JP2003346873A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発電セル内の最高温度を最適運転温度以下に維
持し、簡単な構成で有効な発電性能を確保することを可
能にする。 【解決手段】燃料電池スタック１０は、発電セル１２
と、所定数の前記発電セル１２に対して電気的に一体的
に接続される集電用電極１４、１６と、前記集電用電極
１４、１６間に介装され、冷却液体により前記発電セル
１２を冷却する第１冷却セル１８とを備える。第１冷却
セル１８は、発電セル１２から発生する熱を冷却液体と
良好に熱交換させるために、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上
の熱伝導率を有する絶縁機構を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質をアノード
側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を
有し、前記接合体をセパレータにより挟持して前記アノ
ード側電極に燃料ガスを供給する一方、前記カソード側
電極に酸化剤ガスを供給する発電セルを備えた燃料電池
スタックに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）
は、炭化珪素多孔質（マトリックス）に濃厚リン酸を含
浸させた電解質層の両側に、それぞれカーボンを主体と
するアノード側電極およびカソード側電極を対設して構
成される接合体（電解質層・電極接合体）を、セパレー
タ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成さ
れる発電セルを備えている。この発電セルは、通常、所
定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用されてい
る。

【０００３】一方、固体高分子型燃料電池（ＳＰＦＣ）
は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電
解質膜を採用しており、同様に前記電解質膜により構成
される接合体（電解質膜・電極接合体）とセパレータと
を備える発電セルを、所定数だけ積層して燃料電池スタ
ックとして用いている。

【０００４】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を
含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒
電極上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード
側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路
に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に
酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガス
ともいう）が供給されているために、このカソード側電
極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水
が生成される。

【０００５】ところで、上記の燃料電池では、有効な発
電性能を発揮するための最適な作動温度が設定されてい
る。例えば、リン酸型燃料電池では、１２０℃〜２００
℃であり、固体高分子型燃料電池では、６０℃〜９０℃
である。このため、発電セルを所望の作動温度に維持す
る必要があり、従来から、種々の冷却構造が採用されて
いる。一般的には、燃料電池スタックを構成するセパレ
ータに冷却媒体用通路を形成し、前記通路に水等の冷却
媒体を供給することにより発電セルの冷却を行う構造が
知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この場合、冷却媒体と
して使用される水や、自動車用冷却構造に使用される一
般的な冷却媒体（冷却液体）では、イオン等の不純物や
金属系添加剤が混入しており、この冷却媒体自体に導電
性が付与されている。一方、冷却媒体として脱イオン水
や純水を用いる場合にも、運転中に冷却系配管やラジエ
ータを循環することによって金属等が混入し、この冷却
媒体に導電性が付与されてしまう。

【０００７】しかしながら、燃料電池スタックでは、各
発電セルで発生した電子がスタック両端側の集電用電極
から取り出されるため、上記のように冷却媒体に導電性
が付与されると、前記冷却媒体中に電気が流れてしま
う。これにより、冷却媒体を介して冷却系配管やラジエ
ータ等に電気が流れてしまい、地絡や液絡が発生して燃
料電池スタック全体の出力が低下するという問題が指摘
されている。

【０００８】そこで、本出願人は、冷却媒体を介して漏
電することを確実に阻止することができ、簡単な構成
で、有効な発電性能を維持することが可能な燃料電池ス
タックを提案している（特開２００１−３３２２８８号
公報参照）。

【０００９】この燃料電池スタックでは、集電用電極間
に冷却セルが介装されており、この冷却セルに供給され
る冷却媒体が絶縁機構を介して発電セルおよび前記集電
用電極から電気的に絶縁されるとともに、前記冷却セル
を挟んで配置される前記発電セル同士または前記発電セ
ルと前記集電用電極とが導電機構を介して互いに電気的
に接続されている。これにより、冷却媒体を介して地絡
や液絡が発生することを確実に防止することができ、燃
料電池スタック全体の出力低下を有効に阻止して所望の
発電機能を維持することが可能になる。

【００１０】ところで、上記の燃料電池スタックでは、
導電機構として冷却セルを挟んで設置される導電性金属
プレートを備えるとともに、絶縁機構として前記導電性
金属プレートと前記冷却セルとの間に設置される、例え
ば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成さ
れた絶縁性シート体を備えており、この絶縁性シート体
が前記導電性金属プレートの全面にわたり接着剤等によ
り貼り付けられている。

【００１１】その際、絶縁性シート体は、断熱材として
機能してしまい、発電時に発電セルに発生する熱が冷却
セルに有効に伝達されないおそれがある。特に、高負荷
運転条件では、発熱量が大きくなり、発電セルの最高負
荷条件で発生する熱を良好に放熱し得るように、比較的
大型の熱交換器を組み込む冷却システムを採用する必要
がある。

【００１２】例えば、電流密度が１Ａ／ｃｍ²で、発電
セル１個当たりの端子間電圧が約０．６Ｖの能力を有す
る発電セルを積層した定格出力が７０ｋＷ程度の燃料電
池スタックでは、定格出力運転時に７０ｋＷ程度の熱が
発生する。この発生熱の中、１２％程度は燃料電池スタ
ック自体の保温および放熱により消費されるものの、残
りの８８％程度の大量の熱は、前記燃料電池スタック内
に導入される冷却媒体を介して吸収させ、外部に配置し
た熱交換器で放熱する必要がある。

【００１３】これにより、大量の冷却媒体を循環させる
ために、ポンプ自体が大型化するとともに、熱交換器に
高い能力が要求され、前記熱交換器が相当に大型化して
しまうという問題が指摘されている。

【００１４】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、特に高出力時にも発電セル面内の最高温度を最適運
転温度以下に維持することができ、簡単かつコンパクト
な構成で、有効な発電性能を確保することが可能な燃料
電池スタックを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池スタックでは、集電用電極間に冷却セルが介装
されており、この冷却セルに供給される冷却媒体を発電
セルおよび集電用電極から電気的に絶縁する絶縁機構が
設けられるとともに、この絶縁機構は、０．５Ｗ／（ｍ
・ｋ）以上の熱伝導率を有している。

