JP3380805B2

JP3380805B2 - 燃料電池の複合ガスセパレータ

Info

Publication number: JP3380805B2
Application number: JP2001003542A
Authority: JP
Inventors: 秀雄前田; 憲朗光田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2003-02-24
Anticipated expiration: 2016-04-18
Also published as: JP2001185173A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な反応
を利用して発電する、例えば電気自動車等で使用される
燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は周知のように、電解質を介し
て一対の電極を接触させ、この一方の電極に燃料を、他
方の電極に酸化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気
化学的に反応させることにより、化学エネルギを直接電
気エネルギに変換する装置である。燃料電池には電解質
によりいくつかの型があるが、近年高出力の得られる燃
料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固
体高分子型燃料電池が注目されている。

【０００３】この燃料電池においては、燃料電極に流体
である水素ガスを、酸化剤電極に流体である酸素ガスを
供給し、外部回路より電流を取り出すとき、下記のよう
な反応が生じる。

【０００４】燃料電極反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）酸化剤電極反応：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ（２）

【０００５】このとき燃料電極上で水素はプロトンとな
り、水を伴って電解質体中を酸化剤電極上まで移動し、
酸化剤電極上で酸素と反応して水を生ずる。従って、上
記のような燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排
出、電流の取り出しが必要となる。さらに、固体高分子
型燃料電池では、室温から１００℃以下の範囲での運転
が想定されるので、水を液体状態で扱うことになる。従
って燃料電極への水の補給と酸化剤電極からの水の排出
も重要となる。

【０００６】また、代表的な高分子電解質型燃料電池で
は電極面積あたり１Ａ／ｃｍ²以上の高電流を取り出す
ことができ、例えば電極面積が１００ｃｍ² 程度の燃
料電池においては、単セルを流れる電流は実に１００Ａ
以上となる。一方、単セル当たりの出力電圧は、電池の
発電効率を５０％と想定すると、０．７Ｖ程度となり、
実用に適した１００Ｖ以上の電圧を得るには、百枚以上
のセルを直列に積層する必要がある。従って、コンパク
トで性能のよい燃料電池の実現には、電流が取り出せ
て、反応に必要な流体を供給できるように、導体ででき
た薄いガスセパレータを使用し、積層体を構成すること
になる。

【０００７】そこで、これらの条件を満たすために従来
より数々の工夫がなされてきた。水の供給方法として
は、第１従来技術として特開平６−３３８３３８号公報
のように、ガス流路に隣接して水の流路を設け、水の流
路から直接、水を供給する方法が提案されている。

【０００８】図２１は、その中で示された燃料電池のガ
ス流路（流体流路）の断面図であり、図において１、２
はガスセパレータで、水が通れるよう多孔質カーボン材
料で構成されている。３は酸化剤電極、４は燃料電極、
５はプロトン導電性の固体高分子を用いた電解質膜であ
り、酸化剤電極３および燃料電極４とともに単電池１０
を構成する。６、７は、水用のセパレータ板である。１
１はガスセパレータ１に溝状に形成され、酸化剤電極３
に酸化剤ガスとしての例えば酸素ガスを供給する酸化剤
ガス流路、１２はガスセパレータ２に溝状に形成され、
燃料電極４に燃料ガスである、例えば水素ガスを供給す
る燃料ガス流路である。１３、１４は共に水が流れる流
路である。

【０００９】以下、上記第１従来技術の燃料電池の動作
について説明する。ガスセパレータ１と単電池１０で囲
まれたガス流路１１には酸化剤ガスが供給される。一
方、燃料ガスは酸化剤ガスと同様に、ガス流路１２に供
給される。このとき、酸化剤電極３と燃料電極４を電気
的に外部で接続すると、酸化剤電極３側では上式（２）
の反応が生じ、燃料電極４側では上式（１）の反応が生
じる。この反応が成立するためには、電解質膜５に水分
が含まれていることが必要であるが、水流路１３、１４
を流れる水が、ガスセパレータ１、２中を浸透して電極
３、４を経て電解質膜５に到達することで、電解質膜の
湿潤維持を図っている。

【００１０】また、第２従来技術として、特開平３−１
８２０５２号公報では、図２２に示すように、燃料電極
４とガスセパレータ２の間に疎水性のガス拡散層８を挿
入し、ガス拡散層８には、拡散層を貫通する複数の親水
性部分９を分散配置し、それぞれの親水性部分９に直接
水が接するようにガスセパレータ２の一部に連通路１５
を点在させ、ガスセパレータを配置して水を供給する方
法も提案されている。

【００１１】さらに、第３従来技術としては、供給され
るガス中に計量した水の微滴を噴射するようにした特開
平７−１４５９７号公報に示されるような技術も提案さ
れている。

【００１２】また、酸化剤電極の水の排出に関しては、
ガス流路形状の工夫で解消しようとする試みがあり、例
えば第４従来技術として、特開平３−２０５７６３号公
報のに開示されている技術が挙げられる。

【００１３】図２３は、この第４従来技術の燃料電池の
ガスセパレータ１の上面図である。この技術では、ガス
流路１１、１２（図２３ではガス流路１１のみ図示）を
蛇腹型にしてガスセパレータの平面の縦横寸法よりも長
くし、ガス流速を増加させて境膜を薄くすることによ
り、反応に必要なガスの拡散を促進するとともに、酸化
剤電極で発生した水を効率よく排出させている。

【００１４】図２３において、２０はガスセパレータ１
の主表面、２１はガスセパレータ１における電極（図示
しない）を支持する電極支持部分、２２はガスセパレー
タ１に形成され、流体（酸素ガス）が供給される流体供
給口、２３はガス流路１１の一端に形成された流体入
口、２４は流体流路１１の他端に形成された流体出口、
２５は流体出口２４からのガスを排出するための流体排
出口である。

【００１５】以下、第４従来技術として示される燃料電
池の動作について説明する。ガスセパレータ１の流体供
給口２２より供給された酸素ガスは、流体入口２３より
ガス流路１１を通って酸化剤電極（図示しない）に供給
され、一方、水を含んだ水素ガスは上記酸化剤ガスと同
様に、ガス流路（図示しない燃料ガス流路）より燃料電
極（図示しない）に供給される。このとき、酸化剤電極
と燃料電極は電気的に外部で接続されているので、酸化
剤電極側では上式（２）の反応が生じ、ガス流路１１を
通って未反応ガスが、流体出口２４より流体排出口２５
に排出され、流速が速いために、液体の水も同時に排出
される。

【００１６】さらに、第５従来技術として、ガス流路の
断面積を下流に行くにつれて小さくするようにした特開
平６−２６７５６４号公報に示されるような技術も提案
されている。

【００１７】また、２００Ｖ以上の直流電圧を出力する
には、３００セル以上の単電池を積層する必要がある。
単セル１枚あたりの厚みはガス流路の高さを１〜２ｍｍ
に取ったとして、ガスセパレータをカーボンで作った場
合には、強度を持たせるために、５ｍｍ程度になる。こ
れだけのセルを積層すると２ｍもの長さになる。一方１
枚あたりの面積は、１Ａ／ｃｍ²の電流密度の場合には
１００ｃｍ²程度となるので１０数センチ角程度で済
む。すると積層体の形状は縦、横と高さの比が１０倍以
上も開くことになり機械的に非常に不安定となる。

