外周部の対向２辺にガス（酸化ガ
ス）マニホールド２９が形成されているセパレータ１８
を、酸化ガス流路２７ｂ側から見た場合を示す。セパレ
ータ１８には外周部に酸化ガスマニホールドが形成され
た２辺と直交する２辺に燃料ガスマニホールドが形成さ
れるが、図３では燃料ガスマニホールドの図示を省略し
てある。
【００１３】図３に示すように、セパレータ面内のマニ
ホールド（酸化ガスマニホールド）２９は、複数の互い
に独立した複数のマニホールドとされており、セパレー
タ面内のガス流路（酸化ガス流路、すなわちエア流路）
は、複数のセグメント１、２、３、４、５に分けられた
ガス流路２７とされている。ガス流路は溝状のガス流路
から構成されていてもよいし、多数の小突起によってセ
パレータと電極間に形成されるスペースであってもよ
い。ガス流路が溝状のガス流路である場合は、各セグメ
ント１、２、３、４、５は並行する溝状のガス流路群で
ある。各マニホールド２９と各セグメントのガス流路と
は連通している。セグメントの数は、図示例では５個の
場合を示すが、個数は３個以上であれば任意である。
ホールド（酸化ガスマニホールド）２９は、複数の互い
に独立した複数のマニホールドとされており、セパレー
タ面内のガス流路（酸化ガス流路、すなわちエア流路）
は、複数のセグメント１、２、３、４、５に分けられた
ガス流路２７とされている。ガス流路は溝状のガス流路
から構成されていてもよいし、多数の小突起によってセ
パレータと電極間に形成されるスペースであってもよ
い。ガス流路が溝状のガス流路である場合は、各セグメ
ント１、２、３、４、５は並行する溝状のガス流路群で
ある。各マニホールド２９と各セグメントのガス流路と
は連通している。セグメントの数は、図示例では５個の
場合を示すが、個数は３個以上であれば任意である。
【００１４】複数の独立したマニホールド２９同士はス
タック端で直列に連通されている。したがって、ガス入
口から入ったガスは、各セルのセグメント１の入口側マ
ニホールド２９からセグメント１のガス流路に入り、セ
グメント１の出口側マニホールド２９に出て該マニホー
ルドを通ってスタック端内（エンドプレート内に形成し
た通路）に至り、スタック端内のセグメント１の出口側
マニホールドからスタック端内のセグメント２の入口側
マニホールドに流れる。同じことをセグメント２に対し
て繰り返す。すなわち、スタック端内のセグメント２の
入口側マニホールドに流れたガスは、各セルのセグメン
ト２の入口側マニホールド２９からセグメント２のガス
流路に入り、セグメント２の出口側マニホールド２９に
出て該マニホールドを通ってスタック端内（エンドプレ
ート内に形成した通路）に至り、スタック端内のセグメ
ント２の出口側マニホールドからスタック端内のセグメ
ント３の入口側マニホールドに流れる。上記を順次、セ
グメント２、３、４、５と繰り返して、最後はスタック
端内のセグメント５の出口側マニホールドから外部に出
ていく。
タック端で直列に連通されている。したがって、ガス入
口から入ったガスは、各セルのセグメント１の入口側マ
ニホールド２９からセグメント１のガス流路に入り、セ
グメント１の出口側マニホールド２９に出て該マニホー
ルドを通ってスタック端内（エンドプレート内に形成し
た通路）に至り、スタック端内のセグメント１の出口側
マニホールドからスタック端内のセグメント２の入口側
マニホールドに流れる。同じことをセグメント２に対し
て繰り返す。すなわち、スタック端内のセグメント２の
入口側マニホールドに流れたガスは、各セルのセグメン
ト２の入口側マニホールド２９からセグメント２のガス
流路に入り、セグメント２の出口側マニホールド２９に
出て該マニホールドを通ってスタック端内（エンドプレ
ート内に形成した通路）に至り、スタック端内のセグメ
ント２の出口側マニホールドからスタック端内のセグメ
ント３の入口側マニホールドに流れる。上記を順次、セ
グメント２、３、４、５と繰り返して、最後はスタック
端内のセグメント５の出口側マニホールドから外部に出
ていく。
【００１５】各セパレータ面内のセグメント１、２、
３、４、５は直列の流路を構成しており、このうちセグ
メント１、２は上流側のセグメントを構成し、セグメン
ト４、５は下流側のセグメントを構成し、セグメント３
は中央のセグメントとなる。セグメント数をＮとする
と、Ｎが奇数の場合は、（Ｎ＋１）／２より小のＮｏの
セグメントが上流側セグメント、（Ｎ＋１）／２より大