【００１６】このため、発電セルから発生する熱は、絶
縁機構を介して冷却セルに良好に伝達され、冷却媒体と
の間で熱交換がなされる。これにより、各発電セルが最
適運転温度で運転される際、流通させる冷却媒体の量を
削減することができ、冷却システム内に貯留される冷却
媒体量が少なくなって、熱交換器や冷却媒体循環用ポン
プ等を有効に小型化することが可能になる。しかも、積
層方向における各発電セル間の温度差が低減されるた
め、各発電セルの発電性能をより一層最高性能に近づけ
ることができ、燃料電池スタック全体の出力を大幅に向
上させることが可能になる。

【００１７】また、本発明の請求項２に係る燃料電池ス
タックでは、絶縁機構が、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の
熱伝導率を有する熱伝導性シートまたは熱伝導性グリー
スを備えている。従って、絶縁機構の簡素化を図るとと
もに、前記絶縁機構の小型化および薄型化が容易に遂行
され、燃料電池スタック全体の小型化が可能になる。

【００１８】さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池
スタックでは、発電セルを冷却するための冷却気体が供
給され、冷却セルとの間に所定数の前記発電セルを挟ん
で集電用電極間に介装される補助冷却セルを備えてい
る。このため、補助冷却セルに供給される冷却気体を介
して発電セルが冷却される。

【００１９】その際、冷却セルは、所定数の発電セルを
他の冷却セルとで、あるいは、集電用電極とで挟持して
おり、前記冷却セル近傍の発電セルの温度は、該冷却セ
ルから離間する位置（挟持方向中央部）に配置された発
電セルの温度に比べて相対的に低下する。従って、冷却
セル間では、中央部に位置する発電セルの温度が高い山
形状の温度分布が生じ易い。

【００２０】そこで、冷却セルとの間に所定数の発電セ
ルを挟んで、すなわち、前記冷却セル間で温度の高い発
電セルの近傍に補助冷却セルが介装されている。このた
め、補助冷却セルに冷却気体が供給されることにより、
この補助冷却セル近傍の温度の高い発電セルを有効に冷
却することができる。

【００２１】従って、冷却セル近傍の発電セルを最適運
転温度に近似した温度に維持する一方、補助冷却セル近
傍の発電セルを最適運転温度まで冷却することが可能に
なる。これにより、各発電セルの温度は、最適運転温度
近傍に調整されるとともに、発電セル間では、積層方向
に沿って温度差が低減され、前記発電セルの各発電性能
を有効に向上させることができる。

【００２２】しかも、高出力時には、冷却セルと共に補
助冷却セルが使用されて、冷却が必要な発電セルのみを
冷却している。このため、冷却用に大型の熱交換器を用
いる必要がなく、熱交換器を有効に小型化することが可
能になる。

【００２３】さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料
電池スタックでは、集電用電極の外方には、前記集電用
電極を挟んで発電セルとは反対側に、前記発電セルを冷
却するための冷却媒体が供給される外側冷却セルが配置
されるとともに、前記外側冷却セルと前記集電用電極と
の間には、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の熱伝導率を有す
る絶縁機構が介装されている。

【００２４】従って、集電用電極近傍の発電セルが過度
に冷却されることを回避するとともに、前記発電セルを
良好に冷却することが可能になる。このため、燃料電池
スタック内に配設された発電セル同士の積層方向の温度
差が有効に小さくなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタック１０の概略構成を示す側面説明
図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の分解斜
視説明図であり、図３は、前記燃料電池スタック１０の
要部拡大断面図である。

【００２６】燃料電池スタック１０は発電セル１２を備
え、この発電セル１２が矢印Ａ方向に所定数だけ積層さ
れている。発電セル１２の積層方向両端側には、この発
電セル１２に対して電気的に一体的に接続される集電用
電極１４、１６が配置される。集電用電極１４、１６間
には、所定数の第１冷却セル１８が介装されるととも
に、前記第１冷却セル１８との間に所定数の発電セル１
２を挟んで前記集電用電極１４、１６間に所定数の第２
冷却セル（補助冷却セル）２０が介装される。

【００２７】集電用電極１４、１６の外側には、絶縁シ
ート１９ａ、１９ｂを介装して第３冷却セル（外側冷却
セル）１８ａが配置され、前記第３冷却セル１８ａに断
熱材１７を介してエンドプレート２１ａ、２１ｂが配置
されている。エンドプレート２１ａ、２１ｂは、図示し
ないバックアッププレートを介してタイロッド等により
締め付けられており、発電セル１２と集電用電極１４、
１６と第１乃至第３冷却セル１８、２０、１８ａは、一
体的に矢印Ａ方向に締め付け保持される。集電用電極１
４、１６には、例えば、モータ等の負荷２２が接続され
ている（図１参照）。

【００２８】発電セル１２は、図２および図３に示すよ
うに、炭化珪素多孔質または塩基性ポリマー、例えば、
ポリベンズイミダゾールにリン酸を含浸させた電解質層
と額縁状部材（後述する）からなる電解質部２４を挟ん
で、カソード側電極２６およびアノード側電極２８が配
設される接合体（電解質層・電極接合体）３０を有す
る。カソード側電極２６およびアノード側電極２８は、
例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパー等から
なるガス拡散層と、白金系触媒が表面に担持された多孔
質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布さ
れた電極触媒層とをそれぞれ有しており、前記電極触媒
層が電解質部２４に接合されている。

【００２９】接合体３０の両側には、導電性材料、例え
ば、緻密質カーボン材料や金属で形成される第１および
第２セパレータ３２、３４が配置され、前記接合体３０
と前記第１および第２セパレータ３２、３４により、発
電セル１２が構成される。

【００３０】発電セル１２は、横方向（矢印Ｂ方向）両
端下部側に水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるため
の燃料ガス供給連通路３６ａと、酸素含有ガスである酸
化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス供給連通路３８
ａとを設ける。発電セル１２の横方向両端上部側には、
燃料ガスを通過させるための燃料ガス排出連通路３６ｂ
と、酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス排出連通
路３８ｂとが、燃料ガス供給連通路３６ａおよび酸化剤
ガス供給連通路３８ａと対角位置になるように設けられ
ている。