【００１８】そこで、例えば５０セルづつ８個の積層体
を並べる方式も考えられるが、その場合には締め付け装
置やガス分配が複雑になり小型化が困難となる上、近接
した積層体の短絡防止のために特別な工夫を施す必要が
あった。

【００１９】そこで、容積効率を向上させてセルの数を
増やすために、第６従来技術として、特開平６−２１８
２７５号公報に示される技術では、薄い金属板に凹凸を
つけて溶接し、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水を流すこ
とができるガスセパレータを提案している。

【００２０】さらに、燃料側と酸化剤側の流量の違いか
ら、流路断面積を燃料側の方が小さくなるように導電性
の薄板を加工してガスセパレータを形成する特開平６−
２３６７６５号公報に示される技術が提案されている。

【００２１】また、平面内に電気的に独立した電池を並
べ積層する第７従来技術として、特開昭５９−１３４５
７１号公報等が知られている。

【００２２】さらにまた、第８従来技術として、隣接す
る電池の燃料電極側と酸化剤電極側を順次接続する実公
昭３８−１３６２２号公報や特開昭５３−１２２７３９
号公報等が知られている。

【００２３】また、小型軽量化を図ることを目的とす
る、第９従来技術として、特開昭５３−１２２７３９号
公報および特開昭５３−１２２７４０号公報では、ガス
マニホールドの数を節減するために、平面内の複数の電
池にガスを直列に流す方法が提案されている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１、第２従
来技術の場合においては、水を供給するために余分な動
力を消費する欠点や、余分な流体配管を設置することに
より、装置の小型・軽量化を困難にする欠点と、最適な
水分量の調整が困難であるという欠点があった。さら
に、燃料に水を与えると燃料電極４から酸化剤電極３へ
移動する水の量が増加するので、酸化剤電極３からの水
の排出はさらに困難になる。

【００２５】また、第３従来技術では、水分量を計量す
ることで総量としては最適な水分を付与することができ
るが、セル内のガス流路の上流に多量の水分を与えるた
めにガスの流通が不十分になったり、逆に下流側では水
が不足して抵抗が上昇し特性が低下するという欠点があ
った。

【００２６】また、第４従来技術の場合でも、ガス流路
を蛇腹型にすることで特性は高くなるが、複雑な切削加
工を必要とし、量産化を図ることは困難であった。

【００２７】また、第５従来技術では、ガス流路の深さ
を変更するためには、ガスセパレータに余分な厚みを持
たせる必要があり、装置のコンパクト化が困難になる欠
点があり、また、溝幅を変更する場合には、両側にガス
を流す必要性から余分な壁を必要とするので、コンパク
ト化が困難となる。そして、厚みの薄いガスセパレータ
を作る第５従来技術では、金属同士を溶接してガスシー
ルを施しており、高い溶接技術を維持していく必要があ
り、品質管理において、複雑な検査工程が要求される。

【００２８】さらに第６従来技術においては、流量が多
い側の断面積を大きくしなければならないことから、そ
の加工が困難になるという欠点がある。

【００２９】また、第７従来技術では、平面内の各電池
の電位差が大きくなるために、隣接するセルがガス流路
中の水を介して短絡したりする可能性があることや、直
列に繋がった積層体中の各電池の特性を把握することが
困難となり、故障や異常の診断が困難であった。

【００３０】また、第８従来技術の場合は、平面内のセ
ルの平均的な性能は積層した平面毎に把握できるが、積
層する際に、層ごとの接続に外部回路を用いる必要があ
るために製造が複雑になり、さらに、第９従来技術で
は、隣接する電池との電気的接続と併用しているため、
やはり製造が複雑になってしまうという問題点があっ
た。

【００３１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、小型軽量で大量生産が可能な高
電圧・高出力の燃料電池を得ることを目的としている。

【００３２】

【課題を解決するための手段】この発明は、イオン伝導
性を有し、電子伝導性を有しない電解質層の両面にガス
拡散性で電子伝導性を有する電極を配した単電池、及び
該単電池の電極部の一方に酸化剤ガス、他方に燃料ガス
を供給する流体流路を形成する導電性のガスセパレータ
を絶縁樹脂で互いに絶縁して平面内で複数連結してなる
燃料電池の複合ガスセパレータにおいて、上記互いに絶
縁された上記ガスセパレータ間に上記ガスセパレータを
横断する流体流路を設け、該流路中の絶縁部を通る部分
または絶縁部と導電部の境界部分において水滴を分断す
る括れを設けてなる燃料電池の複合ガスセパレータにあ
る。

【００３３】このような構成によれば、平面内に独立し
た導電部を水滴を含んだ流体が横断した場合に、水が括
れにより分断される。したがって、短絡電流を低減した
電流効率の高い燃料電池が得られる。

【００３４】また、上記互いに絶縁された上記ガスセパ
レータ間に上記ガスセパレータを横断する流体流路を設
け、該流路中の絶縁部を通る部分または絶縁部と導電部
の境界部分に、撥水性材料がコーティングされた水滴を
分断する括れを設けてなる燃料電池の複合ガスセパレー
タにある。また、上記括れをＶ字型とした。

【００３５】このような構成によれば、平面内に独立し
た導電部を水滴を含んだ流体が横断した場合にも、撥水
性材料上で球状になり分断される。したがって、短絡電
流を低減した電流効率の高い燃料電池が得られる。

【００３６】

【発明の実施の形態】まず、この発明の関連する技術も
含めて説明するために５つの参考例につて説明する。参考例１．以下、この発明の参考例１について説明する。図１は、
ガスセパレータ３１の部分的な斜視図である。図２は、
ガスセパレータ３１と単電池１０を積層した場合の模式
的な断面図である。これらの図において、図２１〜図２
３において示したものと同一符号は同一または相当物を
表している。なお、以下の参考例およびこの発明の実施
の形態の説明においても、各図に付される同一符号は同
一または相当物を表している。

【００３７】３２は、ガスセパレータ３１を構成するた
めの、貫通孔３２ｈを有する凹凸を設けた導電性薄板で
あり、材料として純チタン（ＪＩＳ−ＫＳ４０）の板厚
８０μｍのものに、ラス形状１．３×０．７−０．１６
の規格で貫通孔の形成加工を施したものを用いている。

【００３８】ガスセパレータ３１における表裏に形成さ
れた凸部３４（反対面では凹部となる）の間隔は３ｍｍ
で、凸部の頂部３５は直径１．５ｍｍとし、この頂部３
５中央に高さ５０μｍ、底辺直径５０μｍの円錐型の突
起３６を設けている。この突起は図２に示す酸化剤電極
３ａ、燃料電極４ｂを構成するカーボンペーパーからな
る電極基材の繊維径（直径８μ）の１０倍以下の高さと
直径を有して酸化剤電極３ａ、燃料電極４ｂに食い込
み、ガスセパレータ３１が電極３ａ、４ｂに確実に取り
付けられるようにするとともに、導電性を高めるための
ものである。

