JP4336855B2

JP4336855B2 - 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池

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Publication number: JP4336855B2
Application number: JP2004108598A
Authority: JP
Inventors: 賢司中北; 哲也富村
Original assignee: Mie Prefecture
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Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-09-30
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Description

本発明は、固体高分子電界質膜を用いた固体高分子型燃料電池およびそれに用いられるセパレータに係り、特に酸化ガス流路と燃料ガス流路および冷却水流路を、特定構造をもって形成することにより、優れた反応効率と共に優れた冷却効率を実現することが出来ると共に、酸化ガス流路や燃料ガス流路における水の滞留を可及的に防止せしめて安定した発電効率を得ることの出来る、固体高分子型燃料電池およびそれに用いられるセパレータに関するものである。

固体高分子型燃料電池は、良く知られているように、固体のイオン交換膜等の固体高分子膜を電解質としてその両面に重ね合わせた一対の触媒電極の表面に対して、酸化剤としての酸素（空気）と燃料としての水素を供給し、電気化学的に反応させることによって電力を得るものである。

ところで、固体高分子型燃料電池では、目的とする電圧を安定して効率的に得るために、各触媒電極の表面上に酸素や水素を安定して供給することが重要であると共に、適当な温度に維持することも重要となる。

そこで、一般に、固体高分子電解質膜の両面に対してそれぞれシート状の酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して、その酸化電極の表面に第一セパレータを重ね合わせると共に、燃料電極の表面に第二セパレータを重ね合わせた構造の単セルが採用されており、かかる単セルを複数段重ね合わせて電気的に直列接続せしめた構造とされている。そして、第一セパレータに設けた凹溝を酸化電極で覆蓋することによって酸化ガス流路が形成されると共に、第二セパレータに設けた凹溝を燃料電極で覆蓋することによって燃料ガス流路が形成されている。また、第一セパレータ又は第二セパレータの電極と重ね合わされる主面に対する裏側の副面には、第一セパレータ又は第二セパレータに設けた凹溝を隣接する別の単セルの副面で覆蓋することによって冷却流路が形成されている。

また、相互に重ね合わされた各単セルの外周縁部には、重ね合わせ方向に貫通するようにして、酸化ガス供給孔および酸化ガス排出孔と、燃料ガス供給孔および燃料ガス排出孔、更に冷却水供給孔および冷却水排出孔が、それぞれ形成されている。そして、これらの給排孔を通じて給排される酸化ガス，燃料ガス，冷却水が、各単セルにおいて、それぞれ、上述の酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路に流通せしめられるようになっている。

ここにおいて、これら酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路の形態は、発電の効率や安定性に関して重要な影響を与えるものであると考えられており、従来から、各種の流路形態が提案されている。これら３種の流路形態の好ましい一つの態様が、特開２００２−８３６１０号公報（特許文献１）に開示されている。

しかしながら、かかる特許文献１に開示されている流路構造では、未だ、発電の効率や安定性に関して十分に満足できるものとは言い難かった。具体的には、次のような問題を内在している。
（１）燃料ガス流路が、鉛直上下方向に延びる複数本の直線形態をもって形成されており、水平方向に延びる酸化ガス流路に対して直交している。そのために、固体高分子電解質膜を挟んで対向位置せしめられる燃料ガス流路と酸化ガス流路の重なり合う部分が狭くなってしまい、反応効率乃至は発電効率を十分に得ることが難しい。
（２）燃料ガス流路が、上端縁部に設けられた燃料ガス供給孔から下端縁部に設けられた燃料ガス排出孔に向けて鉛直上下方向に延びる直線形態をもって形成されている。そのために、固体高分子電解質膜の上端縁部と下端縁部との温度勾配が大きくなり、反応効率乃至は発電効率が局部的に低くなり易い。

なお、上記（１），（２）の問題に対処するために、例えば燃料ガス流路の隣接する複数本を上下端部で相互に接続することにより、全体として屈曲して延びる形態を実現することも考えられる。ところが、上下方向に延びる燃料ガス流路を接続して屈曲形態とすると、下端部の折り返し部分において水が溜まり易く、水の滞留によって燃料ガスの流通が妨げられる結果、安定した発電が実現され難くなるという問題があり、現実的ではないのである。

ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、固体高分子型燃料電池における発電の効率や安定性を高度に実現せしめ得る、酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路の新規な形態を実現する固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池を提供することにある。

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。

（固体高分子型燃料電池用セパレータに関する本発明）
請求項１に記載の発明の特徴とするところは、固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、前記第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、前記第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、前記第一セパレータ又は前記第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続して、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第一辺縁部の上端付近に前記酸化ガス供給孔を形成する一方、該各第一辺縁部の下端付近に前記酸化ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第一セパレータの前記副面において、該第一辺縁部に位置して、該酸化ガス供給孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、該酸化ガス排出孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成した固体高分子型燃料電池用セパレータにある。

このような本発明に従う構造とされたセパレータにおいては、第一セパレータにおける酸化ガス用溝と第二セパレータにおける燃料ガス用溝が、何れも、水平方向に平行に延びるように形成されていることから、それら第一セパレータと第二セパレータを、膜／電極接合体（ＭＥＡ）を挟んで重ね合わせることにより、膜／電極接合体の両面において、酸化ガス流路と燃料ガス流路が、何れも水平方向に延びるようにして相互に平行に形成されることとなる。

それ故、固体高分子電解質膜を挟んで対向位置せしめられる燃料ガス流路と酸化ガス流路の重なり合う部分が十分な面積をもって形成され得て、固体高分子型燃料電池における反応効率乃至は発電効率を有利に確保することが可能となる。

しかも、本発明に従う構造とされたセパレータにおいては、酸化ガス用溝と燃料ガス用溝が、何れも、複数本の水平凹溝を上下に接続した葛折状とされていることから、それらによって形成される酸化ガス流路と燃料ガス流路において、酸化ガス流路に発生する水や、燃料ガス流路に結露する水が、重力の作用とガス流通圧を巧く利用して、速やかに排出される。それ故、流路内に滞留する水に起因する発電効率の低下が効果的に回避され得るのである。

