JP2008146843A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却用空気の漏洩を防止可能なスタック型の固体高分子型燃料電池を提供する。
【解決手段】固体高分子型燃料電池は、直列に接続された複数の単位セルと、複数の単位セル間に配置された冷却部材２３０とを備える。冷却部材２３０は、部材２３１，２３３からなる。部材２３１，２３３の各々は、アルミ合金からなる。部材２３１は、溝２３１１〜２３２１を有し、部材２３３は、突出部２３３１〜２３４１を有する。突出部２３３１〜２３４１の各々は、溝２３１１〜２３２１の各々の深さと同じ高さを有する。そして、突出部２３３１〜２３４１は、それぞれ、溝２３１１〜２３２１内に配置される。その結果、溝２３１１〜２３２１および突出部２３３１〜２３４１は、各々が２つの流路を有する複数の空気流路を構成する。
【選択図】図８

Description

この発明は、固体高分子型燃料電池に関し、特に、スタック型の固体高分子型燃料電池に関するものである。

水素と酸素とを電気化学的に反応させることにより、電気を取り出す燃料電池は、二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出を大きく低減することが可能な技術であると共に、従来の内燃機関に比べて効率が高く、静粛性に優れ、さらに、大気汚染の原因となるＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘおよびＰＭ等の排出量が少ないという特徴を有している。

このため、燃料電池は、クリーンなエネルギー変換装置として国際的にも研究開発が精力的に進められており、これまでに、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、および固体酸化物型燃料電池等が開発されている。

このような状況の下、近年、自動車用および家庭用等の小型の発電に適した燃料電池として、固体高分子型燃料電池が注目されている。この固体高分子型燃料電池が注目されるようになったのは、性能が一段と向上した固体高分子電解質膜を用いることによって電池の出力密度が飛躍的に向上し、高効率という従来からの燃料電池の特性に加え、小型化および低温作動が可能になったからである。

固体高分子型燃料電池は、数十〜数百個の単位電池を直列に接続して所要電力を得る。そして、単位電池は、固体高分子電解質膜と、２つのガス拡散電極と、２つのセパレータとを備える２つのガス拡散電極は、固体高分子電解質膜の両側に配置される。２つのセパレータは、２つのガス拡散電極の外側に配置される。

従来、２つのセパレータのうち、一方のセパレータの固体高分子電解質膜と反対側の表面に冷却用空気流路を形成した燃料電池スタックが知られている（特許文献１）。この燃料電池スタックにおいては、２つのセパレータＡ，Ｂのうち、セパレータＡは、固体高分子電解質膜と反対側の表面に冷却用空気流路用の溝を有する。そして、セパレータＡは、隣接する単位セルのセパレータＢと接することによって、溝が塞がれ、冷却用空気流路が形成される。
特開２００４−３２７０８７号公報

しかし、従来の燃料電池スタックでは、単位セルを積層することによって冷却用空気流路が形成されるため、冷却用空気流路用の溝が形成されたセパレータと、冷却用空気流路用の溝が形成されていないセパレータとの密着性が悪いと空気が冷却用空気流路から漏れるという問題がある。その結果、燃料電池スタックの冷却効率が低下する。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却用空気の漏洩を防止可能なスタック型の固体高分子型燃料電池を提供することである。

この発明によれば、固体高分子型燃料電池は、スタック型の固体高分子型燃料電池であって、複数の単位セルと、複数の冷却部材とを備える。複数の単位セルは、直列に接続される。複数の冷却部材は、複数の単位セル間の複数の位置に配置され、各々が隣接する単位セルを空冷する。そして、隣接する２つの単位セル間は、冷却部材に供給される空気に対して気密性を保持する構造からなる。

好ましくは、固体高分子型燃料電池は、空気供給器をさらに備える。空気冷却器は、複数の冷却部材に空気を供給する。そして、複数の冷却部材の各々は、空気供給器からの空気を一方端に受け、その受けた空気を一方端から他方端へ通過させる複数の空気流路を含む。