のＮｏのセグメントが上流側セグメントであり、Ｎが偶
数の場合は、Ｎ／２より以下のＮｏのセグメントが上流
側セグメント、Ｎ／２より大のＮｏのセグメントが上流
側セグメントである。
３、４、５は直列の流路を構成しており、このうちセグ
メント１、２は上流側のセグメントを構成し、セグメン
ト４、５は下流側のセグメントを構成し、セグメント３
は中央のセグメントとなる。セグメント数をＮとする
と、Ｎが奇数の場合は、（Ｎ＋１）／２より小のＮｏの
セグメントが上流側セグメント、（Ｎ＋１）／２より大
のＮｏのセグメントが上流側セグメントであり、Ｎが偶
数の場合は、Ｎ／２より以下のＮｏのセグメントが上流
側セグメント、Ｎ／２より大のＮｏのセグメントが上流
側セグメントである。
【００１６】本発明では、セパレータ面内にある上流側
のセグメント（たとえば、セグメント１）のガス流路と
そのすぐ下流のセグメント（たとえば、セグメント２）
のガス流路が隣接しないように、上流側のセグメントの
ガス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流路はそれ
らより下流側の他のセグメント（たとえば、セグメント
５）のガス流路によって隔てられてセパレータ面内に配
置されており、かつセパレータ面内にある下流側のセグ
メント（たとえば、セグメント５）のガス流路とそのす
ぐ上流のセグメント（たとえば、セグメント４）のガス
流路が隣接しないように下流側のセグメントのガス流路
とそのすぐ上流のセグメントのガス流路はそれらより上
流側にある他のセグメント（たとえば、セグメント１）
のガス流路によって隔てられてセパレータ面内に配置さ
れている。
のセグメント（たとえば、セグメント１）のガス流路と
そのすぐ下流のセグメント（たとえば、セグメント２）
のガス流路が隣接しないように、上流側のセグメントの
ガス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流路はそれ
らより下流側の他のセグメント（たとえば、セグメント
５）のガス流路によって隔てられてセパレータ面内に配
置されており、かつセパレータ面内にある下流側のセグ
メント（たとえば、セグメント５）のガス流路とそのす
ぐ上流のセグメント（たとえば、セグメント４）のガス
流路が隣接しないように下流側のセグメントのガス流路
とそのすぐ上流のセグメントのガス流路はそれらより上
流側にある他のセグメント（たとえば、セグメント１）
のガス流路によって隔てられてセパレータ面内に配置さ
れている。
【００１７】したがって、セパレータ面内で、下流側の
セグメント（たとえば、セグメント５、４）のガス流路
は上流側のセグメント（たとえば、セグメント１、２）
のガス流路に隣接して配置されており、上流側のセグメ
ント（たとえば、セグメント１、２）のガス流路は下流
側のセグメント（セグメント５、４）のガス流路に隣接
して配置されている。この場合、最上流側のセグメント
１と最下流側のセグメント５を隣接させることが望まし
い。
セグメント（たとえば、セグメント５、４）のガス流路
は上流側のセグメント（たとえば、セグメント１、２）
のガス流路に隣接して配置されており、上流側のセグメ
ント（たとえば、セグメント１、２）のガス流路は下流
側のセグメント（セグメント５、４）のガス流路に隣接
して配置されている。この場合、最上流側のセグメント
１と最下流側のセグメント５を隣接させることが望まし
い。
【００１８】また、セパレータ面内で、下流側のセグメ
ント（たとえば、セグメント５）のガス流路は２つの上
流側のセグメント（たとえば、セグメント１、２）のガ
ス流路に挟まれて配置されており、上流側のセグメント
（たとえば、セグメント１）のガス流路は２つの下流側
のセグメント（たとえば、セグメント４、５）のガス流
路に挟まれて配置されている。この場合、最下流側のセ
グメント５が最上流側のセグメント１と２番目に上流側
のセグメント２で挟まれることが望ましく、最上流側の
セグメント１が最下流側のセグメント５と２番目に下流
側のセグメント４で挟まれることが望ましい。
ント（たとえば、セグメント５）のガス流路は２つの上
流側のセグメント（たとえば、セグメント１、２）のガ
ス流路に挟まれて配置されており、上流側のセグメント
（たとえば、セグメント１）のガス流路は２つの下流側
のセグメント（たとえば、セグメント４、５）のガス流
路に挟まれて配置されている。この場合、最下流側のセ