また、酸化ガス流路と燃料ガス流路が、何れも、固体高分子電解質膜の表面を左右方向に往復するように形成されると共に、上下方向に複数形成されることから、固体高分子電解質膜の全体において温度勾配が小さく抑えられることとなり、局部的な温度異常に起因する発電効率の低下も軽減され得る。

さらに、本発明に従う構造とされたセパレータにおいて、冷却水流路は、冷却用溝によって冷却水供給孔と冷却水排出孔を繋ぐように形成されるが、かかる冷却水流路は、酸化ガス流路や燃料ガス流路のように水の滞留の問題がないことから、その流路形態は大きな自由度をもって設計することが出来るのであり、設計上および性能上、有効な冷却水流路が実現され得る。

また、本発明に従えば、主として水平方向に延びる上述の如き酸化ガス流路が有利に形成され得る。しかも、酸化ガス供給孔および酸化ガス排出孔の各必要形成数が、酸化ガス供給用接続凹所や酸化ガス排出用接続凹所を巧く利用することによって、少なくて済むこととなり、第一のセパレータの構造が簡略化されて製造も容易となる。

請求項２に記載の発明の特徴とするところは、固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、前記第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、前記第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、前記第一セパレータ又は前記第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続して、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第二辺縁部の上端付近に前記燃料ガス供給孔を形成する一方、該各第二辺縁部の下端付近に前記燃料ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第二セパレータの前記副面において、該第二辺縁部に位置して、該燃料ガス供給孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、該燃料ガス排出孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第二セパレータを板厚方向に貫通して形成した固体高分子型燃料電池用セパレータにある。

このような請求項２に記載の発明に従えば、主として水平方向に延びる上述の如き燃料ガス流路が有利に形成され得る。しかも、燃料ガス共用孔および燃料ガス排出孔の各必要形成数が、燃料ガス供給用接続凹所や燃料ガス排出用接続凹所を巧く利用することによって、少なくて済むこととなり、第二のセパレータの構造が簡略化されて製造も容易となる。

請求項３に記載の発明の特徴とするところは、固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、前記第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、前記第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、前記第一セパレータ又は前記第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続して、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第一辺縁部の上端付近に前記酸化ガス供給孔を形成する一方、該各第一辺縁部の下端付近に前記酸化ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第一セパレータの前記副面において、該第一辺縁部に位置して、該酸化ガス供給孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、該酸化ガス排出孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成して、更に、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第二辺縁部の上端付近に前記燃料ガス供給孔を形成する一方、該各第二辺縁部の下端付近に前記燃料ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第二セパレータの前記副面において、該第二辺縁部に位置して、該燃料ガス供給孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、該燃料ガス排出孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第二セパレータを板厚方向に貫通して形成したことにある。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータと前記第二セパレータのそれぞれの前記副面に形成された前記酸化ガス供給用接続凹所，前記酸化ガス排出用接続凹所，前記燃料ガス供給用接続凹所，前記燃料ガス排出用接続凹所の各位置を、相互に水平方向で異なるように設定したものである。

これにより、膜／電極接合体に対して第一及び第二のセパレータを重ね合わせてなる単セルを複数積層して固体高分子型燃料電池を構成する際に、酸化ガスの給排用通路と燃料ガスの給排用通路のそれぞれの流通抵抗を十分に小さく抑えつつ、それら各給排用通路間でのリークや短絡の問題を有利に回避することが出来る。

（固体高分子型燃料電池に関する本発明）
固体高分子型燃料電池に関する本発明の特徴とするところは、固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して、該酸化電極の表面に第一セパレータを重ね合わせると共に、該燃料電極の表面に第二セパレータを重ね合わせて、該酸化電極と該第一セパレータの重ね合わせ面間に酸化ガス流路を形成すると共に、該燃料電極と該第二セパレータの重ね合わせ面間に燃料ガス流路を形成した単セルを用い、かかる単セルの複数を積層状態で重ね合わせることによって形成された固体高分子型燃料電池において、前記第一セパレータおよび前記第二セパレータとして、上述の如き本発明に従う構造とされたもの（請求項１乃至４の何れかに記載のもの）を採用して、膜／電極接合体の両側に酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路を、それぞれ形成せしめた固体高分子型燃料電池にある。

このような本発明に従う構造とされた固体高分子型燃料電池においては、上述の如き本発明に従う特定構造のセパレータを採用して、何れも水平方向に延びる酸化ガス流路および燃料ガス流路が形成されることにより、優れた反応効率乃至は発電効率が達成されると共に、水の滞留が防止されて安定した発電が実現可能となる。しかも、冷却水流路によって十分な冷却効果が発揮されることから、一層安定した発電作動が実現され得る。

上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池においては、特定構造の酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路が形成される。具体的には、水平方向の左右両辺縁部に形成された酸化ガス給排孔および燃料ガス給排孔によって何れも水平方向に延びる酸化ガス流路および燃料ガス流路が形成されると共に、鉛直方向の上下両辺縁部に形成された冷却水給排孔によって冷却水流路が形成されることとなる。これにより、酸化ガスと燃料ガスの反応効率ひいては発電効率の向上が図られ得ると共に、ガス流路内への水の滞留が防止されて発電作動の安定化が実現され得る。また、酸化ガス給排孔や燃料ガス給排孔，酸化ガス流路，燃料ガス流路から独立形成された冷却水流路を流通せしめられる冷却水によって、有効な温調効果も発揮され得る。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態及び本発明に関連した参考技術について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

先ず、図１には、本発明に関連した参考技術としての固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）１０の概略斜視図と、それを構成する単セル１２の分解説明図が示されている。なお、図１においては、固体高分子型燃料電池１０を横倒しして、鉛直下方から単セル１２を抜き出した状態を示したものであり、単セル１２においては、図中の上下方向が、固体高分子型燃料電池の設置状態下で水平方向（左右方向）となる。