好ましくは、複数の空気流路の各々は、一方端と他方端との間に並列に設けられた２つの流路からなる。

好ましくは、複数の冷却部材の各々は、第１および第２の部材を含む。第１の部材は、並列に配列された複数の溝を有する。第２の部材は、各々が１つの溝内に配置されるように複数の溝に対応して設けられた複数の突出部を有する。

好ましくは、突出部は、溝の幅よりも狭い幅を有し、溝の幅方向の略中央部に配置される。

好ましくは、複数の単位セルの各々は、固体高分子電解質膜と、第１および第２のセパレータとを含む。第１のセパレータは、固体高分子電解質膜の一方側に配置される。第２のセパレータは、固体高分子電解質膜の他方側に配置される。そして、第１および第２のセパレータの各々は、固体高分子電解質膜と反対側の表面に形成された第１の凹凸構造を有する。第１の部材は、隣接する単位セルの第１のセパレータの第１の凹凸構造に嵌合する第２の凹凸構造を複数の溝が形成された面と反対面に有する。第２の部材は、隣接する単位セルの第２のセパレータの第１の凹凸構造に嵌合する第３の凹凸構造を複数の突出部が形成された面と反対面に有する。

好ましくは、第１および第２の部材の各々は、金属部材からなる。

好ましくは、複数の冷却部材は、直列に接続された複数の単位セルの中央部を中心にして左右対称になる位置に配置される。

この発明による固体高分子型燃料電池は、複数の単位セル間に配置され、複数の単位セルを空冷する冷却部材を備える。つまり、固体高分子型燃料電池は、複数の単位セルを冷却する専用の冷却部材を備える。

したがって、この発明によれば、冷却用空気の漏洩を防止できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるスタック型の固体高分子型燃料電池の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１によるスタック型の固体高分子型燃料電池２００は、単位セル１００〜１０６と、端板２１０，２２０と、冷却部材２３０，２４０と、冷却ファン２５０とを備える。

単位セル１００〜１０６は、端板２１０と端板２２０との間に直列に配列される。冷却部材２３０，２４０の各々は、たとえば、アルミ合金からなる。そして、冷却部材２３０は、単位セル１０１，１０２に接して単位セル１０１と単位セル１０２との間に配置され、冷却部材２４０は、単位セル１０４，１０５に接して単位セル１０４と単位セル１０５との間に配置される。その結果、冷却部材２３０，２４０は、直列に接続された単位セル１００〜１０６の中央部を中心にして左右対称になる位置に配置される。冷却ファン２５０は、冷却部材２３０，２４０に冷却用の空気を供給可能に配置される。

図２は、図１に示す単位セル１００の断面図である。図２を参照して、単位セル１００は、固体高分子電解質膜１１０と、ガス拡散電極１２０，１３０と、セパレータ１４０，１５０と、ガスケット１６０，１７０とを含む。

ガス拡散電極１２０は、その一主面に触媒１８０を担持し、触媒１８０が固体高分子電解質膜１１０の一方面に接するように固体高分子電解質膜１１０の一方側に配置される。また、ガス拡散電極１３０は、その一主面に触媒１９０を担持し、触媒１９０が固体高分子電解質膜１１０の他方面に接するように固体高分子電解質膜１１０の他方側に配置される。

セパレータ１４０は、ガス拡散電極１２０の一主面（触媒１８０が担持された一主面と反対側の一主面）に接するように配置される。セパレータ１５０は、ガス拡散電極１３０の一主面（触媒１９０が担持された一主面と反対側の一主面）に接するように配置される。

ガスケット１６０は、固体高分子電解質膜１１０の外周部とセパレータ１４０の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ１４０の外周部を固体高分子電解質膜１１０の外周部に連結する。ガスケット１７０は、固体高分子電解質膜１１０の外周部とセパレータ１５０の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ１５０の外周部を固体高分子電解質膜１１０の外周部に連結する。