【００３１】発電セル１２の横方向両端中央側には、切
り欠き部分４０ａ、４０ｂが設けられており、この切り
欠き部分４０ａ、４０ｂに冷媒供給管路４６と冷媒排出
管路４８が配置される。冷媒供給管路４６内に冷却液体
供給連通路４６ａが形成される一方、冷媒排出管路４８
内に冷却液体排出連通路４８ａが形成される。

【００３２】第１セパレータ３２のカソード側電極２６
に対向する面には、酸化剤ガス供給連通路３８ａおよび
酸化剤ガス排出連通路３８ｂに両端が連通して前記カソ
ード側電極２６に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路
５０が形成される（図２および図３参照）。第２セパレ
ータ３４のアノード側電極２８に対向する面には、燃料
ガス供給連通路３６ａおよび燃料ガス排出連通路３６ｂ
に両端が連通して前記アノード側電極２８に燃料ガスを
供給する燃料ガス流路５１が設けられる。酸化剤ガス流
路５０および燃料ガス流路５１は、水平方向（矢印Ｂ方
向）に蛇行しながら鉛直上方向に酸化剤ガスおよび燃料
ガスを導く流路構造を採用している。

【００３３】第１および第２セパレータ３２、３４のカ
ソード側電極２６およびアノード側電極２８に対向する
面には、燃料ガス供給連通路３６ａ、酸化剤ガス供給連
通路３８ａ、燃料ガス排出連通路３６ｂ、酸化剤ガス排
出連通路３８ｂ、酸化剤ガス流路５０および燃料ガス流
路５１を気密にシールするために、シール部材５３が、
例えば、焼き付け等によって設けられている。

【００３４】図１に示すように、第１冷却セル１８は、
燃料電池スタック１０内で集電用電極１４、１６間に１
０セルおき、すなわち、前記第１冷却セル１８間に１０
個の発電セル１２を配置して積層されている。この第１
冷却セル１８の両面に配置される第１および第２セパレ
ータ３２、３４は、図２および図３に示すように、前記
第１冷却セル１８側の面が平坦状に構成された片面ガス
流路付きセパレータ構造に設定されている。後述する第
２冷却セル２０においても、同様である。その他の第１
および第２セパレータ３２、３４は、両面に酸化剤ガス
流路５０と燃料ガス流路５１とが形成されている。

【００３５】第１冷却セル１８は、図３および図４に示
すように、冷却液体用流路プレート５２と、この流路プ
レート５２に重ね合わされて冷却液体通路５４を形成す
る蓋プレート５６と、前記冷却液体通路５４に供給され
る冷却液体を発電セル１２および集電用電極１４、１６
から電気的に絶縁するための絶縁シート（絶縁機構）５
８ａ、５８ｂと、前記第１冷却セル１８を挟んで前記発
電セル１２同士（または前記発電セル１２と前記集電用
電極１４、１６）を互いに電気的に接続するための導電
プレート（導電機構）６０ａ、６０ｂとを備える。流路
プレート５２および蓋プレート５６は、例えば、アルミ
ニウム合金やチタン合金等の軽合金や、緻密質の炭素材
料で形成される。

【００３６】流路プレート５２は、幅方向（矢印Ｂ方
向）両端中央側に一方の面側に突出して筒状接続部６２
ａ、６２ｂを設けており、前記接続部６２ａ、６２ｂに
冷媒供給管路４６と冷媒排出管路４８とが接続される。
流路プレート５２の他方の面側には、冷却液体通路５４
が形成されており、この冷却液体通路５４を構成して矢
印Ｂ方向に直線状に設けられる複数本の流路溝６４が、
接続部６２ａ、６２ｂに連通する。流路溝６４の入口と
接続部６２ａとの間、および前記流路溝６４の出口と接
続部６２ｂとの間には、該流路溝６４に冷却液体を均一
にかつ安定した状態で流すためのガイド６６ａ、６６ｂ
が設けられる。

【００３７】蓋プレート５６は、流路プレート５２に対
向する面とは反対側の面に、外方に突出して筒状接続部
６８ａ、６８ｂが形成される。この接続部６８ａ、６８
ｂは、流路プレート５２の接続部６２ａ、６２ｂと同一
位置に設けられており、冷媒供給管路４６および冷媒排
出管路４８に接続される。

【００３８】導電プレート６０ａ、６０ｂは、流路プレ
ート５２および蓋プレート５６を覆って配置される一
方、絶縁シート５８ａ、５８ｂは、前記導電プレート６
０ａ、６０ｂの前記流路プレート５２および前記蓋プレ
ート５６に接する面側に設けらている。導電プレート６
０ａ、６０ｂは、銅合金等の電気伝導性に優れる金属プ
レートで構成されている。

【００３９】絶縁シート５８ａ、５８ｂは、絶縁性と良
好な熱伝導率、具体的には、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上
の熱伝導率とを有するとともに、所望の弾性を有して導
電プレート６０ａ、６０ｂとの密着性に優れる材料で構
成される。絶縁シート５８ａ、５８ｂは、例えば、表１
に示すように、信越化学工業株式会社製の高熱伝導性シ
リコンゴムシートや低硬度高熱伝導性シリコンゴムシー
ト等が使用される。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１からも明らかなように、高熱伝導性シ
リコンゴムシートの中、製品名ＴＣ−ＥＧおよびＴＣ−
ＴＸの熱伝導率は、それぞれ、４．５Ｗ／（ｍ・ｋ）、
５．０Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、通常のゴムや樹脂材料の
熱伝導率に比べて１桁大きな値となり、好適である。

【００４２】なお、絶縁機構としては、絶縁シート５８
ａ、５８ｂに代替して、高熱伝導性・電気絶縁性グリー
スを使用してもよい。例えば、信越化学工業株式会社製
の放熱用オイルコンパウンドが使用される。このオイル
コンパウンドは、シリコンオイルを基油として金属酸化
物を配合しており、グリース状を有するとともに、熱伝
導率に優れている。表２は、各オイルコンパウンドの熱
伝導率が示されている。

【００４３】

【表２】

【００４４】上記のオイルコンパウンドの中、Ｇ７６
５、Ｇ７５０およびＧ７５１の熱伝導率は、それぞれ、
２．８９Ｗ／（ｍ・ｋ）、３．５Ｗ／（ｍ・ｋ）および
４．５Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、通常のゴムや樹脂材料の
熱伝導率に比べて１桁大きな値となっている。