より詳細には、単セル１２は、図２にも示されているように、固体のイオン交換膜等の固体高分子膜１４を電解質としてその両面に一対の触媒電極としての酸化電極１６ａおよび燃料電極１６ｂを重ね合わせて接合一体化した構造の膜／電極接合体１８を備えており、この膜／電極接合体１８を両面からサンドイッチ状に挟むようにして、第一セパレータ２０と第二セパレータ２２が重ね合わされている。更に、かかる単セル１２が、板厚方向で複数枚重ね合わされることにより、固体高分子型燃料電池１０の主体を為すセルスタックを構成するようになっている。

そこにおいて、各単セル１２には、膜／電極接合体１８と第一セパレータ２０の重ね合わせ面間において、酸素（空気）を供給する酸化ガス流路が形成されていると共に、膜／電極接合体１８と第二セパレータ２２の重ね合わせ面間において、燃料（水素）を供給する燃料ガス流路が形成されている。更に、相互に重ね合わされた隣接する二つの単セル１２，１２の間には、一方の単セル１２の第一セパレータ２０と他方の単セル１４の第二セパレータ２２の重ね合わせ面間において、冷却水を流通せしめる冷却水流路が形成されている。

また、各単セル１２には、固体高分子型燃料電池１０の設置状態下において水平方向で対向位置する第一辺縁部２４と第二辺縁部２６に位置して、酸化ガス供給孔２８，酸化ガス排出孔３０，燃料ガス供給孔３２，燃料ガス排出孔３４が、それぞれ、積層方向に貫通して形成されている。また、単セル１２には、固体高分子型燃料電池１０の設置状態下において鉛直方向で対向位置する第三辺縁部４０と第四辺縁部４２に位置して、冷却水供給孔３６と冷却水排出孔３８が、それぞれ、積層方向に貫通して形成されている。

なお、特開２００２−２９８８７６号公報等に記載されているように、各単セル１２では、一般に、触媒電極１６ａ，１６ｂが固体高分子膜１４よりも一回り小さくされており、酸化ガスや燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８が形成された固体高分子膜１４の外周縁部は、そこに重ね合わされる第一及び第二のセパレータ２０，２２との重ね合わせ面間に対して、必要に応じてガスケット等のシール部材が配設されることとなる。

これにより、酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８は、固体高分子膜１４と第一及び第二のセパレータ２０，２２の各対応する部分にそれぞれ貫通孔として形成されている。そして、固体高分子型燃料電池１０において、積層された複数枚の単セル１２間でも相互に連通せしめられており、全体として、固体高分子型燃料電池１０の主体を為すセルスタックを積層方向に貫通する形態をもって、それら酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８が形成されている。

なお、図面上に明示はされていないが、例えば特許文献１（特開２００２−８３６１０号公報）等に記載されているように、固体高分子型燃料電池１０において、積層された複数の単セル１２のうち、積層方向で一方の端部に位置せしめられた単セル１２の第一セパレータ２０と、積層方向で他方の端部に位置せしめられた単セル１２の第二セパレータ２２には、陽極側集電板と陰極側集電板が重ねられて、直列接続された複数枚の単セル１２の総電力が、これら両集電板から外部に取り出されるようになっている。更に、陽極側集電板と陰極側集電板の各外面には、適当な絶縁スペーサ（図示せず）を介して、陽極側押え板４３と陰極側押え板４５が重ね合わされている。そして、図面上に明示はされていないが、これら複数の単セル１２と両極の集電板や押え板４３，４５を含む全体が、四隅等において挿通された締付ボルトによって積層方向に締め付けられて一体的に固定されることにより、固体高分子型燃料電池１０とされている。

また、かかる固体高分子型燃料電池１０において、陽極側押え板４３と陰極側押え板４５には、酸化ガス供給用ポート，酸化ガス排出用ポート，燃料ガス供給用ポート，燃料ガス排出用ポート，冷却水供給ポート，冷却水排出ポートの合計６個のポート４４が形成されている。そして、これらそれぞれのポート４４が、積層された複数の単セル１２において相互に連通形成された上述の酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８の各対応する孔に対して接続されている。そして、各ポート４４に対して図示しない外部管路が接続されることにより、酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８に対して、酸化ガス，燃料ガス，冷却水の給排が行われるようになっている。

そして、これら各供給側ポート４４を通じて各供給孔に供給された酸化ガス，燃料ガス，冷却水が、上述の単セル１２内に形成された酸化ガス流路および燃料ガス流路と、単セル１２，１２間に形成された冷却水流路を流通せしめられた後、各排出孔を経て、各排出側ポート４４を通じて排出されるようになっているのである。

これにより、公知の如く、固体高分子膜１４の第二セパレータ２０側に配設された燃料電極１６ｂにおいて、供給される燃料ガスが触媒作用でイオン化して電子を供給する一方、固体高分子膜１４の第一セパレータ１８側に配設された酸化電極１６ａにおいて、固体高分子膜１４を通じて送られた水素イオンが外部から供給される酸化ガス（空気）および外部の電気回路を経て帰還した電子と反応して水蒸気を生成することとなり、全体として発電作用を発揮する電池として機能する。

ここにおいて、目的とする発電作用を効率的に且つ安定して発揮させるには、各単セル１２の触媒電極１６ａ，１６ｂに対して酸化ガスと燃料ガスを効率的に供給することが重要となると共に、各単セル１２に対して冷却水を効果的に供給して高度な温度管理を実現することが重要となる。

そこで、これら酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排流路を形成する流路構造について、以下に説明を加える。

すなわち、本参考技術では、図２〜５に示されているように、第一セパレータ２０および第二セパレータ２２には、単セル１２を構成する場合に同じ側に位置せしめられる第一辺縁部２４に位置して、各同一数（本参考技術では、各３個）の酸化ガス供給孔２８と燃料ガス供給孔３２が、鉛直方向で交互に形成されている。また、それら第一セパレータ２０および第二セパレータ２２における左右方向で反対側の第二辺縁部２４には、各対応する同一数（本参考技術では、各３個）の酸化ガス排出孔３０と燃料ガス排出孔３４が、鉛直方向で交互に形成されている。

