JPH08167424A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH08167424A JPH08167424A JP6308510A JP30851094A JPH08167424A JP H08167424 A JPH08167424 A JP H08167424A JP 6308510 A JP6308510 A JP 6308510A JP 30851094 A JP30851094 A JP 30851094A JP H08167424 A JPH08167424 A JP H08167424A
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】単位燃料電池の積層方向における温度の分布の
均一化が容易な、固体高分子電解質型燃料電池を提供す
る。 【構成】固体高分子電解質型燃料電池（スタック）１
は、従来例に対して、それぞれの集電板９１と、この集
電板９１に隣り合う単電池６との間に、薄板状で、しか
も、スタック１から出力される電流がその厚さ方向に通
流される発熱体２が、挟挿されていることが相異してい
る。発熱体２は、体積抵抗率値が１．０〜１．５〔μΩ
ｍ〕程度である電熱用合金材の薄板を、単電池６が備え
る燃料電極，酸化剤電極が持つ面積方向寸法と同等の面
積に形成したものであり、発熱体２の厚さは、スタック
１から出力される電流によって発熱体２に発生するジュ
ール熱の値が、スタック１の積層方向の端部から放散さ
れる熱量に見合った値になるように定められる。
均一化が容易な、固体高分子電解質型燃料電池を提供す
る。 【構成】固体高分子電解質型燃料電池（スタック）１
は、従来例に対して、それぞれの集電板９１と、この集
電板９１に隣り合う単電池６との間に、薄板状で、しか
も、スタック１から出力される電流がその厚さ方向に通
流される発熱体２が、挟挿されていることが相異してい
る。発熱体２は、体積抵抗率値が１．０〜１．５〔μΩ
ｍ〕程度である電熱用合金材の薄板を、単電池６が備え
る燃料電極，酸化剤電極が持つ面積方向寸法と同等の面
積に形成したものであり、発熱体２の厚さは、スタック
１から出力される電流によって発熱体２に発生するジュ
ール熱の値が、スタック１の積層方向の端部から放散さ
れる熱量に見合った値になるように定められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質型
燃料電池に係わり、単位燃料電池が持つ燃料電池セルの
温度の，単位燃料電池の積層方向における温度分布の均
一化が容易となるように改良されたその構造に関する。
燃料電池に係わり、単位燃料電池が持つ燃料電池セルの
温度の，単位燃料電池の積層方向における温度分布の均
一化が容易となるように改良されたその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池として、これに使用される電解
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。この内、固体高分子電解質型燃料電池は、分子
中にプロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹脂
膜を飽和に含水させると，低い抵抗率を示してプロトン
導電性電解質として機能することを利用した燃料電池で
ある。この分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂
膜（以降、固体高分子電解質膜または単にＰＥ膜と略称
することがある。）としては、スルホン酸基を持つポリ
スチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性膜として
使用するもの、パ−フルオロスルホン酸樹脂膜（例え
ば、米国のデュポン社製、商品名ナフィオン膜）等が用
いられている。これ等の固体高分子電解質膜（ＰＥ膜）
は、飽和に含水させることにより、常温で２０〔Ω・ｃ
ｍ〕以下の抵抗率を示し、いずれもプロトン導電性電解
質として機能する。
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。この内、固体高分子電解質型燃料電池は、分子
中にプロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹脂
膜を飽和に含水させると，低い抵抗率を示してプロトン
導電性電解質として機能することを利用した燃料電池で
ある。この分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂
膜（以降、固体高分子電解質膜または単にＰＥ膜と略称
することがある。）としては、スルホン酸基を持つポリ
スチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性膜として
使用するもの、パ−フルオロスルホン酸樹脂膜（例え
ば、米国のデュポン社製、商品名ナフィオン膜）等が用