グメント５が最上流側のセグメント１と２番目に上流側
のセグメント２で挟まれることが望ましく、最上流側の
セグメント１が最下流側のセグメント５と２番目に下流
側のセグメント４で挟まれることが望ましい。
【００１９】図３では、セパレータ面内で、各セグメン
トのガス流路を同じ向きにガスが流れる場合を示してあ
るが、これに限らず、隣接するセグメントのガス流路同
士でガス流れの向きが逆に設定されていてもよい。たと
えば、図３でセグメント４、５のガスの流れを図示例と
逆しに、セグメント１、２、３のガスの流れを図示例の
ままとしてもよい。このガス流れは、スタック端でのマ
ニホールドの接続を選定することによって、容易に得る
ことができる。
トのガス流路を同じ向きにガスが流れる場合を示してあ
るが、これに限らず、隣接するセグメントのガス流路同
士でガス流れの向きが逆に設定されていてもよい。たと
えば、図３でセグメント４、５のガスの流れを図示例と
逆しに、セグメント１、２、３のガスの流れを図示例の
ままとしてもよい。このガス流れは、スタック端でのマ
ニホールドの接続を選定することによって、容易に得る
ことができる。
【００２０】つぎに、本発明の作用を、図３、図４を参
照して、説明する。本発明の燃料電池のガス流路では、
上流側のセグメント１のガス流路とそのすぐ下流のセグ
メント２のガス流路が隣接しないようにそれらより下流
側の他のセグメント５のガス流路によって隔てられてい
るので、他のセグメント５のガス流路は上流側のセグメ
ントのガス流路１とそのすぐ下流のセグメント２のガス
流路より湿潤度が大であるから、該他のセグメント５の
ガス流路から電解質膜１１およびそれに接する電極１７
を通して水分が上流側のセグメント１のガス流路とその
すぐ下流のセグメント２のガス流路に移動し、上流側の
セグメント１のガス流路とそのすぐ下流のセグメント２
のガス流路に対応する電解質膜部分の乾燥が抑制され
る。これによって、電解質膜１１の乾燥による燃料電池
の出力電圧低下が防止される。
照して、説明する。本発明の燃料電池のガス流路では、
上流側のセグメント１のガス流路とそのすぐ下流のセグ
メント２のガス流路が隣接しないようにそれらより下流
側の他のセグメント５のガス流路によって隔てられてい
るので、他のセグメント５のガス流路は上流側のセグメ
ントのガス流路１とそのすぐ下流のセグメント２のガス
流路より湿潤度が大であるから、該他のセグメント５の
ガス流路から電解質膜１１およびそれに接する電極１７
を通して水分が上流側のセグメント１のガス流路とその
すぐ下流のセグメント２のガス流路に移動し、上流側の
セグメント１のガス流路とそのすぐ下流のセグメント２
のガス流路に対応する電解質膜部分の乾燥が抑制され
る。これによって、電解質膜１１の乾燥による燃料電池
の出力電圧低下が防止される。
【００２１】同様に、セパレータ面内にある下流側のセ
グメント５のガス流路とそのすぐ上流のセグメント４の
ガス流路が隣接しないように下流側のセグメント５のガ
ス流路とそのすぐ上流のセグメント４のガス流路はそれ
らより上流側にある他のセグメント１のガス流路によっ
て隔てられてセパレータ面内に配置されているので、下
流側のセグメント５のガス流路とそのすぐ上流のセグメ
ント４のガス流路から電解質膜１１およびそれに接する
電極１７を通して水分がそれらより上流側にある他のセ
グメント１のガス流路に移動し、下流側のセグメント５
のガス流路とそのすぐ上流のセグメント４のガス流路お
よび電極拡散層での湿潤過多および過剰な水滴生成が抑
制される。
グメント５のガス流路とそのすぐ上流のセグメント４の
ガス流路が隣接しないように下流側のセグメント５のガ
ス流路とそのすぐ上流のセグメント４のガス流路はそれ
らより上流側にある他のセグメント１のガス流路によっ
て隔てられてセパレータ面内に配置されているので、下
流側のセグメント５のガス流路とそのすぐ上流のセグメ
ント４のガス流路から電解質膜１１およびそれに接する
電極１７を通して水分がそれらより上流側にある他のセ
グメント１のガス流路に移動し、下流側のセグメント５
のガス流路とそのすぐ上流のセグメント４のガス流路お
よび電極拡散層での湿潤過多および過剰な水滴生成が抑
制される。
【００２２】また、本発明の燃料電池のガス流路では、
下流側のセグメント５のガス流路は上流側のセグメント
１、２のガス流路に隣接して配置されており、上流側の
セグメント１のガス流路は下流側のセグメント５、４の