さらに、第一セパレータ２０において、酸化電極１６ａに重ね合わせられる方の主面４６には、図３及び図５に示されているように、第一辺縁部２４に形成された酸化ガス供給孔２８の近くから第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出し、第一辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、再びＵターンして第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出して、第二辺縁部２６に形成された酸化ガス排出孔３０に至る葛折状の屈曲した酸化ガス用溝４８が、形成されている。この酸化ガス用溝４８は、一つの酸化ガス供給孔２８を対応する一つの酸化ガス排出孔３０に接続するものであり、従って、各対を為す酸化ガス供給孔２８と酸化ガス排出孔３０の間に跨がるようにして、それら酸化ガスの給排孔２８，３０の数だけ（本参考技術では３本）、鉛直方向に所定距離を隔てて、並列的に形成されている。特に、水平方向に延びる各直線部分が、主面４６の上下方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。

ところで、第一セパレータ２０の主面４６において、各酸化ガス用溝４８の両端部は、何れも、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０の近傍に位置しているが、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０にまでは至らないようにして形成されている。特に好ましくは、この酸化ガス用溝４８の各端部は、第一セパレータ２０の主面４６において、酸化電極１６ａに対して直接に重ね合わされる位置、即ちガスケット等のシール部材よりも内周側であって、酸化電極１６ａの外周縁部よりも内周側に位置せしめられる。

そして、この酸化ガス用溝４８の各端部は、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０に対して、第一セパレータ２０の副面（主面４６の裏面）５０に形成された酸化ガス供給用接続凹所５２又は酸化ガス排出用接続凹所５４を通じて、接続されている。即ち、酸化ガス供給用接続凹所５２は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス供給孔２８から中央側に向かって所定長さで延びている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス排出孔３０から中央側に向かって所定長さで延びている。更に、酸化ガス供給用接続凹所５２の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス供給側貫通孔５６が形成されている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス排出側貫通孔５８が形成されている。これにより、酸化ガス供給孔２８を通じて供給された酸化ガスが、酸化ガス供給用接続凹所５２から酸化ガス供給側貫通孔５６を通じて酸化ガス用溝４８に導かれ、更に、該酸化ガス用溝４８から酸化ガス排出側貫通孔５８を経て、酸化ガス排出用接続凹所５４を通じて酸化ガス排出孔３０に排出され得るようになっている。

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０，２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の酸化ガス供給用接続凹所５２や酸化ガス用溝４８，酸化ガス排出用接続凹所５４が覆蓋されることによって、酸化ガス流路６０が複数本形成されている。特に、この酸化ガス流路６０のうち、酸化ガス用溝４８にて形成された葛折状の部分は、酸化電極１６ａの表面において、主として左右方向（水平方向）に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。

一方、第二セパレータ２２において、燃料電極１６ｂに重ね合わせられる方の主面６２には、図４及び図５に示されているように、第二辺縁部２６に形成された燃料ガス供給孔３２の近くから第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出し、第一辺縁部２４の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、再びＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出して、第一辺縁部２４に形成された燃料ガス排出孔３４に至る葛折状の屈曲した燃料ガス用溝６４が、形成されている。この燃料ガス用溝６４は、一つの燃料ガス供給孔３２を対応する一つの燃料ガス排出孔３４に接続するものであり、従って、各対を為す燃料ガス供給孔３２と燃料ガス排出孔３４の間に跨がるようにして、それら燃料ガスの給排孔３２，３４の数だけ（本参考技術では３本）、鉛直方向に所定距離を隔てて、並列的に形成されている。特に、水平方向に延びる各直線部分が、主面６３の上下方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。

なお、本参考技術では、酸化ガスの給排孔２８，３０と燃料ガスの給排孔３２，３４が、第一及び第二辺縁部２４，２６に位置して上下方向で交互に同数だけ形成されていることから、燃料ガス用溝６４は、前述の酸化ガス用溝４８と同数だけ、形成されている。

ところで、第二セパレータ２２の主面６２において、各燃料ガス用溝６４の両端部は、前述の酸化ガス用溝４８と同様に、何れも、燃料ガス供給孔３２又は燃料ガス排出孔３４の近傍に位置しているが、燃料ガス供給孔３２又は燃料ガス排出孔３４にまでは至らないようにして形成されている。特に好ましくは、この燃料ガス用溝６４の各端部は、第二セパレータ２２の主面６２において、燃料電極１６ｂに対して直接に重ね合わされる位置、即ちガスケット等のシール部材よりも内周側であって、燃料電極１６ｂの外周縁部よりも内周側に位置せしめられる。

そして、この燃料ガス用溝６４の各端部は、燃料ガス供給孔３２又は燃料ガス排出孔３４に対して、第二セパレータ２２の副面（主面６２の裏面）６６に形成された燃料ガス供給用接続凹所６８又は燃料ガス排出用接続凹所７０を通じて、接続されている。即ち、燃料ガス供給用接続凹所６８は、第二セパレータ２２の副面６６において、燃料ガス供給孔３２から中央側に向かって所定長さで延びている。また、燃料ガス排出用接続凹所７０は、第二セパレータ２２の副面６６において、燃料ガス排出孔３４から中央側に向かって所定長さで延びている。更に、燃料ガス供給用接続凹所６８の中央側端部には、第二セパレータ２２を板厚方向に貫通する燃料ガス供給側貫通孔７２が形成されている。また、燃料ガス排出用接続凹所７０の中央側端部には、第二セパレータ２２を板厚方向に貫通する燃料ガス排出側貫通孔７４が形成されている。これにより、燃料ガス供給孔３２を通じて供給された燃料ガスが、燃料ガス供給用接続凹所６８から燃料ガス供給側貫通孔７２を通じて燃料ガス用溝６４に導かれ、更に、該燃料ガス用溝６４から燃料ガス排出側貫通孔７４を経て、燃料ガス排出用接続凹所７０を通じて燃料ガス排出孔３４に排出され得るようになっている。