いられている。これ等の固体高分子電解質膜（ＰＥ膜）
は、飽和に含水させることにより、常温で２０〔Ω・ｃ
ｍ〕以下の抵抗率を示し、いずれもプロトン導電性電解
質として機能する。
【０００３】固体高分子電解質型燃料電池では、このＰ
Ｅ膜を挟んで燃料電極（アノード極でもある。）と、酸
化剤電極（カソード極でもある。）とを配置しており、
燃料電極には燃料ガス（例えば、水素あるいは水素を高
濃度に含んだガスである。）が、また、酸化剤電極には
酸化剤ガス（例えば、空気である。）がそれぞれ供給さ
れる。これ等の燃料電極，酸化剤電極においては、気相
（燃料ガスまたは酸化剤ガス）・液相（固体高分子電解
質）・固相（燃料電極，酸化剤電極が持つ触媒）の三相
界面が形成され、次記する電気化学反応が生じることで
直流電力を発生する。すなわち、燃料電極では（１）式
による反応が生じる。
Ｅ膜を挟んで燃料電極（アノード極でもある。）と、酸
化剤電極（カソード極でもある。）とを配置しており、
燃料電極には燃料ガス（例えば、水素あるいは水素を高
濃度に含んだガスである。）が、また、酸化剤電極には
酸化剤ガス（例えば、空気である。）がそれぞれ供給さ
れる。これ等の燃料電極，酸化剤電極においては、気相
（燃料ガスまたは酸化剤ガス）・液相（固体高分子電解
質）・固相（燃料電極，酸化剤電極が持つ触媒）の三相
界面が形成され、次記する電気化学反応が生じることで
直流電力を発生する。すなわち、燃料電極では（１）式
による反応が生じる。
【０００４】
【化１】 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- ………………（１） また、酸化剤電極側では（２）式による反応が生じる。
【０００５】
【化２】 （１／２）Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ ……（２） この反応の結果、燃料電極で生成されたＨ+ イオン（プ
ロトン）は、ＰＥ膜中を酸化剤電極に向かって移動し、
また、燃料電極で生成されたｅ- （電子）は、燃料電極
と酸化剤電極との間に接続された図示しない負荷を通っ
て、燃料電極から酸化剤電極に移動する。一方、酸化剤
電極では、酸化剤ガス中に含有される酸素と、ＰＥ膜中
を燃料電極から移動してきたＨ+ イオンと、負荷を通っ
て移動してきたｅ- とが反応し、水（Ｈ2 Ｏ）が生成さ
れる。
ロトン）は、ＰＥ膜中を酸化剤電極に向かって移動し、
また、燃料電極で生成されたｅ- （電子）は、燃料電極
と酸化剤電極との間に接続された図示しない負荷を通っ
て、燃料電極から酸化剤電極に移動する。一方、酸化剤
電極では、酸化剤ガス中に含有される酸素と、ＰＥ膜中
を燃料電極から移動してきたＨ+ イオンと、負荷を通っ
て移動してきたｅ- とが反応し、水（Ｈ2 Ｏ）が生成さ
れる。
【０００６】図６は、固体高分子電解質型燃料電池が備
える前記した動作を行う一般例の単位燃料電池を、展開
した状態で模式的に示した要部の側面断面図であり、図
７は、図６に示した単位燃料電池を展開した状態で模式
的に示した斜視図であり、図８は、単位燃料電池が有す
るセパレータを図６におけるＰ矢方向から見た図であ
る。
える前記した動作を行う一般例の単位燃料電池を、展開
した状態で模式的に示した要部の側面断面図であり、図
７は、図６に示した単位燃料電池を展開した状態で模式
的に示した斜視図であり、図８は、単位燃料電池が有す
るセパレータを図６におけるＰ矢方向から見た図であ
る。
【０００７】図６〜図８において、６は、燃料電池セル
７と、その両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータ６１，６２とで構成された単位燃料電池（以
降、単電池と略称することがある。）である。燃料電池
セル７は、電解質層としてのＰＥ膜７Ｃと、燃料電極７
Ａと、酸化剤電極７Ｂとで構成され、前記したところに
より直流電力を発生する機能を備えている。また、ＰＥ
膜７Ｃは、０．１〔ｍｍ〕程度の厚さ寸法と、電極膜７
Ａ，７Ｂの面方向の外形寸法よりも大きい面方向の外形
寸法とを持つものであり、従って、電極膜７Ａ，７Ｂの
周辺部には、ＰＥ膜７Ｃの端部との間にＰＥ膜７Ｃの露
出面が存在することになる。
７と、その両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータ６１，６２とで構成された単位燃料電池（以
降、単電池と略称することがある。）である。燃料電池
セル７は、電解質層としてのＰＥ膜７Ｃと、燃料電極７
Ａと、酸化剤電極７Ｂとで構成され、前記したところに
より直流電力を発生する機能を備えている。また、ＰＥ
膜７Ｃは、０．１〔ｍｍ〕程度の厚さ寸法と、電極膜７
Ａ，７Ｂの面方向の外形寸法よりも大きい面方向の外形
寸法とを持つものであり、従って、電極膜７Ａ，７Ｂの
周辺部には、ＰＥ膜７Ｃの端部との間にＰＥ膜７Ｃの露
出面が存在することになる。
【０００８】燃料電極７Ａは、ＰＥ膜７Ｃの一方の主面
に密接されて積層されて、燃料ガスの供給を受ける電極
である。また，酸化剤電極７Ｂは、ＰＥ膜７Ｃの他方の