【００４５】図４に示すように、導電プレート６０ａ、
６０ｂの上端部には、それぞれ互いに近接する方向に屈
曲して合わせ部７０ａ、７０ｂが設けられるとともに、
前記合わせ部７０ａ、７０ｂに孔部７２ａ、７２ｂが形
成される。合わせ部７０ａ、７０ｂを覆って固定板体７
４が配置され、この固定板体７４から孔部７２ａ、７２
ｂにねじ７６を挿入し、前記ねじ７６にナット７８を螺
合することにより、導電プレート６０ａ、６０ｂが流路
プレート５２および蓋プレート５６を保持する。

【００４６】第２冷却セル２０は、図１に示すように、
燃料電池スタック１０内で互いに隣り合う第１冷却セル
１８間に、および集電用電極１４、１６と前記第１冷却
セル１８間に５セルおきに配置される。具体的には、第
１冷却セル１８間、および集電用電極１４、１６と前記
第１冷却セル１８間の中央には、両側にそれぞれ５個の
発電セル１２を配置して第２冷却セル２０が積層されて
いる。

【００４７】図３および図５に示すように、第２冷却セ
ル２０は、冷却気体（例えば、空気）用流路プレート８
０と、この流路プレート８０に重ね合わされて冷却空気
通路８２を形成する蓋プレート８４とを備える。流路プ
レート８０および蓋プレート８４は、軽量でかつ熱伝導
性および電気伝導性の良好な、例えば、アルミニウム合
金やチタン合金等の軽合金材料で形成される。

【００４８】冷却空気通路８２は、流路プレート８０の
一方の面８０ａに設けられており、鉛直方向（矢印Ｃ方
向）に直線状に延在する複数本の流路溝８６を備える。
流路溝８６の下端側には、ガイド８８を設けた空気導入
部９０が連通している。冷却空気通路８２は、カソード
側電極２６およびアノード側電極２８の横方向（矢印Ｂ
方向）の幅寸法の６０％〜７０％の範囲に設定されてい
る。

【００４９】蓋プレート８４には、空気導入部９０に連
通する室９２が形成され、この室９２が空気導入口９４
に連通する。この空気導入口９４には、電気的絶縁処理
が施されたパイプ９６が接続されている。流路プレート
８０と蓋プレート８４とは、複数本のねじ９８により互
いに固定されている。

【００５０】図１に示すように、集電用電極１４、１６
の外方に配置された絶縁シート１９ａ、１９ｂは、絶縁
性と良好な熱伝導率、具体的には、０．５Ｗ／（ｍ・
ｋ）以上の熱伝導率とを有するとともに、所望の弾性を
有している。絶縁シート１９ａ、１９ｂは、絶縁シート
５８ａ、５８ｂと同様に、例えば、信越化学工業株式会
社製の高熱伝導性シリコンゴムシートや低硬度高熱伝導
性シリコンゴムシート等が使用される。

【００５１】第３冷却セル１８ａは、絶縁シート１９
ａ、１９ｂを介して集電用電極１４、１６から絶縁され
るとともに、発電セル１２同士を電気的に接続する必要
がなく、導電プレートが不要である。図６に示すよう
に、第３冷却セル１８ａは、流路プレート５２と蓋プレ
ート５６とを備えている。

【００５２】図２に示すように、エンドプレート２１ａ
には、燃料ガス供給連通路３６ａに連通する燃料ガス入
口１００ａと、燃料ガス排出連通路３６ｂに連通する燃
料ガス出口１００ｂと、酸化剤ガス供給連通路３８ａに
連通する酸化剤ガス入口１０２ａと、酸化剤ガス排出連
通路３８ｂに連通する酸化剤ガス出口１０２ｂとが形成
される。

【００５３】図７は、第１の実施形態に係る燃料電池ス
タック１０を組み込む燃料電池システム１１０の概略構
成図である。

【００５４】燃料電池システム１１０は、燃料電池スタ
ック１０に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部１１２
と、前記燃料電池スタック１０に酸化剤ガスを供給する
酸化剤ガス供給部１１４と、前記燃料電池スタック１０
に冷却液体（液状冷却媒体）を供給する冷却液体供給部
１１６と、前記燃料電池スタック１０に冷却空気を供給
する冷却空気供給部１１８とを備える。

【００５５】燃料ガス供給部１１２は、高圧水素貯蔵源
１２０を備え、この高圧水素貯蔵源１２０から燃料電池
スタック１０内の燃料ガス供給連通路３６ａに連なる燃
料ガス配管１２２には、第１減圧弁１２４および燃料ガ
ス流量制御器１２６が設けられる。

【００５６】酸化剤ガス供給部１１４は、第１コンプレ
ッサ１２８を備え、この第１コンプレッサ１２８から燃
料電池スタック１０内の酸化剤ガス供給連通路３８ａに
連なる酸化剤ガス配管１３０には、第２減圧弁１３１お
よび酸化剤ガス流量制御器１３２が設けられる。

【００５７】冷却液体供給部１１６は、燃料電池スタッ
ク１０内の冷却液体供給連通路４６ａと冷却液体排出連
通路４８ａとを繋ぐ冷却液体配管１３４を備え、前記冷
却液体配管１３４には、循環用ポンプ１３６と比較的小
型な熱交換器１３８とが設けられる。

【００５８】冷却空気供給部１１８は、第２コンプレッ
サ１４０を備え、この第２コンプレッサ１４０は、燃料
電池スタック１０を構成する第２冷却セル２０に連なる
冷却空気配管１４２に接続される。この冷却空気配管１
４２には、第３減圧弁１４４と冷却空気流量制御器１４
６が設けられる。

【００５９】このように構成される燃料電池スタック１
０の動作について、燃料電池システム１１０との関連で
以下に説明する。

【００６０】まず、燃料電池システム１１０では、モー
タ等の負荷２２の要求電流に応じて、燃料ガス供給部１
１２および酸化剤ガス供給部１１４の制御が行われる。
燃料ガス供給部１１２では、第１減圧弁１２４および燃
料ガス流量制御器１２６を介して高圧水素貯蔵源１２０
から燃料電池スタック１０に所定量の燃料ガス（水素ガ
スまたは水素含有ガス）が供給される。