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０，２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の燃料ガス供給用接続凹所６８や燃料ガス用溝６４，燃料ガス排出用接続凹所７０が覆蓋されることによって、燃料ガス流路７６が複数本形成されている。特に、この燃料ガス流路７６のうち、燃料ガス用溝６４にて形成された葛折状の部分は、燃料電極１６ｂの表面において、主として左右方向（水平方向）に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。しかも、特に本参考技術では、酸化ガス供給孔２８が第一辺縁部２４の最上端に位置して形成されていると共に、燃料ガス供給孔３２が第二辺縁部２６の最上端に位置して形成されていることにより、酸化ガス用溝４８と燃料ガス用溝６４の各水平方向に延びる部分が、膜／電極接合体１８を挟んで互いに対向位置して、即ち積層方向で略重なり合うようにして形成位置せしめられている。

さらに、単セル１２において、その鉛直上下に位置せしめられた第三辺縁部４０と第四辺縁部４２には、互いに略対角線方向で対向位置せしめられる各一方の角部近くにおいて、冷却水供給孔３６と冷却水排出孔３８が形成されている。そして、かかる冷却水供給孔３６から供給される冷却水を単セル１２，１２の積層面間に導いて冷却作用を発揮させる冷却水流路７８が、互いに重ね合わされた単セル１２，１２における第一セパレータ２０と第二セパレータ２２の各副面６６，６６間に形成されている。

すなわち、第一セパレータ２０における副面５０には、図２及び図３に示されているように、第三辺縁部４０に形成された冷却水供給孔３６の近くから第四辺縁部４２に向かって鉛直下方向に延び出し、第四辺縁部４２の近くで水平方向（第一辺縁部２４側）に屈曲して僅かに延び、更にＵターンして第三辺縁部４０に向かって鉛直上方に延び出し、第三辺縁部４０の近くで水平方向（第一辺縁部２４側）に屈曲して僅かに延び、再びＵターンして第四辺縁部４２に向かって鉛直下方に延び出して・・・、という屈曲形態を複数回繰り返すことにより、最終的に第四辺縁部４２に形成された冷却水排出孔３８に至る葛折状の屈曲した冷却用溝８０が、形成されている。この冷却用溝８０は、冷却水供給孔３６を冷却水排出孔３８に接続するものであり、かかる対を為す冷却水給排孔３６，３８の数だけ（本参考技術では１本）形成されている。特に、鉛直上下方向に延びる各直線部分が、副面５０の左右方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。

ところで、第一セパレータ２０の副面５０において、各冷却用溝８０の両端部は、何れも、冷却水供給孔３６又は冷却水排出孔３８の近傍に位置しているが、冷却水供給孔３６又は冷却水排出孔３８にまでは至らないようにして形成されている。

そして、この冷却用溝８０の各端部は、冷却水供給孔３６又は冷却水排出孔３８に対して、第一セパレータ２０の主面４６に形成された冷却水供給用接続凹所８２又は冷却水排出用接続凹所８４を通じて、接続されている。即ち、冷却水供給用接続凹所８２は、第一セパレータ２０の主面４６において、冷却水供給孔３６から中央側（下方）に向かって所定長さで延びている。また、冷却水排出用接続凹所８４は、第一セパレータ２０の主面４６において、冷却水排出孔３８から中央側（上方）に向かって所定長さで延びている。更に、冷却水供給用接続凹所８２の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する冷却水供給側貫通孔８６が形成されている。また、冷却水排出用接続凹所８４の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する冷却水排出側貫通孔８８が形成されている。これにより、冷却水供給孔３６を通じて供給された冷却水が、冷却水供給用接続凹所８２から冷却水供給側貫通孔８６を通じて冷却用溝８８に導かれ、更に、該冷却用溝８８から冷却水排出側貫通孔８８を経て、冷却水排出用接続凹所８４を通じて冷却水排出孔３８に排出され得るようになっている。

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０，２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の冷却水供給用接続凹所８２や冷却用溝８０，冷却水排出用接続凹所８４が覆蓋されることによって、一本の冷却水流路７８が形成されている。特に、この冷却水流路７８のうち、冷却用溝８０にて形成された葛折状の部分は、酸化ガス流路６０を形成する第一セパレータ２０において、主として上下方向に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。

上述の如き構造とされた単セル１２においては、図６に示されているように、酸化ガス供給孔２８から酸化ガス流路６０（酸化ガス用溝４８）に至る接続部分と、燃料ガス供給孔３２から燃料ガス流路７６（燃料ガス用溝６４）に至る接続部分との、何れにおいても、酸化ガス供給孔２８や燃料ガス供給孔３２から直接に膜／電極接合体１８の表面に沿って酸化ガスや燃料ガスが酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に流入することがない。即ち、膜／電極接合体１８の表面上で、酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６は、酸化ガス供給孔２８や燃料ガス供給孔３２から独立して形成されており、第一及び第二のセパレータ２０，２２の裏側（副面）５０，６６を通って、酸化ガスや燃料ガスが、酸化ガス供給孔２８や燃料ガス供給孔３２から、酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に導き入れられるようになっている。

従って、本参考技術をモデル的に拡大示した図７や、従来構造として対応する部分を拡大示した図８に示されていることから明らかなように、本参考技術では、第一セパレータ２０や第二セパレータ２２と膜／電極接合体１８の間に有効なシール圧力がかからないような凹所６０（従来構造を示す図８を参照）を形成する必要がなく、第一セパレータ２０や第二セパレータ２２と膜／電極接合体１８の間に形成された酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に対して酸化ガスや燃料ガスが導かれる際に、膜／電極接合体１８と反対側にガスが流入してしまうことが避けられて、酸化ガスや燃料ガスが、目的とする酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に対して安定して供給され得るのである。