主面に密接されて積層されて、酸化剤ガスの供給を受け
る電極である。燃料電極７Ａの外側面が，燃料電池セル
７の一方の側面７ａであり、酸化剤電極７Ｂの外側面
が，燃料電池セル７の他方の側面７ｂである。燃料電極
７Ａおよび酸化剤電極７Ｂは共に、触媒活物質を含む触
媒層と電極基材とを備えて構成されており、前記の触媒
層側でＰＥ膜７Ｃの両主面にホットプレスにより密着さ
せるのが一般である。電極基材は、触媒層を支持すると
共に反応ガス（以降、燃料ガスと酸化剤ガスを総称して
このように言うことが有る。）を供給および排出すると
共に，集電体としての機能を有する多孔質のシート（使
用材料としては、例えば、カーボンペーパーが用いられ
る。）である。触媒層は、多くの場合に、微小な粒子状
の白金触媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成され
ており、しかも層内に多数の細孔が形成されるようにす
ることで、反応ガスに対して広い面積で接触が可能であ
るように配慮されているものである。そうして、燃料電
極７Ａ，ＰＥ膜７Ｃおよび酸化剤電極７Ｂを合わせた燃
料電池セル７の厚さ寸法は、多くの場合に１〔ｍｍ〕前
後程度である。
に密接されて積層されて、燃料ガスの供給を受ける電極
である。また，酸化剤電極７Ｂは、ＰＥ膜７Ｃの他方の
主面に密接されて積層されて、酸化剤ガスの供給を受け
る電極である。燃料電極７Ａの外側面が，燃料電池セル
７の一方の側面７ａであり、酸化剤電極７Ｂの外側面
が，燃料電池セル７の他方の側面７ｂである。燃料電極
７Ａおよび酸化剤電極７Ｂは共に、触媒活物質を含む触
媒層と電極基材とを備えて構成されており、前記の触媒
層側でＰＥ膜７Ｃの両主面にホットプレスにより密着さ
せるのが一般である。電極基材は、触媒層を支持すると
共に反応ガス（以降、燃料ガスと酸化剤ガスを総称して
このように言うことが有る。）を供給および排出すると
共に，集電体としての機能を有する多孔質のシート（使
用材料としては、例えば、カーボンペーパーが用いられ
る。）である。触媒層は、多くの場合に、微小な粒子状
の白金触媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成され
ており、しかも層内に多数の細孔が形成されるようにす
ることで、反応ガスに対して広い面積で接触が可能であ
るように配慮されているものである。そうして、燃料電
極７Ａ，ＰＥ膜７Ｃおよび酸化剤電極７Ｂを合わせた燃
料電池セル７の厚さ寸法は、多くの場合に１〔ｍｍ〕前
後程度である。
【０００９】ところで、ＰＥ膜７Ｃの露出面に形成され
ている貫通穴７１は、セパレータ６１に設けられている
貫通穴６１５Ａ，６１６Ａ、および、セパレータ６２に
設けられている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａに対向させて
形成されており、反応ガスの通流路の一部をなす穴であ
る。同じくＰＥ膜７Ｃの露出面に形成されている貫通穴
７２は、セパレータ６１に設けられている貫通穴６１３
Ｂ，６１４Ｂ、および、セパレータ６２に設けられてい
る貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂに対向させて形成されてお
り、後記する冷却用流体９９の通流路の一部をなす穴で
ある。
ている貫通穴７１は、セパレータ６１に設けられている
貫通穴６１５Ａ，６１６Ａ、および、セパレータ６２に
設けられている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａに対向させて
形成されており、反応ガスの通流路の一部をなす穴であ
る。同じくＰＥ膜７Ｃの露出面に形成されている貫通穴
７２は、セパレータ６１に設けられている貫通穴６１３
Ｂ，６１４Ｂ、および、セパレータ６２に設けられてい
る貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂに対向させて形成されてお
り、後記する冷却用流体９９の通流路の一部をなす穴で
ある。
【００１０】ところで、燃料電池セル７では、前記した
（１）式，（２）式に示した電気化学反応によって直流
電力を発生する際には、この反応が発熱反応であるため
に、発生される直流電力値とほぼ同等値の熱が発生する
ことも避けられないものである。このために、セパレー
タ６１とセパレータ６２とは、燃料電池セル７に反応ガ
スを供給すると共に、燃料電池セル７で発生された直流
電力の燃料電池セル７からの取り出し、および、直流電
力の発生に伴って燃料電池セル７で発生した熱を燃料電
池セル７から除去する役目を担っている。
（１）式，（２）式に示した電気化学反応によって直流
電力を発生する際には、この反応が発熱反応であるため
に、発生される直流電力値とほぼ同等値の熱が発生する
ことも避けられないものである。このために、セパレー
タ６１とセパレータ６２とは、燃料電池セル７に反応ガ
スを供給すると共に、燃料電池セル７で発生された直流
電力の燃料電池セル７からの取り出し、および、直流電