【００３９】ただし、導電性薄板３２には、凸部３４の
頂部３５のうち表側（図中上側）に形成される部分には
ラス加工が行われておらず、したがって、貫通孔３２ｈ
が形成されていない。３３は、封孔材として用いたイオ
ン交換樹脂であり、ｅ．ｗ．（当量重量）値１１００の
デュポン社製のナフィオンを使用した。

【００４０】また、この発明の応用例として、図３に示
すように断面形状の調製により、電気的接触面積を変化
させることなく、酸化剤ガス流路１２を燃料ガス流路１
１より小さく（この図では断面積換算で２倍）すること
は任意にできる。

【００４１】次に動作について説明する。ガスセパレー
タ３１と単電池１０を順次重ねた燃料電池積層体の酸化
剤ガス流路１１に酸素ガス（空気）、燃料ガス流路１２
に水素ガスを流し、積層体端部を外部回路を用いて電気
的に接続すると、燃料電池反応が生じ、酸化剤電極３ａ
上で水が生成する。この時、燃料ガス流路１２内では燃
料電極４ｂ上でプロトンと同時に水分も吸収されるため
に湿度が低下する。

【００４２】また、ガスセパレータ３１内に点在する樹
脂３３は水分を透過するために、酸化剤ガス流路１１中
の過剰な水分が燃料ガス流路１２中に移動し、両流路内
の水分量が適度な値に保たれる。また、特に酸化剤ガス
流路１１内で凝縮した水は樹脂３３を経由して直接燃料
電極４ｂに水を供給することもある。また、上側の凸部
３５ａには、貫通孔３２ｈを設けていないので、特に拡
散しやすい燃料ガス流路１２中の水素の酸化剤電極３ａ
へのクロスリークを防ぐことができる。

【００４３】さらに、突起３６が両電極３ａ、４ｂに食
い込んでいるために、電極との電気的接触が良好で低い
抵抗を維持することができている。また、これら積層体
では、ガスを分配したり電気を効率よく流すためにガス
セパレータと単電池の位置を一定に保持していく必要が
あるが、突起３６が単電池の電極基材に食い込んでお
り、ガスセパレータ３１と単電池１０のずれを防止して
いる。

【００４４】なお、導電性薄板の材料はチタンとした
が、次のようなものが使用され得る。ト）純チタン及び
チタン合金（Ｃｒ、Ｖ添加）、チ）タンタル、ニオブ、
リ）金メッキを施した銅またはニッケル、ヌ）ＳＵＳ３
１６、３１６Ｌ。

【００４５】また、複数の貫通孔３２ｈは、ラス形状と
して設けたが、次のようなものが使用され得る。ニ）エ
クスパンドメタル（ラス）、ホ）メッシュ、ヘ）フェル
トまたはウェブ燒結体。

【００４６】さらに、封孔材として用いるイオン交換樹
脂には、次のようなものが使用され得る。イ）含水率
（水中浸漬時）が５０重量％以上になるイオン交換樹
脂、ロ）上記イ）中の特にポリパーフルオロスルホン酸
または、そのフッ素化物、ハ）セルロースまたはセルロ
ース誘導体。

【００４７】参考例２．以下、参考例２について説明する。図４は参考例２を示
す断面図であり、第６従来技術で示したように導電性の
ガスセパレータ３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ｃ−１を
溶接により一体化して、流体流路１３及び１４を単独で
確保している。

【００４８】それぞれ、酸化剤ガス流路１１、燃料ガス
流路１２は、単電池１０ａ、１０ｂと積層した時にでき
る空間により形成されている。なお、この発明ではすべ
ての導電性薄板には透水性の樹脂により封孔を施されて
いるが、セパレータ板３１ｃには封孔を施してはいな
い。また、この発明の応用例として、図３に示すように
断面形状の調製により、電気的接触面積を変化させるこ
となく、ガス流路１２をガス流路１１より小さく（この
図では断面積換算で２倍）することは任意にできる。

【００４９】次に動作について説明する。この燃料電池
積層体の酸化剤ガス流路１１に空気を、一度流路１３を
通してから流し、燃料ガス流路１２に水素を流し、流路
１４に水を流す。そして、積層体端部を外部回路を用い
て電気的に接続すると、燃料電池反応が生じ、酸化剤電
極３ａ上で水が生成し、燃料ガス流路１２内では燃料電
極４ｂ上で、プロトンと同時に水分も吸収されて湿度が
低下する。

【００５０】供給される空気は流路１３を通る際に、酸
化剤ガス流路１１内の余分な水分を吸収するとともに、
流路１４内の水分も取り込んで燃料電池に供給するため
に、必要な水分をもって酸化剤ガス流路１１内に供給さ
れる。また、燃料ガス流路１２内の水素は隣接する流路
１４内の水分を吸収して適度に加湿される。このとき流
路１４内の水は隣接する燃料ガス流路１２で水分が蒸発
する際に冷却されるので、電位反応により発生した熱を
除去することができる。

【００５１】なお、電池反応による水の受け渡しでは、
水素の加湿の方が空気の加湿よりも多量であるので、流
路１３と１４の機能を入れ替えて水素を２段で加湿する
方が良いと思われるが、ガスの流量が空気側の方が２倍
以上も多いので、ここに示した参考例の方が良い特性が
得られる。

【００５２】また、この参考例２は多少複雑な機構であ
るので、ガスセパレータ用板３１ｃ−１を省略し、セパ
レータ用板３２ａと３２ｂの間にできる流路には水を流
し、板３１ａ−１と板３２ｂ−１の穴の面積を調節して
加質量を調節することも可能である。

【００５３】また、図５にこの参考例の変形例を示すよ
うに、各凸部の形状を加工性のよい２段絞りで肩３４ａ
がつくように成形するようにすることもでき、この場合
にも同等の機能を得ることができる。

【００５４】参考例３．以下、参考例３について説明する。図６は、ガスセパレ
ータ３１の斜視図であり、図７は、ガスセパレータ３１
と単電池１０を積層した燃料電池積層体を模式的に示し
た断面図である。ガスセパレータ３１は、凸部の底部の
直径２ｍｍ、高さ１．５ｍｍ、頂部３５が直径１ｍｍの
円錐台形であり、ピッチ３ｍｍの間隔で千鳥状に配置さ
れるように、カーボン粉体と樹脂の混合物を成形し、モ
ールド加工が施されている。

【００５５】なお、このガスセパレータ３１の材料はカ
ーボン材以外に、モールド加工またはそれに類する方法
として金属を焼結する方法が採用される材料も選択可能
である。