固体高分子電解質膜１１０は、たとえば、フッ素系のイオン交換膜からなる。ガス拡散電極１２０，１３０の各々は、ガス透過性および導電性を有する多孔体からなる。触媒１８０，１９０の各々は、白金（Ｐｔ）または白金合金（Ｐｔ−Ｒｕ）からなる。ガスケット１６０，１７０の各々は、フッ素樹脂、バイトンゴム、シリコンゴムおよびエチレンプロピレンゴム等のいずれかからなる。そして、フッ素樹脂は、より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等である。

固体高分子電解質膜１１０は、触媒１８０によって分離された電子ｅ⁻と水素イオンＨ^＋とのうち、水素イオンＨ^＋のみを触媒１９０側へ通過させる。ガス拡散電極１２０は、セパレータ１４０から供給された水素ガスを触媒１８０へ拡散させる。触媒１８０は、ガス拡散電極１２０に供給された水素ガスを電子ｅ⁻と水素イオンＨ^＋とに分離する。

ガス拡散電極１３０は、セパレータ１５０から供給された空気（または酸素）を触媒１９０へ拡散させる。触媒１９０は、固体高分子電解質膜１１０から供給された水素イオンＨ^＋と、ガス拡散電極１３０から供給された電子ｅ⁻と空気（または酸素）とを反応させ、水を生成する。

セパレータ１４０は、ガス拡散電極１２０に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝１４０Ａを有する。そして、セパレータ１４０は、ガス供給溝１４０Ａを介して水素ガスをガス拡散電極１２０に供給する。

セパレータ１５０は、ガス拡散電極１３０に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝１５０Ａを有する。そして、セパレータ１５０は、ガス供給溝１５０Ａを介して空気（または酸素）をガス拡散電極１３０に供給する。

固体高分子型燃料電池からなる単位セル１００が発電する動作について説明する。セパレータ１４０のガス供給溝１４０Ａを介して水素がガス拡散電極１２０へ供給されると、ガス拡散電極１２０は、水素ガスを触媒１８０へ拡散し、触媒１８０は、水素を水素イオンＨ^＋と電子ｅ⁻とに分離する。

そうすると、固体高分子電解質膜１１０は、触媒１８０によって分離された水素イオンＨ^＋および電子ｅ⁻のうち、水素イオンＨ^＋のみを透過して触媒１９０へ供給する。一方、電子ｅ⁻は、触媒１８０からガス拡散電極１２０を介してセパレータ１４０へ移動し、セパレータ１４０から外部の負荷（図示せず）を介してセパレータ１５０へ流れる。そして、セパレータ１５０、電子ｅ⁻をガス拡散電極１３０へ供給する。

また、セパレータ１５０のガス供給溝１５０Ａを介して空気（または酸素）がガス拡散電極１３０へ供給される。そして、ガス拡散電極１３０は、空気（または酸素）を触媒１９０へ拡散し、電子ｅ⁻を触媒１９０へ供給する。

そうすると、水素イオンＨ^＋、空気（または酸素）および電子ｅ⁻は、触媒１９０の助けを借りて反応し、水になる。このようにして、単位セル１００は発電する。

なお、図１に示す単位セル１０１〜１０６の各々は、図２に示す単位セル１００と同じ構造からなり、上述した方法によって発電する。

図３は、図２に示すセパレータ１４０の平面図である。図３を参照して、セパレータ１４０は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス供給部１１と、ガス流路部１２と、ガス排出部１３と、孔１４〜１９とを含む。ガス供給部１１、ガス流路部１２、ガス排出部１３および孔１４〜１９は、金属板にプレス成形を施すことによって一体的に成形される。