力の発生に伴って燃料電池セル７で発生した熱を燃料電
池セル７から除去する役目を担っている。
【００１１】セパレータ６１は、その側面６１ａを燃料
電池セル７の側面７ａに密接させて、また、セパレータ
６２は、その側面６２ａを燃料電池セル７の側面７ｂに
密接させて、それぞれ燃料電池セル７を挟むようにして
配設される。セパレータ６１，６２は共に、ガスを透過
せず，しかも良好な熱伝導性と良好な電気伝導性を備え
た材料（例えば炭素，金属等である。）を用いて製作さ
れている。
電池セル７の側面７ａに密接させて、また、セパレータ
６２は、その側面６２ａを燃料電池セル７の側面７ｂに
密接させて、それぞれ燃料電池セル７を挟むようにして
配設される。セパレータ６１，６２は共に、ガスを透過
せず，しかも良好な熱伝導性と良好な電気伝導性を備え
た材料（例えば炭素，金属等である。）を用いて製作さ
れている。
【００１２】セパレータ６１，６２には、燃料電池セル
７に反応ガスを供給する手段として、それぞれガス通流
用の溝が備えられている。すなわち、セパレータ６１
は、燃料電池セル７の側面７ａに接する側面６１ａ側
に、燃料ガスを通流させると共に，未消費の水素を含む
燃料ガスを排出するための間隔を設けて複数個設けられ
た凹状の溝（ガス通流用の溝）６１１Ａと、この溝６１
１Ａ間に介在する凸状の隔壁６１２Ａとが、互いに交互
に形成されている。セパレータ６２は、燃料電池セル７
の側面７ｂに接する側面６２ａ側に、酸化剤ガスを通流
させると共に，未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排出す
るための間隔を設けて複数個設けられた凹状の溝（ガス
通流用の溝）６２１Ａと、この溝６２１Ａ間に介在する
凸状の隔壁６２２Ａとが、互いに交互に形成されてい
る。なお、凸状の隔壁６１２Ａ，６２２Ａの頂部は、そ
れぞれ、セパレータ６１，６２のそれぞれの側面６１
ａ，６２ａと同一面になるように形成されている。
７に反応ガスを供給する手段として、それぞれガス通流
用の溝が備えられている。すなわち、セパレータ６１
は、燃料電池セル７の側面７ａに接する側面６１ａ側
に、燃料ガスを通流させると共に，未消費の水素を含む
燃料ガスを排出するための間隔を設けて複数個設けられ
た凹状の溝（ガス通流用の溝）６１１Ａと、この溝６１
１Ａ間に介在する凸状の隔壁６１２Ａとが、互いに交互
に形成されている。セパレータ６２は、燃料電池セル７
の側面７ｂに接する側面６２ａ側に、酸化剤ガスを通流
させると共に，未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排出す
るための間隔を設けて複数個設けられた凹状の溝（ガス
通流用の溝）６２１Ａと、この溝６２１Ａ間に介在する
凸状の隔壁６２２Ａとが、互いに交互に形成されてい
る。なお、凸状の隔壁６１２Ａ，６２２Ａの頂部は、そ
れぞれ、セパレータ６１，６２のそれぞれの側面６１
ａ，６２ａと同一面になるように形成されている。
【００１３】セパレータ６２に形成されたそれぞれの溝
６２１Ａの両端部は、これ等の溝６２１Ａが互いに並列
になって溝６２４Ａ，６２４Ａに連通されている。この
溝６２４Ａ，６２４Ａの端部には、側面６２ａとは反対
側となる側面６２ｂ側に開口する１対の貫通穴６２５
Ａ，６２５Ａが形成されている。また、セパレータ６２
には、側面６２ａと側面６２ｂとを結ぶ１対の貫通穴６
２６Ａ，６２６Ａが、貫通穴６２５Ａ，６２５Ａと互い
にたすき掛けの位置関係となる部位に形成されている。
溝６２１Ａ、溝６２４Ａ、貫通穴６２５Ａは、セパレー
タ６２における酸化剤ガスを通流させるためのガス通流
路を構成している。
６２１Ａの両端部は、これ等の溝６２１Ａが互いに並列
になって溝６２４Ａ，６２４Ａに連通されている。この
溝６２４Ａ，６２４Ａの端部には、側面６２ａとは反対
側となる側面６２ｂ側に開口する１対の貫通穴６２５
Ａ，６２５Ａが形成されている。また、セパレータ６２
には、側面６２ａと側面６２ｂとを結ぶ１対の貫通穴６
２６Ａ，６２６Ａが、貫通穴６２５Ａ，６２５Ａと互い
にたすき掛けの位置関係となる部位に形成されている。
溝６２１Ａ、溝６２４Ａ、貫通穴６２５Ａは、セパレー
タ６２における酸化剤ガスを通流させるためのガス通流
路を構成している。
【００１４】また、セパレータ６１にも、貫通穴６１５
Ａ，６１５Ａと貫通穴６１６Ａ，６１６Ａが形成されて
いる。すなわち、セパレータ６１のそれぞれの溝６１１
Ａの両端部は、これ等の溝６１１Ａが互いに並列になっ
て，セパレータ６２の場合の溝６２４Ａ，６２４Ａと同
様形状の溝に連通されている。貫通穴６１５Ａ，６１５
Ａは、この溝（６２４Ａと同様形状の溝である。）の端
部から、側面６１ａとは反対側となる側面６１ｂ側に開
口されている。貫通穴６１６Ａ，６１６Ａは、側面６１
ａと側面６１ｂとを結んで、図７（ａ）中に示すよう
に、１対の貫通穴６１５Ａ，６１５Ａとは互いにたすき
掛けの位置関係となる部位に形成されている。溝６１１
Ａ、前記の溝（６２４Ａと同様形状の溝である。）、貫