ガス流路に隣接して配置されているので、下流側のセグ
メント５のガス流路から電解質膜１１およびそれに接す
る電極１７を通して水分が下流側のセグメント５のガス
流路に隣接する上流側のセグメント１、２に移動し、下
流側のセグメント５のガス流路の湿潤過多が抑制される
とともに、上流側のセグメント１、２のガス流路に対応
する電解質膜１１の乾燥が抑制される。この場合、図４
に示すように、湿潤防止効果は最下流側のセグメント５
で最も大きく、乾燥防止効果は最上流側のセグメント１
で最も大きい。
下流側のセグメント５のガス流路は上流側のセグメント
１、２のガス流路に隣接して配置されており、上流側の
セグメント１のガス流路は下流側のセグメント５、４の
ガス流路に隣接して配置されているので、下流側のセグ
メント５のガス流路から電解質膜１１およびそれに接す
る電極１７を通して水分が下流側のセグメント５のガス
流路に隣接する上流側のセグメント１、２に移動し、下
流側のセグメント５のガス流路の湿潤過多が抑制される
とともに、上流側のセグメント１、２のガス流路に対応
する電解質膜１１の乾燥が抑制される。この場合、図４
に示すように、湿潤防止効果は最下流側のセグメント５
で最も大きく、乾燥防止効果は最上流側のセグメント１
で最も大きい。
【００２３】また、本発明の燃料電池のガス流路では、
セパレータ面内で、下流側のセグメント５のガス流路は
２つの上流側のセグメント１、２のガス流路に挟まれて
配置されており、上流側のセグメント１のガス流路は２
つの下流側のセグメント４、５のガス流路に挟まれて配
置されているので、下流側のセグメント５のガス流路か
ら電解質膜１１およびそれに接する電極１７を通して水
分が下流側のセグメント５を挟む上流側のセグメント
１、２に移動し、下流側のセグメント５のガス流路およ
び電極の湿潤過多および過剰な水滴生成が抑制され、上
流側のセグメント１を挟む下流側のセグメント５、４か
ら電解質膜１１およびそれに接する電極１７を通して上
流側のセグメント１のガス流路へ水分が移動し、上流側
のセグメント１のガス流路に対応する電解質膜１１の乾
燥が抑制される。
セパレータ面内で、下流側のセグメント５のガス流路は
２つの上流側のセグメント１、２のガス流路に挟まれて
配置されており、上流側のセグメント１のガス流路は２
つの下流側のセグメント４、５のガス流路に挟まれて配
置されているので、下流側のセグメント５のガス流路か
ら電解質膜１１およびそれに接する電極１７を通して水
分が下流側のセグメント５を挟む上流側のセグメント
１、２に移動し、下流側のセグメント５のガス流路およ
び電極の湿潤過多および過剰な水滴生成が抑制され、上
流側のセグメント１を挟む下流側のセグメント５、４か
ら電解質膜１１およびそれに接する電極１７を通して上
流側のセグメント１のガス流路へ水分が移動し、上流側
のセグメント１のガス流路に対応する電解質膜１１の乾
燥が抑制される。
【００２４】また、本発明の燃料電池のガス流路では、
隣接するセグメントのガス流路同士でガス流れの向きが
逆に設定した場合は、一つのセグメントのガス流路のう
ち湿潤度の大の部分が、それに隣接するセグメントのガ
ス流路のうち乾燥の大の部分が隣接し合うことになり、
電解質膜１１の乾燥抑制、通路および電極の湿潤過多抑
制の効果が大きい。
隣接するセグメントのガス流路同士でガス流れの向きが
逆に設定した場合は、一つのセグメントのガス流路のう
ち湿潤度の大の部分が、それに隣接するセグメントのガ
ス流路のうち乾燥の大の部分が隣接し合うことになり、
電解質膜１１の乾燥抑制、通路および電極の湿潤過多抑
制の効果が大きい。
【００２５】図４に示すように、本発明の燃料電池のガ
ス流路では、水蒸気分の高いセグメントから乾燥度の高
いセグメントに水分（水蒸気分）が移動するので、膜中
水分量がセグメント間で均一化の方向に向かい、従来の
図５に示した膜中水分量の分布に比べて均一化する。
ス流路では、水蒸気分の高いセグメントから乾燥度の高
いセグメントに水分（水蒸気分）が移動するので、膜中
水分量がセグメント間で均一化の方向に向かい、従来の
図５に示した膜中水分量の分布に比べて均一化する。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の燃料電池のガス流路によれ
ば、上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセ
グメントのガス流路が隣接しないようにそれらより下流