【００５６】ガスセパレータ３１のカーボン材中の空隙
率は、ガスが透過しないように、数％以下に抑える必要
がある。しかし、ガスセパレータ３１と積層した単電池
１０間で囲まれた空間は、カーボン材の占める体積より
も大きく作る必要がある。これにより、ガスの圧力損失
をできるだけ小さくできるよう、流路断面積を確保しつ
つ積層体の大きさを小さくすることが可能となる。

【００５７】また、上記条件を達成するためにガス流路
は直線的な溝を取らず、複数の柱または錘を壁とし、入
り口と出口の間を自由にガスが行き来できるように構成
した。これにより、積層体にした場合にガス流路１１と
１２の入り口と出口を別方向に設けることが可能とな
り、ガス流動が直行する形態をとることができる。

【００５８】また、この場合、単電池を両側から支える
部分が、平面方向（図面上方）から見て同じ位置にくる
ように構成したので、単電池は特段に強い剛性を要求さ
れる必要がなくなり、強い積層体を製造することができ
る。

【００５９】なお、動作については水分移動の点につい
てのみ、上述した参考例と異なるだけで、燃料電池の動
作としては同様である。さらに、この参考例において
は、上述したように、電極３ａ、４ｂを支える部分が上
下で平面上の同じ点に配置されているので、積層体を通
る電流の道のりが積層体の高さと同じ最短距離を取るこ
とができる。

【００６０】参考例４．以下、参考例４について説明する。図８はガスパレータ
板３１を模式的に示す断面図である。図中、３７は絶縁
性のコーティングであり、ここでは、ＦＥＰによるコー
ティングを行っている。また、この絶縁性のコーティン
グ３７はガスセパレータ３１が電極３ａ、４ｂと接触す
る部分３５には施されていない。

【００６１】次に動作について説明する。この燃料電池
積層体に反応ガスを参考例１のように流し、積層体端部
を外部回路を用いて電気的に接続すると、ガスセパレー
タ３１と電極３ａ、４ｂと接する部分３５には伝導性が
あるので、燃料電池反応が生じ、水が生成する。この
時、過剰な水が滞留すると電極３ａ、４ｂ内でのガス拡
散に支障を来たすが、絶縁性のコーティング３７を撥水
性の樹脂で行っているために水が転がるように排出さ
れ、反応がスムーズに進行する。

【００６２】さらに、ガス流路１１、１２内の水はガス
セパレータ３１とは絶縁されるために、積層体内で連通
する流路（図示せず）上に来た場合であっても、他のガ
スセパレータの電位との違いによる短絡等を起こすこと
が防止される。

【００６３】なお、参考例４では、絶縁性のコーティン
グとしてＥＦＰによるコーティングを示したが、水との
接触角が１８０°以上の材料において、特に次のような
ものが使用され得る。ル）ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、
ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＴＦＥ等のフッ素系樹脂、ヲ）シ
リコン樹脂。

【００６４】参考例５．以下、参考例５について説明する。図９は、ガスセパレ
ータ３１と単電池１０を積層した場合の断面図である。
ガスセパレータ３１は、参考例１で使用したチタンのラ
ス板に凹凸加工を施したものであり、樹脂の溶液（エマ
ルジョン）である、ＦＥＰを含有するエナメルを塗布
し、１００℃で２時間乾燥した後、２８０℃で１０分間
焼成しする。その後に、ＡＬＤＲＩＣＨ社製のナフィオ
ン溶液を塗布すると、ナフィオン液はＦＥＰ樹脂の無い
貫通孔にだけ入り、乾燥すると、図９のように封孔する
ことができる。

【００６５】この場合、電極と接する部分３５について
は、あらかじめ蝋を塗っておくことによりＦＥＰ樹脂の
溶液をマスクすることができ、この蝋は焼成の時には蒸
発してなくなる。

【００６６】動作については参考例１と参考例４に記載
の通りである。なお、ここで示されるガスセパレータ３
１の製造方法は、参考例４として、図８に示したものに
も適用できる。

【００６７】そして次にこの発明の２つの実施の形態に
ついて説明する。実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１
０、図１１は実施の形態１を示す断面図と平面図であ
る。これらの図に示される複合セパレータ板において、
４１は、絶縁体の枠体４２（以下絶縁枠という）によ
り、９つの独立した導電セパレータ部３１ａ〜３１ｉを
平面上に一体的に接続している。独立した導電セパレー
タ部３１ａ〜３１ｉには、凹凸が設けられており、積層
した際に、単電池１０と共働してガス流路１１、１２を
形成している。

【００６８】これらのガス流路１１、１２は導電セパレ
ータ部３１ａ〜３１ｉの領域では方向性はないが、ガス
供給口２２、２６、排出口２５、２９の位置と絶縁枠４
２内に形成した溝や畝により流体の流動方向が規定され
ている。

【００６９】この形状の複合セパレータは、図１２に示
すように金型５１を使って製造される。金型５１には、
導電セパレータ３１を形成する凹凸のある部分５２を９
つ設けている。さらに絶縁枠４２を設ける部分には畝を
形成させるための溝５３やガスの供給口をつくる部分５
４が配置されている。

【００７０】この製造方法については、次のような熱間
プレス成形が用いられる。最初に、導電性の薄板３２を
凹凸部分５２上に配置し、上側の金型（図示せず）を乗
せて加圧し凹凸を形成させる。なお、導電性薄板３２の
端部には２個所だけ凹凸を形成しており、予め粗い成形
を行った絶縁枠４２と共に金型中での位置が固定され
る。そして、金型を２７０℃まで加熱して、１２５０ｋ
ｇ／ｃｍ２の成形圧力で射出成形し、冷却して複合セパ
レータ４１を形成する。

【００７１】さらに積層する際にできる連通流路２２、
２６、２５、２９にあたる部分には、エストラマーとし
て、ＥＰＭ製のガスケット４３を被せているが、これも
図１０に示すようにはめ込むようにしているので、複合
セパレータの穴との取り合いは正確に保持されている。
そして、積層する際の締め付けにより単電池との間で押
さえつけられて、ガスシールができるようにされてい
る。なお、エラストマーとしては、ＩＳＯによる分類記
号によれば、次のツ）〜ナ）のうちのいずれかを使用し
得る。ツ）ＮＢＲ，ＣＲ，ＥＰＭ，ＥＰＤＭ，ＩＩＲ，
ＣＳＭ、ネ）フッ素系ＦＰＭ、ナ）シリコン系ＭＦＱ。

【００７２】さらに絶縁枠４２に設けられるガスを流通
させる溝（流体流路）には、図１３に示すように平面上
でＶ字型の形状で括れ４４を持たせている。絶縁枠体４
２の材料としてはフェノール樹脂、耐熱ＡＢＳ樹脂やガ
ラス繊維を充填したＰＰＳ、ポリエステル、ＣＴＦＥの
ように熱変形温度（基準：ＡＳＴＭＤ−６４８）が燃料
電池の運転温度よりも高い８０℃以上のプラスチック
（樹脂）が好ましい。

【００７３】詳細には、次のような樹脂が使用され得
る。ワ）ポリカーボネート及びガラス強化ポリカーボネ
ート、カ）耐熱ＡＢＳ樹脂、ヨ）ガラス繊維充填不飽和
ポリエステル、タ）ナイロン６及びガラス強化ナイロ
ン、レ）フェノール、ソ）シリコーン樹脂。