通穴６１５Ａは、セパレータ６１における燃料ガスを通
流させるためのガス通流路を構成している。
Ａ，６１５Ａと貫通穴６１６Ａ，６１６Ａが形成されて
いる。すなわち、セパレータ６１のそれぞれの溝６１１
Ａの両端部は、これ等の溝６１１Ａが互いに並列になっ
て，セパレータ６２の場合の溝６２４Ａ，６２４Ａと同
様形状の溝に連通されている。貫通穴６１５Ａ，６１５
Ａは、この溝（６２４Ａと同様形状の溝である。）の端
部から、側面６１ａとは反対側となる側面６１ｂ側に開
口されている。貫通穴６１６Ａ，６１６Ａは、側面６１
ａと側面６１ｂとを結んで、図７（ａ）中に示すよう
に、１対の貫通穴６１５Ａ，６１５Ａとは互いにたすき
掛けの位置関係となる部位に形成されている。溝６１１
Ａ、前記の溝（６２４Ａと同様形状の溝である。）、貫
通穴６１５Ａは、セパレータ６１における燃料ガスを通
流させるためのガス通流路を構成している。
【００１５】さらに、７３は、前記したガス通流路内を
通流する反応ガスが、ガス通流路外に漏れ出るのを防止
する役目を負う弾性材製のガスシール体（例えば、Ｏリ
ングである。）である。ガスシール体７３は、それぞれ
のセパレータ６１，６２の溝６１１Ａ，６２４Ａと同様
形状の溝、および、溝６２１Ａ，６２４Ａが形成された
部位の周縁部に形成された凹形状の溝６１９，６２９中
に収納されて配置されている。なお、図示するのは省略
したが、セパレータ６１が持つ貫通穴６１５Ａ，６１６
Ａの側面６１ｂへのそれぞれの開口部と、６１６Ａの側
面６１ａへのそれぞれの開口部を取り巻いて、また、セ
パレータ６２が持つ貫通穴６２５Ａ，６２６Ａの側面６
２ｂへのそれぞれの開口部と、６２６Ａの側面６２ａへ
のそれぞれの開口部を取り巻いて、反応ガスがこの部位
からガス通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾
性材製のガスシール体（例えば、Ｏリングである。）を
収納するための凹形状の溝が形成されている。
通流する反応ガスが、ガス通流路外に漏れ出るのを防止
する役目を負う弾性材製のガスシール体（例えば、Ｏリ
ングである。）である。ガスシール体７３は、それぞれ
のセパレータ６１，６２の溝６１１Ａ，６２４Ａと同様
形状の溝、および、溝６２１Ａ，６２４Ａが形成された
部位の周縁部に形成された凹形状の溝６１９，６２９中
に収納されて配置されている。なお、図示するのは省略
したが、セパレータ６１が持つ貫通穴６１５Ａ，６１６
Ａの側面６１ｂへのそれぞれの開口部と、６１６Ａの側
面６１ａへのそれぞれの開口部を取り巻いて、また、セ
パレータ６２が持つ貫通穴６２５Ａ，６２６Ａの側面６
２ｂへのそれぞれの開口部と、６２６Ａの側面６２ａへ
のそれぞれの開口部を取り巻いて、反応ガスがこの部位
からガス通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾
性材製のガスシール体（例えば、Ｏリングである。）を
収納するための凹形状の溝が形成されている。
【００１６】また、セパレータ６１，６２には、燃料電
池セル７で発生した熱を燃料電池セル７から除去するた
めの冷却部として、冷却用流体９９を通流させる溝が備
えられている。すなわち、セパレータ６２は、その側面
６２ｂに冷却用流体９９を通流させる２個の凹状の溝
（冷却用流体９９の通流用の溝）６２１Ｂが形成されて
いる。各溝６２１Ｂの両端部には、側面６２ａに開口す
る１対の貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂが形成されている。
それぞれの溝６２１Ｂ，貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂは、
セパレータ６２における冷却用流体９９を通流させる冷
却部を構成している。また、セパレータ６１には、セパ
レータ６２と同様に、その側面６１ｂに、冷却用流体９
９を通流させる２個の凹状の溝（冷却用流体９９の通流
用の溝）６１１Ｂが形成されている。各溝６１１Ｂの両
端部には、側面６１ａに開口する１対の貫通穴６１３
Ｂ，６１４Ｂが形成されている。それぞれの溝６１１
Ｂ，貫通穴６１３Ｂ，６１４Ｂは、セパレータ６１にお
ける冷却用流体９９を通流させる冷却部を構成してい
る。
池セル７で発生した熱を燃料電池セル７から除去するた
めの冷却部として、冷却用流体９９を通流させる溝が備
えられている。すなわち、セパレータ６２は、その側面
６２ｂに冷却用流体９９を通流させる２個の凹状の溝
（冷却用流体９９の通流用の溝）６２１Ｂが形成されて
いる。各溝６２１Ｂの両端部には、側面６２ａに開口す
る１対の貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂが形成されている。
それぞれの溝６２１Ｂ，貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂは、
セパレータ６２における冷却用流体９９を通流させる冷
却部を構成している。また、セパレータ６１には、セパ
レータ６２と同様に、その側面６１ｂに、冷却用流体９