ガス供給部１１は、凹部１１１と、孔１１２と、複数の凸部１１３とを含む。孔１１２および複数の凸部１１３は、凹部１１１内に配置される。そして、孔１１２は、長孔形状からなり、セパレータ１４０を厚み方向に貫通する。また、複数の凸部１１３は、孔１１２に沿ってガス流路部１２側に直線状に配置される。

凹部１１１は、基準面を構成し、複数の凸部１１３は、凹部１１１から０．４ｍｍの高さを有する。また、周縁部２１は、凹部１１１から０．５ｍｍの高さを有する。

ガス流路部１２は、複数の溝１２１を有する。複数の溝１２１は、略平行に設けられる。複数の溝１２１は、ガス供給部１１の凹部１１１と同じ基準面を有する。そして、隣接する２つの溝１２１，１２１間の凸部１２２は、溝１２１から０．５ｍｍの高さを有する。

ガス排出部１３は、凹部１３１と、孔１３２と、複数の凸部１３３とを含む。孔１３２および複数の凸部１３３は、凹部１３１内に配置される。そして、孔１３２は、長孔形状からなり、セパレータ１４０を厚み方向に貫通する。また、複数の凸部１３３は、孔１３２に沿ってガス流路部１２側に直線状に配置される。

凹部１３１は、ガス流路部１２の溝１２１と同じ基準面を有する。そして、複数の凸部１３３は、凹部１３１から０．４ｍｍの高さを有する。

孔１４〜１６は、ガス供給部１１の孔１１２と直線状になるように周縁部２１に形成される。孔１４，１５の各々は、略円形形状からなり、孔１１２と孔１６との間に配置される。また、孔１６は、長孔形状からなる。そして、孔１４〜１６は、セパレータ１４０を厚み方向に貫通する。

孔１７〜１９は、ガス排出部１３の孔１３２と直線状になるように周縁部２１に形成される。孔１７，１８の各々は、略円形形状からなり、孔１３２と孔１９との間に配置される。また、孔１９は、長孔形状からなる。そして、孔１７〜１９は、セパレータ１４０を厚み方向に貫通する。

ガス供給部１１は、孔１１２から水素ガスまたは空気（または酸素ガス）を受け、その受けた水素ガスまたは空気（または酸素ガス）をガス流路部１２へ供給する。ガス流路部１２は、ガス供給部１１から供給された水素ガスまたは空気（または酸素ガス）を複数の溝１２１によってガス排出部１３へ流す。ガス排出部１３は、ガス流路部１２から受けた水素ガスまたは空気（または酸素ガス）を孔１３２から排出する。

図４は、図３に示すセパレータ１４０の裏面の平面図である。図４を参照して、周縁部２１Ｒは、図３に示す周縁部２１に対応する。ガス供給部１１において、凸部１１１Ｒは、図３に示す凹部１１１に対応する。また、複数の凸部１１３Ｒは、図３に示す複数の凸部１１３に対応する。図４においては、周縁部２１Ｒが基準面を構成し、凸部１１１Ｒは、周縁部２１Ｒから０．５ｍｍの高さを有する。また、凸部１１３Ｒは、周縁部２１Ｒから０．１ｍｍの高さを有する。したがって、凸部１１３Ｒは、凸部１１１Ｒよりも窪んでいる。

ガス流路部１２において、凹部１２２Ｒは、図３に示す凸部１２２に対応し、凸部１２１Ｒは、図３に示す溝１２１に対応する。そして、凹部１２２Ｒは、周縁部２１Ｒと同じ基準面を構成し、凸部１２１Ｒは、凹部１２２Ｒから０．５ｍｍの高さを有する。

ガス排出部１３において、凸部１３１Ｒは、図３に示す凹部１３１に対応する。また、複数の凸部１３３Ｒは、図３に示す複数の凸部１３３に対応する。凸部１３１Ｒは、周縁部２１Ｒから０．５ｍｍの高さを有する。また、凸部１３３Ｒは、周縁部２１Ｒから０．１ｍｍの高さを有する。したがって、凸部１３３Ｒは、凸部１３１Ｒよりも窪んでいる。