【００７４】ここでは、ガラス繊維強化ポリカーボネー
トを使用した。また、導電部３１の導電性材料として
は、参考例１で示したチタンエクスパンドメタルや黒鉛
のモールド加工品が考えられる。本実施の形態１では、
チタン成型品を使用した。

【００７５】次に動作について説明する。空気供給口２
２から入った酸素ガス（酸化剤ガスである空気）はガス
セパレータ内の表面の導電部及び絶縁枠に掘った溝の流
路（図示せず）に沿って導電セパレータ部を３１ｇ−３
１ｆ−３１ａ−３１ｂ−３１ｅ−３１ｈ−３１ｉ−３１
ｄ−３１ｃの順で流れ排出口２５から出ていく。

【００７６】一方、水素ガス（燃料ガス）は燃料供給口
２６から入ってセパレータ板の裏側において、導電セパ
レータ部３１ａ−３１ｂ−３１ｃ−３１ｄ−３１ｅ−３
１ｆ−３１ｇ−３１ｈ−３１ｉの順で流れ排出口２９か
ら排出される。

【００７７】この時、各電極部では電位が発生し、積層
数をｎとすると、平面上の隣り合った電極での電位差は
端部の接続方法にもよるが、下記のように接続すると、
例えば導電セパレータ部分３１ａと３１ｅでは、４ｎ×
セル電圧の電位差が生じることになる。この電位路は次
のようになる。

【００７８】 −端：ａ１・・ａｎ−ｂ１・・・・・ｈｐ−ｉ１・・ｉｎ：＋端

【００７９】ここで、積層数が４０枚で単電池の電圧が
０．７Ｖとすると、隣り合った平面での電位差は実にＤ
Ｃ１１２Ｖとなる。この時、反応によって生成した水が
水滴となって導電部を横断して存在すると、よほどの純
度を保たない限り、電解反応を生じることになり電力を
消費することになる。

【００８０】しかし、この実施の形態１によれば、ガス
流路の絶縁部分にＶ字型の括れ４４があるために、その
部分にきた水滴は分断され排出されるので、絶縁され無
駄な電解反応を回避することができる。

【００８１】実施の形態２．以下、この発明の実施の形態２について説明する。ここ
では、前述した実施の形態１のＶ字型の括れ４４部分に
撥水性材料として、撥水性樹脂であるシリコンコーティ
ングを施した。動作については、撥水材により、水滴が
球状になることでさらに水滴が分断される。

【００８２】なお、以下にこの発明のさらなる参考例を
５つ説明しておく。参考例６．以下、この発明の参考例６について説明する。図１４
は、参考例６を示す複合セパレータの模式的な平面透視
図である。参考例６の概略内容は、実施の形態１に示し
た図１１と同様であり省略するが、この参考例６におい
ては各独立した導電セパレータ部３１ａ〜３１ｉに接続
した導線４５ａ〜４５ｉが他の導電セパレータ部に触れ
ることなく、絶縁枠４２中に埋設され、絶縁枠の端部か
らガスケット４３（図１０参照）を突き抜けて出てい
る。

【００８３】導線の材料には直径０．３ｍｍの銅撚り線
を使用した。さらに、絶縁部からの飛び出し位置には、
３つのバージョン（図示せず）があり、積層体を形成し
たときに、隣り合った積層体の導電部に接続した端子が
触れ合わないように１ｃｍ異常の距離をとるようにして
いる。

【００８４】次に参考例６の動作について説明する。実
施の形態２のように燃料電池を動作させると各電池には
起電力が生じるが、運転温度や水分量の分配により抵抗
が変化したり、また、ガス流路内を流れるガス組成等に
より分極による電圧低下が起こる。積層体中の直列に接
続した各電極には同じ電流が流れるが、僅かなガスの流
通異常や面圧の作用具合、あるいはガスのリークと言っ
た異常が発生すると特定のセルの特性が急落し、場合に
よっては発熱やセパレータ板の腐食等を引き起こすこと
がある。

【００８５】その場合、大抵は積層体全体の特性が落ち
ることで異常が発生しつつあることが推定できるが、ど
の部分で異常が起きているか知り得ないと、異常を克服
できるように運転条件を変更したり、あるいは修理の際
に全体を分解して一つ一つの導電セパレータ部（セル）
について、別個に検査を行う必要がある。

【００８６】しかし、参考例６に示される端子４５の電
圧を測れば、個々のセルの電圧が把握できるので修理す
べきセルが特定でき、低コストで装置の維持が行える。

【００８７】参考例７．以下、この発明の参考例７について説明する。図１５
は、参考例７を示す複合セパレータの透視平面図であ
る。図中、４６は熱電対を示している。この熱電対４６
は、ＪＩＳのＫタイプの素線０．１ｍｍのものをＦＥＰ
で被覆したものであり、先端を複合ガスセパレータ４１
の中央部に埋設し、端子を外側まで引き出している。

【００８８】次に、参考例７の動作について説明する。
燃料電池を動作させると、発電ロスにより、水素と酸素
の生成エンタルピー（ΔＨ）に相当する１．４８Ｖよ
り、低い電圧が発電される。この時、例えば０．７４Ｖ
で発電すると、発電効率は５０％となり、発電量と同じ
エネルギが熱として発生する。この時、燃料電池を適正
な温度に保つためには、適度な冷却が必要となり、その
制御の目安として適正な装置温度の測定が必要となる。

【００８９】ここでは、各セパレータ毎の中心の温度が
正確に測定することができるので、装置全体の冷却量を
規定できるほか、積層体毎の温度が把握できるので、異
常の診断を行うこともできる。なお、この参考例は実施
の形態１と複合して用いるために、導電性のシース熱電
対を特定の導電部にだけ接触させて電位を計る機能を付
加することも可能である。

【００９０】参考例８．以下、この発明の参考例８について説明する。図１６
は、参考例８を示す複合セパレータの透視平面図であ
る。熱電対４７は、ＪＩＳのＫタイプの素線０．３ｍｍ
で、ａがクロメル、ｂがアルメル部であり、ｃが接合部
である。この熱電対素線４７は複合セパレータ４１のど
の導電部にも触れることなく、また平面上に抜けず、セ
パレータ４１の端部からその端部を貫く直径０．５ｍｍ
の穴４８の中を通っており、参考例８では、素線が穴４
８中を自由に移動できるよう構成されている。

【００９１】また、穴４８の設置場所は、この図１６で
は導電セパレータ部３１ｈと３１ｉの間を通るようにし
ているが、実際には導電セパレータ部３１ｈと３１ｇ
間、あるいはそれと直行する導電セパレータ部３１ｇと
３１ｆまたは３１ｆと３１ａ間に設置してもよく、さら
に数箇所同時に穴を設けておくことも可能である。