９を通流させる２個の凹状の溝（冷却用流体９９の通流
用の溝）６１１Ｂが形成されている。各溝６１１Ｂの両
端部には、側面６１ａに開口する１対の貫通穴６１３
Ｂ，６１４Ｂが形成されている。それぞれの溝６１１
Ｂ，貫通穴６１３Ｂ，６１４Ｂは、セパレータ６１にお
ける冷却用流体９９を通流させる冷却部を構成してい
る。
【００１７】セパレータ６１の側面６１ｂ，セパレータ
６２の側面６２ｂには、それぞれの溝６１１Ｂ，６２１
Ｂを取り巻いて、凹形状の溝６１８Ｂ，６２８Ｂがそれ
ぞれ形成されている。これ等の凹形状の溝は、冷却用流
体９９が漏れ出るのを防止するための、弾性材製のシー
ル体（例えば、Ｏリングである。）を収納するためのも
のである。なお、図示するのは省略したが、セパレータ
６１が持つ貫通穴６１３Ｂ，６１４Ｂの側面６１ａへの
それぞれの開口部を取り巻いて、また、セパレータ６２
が持つ貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂの側面６２ａへのそれ
ぞれの開口部を取り巻いて、冷却用流体９９がこの部位
から冷却部外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾性材
製のシール体（例えば、Ｏリングである。）を収納する
ための凹形状の溝が形成されている。
６２の側面６２ｂには、それぞれの溝６１１Ｂ，６２１
Ｂを取り巻いて、凹形状の溝６１８Ｂ，６２８Ｂがそれ
ぞれ形成されている。これ等の凹形状の溝は、冷却用流
体９９が漏れ出るのを防止するための、弾性材製のシー
ル体（例えば、Ｏリングである。）を収納するためのも
のである。なお、図示するのは省略したが、セパレータ
６１が持つ貫通穴６１３Ｂ，６１４Ｂの側面６１ａへの
それぞれの開口部を取り巻いて、また、セパレータ６２
が持つ貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂの側面６２ａへのそれ
ぞれの開口部を取り巻いて、冷却用流体９９がこの部位
から冷却部外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾性材
製のシール体（例えば、Ｏリングである。）を収納する
ための凹形状の溝が形成されている。
【００１８】１個の燃料電池セル７が発生する電圧は、
１〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池６の複数個（数十個から数百個であることが
多い。）を、燃料電池セル７の発生電圧が互いに直列接
続されるように積層した単電池の積層体として構成し、
電圧を高めて実用に供されるのが一般である。図９は、
従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的に示した
要部の構成図で，（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は
その上面図である。また、図１０は、図９中に示した固
体高分子電解質型燃料電池に与える冷却用流体の通流路
を説明する説明図である。なお、図９中には、図６〜図
８で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。
１〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池６の複数個（数十個から数百個であることが
多い。）を、燃料電池セル７の発生電圧が互いに直列接
続されるように積層した単電池の積層体として構成し、
電圧を高めて実用に供されるのが一般である。図９は、
従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的に示した
要部の構成図で，（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は
その上面図である。また、図１０は、図９中に示した固
体高分子電解質型燃料電池に与える冷却用流体の通流路
を説明する説明図である。なお、図９中には、図６〜図
８で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。
【００１９】図９において、９は、複数（図９では、単
電池６の個数が８個である場合を例示した。）の単電池
６を積層して構成された、単電池６の積層体を主体とし
た固体高分子電解質型燃料電池（以降、スタックと略称
することがある。）である。スタック９は、単電池６の
積層体の両端部に、単電池６で発生した直流電力をスタ
ック９から取り出すための，銅材等の導電材製の集電板
９１，９１と、単電池６、集電板９１を構造体から電気
的に絶縁するための電気絶縁材製の電気絶縁板９２，９
２と、両電気絶縁板９２のそれぞれの外側面側に配設さ
れる鉄材等の金属製の加圧板９３，９４とを順次積層
し、加圧板９３，９４にその両外側面側から複数の締付
けボルト９５により適度の加圧力を与えるようにして構
成されている。
電池６の個数が８個である場合を例示した。）の単電池