したがって、セパレータ１４０の裏面は、凸部１２１Ｒが周縁部２１Ｒから突出した構造を有する。

図５は、図３に示すガス供給部１１の拡大図である。図５を参照して、直線状に配列された複数の凸部１１３の両側の周縁部２１には、凹部１１４，１１５が設けられている。そして、金属板２０は、凹部１１４，１１５間の距離に等しい長さを有し、両端が凹部１１４，１１５にはめ込まれる。

この金属板２０は、セパレータ１４０を用いて固体高分子型燃料電池を作製する場合、セパレータ１４０に接して設けられるガスケットがガス流路部１２にめり込むのを防止するために設けられる。

なお、図２に示すセパレータ１５０も、図３から図５に示すセパレータ１４０と同じ構造からなる。

図６は、隣接する２つの単位セル間に配置されるシール部材および図４に示すセパレータ１４０の裏面を示す平面図である。図６を参照して、シール部材２６０は、略Ｌ字形状を有し、本体部２６２と、延伸部２６３と、孔２６１１〜２６１３とを有する。延伸部２６３は、本体部２６２の一方端から本体部２６２の幅方向に沿って延伸するように本体部２６２に連結される。孔２６１１は、長孔形状からなり、本体部２６２を貫通する。孔２６１２，２６１３の各々は、略円形形状からなり、本体部２６２を貫通する。孔２６１１は、セパレータ１４０の孔１６，１１２，１９，１３２と同じ寸法を有する。孔２６１２，２６１３の各々は、セパレータ１４０の孔１４，１５，１７，１８と同じ寸法を有する。

そして、孔２６１１〜２６１３は、シール部材２６０がセパレータ１４０の裏面のガスマニホールド部１０Ａ，１０Ｂに配置された場合、それぞれ、セパレータ１４０の孔１４，１５，１６、セパレータ１４０の孔１７，１８，１９にマッチし、延伸部２６３は、凸部１２１Ｒの長さ方向に沿って周縁部２１Ｒに配置される。

セパレータ１４０の裏面には、凸部１２１Ｒが形成され（図６の（ｂ）参照）、隣接する２つの単位セルは、セパレータ１４０の裏面とセパレータ１５０の裏面とが接するので、隣接する２つの単位セルのセパレータ１４０，１５０は、凸部１２１Ｒ同士が接する。その結果、隣接する２つの単位セルのセパレータ１４０，１５０においては、ガスマニホールド部１０Ａ，１０Ｂに隙間が形成される。したがって、ガスマニホールド部１０Ａ，１０Ｂにおけるガスリークを抑制するために、シール部材２６０が隣接する２つの単位セルの２つのセパレータ１４０，１５０間に配置される。

単位セル１００〜１０６が２つの端板２１０，２２０間に直列に配列された場合、セパレータ１４０，１５０の孔１４，１５；１７，１８およびシール部材２６０の孔２６１２，２６１３は、単位セル１００〜１０６の配列方向に直線状に配置されるので、単位セル１００〜１０６は、セパレータ１４０，１５０の孔１４，１５；１７，１８およびシール部材２６０の孔２６１２，２６１３にボルトを通して端板２１０，２２０間に固定される。

なお、セパレータ１４０，１５０は、ステンレス鋼に限らず、硫酸に対して耐腐食性を有する金属板から成っていればよい。

図７は、図１に示す冷却部材２３０の平面図である。図７を参照して、冷却部材２３０は、空気流路２５１〜２６１を有する。空気流路２５１〜２６１は、冷却部材２３０の一方端２３０Ａから他方端２３０Ｂとの間に並列に設けられる。