【００９２】次に、参考例８の動作について説明する。
熱電対素線４７を外側から適度に引っ張ると、接合部４
７ｃは、穴４８の中の任意の位置に移動する。このとき
熱電対素線４７の中央点ｃの位置の温度に対応した熱起
電力を熱電対素線４７ａ−ｂから測定できるので、各導
電セパレータ部毎に任意の深さの温度が正確に測定する
ことができ、装置全体の冷却量を規定できるほか、積層
体中の反応の様子や温度が把握できるので、異常の診断
を行うこともできる。

【００９３】参考例９．以下、この発明の参考例９について説明する。図１７
は、参考例９を示す複合セパレータの平面図であり、ガ
ス流路は、空気供給口２２から始まり、入口２３を経由
して第１分岐部６１を経由して並列した流路６４ａ〜６
４ｋを経由して第２分岐部６２を経、さらに並列した流
路６５ａ〜６５ｋを経由して第３分岐部６３を経て出口
２４経由で排出口２５で終了する。

【００９４】ここで、流路６２ａ〜６２ｋはすべて同じ
長さと断面積で平行に並んでおり、６１、６１、６３も
同様である。また、分岐部６１、６２、６３の流路断面
の水力直径は、並列流路６４、６５の水力直径の４倍に
設定されている。

【００９５】次に動作について説明する。空気供給口２
２から供給されるガスは並列した流路のどの流路を通る
かによって何種類もの流れ方が考えられる。しかし、こ
の時の流路の長さは、流路上のどの点を通る場合でも最
短距離を取ると、分岐部６１と６２、６３を通る合計は
６１の一本分となり、残る並列流路６４はどれも同じ長
さであり、６５も同様である。従って、この流路上のど
の点を取っても最短流路となる同じ流路長を取ることが
できる。

【００９６】このとき、分岐流路の断面積は並列流路に
対して著しく大きくとっているので、分岐部内での圧力
損失は、流路全体の圧力損失から考えて無視できる程度
に小さくなる。そこで、流路内のどの点を通る場合でも
圧力損失は反応による流量の増減を入れなければ同じに
なり、すべての面に均等にガスが配分される。

【００９７】参考例１０．以下、この発明の参考例１０について説明する。この参
考例１０は参考例９の変形例を示すものである。図１８
は、図１７に示したようなセパレータ板内でサーペンタ
イン形状を取る場合の例であり、この場合でも、流路６
４ａと６４ｂでは同じ長さとなっている。

【００９８】また、図１９はこれらのセパレータを積層
した場合の流路構成を示したもので、７０が加湿部、６
０が発電部の積層体であり、加湿部分及び発電部分のど
の点をとっても最短流路は同じ長さになり、ガスが均等
に配置される。このセパレータにおいて、分岐部にあた
る流路７２、７５−２２、２５の水力直径（水力学によ
る定義）は、各平面内の並行（並列）流路１００ａ，１
００ｇ、８０ａ，８０ｆの５倍を確保している。

【００９９】これらのガス流路の形成の条件としては、
並列のガス流路の断面積と長さが等しいことと、並列す
る流路に分岐する部分が出口側と入り口側で同じ断面積
と長さを有し同じピッチで分岐することである。それを
満足させるためには、基本的には積層体平面及び積層方
向において分岐の始めと終わりが対角に位置することが
簡易に実現する基本となる。従って、図２０に示される
ように入り口と出口を同じ側に持ってくる場合には、分
岐部では対角の位置を保つため、マニホールド９０を用
いて反転させて出口を導くことが考えられる。

【０１００】上述の参考例で説明した燃料電池は、イオ
ン伝導性を有し、電子伝導性を有しない電解質層の両面
にガス拡散性で電子伝導性を有する電極が配されてな
り、供給される酸化剤および燃料ガスにより発電を行
う、少なくとも２以上重ねられる単電池と、上記単電池
間に設けられ、凹凸部を表裏に有する導電性の薄板を備
えるガスセパレータであって、上記薄板の表面から裏面
にかけて貫通する多数の貫通孔を有し、かつ上記貫通孔
が透水性で不透気性の樹脂で封孔されてなり、上記薄板
の上記凹凸部と上記単電池の電極間にできる少なくとも
２つの空間で上記電極に供給される上記酸化剤ガスおよ
び上記燃料ガスのそれぞれを供給する流体流路を形成し
てなる上記ガスセパレータとを備えてなるものである。
このような構成によれば、ガスを遮断するガスセパレー
タ中に透水性の樹脂がガスセパレータを貫通するように
配置されているので、ガスセパレータを介して湿度の異
なる流体が流れている場合、湿度の高い側から低い側へ
水分が移動する。したがって、セパレータを介して湿度
の異なる流体が流れている場合、湿度の高い側から低い
側へ水分が移動するので、燃料側への水の供給と空気側
からの水の排出がスムーズに行え、高い特性の燃料電池
をコンパクトにできる。

【０１０１】また、上記薄板に設けられる貫通孔は、上
記薄板が上記電極と接する上記凸部の頂部分を除いた部
分にのみ設けられているものである。このような構成に
よれば、上記作用に加え、電極近傍でのガスセパレータ
を通したガスのクロスリークを遮断することができ、効
率の高い運転を行える燃料電池を得ることができる。

【０１０２】また、イオン伝導性を有し、電子伝導性を
有しない電解質層の両面にガス拡散性で電子伝導性を有
する電極が配されてなり、少なくとも２以上重ねられる
単電池と、上記単電池間に設けられ、凹凸部を表裏に有
し、上記凹凸部と上記単電池の電極間にできる空間で上
記電極に供給されるガスの流体流路を形成してなる導電
性のガスセパレータであって、上記凹凸部が平面視同一
位置に設けられ、かつ、上記電極と積層したときに形成
される空間体積が上記ガスセパレータの構成材料の体積
と同等以上となる上記ガスセパレータとを備えてなるも
のである。このような構成によれば、ガスセパレータの
凸部が表裏で同じ位置に設けられるので、積層体にした
場合に同じ点で単電池を両側から押さえることができ
る。したがって、積層体にした場合に同じ点で単電池を
両側から押さえることができるので、寸法精度の高い積
層体が得られるとともに、電気的な抵抗も低く高い特性
が得られる。

【０１０３】また、上記ガスセパレータにおける上記電
極と接する凸部に上記電極材料を構成する繊維径の１０
倍以下の高さと直径を有する突起を備えてなるものであ
る。このような構成によれば、ガスセパレータの電極に
接する部分の小さな突起が電極基材中に食い込む。した
がって、電気的接触が良好となるとともに、電極とセパ
レータ板がずれることなく、正しい位置を保持するの
で、ガスの気密性が高くなり高い特性を保持することが
できる。

【０１０４】また、上記ガスセパレータにおける上記電
極と接する凸部以外の部分に絶縁性のコーティングを施
してなるものである。このような構成によれば、ガスセ
パレータの電極に接する部分は電気的に導通するが、流
体とは絶縁される。したがって、セパレータ板の電極に
接する部分の電気的接触が保たれたまま、流路内の流体
とセパレータ板間が絶縁されるので、流体内の特に水に
より隣接するセルとの短絡が回避でき効率の高い運転が
可能となる。