【００６１】一方、酸化剤ガス供給部１１４では、第１
コンプレッサ１２８を介して導入された酸化剤ガスであ
る酸素含有ガス（以下、空気ともいう）が、第２減圧弁
１３１および酸化剤ガス流量制御器１３２を介して流量
が制御される。このため、燃料電池スタック１０には、
所定量の酸素含有ガスが供給される。

【００６２】図２に示すように、エンドプレート２１ａ
の燃料ガス入口１００ａに供給された燃料ガスは、燃料
ガス供給連通路３６ａを介して第２セパレータ３４に形
成されている燃料ガス流路５１に供給される。このた
め、燃料ガス中の水素含有ガスは、発電セル１２のアノ
ード側電極２８に供給されるとともに、未使用の燃料ガ
スが燃料ガス排出連通路３６ｂに排出される。

【００６３】また、エンドプレート２１ａの酸化剤ガス
入口１０２ａに供給された空気は、酸化剤ガス供給連通
路３８ａを介して第１セパレータ３２に形成されている
酸化剤ガス流路５０に導入される。従って、空気中の酸
素含有ガスがカソード側電極２６に供給される一方、未
使用の空気が酸化剤ガス排出連通路３８ｂに排出され
る。これにより、発電セル１２で発電が行われ、モータ
等の負荷２２に電力が供給されることになる（図１参
照）。

【００６４】上記のように、燃料電池スタック１０内で
発電が行われると、この発電に伴って熱が発生し、各発
電セル１２の温度が徐々に上昇する。発電セル１２の最
適運転温度は、例えば、ポリベンズイミダゾール膜にリ
ン酸を含浸させた電解質部２４を用いた場合に、１６０
℃を超えないことが必要である。このため、燃料電池シ
ステム１１０では、図７に示すように、冷却液体供給部
１１６を構成するポンプ１３６が駆動される。

【００６５】ポンプ１３６の作用下に、燃料電池スタッ
ク１０の冷却液体供給連通路４６ａに供給された冷却液
体は、第１および第３冷却セル１８、１８ａを構成する
流路プレート５２と蓋プレート５６との間に形成された
冷却液体通路５４に導入される。図４および図６に示す
ように、流路プレート５２では、接続部６２ａから流路
溝６４に冷却液体が導入され、この冷却媒体が前記流路
溝６４を通って発電セル１２の発電面を冷却した後、冷
却液体排出連通路４８ａに排出される。

【００６６】冷却液体排出連通路４８ａから冷却液体配
管１３４に導出された冷却液体は、各発電セル１２から
熱を奪って比較的高温となっており、熱交換器１３８に
導入される（図７参照）。この熱交換器１３８では、冷
却液体から放熱が行われ、温度が低下した前記冷却液体
は、再び第１および第３冷却セル１８、１８ａに循環さ
れる。

【００６７】この場合、第１冷却セル１８では、冷却液
体通路５４を形成する流路プレート５２と蓋プレート５
６とが、絶縁シート５８ａ、５８ｂを設けた導電プレー
ト６０ａ、６０ｂに覆われている（図３参照）。このた
め、冷却液体通路５４は、発電セル１２から電気的に絶
縁されており、前記発電セル１２で発生する電気が前記
冷却液体通路５４の冷却液体に流れることがない。これ
により、冷却液体を介して地絡や液絡が発生することが
なく、燃料電池スタック１０全体の出力低下を確実に阻
止することができ、所望の発電機能を確実に維持するこ
とが可能になるという効果が得られる。

【００６８】しかも、冷却液体に導電性が付与されてい
ても、発電セル１２の発電性能に影響を与えることがな
い。従って、イオンや金属系添加物を含む一般の水系冷
却媒体等を使用することができ、設備全体の簡素化を図
るとともに、経済的であるという利点がある。

【００６９】さらに、絶縁シート５８ａ、５８ｂは、熱
伝導性の良好な、具体的には、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以
上の熱伝導率を有する材料で構成されている。このた
め、発電セル１２から発生する熱は、絶縁シート５８
ａ、５８ｂを介して第１冷却セル１８内に良好に伝達さ
れ、冷却液体通路５４に流れる冷却液体との間で熱交換
がなされる。これにより、各発電セル１２が最適運転温
度で運転される際、流通される冷却液体の量を削減する
ことができ、燃料電池システム１１０内に貯留される冷
却液体量が少なくなって、熱交換器１３８および循環用
ポンプ１３６を有効に小型化することが可能になる。

【００７０】また、絶縁機構としての絶縁シート５８
ａ、５８ｂが、シリコンゴムシートや絶縁性グリース等
を用いている。従って、絶縁機構の簡素化を図るととも
に、この絶縁機構が小型かつ薄型化され、燃料電池スタ
ック１０全体の小型化が可能になるという利点がある。

【００７１】さらにまた、集電用電極１４、１６の外側
に第３冷却セル１８ａが配置されている。このため、集
電用電極１４、１６近傍の発電セル１２が、過度に冷却
されることを回避するとともに、前記発電セル１２を適
度に冷却することができる。これにより、燃料電池スタ
ック１０内に配設された各発電セル１２間の温度差が有
効に小さくなる。しかも、第３冷却セル１８ａは、流路
プレート５２と、蓋プレート５６とを備えるだけでよ
く、構成が有効に簡素化されて経済的である。

【００７２】その際、第３冷却セル１８ａと集電用電極
１４、１６とに介装されている絶縁シート１９ｂは、絶
縁シート５８ａ、５８ｂと同様に、０．５Ｗ／（ｍ・
ｋ）以上の熱伝導率を有しており、発電セル１２から発
せられる熱を有効に熱交換することが可能になる。

【００７３】ところで、燃料電池スタック１０におい
て、高負荷が要求されて高出力状態になると、各発電セ
ル１２の発熱量が増加する。その際、液状の冷却媒体と
小型の熱交換器１３８だけで、すなわち、第１および第
３冷却セル１８、１８ａだけで、全ての発電セル１２の
最高温度を最適運転温度以下に維持できなくなる前に、
冷却空気供給部１１８が駆動されて第２冷却セル２０に
冷却空気が供給される（図７参照）。冷却空気供給部１
１８では、第２コンプレッサ１４０を介して導入された
冷却空気が、第３減圧弁１４４および冷却空気流量制御
器１４６を介して流量が調整された後、各第２冷却セル
２０を構成するパイプ９６から空気導入口９４に導入さ
れる。