空気流路２５１は、流路２５１１，２５１２と、分離部材２５１３とからなる。分離部材２５１３は、流路２５１１と流路２５１２とを仕切る。

なお、空気流路２５２〜２６１の各々は、空気流路２５１と同じ構造からなる。

空気流路２５１〜２６１の各々は、冷却ファン２５０からの空気を一方端２３０Ａから受けるとともに、その受けた空気を一方端２３０Ａから他方端２３０Ｂへ流し、他方端２３０Ｂから排出する。

図８は、図７に示す線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ間における冷却部材２３０の断面図である。図８を参照して、冷却部材２３０は、２つの部材２３１，２３３からなる。そして、部材２３１，２３３の各々は、アルミ合金からなる。部材２３１は、溝２３１１〜２３２１を有する。部材２３３は、突出部２３３１〜２３４１を有する。

突出部２３３１〜２３４１の各々は、溝２３１１〜２３２１の各々の深さと同じ高さを有する。また、突出部２３３１〜２３４１の各々は、溝２３１１〜２３２１の各々の幅よりも狭い幅を有する。

そして、突出部２３３１〜２３４１は、それぞれ、溝２３１１〜２３２１内に配置される。より具体的には、突出部２３３１は、溝２３１１の幅方向の略中央部に配置される。同様に、突出部２３３２〜２３４１は、それぞれ、溝２３１２〜２３２１の幅方向の略中央部に配置される。その結果、溝２３１１〜２３２１は、それぞれ、突出部２３３１〜２３４１によって２つの領域に分割される。

突出部２３３１〜２３４１の各々は、図７に示す分離部材２５１３を構成する。そして、溝２３１１〜２３２１および突出部２３３１〜２３４１は、各々が２つの流路２５１１，２５１２を有する空気流路２５１〜２６１を構成する。

なお、図１に示す冷却部材２４０は、図７および図８に示す冷却部材２３０と同じ構造からなる。

再び、図１を参照して、冷却部材２３０は、単位セル１０１のセパレータ１５０と単位セル１０２のセパレータ１４０とに接し、冷却部材２４０は、単位セル１０４のセパレータ１５０と単位セル１０５のセパレータ１４０とに接する。

そして、単位セル１００〜１０６は、上述した動作によって発電し、冷却ファン２５０は、冷却部材２３０，２４０へ空気を供給する。冷却部材２３０，２４０は、冷却ファン２５０から空気を受け、その受けた空気を空気流路２５１〜２６１によって一方端２３０Ａから他方端２３０Ｂへ流す。これによって、単位セル１００〜１０６は、空冷される。

実施の形態１によれば、固体高分子型燃料電池２００は、複数の単位セル１００〜１０６間に配置され、冷却ファン２５０からの空気を流す空気流路２５１〜２６１を有する冷却部材２３０，２４０を備えるので、冷却用空気の漏洩を防止できる。

［実施の形態２］
図９は、実施の形態２によるスタック型の固体高分子型燃料電池の断面図である。図９を参照して、実施の形態２による固体高分子型燃料電池２００Ａは、図１に示す固体高分子型燃料電池２００の冷却部材２３０，２４０をそれぞれ冷却部材３００，３１０に代えたものであり、その他は、固体高分子型燃料電池２００と同じである。

冷却部材３００は、単位セル１０１，１０２に接して単位セル１０１と単位セル１０２との間に配置される。冷却部材３１０は、単位セル１０４，１０５に接して単位セル１０４と単位セル１０５との間に配置される。

そして、冷却部材３００，３１０は、冷却ファン２５０から空気を受け、その受けた空気を流して単位セル１００〜１０６を冷却する。

図１０は、図９に示す冷却部材３００の断面図である。図１０を参照して、冷却部材３００は、部材３０１，３０２からなる。部材３０１，３０２の各々は、アルミ合金からなる。

部材３０１は、図８に示す部材２３１に凹凸構造３０１１を追加したものであり、その他は、部材２３１と同じである。凹凸構造３０１１は、溝２３１１〜２３２１が形成された面と反対面に形成される。