【０１０５】また、上記透水性で不透気性の樹脂とし
て、イ）含水率（水中浸漬時）が５０重量％以上になる
イオン交換樹脂、ロ）上記イ中の特にポリパーフルオロ
スルホン酸または、そのフッ素化物、ハ）セルロースま
たはセルロース誘導体いずれかの材料を用いてなるもの
である。このような構成によれば、燃料側への水の供給
と空気側からの水の排出がスムーズに行え、高い特性の
燃料電池をコンパクトにできる。

【０１０６】また、上述の参考例で説明した燃料電池の
製造方法は、上記薄板に、樹脂の溶液を塗布して、乾燥
させるようにしてなるものである。このような構成によ
れば、凹凸のあるガスセパレータ内のどの貫通孔にも、
樹脂を含んだ溶液が行き渡り、乾燥時には封孔される。
したがって、製造コストが低減し、効率のよい安定した
製品を製造することができる。

【０１０７】また、上述の参考例で説明した燃料電池
は、上記貫通孔を有する薄板の形状として、ニ）エク
スパンドメタル（ラス）、ホ）メッシュ、ヘ）フェルト
またはウェブ燒結体のいずれかの形状を用いてなるもの
である。このような構成によれば、燃料側への水の供給
と空気側からの水の排出がスムーズに行え、高い特性の
燃料電池をコンパクトにできる。

【０１０８】また、上記薄板として、ト）純チタン及び
チタン合金（Ｃｒ，Ｖ添加）、チ）タンタル、ニオブ、
リ）金メッキを施した銅またはニッケル、ヌ）ＳＵＳ３
１６、３１６ｌの材料のいずれかを用いてなるものであ
る。このような構成によれば、燃料側への水の供給と空
気側からの水の排出がスムーズに行え、高い特性の燃料
電池をコンパクトにできる。

【０１０９】また、上記絶縁性のコーティングとして、
水との接触角が１８０゜以上の材料を用いてなるもので
ある。このような構成によれば、燃料側への水の供給と
空気側からの水の排出がスムーズに行え、高い特性の燃
料電池をコンパクトにできる。

【０１１０】また、上記材料として、ル）ＰＴＦＥ、Ｐ
ＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＴＦＥ等のフッ素
系樹脂、ヲ）シリコン樹脂のいずれかの材料を用いてな
るものである。このような構成によれば、燃料側への水
の供給と空気側からの水の排出がスムーズに行え、高い
特性の燃料電池をコンパクトにできる。

【０１１１】また、上述の参考例で説明した燃料電池の
製造方法は、上記絶縁樹脂のコーティングとして、上記
樹脂のエマルジョンを塗布して、乾燥後、上記樹脂の融
点以上であって、分解点未満の温度で焼成した後に、透
水性樹脂による封孔を行うようにしてなるものである。
このような構成によれば、凹凸のあるガスセパレータ内
の隅々に絶縁樹脂を含んだエマルジョンが行き渡り、乾
燥焼成後に薄い皮膜が形成された後、透水性で不透気性
の樹脂の溶液がどの貫通孔にも行き渡り、乾燥時には封
孔される。したがって、透水性樹脂の溶液は余分な所を
濡らさず、貫通孔に集中して行き渡るので、完全な封孔
が安価で確実に行え、効率のよい安定した製品を製造す
ることができる。

【０１１２】また、上述の参考例で説明した燃料電池の
複合ガスセパレータは、上記複合ガスセパレータを積層
した際に連通する上記流体流路の周辺部にエラストマー
を備えてなるものである。このような構成によれば、平
面内のそれぞれの導電部は絶縁されており独自の電圧を
維持しており、反応に必要なガスはそれぞれの導電部分
を横断して、全ての導電部分に無駄無く行き渡る。した
がって、それぞれの導電部は絶縁されて独自の電圧を維
持しており、また、反応に必要なガスはずれの無いエラ
ストマーによりシールされているので、高電圧を得られ
る燃料電池を効率よく運転することができる。

【０１１３】また、上述の参考例で説明した燃料電池の
複合ガスセパレータの製造方法は、上記ガスセパレータ
の薄板の表裏に形成される上記凹凸部の加工と上記絶縁
樹脂との接合を熱間プレス成形により同時に行うように
したものである。このような構成によれば、金型上に規
則的に配置した導電性薄板に、プレス時に所定の位置で
一定の凹凸が形成され、かつ、流し込んだ絶縁性樹脂に
より、一定位置を確保したまま固定配置される。したが
って、導電部の形状と配置が一定で信頼性の高い複合セ
パレータを容易に製造することができる。

【０１１４】また、上述の参考例で説明した燃料電池の
燃料電池の複合ガスセパレータは、上記硬質の絶縁性の
樹脂として熱変形温度（ＡＳＴＭＤ−６４８）が燃料電
池の運転温度よりも高い８０℃以上の樹脂であって、
ワ）ポリカーボネート及びガラス強化ポリカーボネー
ト、カ）耐熱ＡＢＳ樹脂、ヨ）ガラス繊維充填不飽和ポ
リエステル、タ）ナイロン６及びガラス強化ナイロン、
レ）フェノール、ソ）シリコーン樹脂のいずれかの樹脂
を用いてなるものである。このような構成によれば、そ
れぞれの導電部は絶縁されて独自の電圧を維持してお
り、また、反応に必要なガスはずれの無いエラストマー
によりシールされているので、高電圧を得られる燃料電
池を効率よく運転することができる。

【０１１５】また、上記硬質の絶縁性の樹脂として、耐
熱温度が燃料電池の運転温度よりも高い８０℃以上の融
点の樹脂であって、ＩＳＯによる分類記号による、ツ）
ＮＢＲ、ＣＲ、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ＩＩＲ、ＣＳＭ、
ネ）フッ素系ＦＰＭ、ナ）シリコン系ＭＦＱのいずれか
の樹脂を用いてなるものである。このような構成によれ
ば、それぞれの導電部は絶縁されて独自の電圧を維持し
ており、また、反応に必要なガスはずれの無いエラスト
マーによりシールされているので、高電圧を得られる燃
料電池を効率よく運転することができる。

【０１１６】また、上記各ガスセパレータに接続された
導線を上記絶縁樹脂に埋設して上記複合ガスセパレータ
の端部まで引き出してなるものである。このような構成
によれば、絶縁樹脂によって電気的に独立に配置された
任意の導電部の電位が積層体側面に出された端部で検知
することができる。したがって、故障や異常の箇所を正
確に判断することにより、適切な運転方法の調整によっ
て異常を回避する可能性が高くなるとともに、修理すべ
き部分を特定できるので修理や維持管理が容易になる。