【００７４】図３および図５に示すように、冷却空気
は、空気導入口９４から室９２を介して空気導入部９０
に導入される。この空気導入部９０には、ガイド８８を
介して冷却空気通路８２が設けられており、前記冷却空
気は、前記ガイド８８を介して複数の流路溝８６に均等
に、かつ安定した状態で導入され、鉛直上方向に向かっ
て流れる。これにより、第２冷却セル２０近傍の発電セ
ル１２が冷却される。

【００７５】このため、第２冷却セル２０は、互いに近
接する第１冷却セル１８間、および集電用電極１４、１
６と前記第１冷却セル１８との間の温度が高い位置に対
応して配置されており、この温度の高い位置の発電セル
１２を有効に冷却することができる。

【００７６】従って、第１冷却セル１８近傍の発電セル
１２を最適運転温度に近似した温度に維持した状態で、
第２冷却セル２０近傍の発電セル１２を最適運転温度ま
で冷却することが可能になる。これにより、各発電セル
１２の温度は、最適運転温度近傍に調整されるととも
に、前記発電セル１２間には、積層方向に沿って温度差
が低減され、該発電セル１２の各発電性能を有効に向上
させることができるという効果が得られる。

【００７７】しかも、高出力時には、第１および第３冷
却セル１８、１８ａと共に第２冷却セル２０が使用さ
れ、冷却が必要な発電セル１２のみを冷却している。こ
のため、冷却用に大型の熱交換器を用いる必要がなく、
比較的小型の熱交換器１３８により良好に対応すること
ができる。

【００７８】さらに、第２冷却セル２０は、冷却空気を
用いるために第１および第３冷却セル１８、１８ａのよ
うな導電性を有する冷却液体を使用しない。従って、冷
却空気と発電セル１２との間を絶縁する必要がなく、第
２冷却セル２０の構成が有効に簡素化されるという利点
がある。

【００７９】また、第１の実施形態では、絶縁シート１
９ａ、１９ｂおよび５８ａ、５８ｂに厚さが０．３ｍｍ
で、熱伝導率が０．２５Ｗ／（ｍ・ｋ）のポリテトラフ
ルオロエチレン製のシートを用いた比較例によるセパレ
ータ面内温度との関係を検出する実験を行った。この比
較例では、３０個の発電セル１２を積層して両端部に集
電用電極１４、１６を配置するとともに、前記集電用電
極１４、１６の外側には、厚さが０．３ｍｍで、熱伝導
率が０．２５Ｗ／（ｍ・ｋ）のポリテトラフルオロエチ
レン製の絶縁シートを介して第３冷却セル１８ａが設置
され、さらにその外側に断熱材１７を介してエンドプレ
ート２１ａ、２１ｂが配置された。エンドプレート２１
ａには、図示しない皿ばねおよびバックアッププレート
が設置され、このバックアッププレートとエンドプレー
ト２１ｂ側の図示しないバックアッププレートとの間に
ボルトを挿通して締め付けることにより、燃料電池スタ
ックが構成された。

【００８０】電解質部２４を構成する電解質層は、リン
酸含浸前のポリベンズイミダゾール膜の重量と、ポリベ
ンズイミダゾール繰り返し単位当たりの分子量とから、
前記ポリベンズイミダゾール膜内のポリベンズイミダゾ
ール繰り返し単位のモル数が予め算出された。

【００８１】そして、厚さが５０μｍのポリベンズイミ
ダゾール膜を８５％のリン酸溶液に２４時間以上、前記
ポリベンズイミダゾール膜内のリン酸濃度が平衡に達す
るまで浸漬した。次いで、リン酸が含浸したポリベンズ
イミダゾール膜を取り出して、８０℃で真空乾燥した
後、その重量とリン酸の分子量とから浸漬後のポリベン
ズイミダゾール膜内のリン酸のモル数が算出された。

【００８２】このポリベンズイミダゾール繰り返し単位
のモル数と、ポリベンズイミダゾール膜内のリン酸のモ
ル数とから、ポリベンズイミダゾール繰り返し単位当た
りのリン酸の分子数を算出したところ、このリン酸の分
子数は、１０．２であった。一方、カソード側電極２６
およびアノード側電極２８は、以下のように製作され
た。

【００８３】まず、カーボン微粒子とポリテトラフルオ
ロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）微粉末をエチレン
グリコールに分散させた溶液を、厚さが２７０μｍのカ
ーボンペーパーの片側表面に塗布し、乾燥してエチレン
グリコールを除去することにより、カーボン・ＰＴＦＥ
層が形成された。さらに、多孔質カーボン微粒子に白金
合金系触媒を担持したものを純水で湿らせた後、エチレ
ングリコールと混合および攪拌して担持触媒・エチレン
グリコール溶液が得られた。

【００８４】この担持触媒・エチレングリコール溶液
を、カーボンクロス表面に形成したカーボン・ＰＴＦＥ
層上にスクリーン印刷によって均一に塗布し、乾燥によ
りエチレングリコールを除去して触媒層を形成し、ガス
拡散層付き電極が得られた。触媒層形成後のガス拡散層
付き電極の層厚さは、３００μｍであった。カソード側
電極２６およびアノード側電極２８において、発電に寄
与する電極面積は、２６８ｃｍ²であった。

【００８５】次に、膜厚が２５μｍのポリイミドフイル
ムに打ち抜き加工を施して、額縁状部材が形成された。
この額縁状部材を、カソード側電極２６およびアノード
側電極２８と略同一寸法の電解質層の外周部にオーバー
ラップさせるように重ね、さらに前記電解質層の両面に
前記カソード側電極２６およびアノード側電極２８を配
置し、プレス装置を用いて加圧および加熱して一体化し
た。これにより、接合体（電解質層・電極接合体）３０
が形成された。