部材３０２は、図８に示す部材２３３に凹凸構造３０２１を追加したものであり、その他は、部材２３３と同じである。凹凸構造３０２１は、突出部２３３１〜２３４１が形成された面と反対面に形成される。

凹凸構造３０１１，３０２１は、同じ構造からなり、セパレータ１４０，１５０の裏面（図４参照）の凸部１２１Ｒおよび凹部１２２Ｒからなる凹凸構造に嵌合する。

なお、図９に示す冷却部材３１０は、図１０に示す冷却部材３００と同じ構造からなる。

図１１は、図９に示す単位セル１０１，１０２および冷却部材３００の断面図である。図１１を参照して、冷却部材３００の凹凸構造３０１１は、単位セル１０２のセパレータ１４０の凹凸構造（凸部１２１Ｒおよび凹部１２２Ｒからなる）に嵌合し、凹凸構造３０２１は、単位セル１０１のセパレータ１５０の凹凸構造（凸部１２１Ｒおよび凹部１２２Ｒからなる）に嵌合する。

また、冷却部材３１０の凹凸構造３０１１，３０２１は、冷却部材３００の凹凸構造３０１１，３０２１と同じように単位セル１０４，１０５のセパレータ１４０，１５０の裏面に設けられた凹凸構造（凸部１２１Ｒおよび凹部１２２Ｒからなる）に嵌合する。

その結果、冷却部材３００と単位セル１０１，１０２との接触面積および冷却部材３１０と単位セル１０４，１０５との接触面積は、部材３０１の溝２３１１〜２３２１が設けられた面の反対面および部材３０２の突出部２３３１〜２３４１が設けられた面の反対面が平坦である場合に比べ、大きくなる。

したがって、冷却部材３００，３１０を用いることによって、固体高分子型燃料電池２００Ａの冷却能力を向上できる。

再び、図９を参照して、冷却部材３００は、単位セル１０１のセパレータ１５０と単位セル１０２のセパレータ１４０とに嵌合し、冷却部材３１０は、単位セル１０４のセパレータ１５０と単位セル１０５のセパレータ１４０とに嵌合する。

そして、単位セル１００〜１０６は、上述した動作によって発電し、冷却ファン２５０は、冷却部材３００，３１０へ空気を供給する。冷却部材３００，３１０は、冷却ファン２５０から空気を受け、その受けた空気を空気流路２５１〜２６１によって流す。これによって、単位セル１００〜１０６は、空冷される。

実施の形態２によれば、固体高分子型燃料電池２００は、複数の単位セル１００〜１０６間に配置され、冷却ファン２５０からの空気を流す空気流路２５１〜２６１を有する冷却部材３００，３１０を備えるので、冷却用空気の漏洩を防止できる。

また、冷却部材３００，３１０は、隣接する２つの単位セルのセパレータに嵌合するので、単位セルのセパレータとの接触面積を大きくして複数の単位セル１００〜１０６の冷却能力を向上できる。

なお、冷却ファン２５０は、「空気供給器」を構成し、流路２５１１，２５１２は、「２つの流路」を構成する。

また、部材２３１，３０１は、「第１の部材」を構成し、部材２３３，３０２は、「第２の部材」を構成する。

さらに、セパレータ１４０は、「第１のセパレータ」を構成し、セパレータ１５０は、「第２のセパレータ」を構成する。

さらに、凸１２１Ｒおよび凹部１２２Ｒからなる凹凸構造は、「第１の凹凸構造」を構成し、凹凸構造３０１１は、「第２の凹凸構造」を構成し、凹凸構造３０２１は、「第３の凹凸構造」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、冷却用空気の漏洩を防止可能なスタック型の固体高分子型燃料電池に適用される。