また、本参考技術の単セル１２とそれを用いて形成された固体高分子型燃料電池１０においては、固体高分子膜１４（膜／電極接合体１８）の表裏において、酸化ガス流路６０と燃料ガス流路７６が、何れも水平方向に主として延びる形態で、且つ葛折状で次第に下段の水平路部分に移行するようにして複数段に形成されていることから、特に特許文献１に示されている如き従来構造における酸化ガス流路と燃料ガス流路が直交方向に主として設けられた構造に比して、膜／電極接合体１８の両極における化学反応が一層効率的に生ぜしめられることとなる。

しかも、特許文献１に示されている如き従来構造における燃料ガス流路では、鉛直方向に直線的に短絡して形成されていたが、本参考技術では、上述の如き葛折状に形成されていることから、燃料ガスの効率的な利用が実現されると共に、燃料ガス流路における圧力も十分に確保され得て更なる反応効率化が図られ得る。

さらに、上述の如く、本参考技術では、酸化ガス流路６０と燃料ガス流路７６が、何れも葛折状で次第に下方に段階的に下がって流通せしめられる形態とされていることから、十分に長い流路形態を確保しつつ、酸化ガス流路６０における発生水蒸気や燃料ガス流路７６に供給される水蒸気の結露によって水が発生した場合にも、かかる水が速やかに排出され得ることとなり、目的とする発電が安定して実行されるのである。

加えて、本参考技術では、冷却水流路７８が、十分な長さで葛折状に形成されており、冷却水の給排孔３６，３８を少ない数だけ設ければ良いことから、製造が容易であると共に、強度の確保や漏水の防止という効果も発揮され得る。即ち、本参考技術では、冷却水の給排孔３６，３８を上下に位置する第三及び第四の辺縁部４０，４２に形成したことにより、冷却水に作用する重力も有効に利用しつつ、冷却水流路７８に対して冷却水を有利に流通させることが出来る。しかも、冷却水流路７８では、ガス流路のように水の滞留が問題とならないことから、本参考技術のように上下方向を主体的な流路形態として葛折状としても、特性的に何等の問題を発生するものでない。

それ故、本参考技術では、冷却水の給排孔３６，３８を上下に位置する第三及び第四の辺縁部４０，４２に形成したことによって、酸化ガスおよび燃料ガスの各給排孔２８，３０，３２，３４を、水平方向両側に位置する第一及び第二の辺縁部２４，２６に形成せしめ得たのであり、以て、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０，７６を、主として水平方向に延びる通路形態をもって葛折状に形成せしめ得たのである。その結果、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０，７６における水の滞留の問題も完全に回避せしめ得た。また、酸化ガスと燃料ガス６０，７６の流路を相互に有効に対向位置せしめ得て、反応乃至は発電の効率を向上せしめることに成功し得たのである。

次に、本発明の一実施形態としての固体高分子型燃料電池用セパレータを構成する単セル１２′が、図１０〜１４に示されている。そして、本実施形態において、前記参考技術と同様な構造とされた部材および部位については、それぞれ、図面中に、前記参考技術と同一の符号を付することにより、それらの詳細な説明を省略する。

すなわち、本実施形態の単セル１２′には、それを構成する第一及び第二のセパレータ２０，２２において、単セル１２を構成する場合に同じ側に位置せしめられる第一辺縁部２４の上端付近と下端付近に位置して、各一個の酸化ガス供給孔２８と酸化ガス排出孔３０が形成されている。また、他方の第二の辺縁部２６の上端付近と下端付近に位置して、各一個の燃料ガス供給孔３２と燃料ガス排出孔３４が形成されている。即ち、これら各一個の酸化ガスの供給孔２８と排出孔３０および燃料ガスの供給孔３２と排出孔３４は、単セル１２′の四隅付近に位置して重ね合わせ方向に貫通して形成されている。

さらに、第一セパレータ２０において、酸化電極１６ａに重ね合わせられる方の主面４６には、図１１及び図１３に示されているように、第一辺縁部２４に形成された酸化ガス供給側貫通孔５６の近くから第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出し、第一辺縁部２４の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、再びＵターンして第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出して第一辺縁部２４に形成された酸化ガス排出側貫通孔５８に至る葛折状の屈曲した酸化ガス用溝４８が、形成されている。この酸化ガス用溝４８は、一つの酸化ガス供給側貫通孔５６を対応する一つの酸化ガス排出側貫通孔５８に接続するものであり、従って、各対を為す酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８の間に跨るようにして、それら酸化ガスの給排貫通孔５６、５８の数だけ（本実施形態では４本）、鉛直方向に所定距離を隔てて、並列的に形成されている。特に、水平方向に延びる各直線部分が、主面４６の上下方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。

なお、本実施形態では、第一セパレータ２０の副面において、第一の辺縁部には、酸化ガス供給孔２８から鉛直下方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、酸化ガス供給用接続凹所５２が形成されている。そして、第一セパレータ２０の主面には、この酸化ガス供給用接続凹所５２の裏側にまで至るように、各酸化ガス用溝４８の一方の端部が延び出して位置せしめられている。また、第一セパレータ２０の副面において、第一の辺縁部には、酸化ガス排出孔３０から鉛直上方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、酸化ガス排出用接続凹所５４が形成されている。そして、第一セパレータ２０の主面には、この酸化ガス排出用接続凹所５４の裏側にまで至るように、各酸化ガス用溝４８の他方の端部（上記一方の端部よりも下方に位置する方の端部）が延び出して位置せしめられている。なお、本実施形態では、酸化ガス供給用接続凹所５２よりも外周側に位置して、略平行に上下方向に延びるように酸化ガス排出用接続凹所５４が形成されている。

また、第一のセパレータ２０には、酸化ガス供給用接続凹所５２と酸化ガス排出用接続凹所５４の内部に開口して板厚方向に貫通する酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８が、それぞれ、凹所５２，５４の長手方向で互いに所定距離を隔てて複数（本実施形態では、各４個）形成されている。そして、これらの酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８によって、各酸化ガス用溝４８の一方の端部と他方の端部が、酸化ガス供給用接続凹所５２と酸化ガス排出用接続凹所５４に接続されている。