６を積層して構成された、単電池６の積層体を主体とし
た固体高分子電解質型燃料電池（以降、スタックと略称
することがある。）である。スタック９は、単電池６の
積層体の両端部に、単電池６で発生した直流電力をスタ
ック９から取り出すための，銅材等の導電材製の集電板
９１，９１と、単電池６、集電板９１を構造体から電気
的に絶縁するための電気絶縁材製の電気絶縁板９２，９
２と、両電気絶縁板９２のそれぞれの外側面側に配設さ
れる鉄材等の金属製の加圧板９３，９４とを順次積層
し、加圧板９３，９４にその両外側面側から複数の締付
けボルト９５により適度の加圧力を与えるようにして構
成されている。
【００２０】互いに隣接する単電池６において、セパレ
ータ６１に形成された貫通穴６１５Ａとセパレータ６２
に形成された貫通穴６２６Ａとは、また、セパレータ６
１に形成された貫通穴６１６Ａと、セパレータ６２に形
成された貫通穴６２５Ａとは、互いにその開口部位を合
致させて形成されている。また、集電板９１，電気絶縁
板９２，加圧板９３の、セパレータ６１が備えている貫
通穴６１５Ａ，６１６Ａと対向する部位には、それぞれ
図示しない貫通穴が形成されている。また、集電板９
１，電気絶縁板９２，加圧板９４の、セパレータ６２が
備えている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａと対向する部位に
も、それぞれ図示しない貫通穴が形成されている。これ
等により、複数の単電池６を積層する際に、全部の単電
池６がそれぞれに持つ燃料ガス用のガス通流路および酸
化剤ガス用のガス通流路は、それぞれが互いに連通した
ガス通流路を形成している。
ータ６１に形成された貫通穴６１５Ａとセパレータ６２
に形成された貫通穴６２６Ａとは、また、セパレータ６
１に形成された貫通穴６１６Ａと、セパレータ６２に形
成された貫通穴６２５Ａとは、互いにその開口部位を合
致させて形成されている。また、集電板９１，電気絶縁
板９２，加圧板９３の、セパレータ６１が備えている貫
通穴６１５Ａ，６１６Ａと対向する部位には、それぞれ
図示しない貫通穴が形成されている。また、集電板９
１，電気絶縁板９２，加圧板９４の、セパレータ６２が
備えている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａと対向する部位に
も、それぞれ図示しない貫通穴が形成されている。これ
等により、複数の単電池６を積層する際に、全部の単電
池６がそれぞれに持つ燃料ガス用のガス通流路および酸
化剤ガス用のガス通流路は、それぞれが互いに連通した
ガス通流路を形成している。
【００２１】また、互いに隣接する単電池６において、
セパレータ６１に形成された貫通穴６１３Ｂとセパレー
タ６２に形成された貫通穴６２３Ｂとは、また、セパレ
ータ６１に形成された貫通穴６１４Ｂとセパレータ６２
に形成された貫通穴６２４Ｂとは、互いにその開口部位
を合致させて形成されている。また、集電板９１，電気
絶縁板９２，加圧板９３の、セパレータ６１が備えてい
る各貫通穴６１３Ｂと対向する部位には、それぞれ、貫
通穴６１３Ｂとほぼ同形の図示しない貫通穴が形成され
ている。そうして、加圧板９３のスタック９の外側面と
なる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、冷却用
流体９９用の配管接続体９８が装着されている。また、
電気絶縁板９２の両側面の貫通穴の開口部、および、加
圧板９３の配管接続体９８が装着される側面の，貫通穴
の開口部のそれぞれには、貫通穴を取り巻いて、凹形状
の溝が形成されている。それぞれの溝には、冷却用流体
９９がこれ等の部位から冷却部外に漏れ出るのを防止す
る役目を負う図示しない弾性材製のシール体（例えば、
Ｏリングである。）が装着される。なお、セパレータ６
１に形成されているそれぞれの溝６１８Ｂにも、図示し
ないシール体が装着される。
セパレータ６１に形成された貫通穴６１３Ｂとセパレー
タ６２に形成された貫通穴６２３Ｂとは、また、セパレ
ータ６１に形成された貫通穴６１４Ｂとセパレータ６２
に形成された貫通穴６２４Ｂとは、互いにその開口部位
を合致させて形成されている。また、集電板９１，電気
絶縁板９２，加圧板９３の、セパレータ６１が備えてい
る各貫通穴６１３Ｂと対向する部位には、それぞれ、貫
通穴６１３Ｂとほぼ同形の図示しない貫通穴が形成され
ている。そうして、加圧板９３のスタック９の外側面と
なる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、冷却用
流体９９用の配管接続体９８が装着されている。また、
電気絶縁板９２の両側面の貫通穴の開口部、および、加
圧板９３の配管接続体９８が装着される側面の，貫通穴
の開口部のそれぞれには、貫通穴を取り巻いて、凹形状
の溝が形成されている。それぞれの溝には、冷却用流体
９９がこれ等の部位から冷却部外に漏れ出るのを防止す
る役目を負う図示しない弾性材製のシール体（例えば、
Ｏリングである。）が装着される。なお、セパレータ６