この発明の実施の形態１によるスタック型の固体高分子型燃料電池の断面図である。 図１に示す単位セルの断面図である。 図２に示すセパレータの平面図である。 図３に示すセパレータの裏面の平面図である。 図３に示すガス供給部の拡大図である。 隣接する２つの単位セル間に配置されるシール部材および図４に示すセパレータの裏面を示す平面図である。 図１に示す冷却部材の平面図である。 図７に示す線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ間における冷却部材の断面図である。 実施の形態２によるスタック型の固体高分子型燃料電池の断面図である。 図９に示す冷却部材の断面図である。 図９に示す単位セルおよび冷却部材の断面図である。

符号の説明

１４０，１５０ セパレータ、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ ガスマニホールド部、１１ ガス供給部、１２ ガス流路部、１３ ガス排出部、１４〜１９，１１２，１３２，２６１１〜２６１３ 孔、２０ 金属板、２１，２１Ｒ 周縁部、１００〜１０６ 単位セル、１１１，１１４，１１５，１２２Ｒ，１３１ 凹部、２００，２００Ａ 固体高分子型燃料電池、１１０ 固体高分子電解質膜、１１１Ｒ，１１３，１１３Ｒ，１２１Ｒ，１２２，１３１Ｒ，１３３，１３３Ｒ 凸部、１２０，１３０ ガス拡散電極、１２１，２３１１〜２３２１ 溝、１４０Ａ，１５０Ａ ガス供給溝、１６０，１７０ ガスケット、１８０，１９０ 触媒、２１０，２２０ 端板、２３０，２４０，３００，３１０ 冷却部材、２６０ シール部材、２５０ 冷却ファン、２５１〜２６１ 空気流路、２６２ 本体部、２６３ 延伸部、２５１１，２５１２ 流路、２５１３ 分離部材、２３３１〜２３４１ 突出部、３０１１，３０２１ 凹凸構造。

Claims (8)

1. スタック型の固体高分子型燃料電池であって、
   直列に接続された複数の単位セルと、
   前記複数の単位セル間の複数の位置に配置され、各々が隣接する単位セルを空冷する複数の冷却部材とを備え、
   前記隣接する２つの単位セル間は、前記冷却部材に供給される空気に対して気密性を保持する構造からなる、固体高分子型燃料電池。
2. 前記複数の冷却部材に空気を供給する空気供給器をさらに備え、
   前記複数の冷却部材の各々は、前記空気供給器からの空気を一方端に受け、その受けた空気を前記一方端から他方端へ通過させる複数の空気流路を含む、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
3. 前記複数の空気流路の各々は、前記一方端と前記他方端との間に並列に設けられた２つの流路からなる、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池。
4. 前記複数の冷却部材の各々は、
   並列に配列された複数の溝を有する第１の部材と、
   各々が１つの溝内に配置されるように前記複数の溝に対応して設けられた複数の突出部を有する第２の部材とを含む、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
5. 前記突出部は、前記溝の幅よりも狭い幅を有し、前記溝の幅方向の略中央部に配置される、請求項４に記載の固体高分子型燃料電池。
6. 前記複数の単位セルの各々は、
   固体高分子電解質膜と、
   前記固体高分子電解質膜の一方側に配置された第１のセパレータと、
   前記固体高分子電解質膜の他方側に配置された第２のセパレータとを含み、
   前記第１および第２のセパレータの各々は、前記固体高分子電解質膜と反対側の表面に形成された第１の凹凸構造を有し、
   前記第１の部材は、隣接する単位セルの前記第１のセパレータの前記第１の凹凸構造に嵌合する第２の凹凸構造を前記複数の溝が形成された面と反対面に有し、
   前記第２の部材は、隣接する単位セルの前記第２のセパレータの前記第１の凹凸構造に嵌合する第３の凹凸構造を前記複数の突出部が形成された面と反対面に有する、請求項４または請求項５に記載の固体高分子型燃料電池。
7. 前記第１および第２の部材の各々は、金属部材からなる、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
8. 前記複数の冷却部材は、直列に接続された複数の単位セルの中央部を中心にして左右対称になる位置に配置される、請求項８に記載の固体高分子型燃料電池。

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