なお、酸化ガスや燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８は、第一セパレータ２０や第二セパレータ２２の主面４６，６２において、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂに対して直接に重ね合わされる部分を外れた位置、即ちガスケット等のシール部材よりも外周側であって、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂの外周縁部よりも外周側に位置せしめられるが、酸化ガス用溝４８や燃料ガス用溝６４の各端部は第一セパレータ２０や第二セパレータ２２の主面４６，６２において、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂに対して直接に重ね合わされる位置、即ちガスケット等のシール部材よりも内周側であって、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂの外周縁部よりも内周側に位置せしめられる。

そして、この酸化ガス用溝４８の各端部は、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０に対して、第一セパレータ２０の副面（主面４６の裏面）５０に形成された酸化ガス供給用接続凹所５２又は酸化ガス排出用接続凹所５４を通じて、接続されている。即ち、酸化ガス供給用接続凹所５２は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス供給孔２８から鉛直下方向に向かって所定長さで延びている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス排出孔３０から鉛直上方向に向かって所定長さで延びている。更に、酸化ガス供給用接続凹所５２には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス供給側貫通孔５６が形成されている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス排出側貫通孔５８が形成されている。これにより、酸化ガス供給孔２８を通じて供給された酸化ガスが、酸化ガス供給用接続凹所５２から酸化ガス供給側貫通孔５６を通じて酸化ガス用溝４８に導かれ、更に、該酸化ガス用溝４８から酸化ガス排出側貫通孔５８を経て、酸化ガス排出溶接族凹所５４を通じて酸化ガス排出孔３０に排出され得るようになっている。

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０、２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の酸化ガス供給用接続凹所５２や酸化ガス用溝４８、酸化ガス排出用接続凹所５４が覆蓋されることによって、酸化ガス流路６０が複数本形成されている。特に、この酸化ガス流路６０のうち、酸化ガス用溝４８にて形成された葛折状の部分は、酸化電極１６ａの表面において、主として左右方向（水平方向）に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。

一方、第二セパレータ２２において、燃料電極１６ｂに重ね合わせられる方の主面６２には、図１２及び図１３に示されているように、前述の酸化ガス用溝４８と同様に葛折状に延びる複数本（本実施形態では４本）の燃料ガス用溝６４が形成されている。

これら燃料ガス用溝６４は、酸化ガス用溝４８と略同じ構造で同じ形状と大きさをもって形成されていることから、ここでは、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第二セパレータ２２の副面６６において、第二の辺縁部には、燃料ガス供給孔３２から鉛直下方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、燃料ガス供給用接続凹所６８が形成されている。そして、第二セパレータ２２の主面６２には、この燃料ガス供給用接続凹所６８の裏側にまで至るように、各燃料ガス用溝６４の一方の端部が延び出して位置せしめられている。また、第二セパレータ２２の副面６６において、第二の辺縁部２６には、燃料ガス排出孔３４から鉛直上方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、燃料ガス排出用接続凹所７０が形成されている。そして、第二セパレータ２２の主面６２には、この燃料ガス排出用接続凹所７０の裏側にまで至るように、各燃料ガス用溝６４の他方の端部（上記一方の端部よりも下方に位置する方の端部）が延び出して位置せしめられている。なお、本実施形態では、燃料ガス供給用接続凹所６８よりも外周側に位置して、略平行に上下方向に延びるように燃料ガス排出用接続凹所７０が形成されている。

また、第二のセパレータ２２には、酸化ガス供給用接続凹所６８と燃料ガス排出用接続凹所７０の内部に開口して板厚方向に貫通する燃料ガス供給側貫通孔７２と燃料ガス排出側貫通孔７４が、それぞれ、凹所６８，７０の長手方向で互いに所定距離を隔てて複数（本実施形態では、各４個）形成されている。そして、これらの燃料ガス供給側貫通孔７２と燃料ガス排出側貫通孔７４によって、各燃料ガス用溝６４の一方の端部と他方の端部が、燃料ガス供給用接続凹所６８と燃料ガス排出用接続凹所７０に接続されている。

また、第一及び第二のセパレータ２０，２２における第三辺縁部４０と第四辺縁部４２には、それぞれ、幅方向の中間部分であって、第三辺縁部４０側では、酸化ガス供給孔２８側に偏倚した位置に、第四辺縁部４２側では、燃料ガス排出孔３８側に偏倚した位置に、冷却水の供給孔３６と排出孔３８が、形成されている。そして、冷却水の供給孔３６から下方に延びるようにして冷却水供給用接続凹所８２が形成されていると共に、冷却水の排出孔３８から上方に延びるようにして冷却水排出用接続凹所８４が形成されている。また、これら冷却水供給用接続凹所８２と冷却水排出用接続凹所８４は、第一セパレータ２０を貫通して形成された冷却水の供給側及び排出側の各貫通孔８６，８８を通じて、第一セパレータ２０の副面５０に葛折状に形成された冷却用溝８０の各一方の端部に対して、それぞれ接続されている。

このような本実施形態に係る単セル１２′であっても、前記参考技術と同様な効果を発揮し得る。特に、本実施形態では、冷却水の給排孔３６、３８を上下に位置する第三及び第四の辺縁部４０、４２に形成したことによって、酸化ガスおよび燃料ガスの各給排貫通孔５６、５８、７２、７４を、水平方向両側に位置する第一及び第二の辺縁部２４、２６に形成せしめ得たのであり、以て、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０、７６を、主として水平方向に延びる通路形態をもって葛折状に形成せしめ得たのである。その結果、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０、７６における水の滞留の問題も完全に回避せしめ得た。また、酸化ガスと燃料ガス６０．７６の流路を相互に有効に対向位置せしめ得て、反応乃至は発電の効率を向上せしめることに成功し得たのである。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでない。