【００８６】そこで、発電セル１２を１０セル毎に、第
１冷却セル１８が配置されるとともに、前記発電セル１
２を５セル毎に、第２冷却セル２０が配置された。すな
わち、第１冷却セル１８間の中央に第２冷却セル２０が
介装された。そして、図８に示すように、第２冷却セル
２０とこれに接するセパレータ（第１および／または第
２セパレータ３２、３４）ＳＰとの間に、および集電用
電極１４、１６とこれに接する前記セパレータＳＰとの
間に、横方向に５列でかつ縦方向に３列の合計１５個の
熱電対１５０が設置された。なお、第１冷却セル１８内
にも、膜厚が０．３ｍｍで、熱伝導率が０．２５Ｗ／
（ｍ・ｋ）のＰＴＦＥ製の絶縁シートが介装された。

【００８７】このように構成される比較例の燃料電池ス
タックにおいて、流量が１８．７ｎｏｒｍａｌ ｌ／ｍ
ｉｎ（標準状態０℃で、１ａｔｍに換算した流量）、ガ
ス利用率が５０％、圧力が２０１．３ｋＰａ（絶対圧）
に設定された水素ガスが供給される一方、４４．５ｎｏ
ｒｍａｌ ｌ／ｍｉｎ、ガス利用率が５０％、圧力が２
０１．３ｋＰａに設定された空気が供給され、負荷電流
密度が０．５Ａ／ｃｍ ²、燃料電池スタック１０として
は１３４Ａの条件で発電を行った。

【００８８】まず、第２冷却セル２０を用いずに、第１
および第３冷却セル１８、１８ａに対して１個当たり
２．４ｎｏｒｍａｌ ｌ／ｍｉｎの自動車用冷却液を供
給して冷却を行った。その際、第２冷却セル２０に接す
るセパレータＳＰの面内温度分布が、図９に示されてい
る。

【００８９】これにより、燃料スタック内で最も温度が
高い部分、すなわち、第２冷却セル２０に接する発電セ
ル１２の面内温度では、最高温度が運転最適温度である
１６０℃となった。従って、燃料電池スタックに上記の
発電能力より多くの発電性能が要求される際、第１冷却
セル１８に供給する冷却液体の流量を増加させるか、第
２冷却セル２０に冷却空気を導入する必要がある。

【００９０】一方、集電用電極１４、１６に接する発電
セル１２のセパレータ面内温度は、図９に示すように、
最高温度が１２０℃で、平均温度が１０９℃であった。
このため、比較例では、第２冷却セル２０に接するセパ
レータ面内平均温度と集電用電極１４、１６に接するセ
パレータ面内温度とに、平均温度で４６℃の温度差が発
生した。従って、５個の発電セル１２間に４６℃の温度
差が生じており、比較例の燃料電池スタックでは、積層
方向に相当に大きな温度差が生じていた。

【００９１】そこで、本実施例（第１の実施形態）で
は、ポリテトラフルオロエチレン製の絶縁シートに代え
て、厚さが０．３ｍｍで熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・ｋ）の
良熱伝導性を有する低硬度高熱伝導性シリコンゴムシー
ト（製品名ＴＣ−ＴＸ）製の絶縁シート５８ａ、５８ｂ
および１９ａ、１９ｂを用い、比較例と同一条件で発電
を行った。その際、第２冷却セル２０に接する発電セル
１２の面内温度分布は、図９に示すように、最高温度が
１５０℃で、平均温度が１４５℃であった。

【００９２】このように、燃料電池スタック１０の中、
最も温度が高い部分、すなわち、第２冷却セル２０に接
する発電セル１２のセパレータ面内温度の最高温度が１
５０℃となり、比較例に比べて１０℃の温度低下となっ
た。

【００９３】第１および第３冷却セル１８、１８ａに供
給される冷却液体の量は、比較例と同一であり、良熱伝
導性の絶縁シート５８ａ、５８ｂを用いることによっ
て、発電時に発電セル１２から発生する熱が有効に冷却
液体に伝達され、熱交換がなされていることが確認され
た。

【００９４】この結果、第１冷却セル１８に供給される
冷却液体の量を、比較例よりも大幅に減少させることが
でき、燃料電池システム１１０内に貯留される冷却液体
量を減少させることが可能になる。従って、冷却液体供
給部１１６を構成するポンプ１３６および熱交換器１３
８を有効に小型化することができるという利点が得られ
る。

【００９５】一方、集電用電極１４、１６に接する発電
セル１２のセパレータ面内温度分布は、図９に示すよう
に、最高温度が１１１℃で、平均温度が１０８℃であっ
た。これにより、本実施例では、第１冷却セル１８に接
するセパレータの平均温度と集電用電極１４、１６に接
するセパレータ面内温度との温度差、すなわち、５個の
発電セル１２間の温度差が３７℃となった。比較例で
は、５個の発電セル１２間の温度差が４６℃であるのに
比べ、本実施例では、温度差が有効に減少して燃料電池
スタック１０の積層方向の温度差が低減されることが確
認された。

【００９６】なお、第１の実施形態では、第１および第
２冷却セル１８、２０が積層方向に均等に、すなわち、
等間隔で離間して配置されているが、燃料電池スタック
１０の積層方向の温度分布が少なくなるように、適宜、
配置位置を調整することが可能である。

【００９７】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る
燃料電池スタック１６０の概略構成を示す側面説明図で
ある。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１
０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その
詳細な説明は省略する。また、以下に示す第３および第
４の実施形態においても、同様にその詳細な説明は省略
する。

【００９８】第２の実施形態では、第３冷却セル１８ａ
を用いておらず、集電用電極１４、１６の外側には、絶
縁シート１９ａ、１９ｂを介装してエンドプレート２１
ａ、２１ｂが配置される。従って、集電用電極１４、１
６に接する発電セル１２は、この集電用電極１４、１６
自体の放熱作用下に、熱伝導性が良好な絶縁シート１９
ａ、１９ｂを介して有効に冷却される。さらに、燃料電
池スタック１６０では、積層方向（矢印Ａ方向）の寸法
が有効に短尺化され、容易に小型化を図ることができ
る。

【００９９】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る
燃料電池スタック１７０の概略構成を示す側面説明図で
ある。