側の他のセグメントのガス流路によって隔てられている
ので、他のセグメントのガス流路から電解質膜およびそ
れに接する電極を通して水分が上流側のセグメントのガ
ス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流路に移動
し、上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセ
グメントのガス流路に対応する電解質膜部分の乾燥を抑
制できる。同様に、セパレータ面内にある下流側のセグ
メントのガス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流
路が隣接しないように下流側のセグメントのガス流路と
そのすぐ上流のセグメントのガス流路はそれらより上流
側にある他のセグメントのガス流路によって隔てられて
いるので、下流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上
流のセグメントのガス流路から電解質膜およびそれに接
する電極を通して水分がそれらより上流側にある他のセ
グメントのガス流路に移動し、下流側のセグメントのガ
ス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流路と電極で
の湿潤過多および過剰な水滴生成を抑制できる。請求項
２の燃料電池のガス流路によれば、下流側のセグメント
のガス流路は上流側のセグメントのガス流路に隣接して
配置されており、上流側のセグメントのガス流路は下流
側のセグメントのガス流路に隣接して配置されているの
で、下流側のセグメントのガス流路から電解質膜および
それに接する電極を通して水分が下流側のセグメントの
ガス流路に隣接する上流側のセグメントに移動し、下流
側のセグメントのガス流路と電極の湿潤過多を抑制でき
るとともに、上流側のセグメントのガス流路に対応する
電解質膜の乾燥を抑制できる。請求項３の燃料電池のガ
ス流路によれば、セパレータ面内で、下流側のセグメン
トのガス流路は２つの上流側のセグメントのガス流路に
挟まれて配置されており、上流側のセグメントのガス流
路は２つの下流側のセグメントのガス流路に挟まれて配
置されているので、下流側のセグメントのガス流路から
電解質膜およびそれに接する電極を通して水分が下流側
のセグメントを挟む上流側のセグメントに移動し、下流
側のセグメントのガス流路と電極の湿潤過多および過剰
な水滴生成を抑制でき、上流側のセグメントを挟む下流
側のセグメントから電解質膜およびそれに接する電極を
通して上流側のセグメントのガス流路へ水分が移動し、
上流側のセグメントのガス流路に対応する電解質膜の乾
燥を抑制できる。請求項４の燃料電池のガス流路によれ
ば、隣接するセグメントのガス流路同士でガス流れの向
きが逆に設定されているので、一つのセグメントのガス
流路のうち湿潤の大の部分が、それに隣接するセグメン
トのガス流路のうち乾燥の大の部分が隣接し合うことに
なり、電解質膜の乾燥抑制、ガス流路および電極拡散層
の湿潤過多抑制の効果を大にすることができる。
ば、上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセ
グメントのガス流路が隣接しないようにそれらより下流
側の他のセグメントのガス流路によって隔てられている
ので、他のセグメントのガス流路から電解質膜およびそ
れに接する電極を通して水分が上流側のセグメントのガ
ス流路とそのすぐ下流のセグメントのガス流路に移動
し、上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセ
グメントのガス流路に対応する電解質膜部分の乾燥を抑
制できる。同様に、セパレータ面内にある下流側のセグ
メントのガス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流
路が隣接しないように下流側のセグメントのガス流路と
そのすぐ上流のセグメントのガス流路はそれらより上流
側にある他のセグメントのガス流路によって隔てられて
いるので、下流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上
流のセグメントのガス流路から電解質膜およびそれに接
する電極を通して水分がそれらより上流側にある他のセ
グメントのガス流路に移動し、下流側のセグメントのガ