例えば、本発明において、酸化ガス用溝４８や燃料ガス用溝６４は、例えば２往復半や３往復半、或いは１往復や３往復，４往復などの往復形態で左右に延びるように形成することも可能である。更に、冷却水流路７８を形成する冷却用溝８０も、例えば冷却水の給排孔３６，３８を第三及び第四の辺縁部４０，４２に複数形成することによって、主として上下方向に延びる葛折状の形態をもって、１往復半や２往復半，３往復半などの適当な長さで、左右方向に複数並設することも可能である。

なお、かかる冷却水流路７８は、前記実施形態では第一セパレータ２０の副面５０に形成されていたが、第二セパレータ２２の副面６６に形成しても良い。

また、冷却水流路７８は第一又は第二のセパレータ２０，２２の副面５０，６６に形成されることから、冷却水給排孔３６，３８に対して、同じの副面５０，６６に形成した凹溝を通じて接続することによっても、水漏れの問題が有利に防止され得ることとなる。従って、特に冷却水流路７８では、前記実施形態における接続凹所８２，８４や貫通孔８６，８８は、形成しなくても良い。

その他、一々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

本発明に関連した参考技術としての燃料電池用セパレータと、それを用いて構成された単セルさらに該単セルを用いて形成された固体高分子型燃料電池を示す説明図である。図１に示された固体高分子型燃料電池を構成する単セルの分解斜視図である。図２に示された単セルを構成する第一セパレータの主面および副面を示す説明図である。図２に示された単セルを構成する第二セパレータの主面および副面を示す説明図である。図２に示された単セルを構成する第一セパレータおよび第二セパレータの各主面を示すモデル図である。図３及び図４におけるＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面に相当する断面説明図である。図２に示された単セルの構造を説明するために要部を拡大して示す分解説明図である。従来構造の単セルを示す、図７に対応した分解説明図である。本発明に関連した参考技術としての第一及び第二のセパレータの別の構造例を示す、図５に対応するモデル図である。本発明の一実施形態としての単セルの、図２に対応する図面である。図１０に示された単セルを構成する第一セパレータを示す、図３に対応する図面である。図１０に示された単セルを構成する第二セパレータを示す、図４に対応する図面である。図１０に示された単セルの、図５に対応する図面である。図１０に示された単セルの、図６に対応する図面である。

符号の説明

１０固体高分子型燃料電池
１２単セル
１４固体高分子膜
１６触媒電極
（１６ａ酸化電極）
（１６ｂ燃料電極）
１８膜／電極接合体
２０第一セパレータ
２２第二セパレータ
２４第一辺縁部
２６第二辺縁部
２８酸化ガス供給孔
３０酸化ガス排出孔
３２燃料ガス供給孔
３４燃料ガス排出孔
３６冷却水供給孔
３８冷却水排出孔
４０第三辺縁部
４２第四辺縁部
４６主面（第一セパレータ）
４８酸化ガス用溝
５０副面
５２酸化ガス供給用接続凹所
５４酸化ガス排出用接続凹所
５６酸化ガス供給側貫通孔
５８酸化ガス排出側貫通孔
６０酸化ガス流路
６２主面（第二セパレータ）
６４燃料ガス用溝
６６副面
６８燃料ガス供給用接続凹所
７０燃料ガス排出用接続凹所
７２燃料ガス供給側貫通孔
７４燃料ガス排出側貫通孔
７６燃料ガス流路
７８冷却水流路
８０冷却用溝
８２冷却水供給用接続凹所
８４冷却水排出用接続凹所
８６冷却水供給側貫通孔
８８冷却水排出側貫通孔

Claims

固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、
前記第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、
前記第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、
前記第一セパレータ又は前記第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続して、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第一辺縁部の上端付近に前記酸化ガス供給孔を形成する一方、該各第一辺縁部の下端付近に前記酸化ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第一セパレータの前記副面において、該第一辺縁部に位置して、該酸化ガス供給孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、該酸化ガス排出孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成したことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、
前記第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、
前記第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、
前記第一セパレータ又は前記第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続して、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第二辺縁部の上端付近に前記燃料ガス供給孔を形成する一方、該各第二辺縁部の下端付近に前記燃料ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第二セパレータの前記副面において、該第二辺縁部に位置して、該燃料ガス供給孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、該燃料ガス排出孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第二セパレータを板厚方向に貫通して形成したことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、
前記第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、
前記第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、
前記第一セパレータ又は前記第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続して、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第一辺縁部の上端付近に前記酸化ガス供給孔を形成する一方、該各第一辺縁部の下端付近に前記酸化ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第一セパレータの前記副面において、該第一辺縁部に位置して、該酸化ガス供給孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、該酸化ガス排出孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成して、更に、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部のうち、該各第二辺縁部の上端付近に前記燃料ガス供給孔を形成する一方、該各第二辺縁部の下端付近に前記燃料ガス排出孔をそれぞれ形成すると共に、該第二セパレータの前記副面において、該第二辺縁部に位置して、該燃料ガス供給孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、該燃料ガス排出孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第二セパレータを板厚方向に貫通して形成したことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
前記第一セパレータと前記第二セパレータのそれぞれの前記副面に形成された前記酸化ガス供給用接続凹所，前記酸化ガス排出用接続凹所，前記燃料ガス供給用接続凹所，前記燃料ガス排出用接続凹所の各位置を、相互に水平方向で異なるように設定した請求項３に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。
固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して、該酸化電極の表面に第一セパレータを重ね合わせると共に、該燃料電極の表面に第二セパレータを重ね合わせて、該酸化電極と該第一セパレータの重ね合わせ面間に酸化ガス流路を形成すると共に、該燃料電極と該第二セパレータの重ね合わせ面間に燃料ガス流路を形成した単セルを用い、かかる単セルの複数を積層状態で重ね合わせることによって形成された固体高分子型燃料電池において、
前記第一セパレータおよび前記第二セパレータとして請求項１乃至４の何れかに記載のものを採用したことを特徴とする固体高分子型燃料電池。