【０１００】第３の実施形態では、第２冷却セル２０
が、互いに近接する第１冷却セル１８間に配置されてい
る。具体的には、燃料電池スタック１７０の集電用電極
１４、１６と、積層方向両端の第１冷却セル１８との間
には、第２冷却セル２０が配設されておらず、互いに近
接する第１冷却セル１８間の中央にのみ前記第２冷却セ
ル２０が配設されている。

【０１０１】第１冷却セル１８間の発電セル１２の数が
１０個であり、その中央に第２冷却セル２０が配設され
ることによって、前記第１冷却セル１８と前記第２冷却
セル２０との間には、５個の発電セル１２が配設され
る。集電用電極１４、１６と、これらに隣接する第１冷
却セル１８との間には、５個の発電セル１２が配設され
ている。

【０１０２】このように構成される第３の実施形態で
は、各第１冷却セル１８の両側に、それぞれ５個の発電
セル１２が積層されている。このため、各第１冷却セル
１８が除去（冷却）する熱量の差が少なくなり、積層方
向に沿って各発電セル１２間の温度差が有効に削減され
るという効果が得られる。

【０１０３】さらに、集電用電極１４、１６と第１冷却
セル１８との間に、第２冷却セル２０が配設されていな
いので、前記第２冷却セル２０の数を、例えば、両端側
の２個だけ減少することができる。

【０１０４】図１２は、本発明の第４の実施形態に係る
燃料電池スタック１８０の概略構成を示す側面説明図で
ある。

【０１０５】この燃料電池スタック１８０では、第２冷
却セル２０を用いておらず、第１および第３冷却セル１
８、１８ａを介して各発電セル１２を冷却するように構
成されている。これにより、熱伝導性に優れる絶縁シー
ト１９ａ、１９ｂおよび５８ａ、５８ｂを介して発電セ
ル１２から発生する熱を良好に伝達し、冷却液体と確実
に熱交換することが可能になる。しかも、燃料電池スタ
ック１８０全体を有効にコンパクト化することができ
る。

【０１０６】

【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、集
電用電極間に冷却セルが介装されており、この冷却セル
に供給される冷却液体を発電セルおよび集電用電極から
電気的に絶縁する絶縁機構が設けられるとともに、この
絶縁機構は、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の熱伝導率を有
している。このため、発電セルから発生する熱は、絶縁
機構を介して冷却セルに良好に伝達され、冷却媒体との
間で熱交換がなされる。

【０１０７】これにより、各発電セルが最適運転温度で
運転される際、流通させる冷却媒体の量を削減すること
ができ、冷却システム内に貯留される冷却媒体量が少な
くなって、熱交換器や冷却媒体循環用ポンプ等を有効に
小型化することが可能になる。しかも、積層方向におけ
る各発電セル間の温度差が低減されるため、各発電セル
の発電性能をより一層最高性能に近づけることができ、
燃料電池スタック全体の出力を大幅に向上させることが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの概略構成を示す側面説明図である。

【図２】前記燃料電池スタックの分解斜視説明図であ
る。

【図３】前記燃料電池スタックの要部拡大断面図であ
る。

【図４】前記燃料電池スタックを構成する第１冷却セル
の分解斜視説明図である。

【図５】前記燃料電池スタックを構成する第２冷却セル
の分解斜視説明図である。

【図６】前記燃料電池スタックを構成する第３冷却セル
の分解斜視説明図である。

【図７】前記燃料電池スタックを組み込む燃料電池シス
テムの概略構成説明図である。

【図８】セパレータ面内温度分布を検出するための熱電
対の配置説明図である。

【図９】絶縁シートの熱伝導率の相違による前記セパレ
ータ面内温度の説明図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの概略構成を示す側面説明図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの概略構成を示す側面説明図である。

【図１２】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの概略構成を示す側面説明図である。

【符号の説明】

１０、１６０、１７０、１８０…燃料電池スタック １２…発電セル １４、１６…集電
用電極 １８、１８ａ、２０…冷却セル １９ａ、１９ｂ、５８ａ、５８ｂ…絶縁シート ２１ａ、２１ｂ…エンドプレート ２４…電解質部 ２６…カソード側電極 ２８…アノード側
電極 ３０…接合体 ３２、３４…セパ
レータ ４６…冷媒供給管路 ４８…冷媒排出管
路 ５０…酸化剤ガス流路 ５１…燃料ガス流
路 ５２、８０…流路プレート ５４…冷却液体通
路 ５６、８４…蓋プレート ６０ａ、６０ｂ…
導電プレート ６４、８６…流路溝 ８２…冷却空気通
路 ９０…空気導入部 ９４…空気導入口 １１０…燃料電池システム １１２…燃料ガス
供給部 １１４…酸化剤ガス供給部 １１６…冷却液体
供給部 １１８…冷却空気供給部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質をアノード側電極とカソード側電極
   とで挟んで構成される接合体を有し、前記接合体をセパ
   レータにより挟持して前記アノード側電極に燃料ガスが
   供給される一方、前記カソード側電極に酸化剤ガスが供
   給される発電セルと、 所定数の前記発電セルに対して電気的に一体的に接続さ
   れる一対の集電用電極と、 前記発電セルを冷却するための冷却媒体が供給され、前
   記集電用電極間に介装される冷却セルと、 前記冷却媒体を前記発電セルおよび前記集電用電極から
   電気的に絶縁するための絶縁機構と、 前記冷却セルを挟んで配置される前記発電セル同士また
   は前記発電セルと前記集電用電極とを互いに電気的に接
   続するための導電機構と、 を備え、 前記絶縁機構は、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の熱伝導率
   を有することを特徴とする燃料電池スタック。
2. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
   て、前記絶縁機構は、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の熱伝
   導率を有する熱伝導性シートまたは熱伝導性グリースを
   備えることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の燃料電池スタック
   において、前記発電セルを冷却するための冷却気体が供
   給され、前記冷却セルとの間に所定数の前記発電セルを
   挟んで前記集電用電極間に介装される補助冷却セルを備
   えることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃
   料電池スタックにおいて、前記集電用電極の外方には、
   該集電用電極を挟んで前記発電セルとは反対側に、前記
   発電セルを冷却するための冷却媒体が供給される外側冷
   却セルが配置されるとともに、 前記外側冷却セルと前記集電用電極との間には、０．５
   Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の熱伝導率を有する絶縁機構が介装
   されることを特徴とする燃料電池スタック。