ス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流路と電極で
の湿潤過多および過剰な水滴生成を抑制できる。請求項
２の燃料電池のガス流路によれば、下流側のセグメント
のガス流路は上流側のセグメントのガス流路に隣接して
配置されており、上流側のセグメントのガス流路は下流
側のセグメントのガス流路に隣接して配置されているの
で、下流側のセグメントのガス流路から電解質膜および
それに接する電極を通して水分が下流側のセグメントの
ガス流路に隣接する上流側のセグメントに移動し、下流
側のセグメントのガス流路と電極の湿潤過多を抑制でき
るとともに、上流側のセグメントのガス流路に対応する
電解質膜の乾燥を抑制できる。請求項３の燃料電池のガ
ス流路によれば、セパレータ面内で、下流側のセグメン
トのガス流路は２つの上流側のセグメントのガス流路に
挟まれて配置されており、上流側のセグメントのガス流
路は２つの下流側のセグメントのガス流路に挟まれて配
置されているので、下流側のセグメントのガス流路から
電解質膜およびそれに接する電極を通して水分が下流側
のセグメントを挟む上流側のセグメントに移動し、下流
側のセグメントのガス流路と電極の湿潤過多および過剰
な水滴生成を抑制でき、上流側のセグメントを挟む下流
側のセグメントから電解質膜およびそれに接する電極を
通して上流側のセグメントのガス流路へ水分が移動し、
上流側のセグメントのガス流路に対応する電解質膜の乾
燥を抑制できる。請求項４の燃料電池のガス流路によれ
ば、隣接するセグメントのガス流路同士でガス流れの向
きが逆に設定されているので、一つのセグメントのガス
流路のうち湿潤の大の部分が、それに隣接するセグメン
トのガス流路のうち乾燥の大の部分が隣接し合うことに
なり、電解質膜の乾燥抑制、ガス流路および電極拡散層
の湿潤過多抑制の効果を大にすることができる。
【図１】本発明実施例の燃料電池のガス流路を備えた燃
料電池の全体概略図である。
料電池の全体概略図である。
【図２】本発明実施例の燃料電池のガス流路を備えた燃
料電池のモジュールの端部とその近傍の断面図である。
料電池のモジュールの端部とその近傍の断面図である。
【図３】本発明実施例の燃料電池のガス流路を有するセ
パレータの酸化ガス流路側から見た概略正面図である。
パレータの酸化ガス流路側から見た概略正面図である。
【図４】本発明実施例の燃料電池のガス流路におけるセ
パレータ内セグメント間での水分のやりとりとその前後
における膜中水分量を棒グラフで示したセパレータの正
面図である。
パレータ内セグメント間での水分のやりとりとその前後
における膜中水分量を棒グラフで示したセパレータの正
面図である。
【図５】従来の燃料電池のガス流路の問題を模式化して
示した、各セグメントでの膜中水分量の棒グラフであ
る。
示した、各セグメントでの膜中水分量の棒グラフであ
る。
【図６】特開２０００−１２０５１に記載されたセパレ
ータの正面図である。
ータの正面図である。
１、２、３、４、５ セグメント １０ （固体高分子電解質型）燃料電池 １１ 電解質膜 １２ 触媒層 １３ 拡散層 １４ 電極（アノード、燃料極） １５ 触媒層 １６ 拡散層 １７ 電極（カソード、空気極） １８ セパレータ １８Ａ 冷却用セパレータ １８Ｂ 反応ガス用セパレータ １９ モジュール ２０ ターミナル ２１ インシュレータ ２２ エンドプレート ２３ スタック ２４ 締結部材（テンションプレート） ２５ ボルトまたはナット ２６ 冷却水流路 ２７ ガス流路 ２７ａ 燃料ガス流路 ２７ｂ 酸化ガス流路 ２９ ガスマニホルド
Claims (4)
- 【請求項１】 セパレータ面内に複数の互いに独立した
マニホールドと複数のセグメントに分けられたガス流路
を構成し、前記複数のマニホールド同士をスタック端で
直列に連通した燃料電池のガス流路において、セパレー
タ面内にある上流側のセグメントのガス流路とそのすぐ
下流のセグメントのガス流路が隣接しないように上流側
のセグメントのガス流路とそのすぐ下流のセグメントの
ガス流路はそれらより下流側の他のセグメントのガス流
路によって隔てられてセパレータ面内に配置されてお
り、かつセパレータ面内にある下流側のセグメントのガ
ス流路とそのすぐ上流のセグメントのガス流路が隣接し
ないように下流側のセグメントのガス流路とそのすぐ上
流のセグメントのガス流路はそれらより上流側にある他
のセグメントのガス流路によって隔てられてセパレータ