【０１１７】また、上記絶縁樹脂に上記平面に平行に熱
電対線を埋設し、該熱電対の端部を上記複合ガスセパレ
ータ端部まで引き出してなるものである。このような構
成によれば、予め設定した積層体内の特定部分の温度を
熱起電力として端部より取り出せる。したがって、温度
管理が正確になり、故障や異常の箇所を正確に判断する
ことにより、適切な運転方法の調整によって異常を回避
する可能性が高くなるとともに、修理すべき部分を特定
できるので修理する際のコストが大幅に低減する。

【０１１８】また、上記絶縁樹脂に上記平面に平行に貫
通孔を設け、該貫通孔に内部で対となる熱電対素線を一
方の入口側から他方の口にまたがって渡し、上記貫通孔
内部に熱電対の接合部が位置するようにしてなるもので
ある。このような構成によれば、積層体内の任意の深さ
の部分の温度を熱起電力として取り出すことができる。
したがって、より正確な温度分布がわかり、故障や異常
の箇所を正確に判断することにより、適切な運転方法の
調整によって異常を回避する可能性が高くなるととも
に、故障や異常をより早く正確に察知することができ
る。

【０１１９】また、上述の参考例で説明した燃料電池
は、上記ガスセパレータ単体及び積層時に形成される流
体流路が、同一種の流体について複数の並列流路を有
し、該並列流路上の任意の点を通る流体が、並列する同
種の流体の流路中の入り口から出口において同じ流路長
を流れるようにしてなるものである。このような構成に
よれば、積層体内を流れる同一種の流体は、どの流路を
通っても同じ道のりになるので、流路を形成するすべて
の部分に流体が行き渡る。したがって、流路内のあらゆ
る場所に流体が均等に行き渡り、特性が高く効率の高い
燃料電池を得ることができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る燃料電池
燃料電池の複合ガスセパレータは、上記互いに絶縁され
た上記ガスセパレータ間に上記ガスセパレータを横断す
るガス流路を設け、該流路中の絶縁部を通る部分または
絶縁部と導電部の境界部分において水滴を分断する括れ
を設けてなるものである。このような構成によれば、平
面内に独立した導電部を水滴を含んだ流体が横断した場
合に、水が括れにより分断される。したがって、短絡電
流を低減した電流効率の高い燃料電池が得られる。

【０１２１】また、この発明に係る燃料電池の複合ガス
セパレータは、上記互いに絶縁された上記ガスセパレー
タ間に上記ガスセパレータを横断するガス流路を設け、
該流路中の絶縁部を通る部分または絶縁部と導電部の境
界部分に、撥水性材料がコーティングされた水滴を分断
する括れを設けてなるものである。なお、上記括れは例
えばＶ字型のものとする。このような構成によれば、平
面内に独立した導電部を水滴を含んだ流体が横断した場
合にも、撥水性材料上で球状になり分断される。したが
って、短絡電流を低減した電流効率の高い燃料電池が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の参考例１を示すガスセパレータの
斜視図である。

【図２】この発明の参考例１を示す燃料電池の断面図
である。

【図３】この発明の参考例１の変形例を示す燃料電池
の断面図である。

【図４】この発明の参考例２を示す燃料電池の断面図
である。

【図５】この発明の参考例２の変形例を示すガスセパ
レータの斜視図である。

【図６】この発明の参考例３を示すガスセパレータの
斜視図である。

【図７】この発明の参考例３を示す燃料電池の断面図
である。

【図８】この発明の参考例４を示す燃料電池の断面図
である。

【図９】この発明の参考例５を示す燃料電池の断面図
である。

【図１０】この発明の実施の形態１を示す燃料電池の
断面図である。

【図１１】この発明の実施の形態１を示す燃料電池の
平面図である。

【図１２】この発明の実施の形態１における製造方法
を示す斜視図である。

【図１３】この発明の実施の形態２を示す、図１１の
一部拡大図である。

【図１４】この発明の参考例６を示す複合ガスセパレ
ータの平面透視図である。

【図１５】この発明の参考例７を示す複合ガスセパレ
ータの平面透視図である。

【図１６】この発明の参考例８を示す複合ガスセパレ
ータの平面透視図である。

【図１７】この発明の参考例９を示す複合ガスセパレ
ータのガス流路を示す平面図である。

【図１８】この発明の参考例１０を示す平面図であ
る。

【図１９】この発明の参考例１０の変形例を示す平面
図である。

【図２０】この発明の参考例１０の変形例を示す平面
図である。

【図２１】第１従来技術を示す固体高分子型燃料電池
の断面模式図である。

【図２２】第２従来技術を示す固体高分子型燃料電池
の断面模式図である。

【図２３】第３従来技術を示す固体高分子型燃料電池
セパレータの平面図である。

【符号の説明】

３、３ａ酸化剤電極、４、４ｂ燃料電極、５電解
質膜、１０単電池、１１酸化剤ガス流路、１２燃
料ガス流路、２２、２６ガス供給口、２３、２７ガ
ス入口、２４、２８ガス出口、２５、２９ガス排出
口、３１、３１ａ−１，３１ｂ−１，３１ｃ−１ガス
セパレータ、３１ａ〜３１ｉ導電セパレータ部、３２
導電薄板、３２ｈ貫通孔、３３封孔樹脂、３４
凸部、３５頂部、３６突起、３７絶縁性コーティ
ング、４１複合セパレータ、４２絶縁枠、４３ガ
スケット、４４括れ、４５導線、４６熱電対、４
７熱電対素線、６１、６２、６３分岐部、６４、６
５、８０ａ、８０ｆ、１００ａ、１００ｇ並列流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−283157（ＪＰ，Ａ) 特開平８−171925（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−122740（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−161266（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/02 H01M 8/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン伝導性を有し、電子伝導性を有し
ない電解質層の両面にガス拡散性で電子伝導性を有する
電極を配した単電池、及び該単電池の電極部の一方に酸
化剤ガス、他方に燃料ガスを供給する流体流路を形成す
る導電性のガスセパレータを絶縁樹脂で互いに絶縁して
平面内で複数連結してなる燃料電池の複合ガスセパレー
タにおいて、上記互いに絶縁された上記ガスセパレータ間に上記ガス
セパレータを横断する流体流路を設け、該流路中の絶縁
部を通る部分または絶縁部と導電部の境界部分において
水滴を分断する括れを設けてなる燃料電池の複合ガスセ
パレータ。
【請求項２】イオン伝導性を有し、電子伝導性を有し
ない電解質層の両面にガス拡散性で電子伝導性を有する
電極を配した単電池、及び該単電池の電極部の一方に酸
化剤ガス、他方に燃料ガスを供給する流体流路を形成す
る導電性のガスセパレータを絶縁樹脂で互いに絶縁して
平面内で複数連結してなる燃料電池の複合ガスセパレー
タにおいて、上記互いに絶縁された上記ガスセパレータ間に上記ガス
セパレータを横断する流体流路を設け、該流路中の絶縁
部を通る部分または絶縁部と導電部の境界部分に撥水性
材料がコーティングされた水滴を分断する括れを設けて
なる燃料電池の複合ガスセパレータ。
【請求項３】上記括れがＶ字型であることを特徴とす
る請求項２に記載の燃料電池の複合ガスセパレータ。