面内に配置されていることを特徴とする燃料電池のガス
流路。 - 【請求項２】 セパレータ面内で、下流側のセグメント
のガス流路は上流側のセグメントのガス流路に隣接して
配置されており、上流側のセグメントのガス流路は下流
側のセグメントのガス流路に隣接して配置されている請
求項１記載の燃料電池のガス流路。 - 【請求項３】 セパレータ面内で、下流側のセグメント
のガス流路は２つの上流側のセグメントのガス流路に挟
まれて配置されており、上流側のセグメントのガス流路
は２つの下流側のセグメントのガス流路に挟まれて配置
されている請求項１記載の燃料電池のガス流路。 - 【請求項４】 セパレータ面内で、隣接するセグメント
のガス流路同士でガス流れの向きが逆に設定されている
請求項１記載の燃料電池のガス流路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000270896A JP3945136B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | ガス流路を有する固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000270896A JP3945136B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | ガス流路を有する固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002083613A true JP2002083613A (ja) | 2002-03-22 |
| JP3945136B2 JP3945136B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=18757261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000270896A Expired - Fee Related JP3945136B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | ガス流路を有する固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3945136B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007294327A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池及びセパレータ |
| WO2009005158A1 (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御装置 |
-
2000
- 2000-09-07 JP JP2000270896A patent/JP3945136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007294327A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池及びセパレータ |
| WO2009005158A1 (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御装置 |
| JP2009016170A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御装置 |
| JP4548453B2 (ja) * | 2007-07-04 | 2010-09-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御装置 |
| US8309261B2 (en) | 2007-07-04 | 2012-11-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell with control unit for recirculating fuel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3945136B2 (ja) | 2007-07-18 |
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