１に形成されているそれぞれの溝６１８Ｂにも、図示し
ないシール体が装着される。
【００２２】さらに、集電板９１，電気絶縁板９２，加
圧板９４の、セパレータ６２が備えている各貫通穴６２
４Ｂと対向する部位にも、集電板９１，電気絶縁板９
２，加圧板９３の場合と同様に、図示しない貫通穴，溝
が形成されている。また、加圧板９４のスタック９の外
側面となる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、
冷却用流体９９用の配管接続体９８が装着されている。
それぞれの溝には図示しないシール体が、また、セパレ
ータ６２に形成されているそれぞれの溝６２８Ｂにも図
示しないシール体が装着される。かくして、複数の単電
池６を積層する際に、単電池６等がそれぞれに持つ冷却
用流体９９の通流路は、図１０中に示したようにして互
いに連通されて構成されることになる。
圧板９４の、セパレータ６２が備えている各貫通穴６２
４Ｂと対向する部位にも、集電板９１，電気絶縁板９
２，加圧板９３の場合と同様に、図示しない貫通穴，溝
が形成されている。また、加圧板９４のスタック９の外
側面となる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、
冷却用流体９９用の配管接続体９８が装着されている。
それぞれの溝には図示しないシール体が、また、セパレ
ータ６２に形成されているそれぞれの溝６２８Ｂにも図
示しないシール体が装着される。かくして、複数の単電
池６を積層する際に、単電池６等がそれぞれに持つ冷却
用流体９９の通流路は、図１０中に示したようにして互
いに連通されて構成されることになる。
【００２３】この結果、冷却用流体９９は、加圧板９３
に装着された一方の配管接続体９８（図１０中に「入
口」と付記してある。）等を介して、集電板９１に隣接
する単電池６が持つ、セパレータ６１に形成された一方
の溝６１１Ｂにまず流入する。そうして、貫通穴６１３
Ｂ，６２３Ｂを介してそれぞれの単電池６が持つ一方の
溝６１１Ｂ，６２１Ｂ中を分流して流れ、貫通穴６１４
Ｂ，６２４Ｂ等を介して、加圧板９４に装着された一方
の配管接続体９８からスタック９の外部にいったん流れ
出る。この流れ出た冷却用流体９９は、配管９７中を流
れて、加圧板９４に装着された他方の配管接続体９８か
ら、再びスタック９内に流れ込む。この冷却用流体９９
は、集電板９１に隣接する単電池６が持つ、セパレータ
６２に形成された他方の溝６２１Ｂにまず流入する。そ
うして、貫通穴６１４Ｂ，６２４Ｂを介してそれぞれの
単電池６が持つ他方の溝６１１Ｂ，６２１Ｂ中を分流し
て流れ、貫通穴６１３Ｂ，６２３Ｂ等を介して、加圧板
９３に装着された他方の配管接続体９８（図１０中に
「出口」と付記してある。）からスタック９の外部に排
出されることになる。
に装着された一方の配管接続体９８（図１０中に「入
口」と付記してある。）等を介して、集電板９１に隣接
する単電池６が持つ、セパレータ６１に形成された一方
の溝６１１Ｂにまず流入する。そうして、貫通穴６１３
Ｂ，６２３Ｂを介してそれぞれの単電池６が持つ一方の
溝６１１Ｂ，６２１Ｂ中を分流して流れ、貫通穴６１４
Ｂ，６２４Ｂ等を介して、加圧板９４に装着された一方
の配管接続体９８からスタック９の外部にいったん流れ
出る。この流れ出た冷却用流体９９は、配管９７中を流
れて、加圧板９４に装着された他方の配管接続体９８か
ら、再びスタック９内に流れ込む。この冷却用流体９９
は、集電板９１に隣接する単電池６が持つ、セパレータ
６２に形成された他方の溝６２１Ｂにまず流入する。そ
うして、貫通穴６１４Ｂ，６２４Ｂを介してそれぞれの
単電池６が持つ他方の溝６１１Ｂ，６２１Ｂ中を分流し
て流れ、貫通穴６１３Ｂ，６２３Ｂ等を介して、加圧板
９３に装着された他方の配管接続体９８（図１０中に
「出口」と付記してある。）からスタック９の外部に排
出されることになる。
【００２４】締付けボルト９５は、加圧板９３，９４に
跨がって装着される六角ボルト等であり、それぞれの締
付けボルト９５は、これ等と嵌め合わされる六角ナット
等と、安定した加圧力を与えるための皿ばね等と協同し
て、単電池６をその積層方向に加圧する。この締付けボ
ルト９５が単電池６を加圧する加圧力は、燃料電池セル
７の見掛けの表面積あたりで、５〔kg/cm2〕内外程度で
あるのが一般である。
跨がって装着される六角ボルト等であり、それぞれの締
付けボルト９５は、これ等と嵌め合わされる六角ナット
等と、安定した加圧力を与えるための皿ばね等と協同し
て、単電池６をその積層方向に加圧する。この締付けボ
ルト９５が単電池６を加圧する加圧力は、燃料電池セル
７の見掛けの表面積あたりで、５〔kg/cm2〕内外程度で
あるのが一般である。
【００２５】このように構成されたスタック９におい
て、反応ガスは、それぞれのセパレータ６１，６２に形
成されたガス通流用の溝６１１Ａ，６２１Ａ中を、図９
（ａ）中に矢印で示したごとく、重力方向に対して上側
から，重力方向に対して下側に向かって流れる。しか
も、反応ガスは、複数個有る単電池６に関してはそれぞ
れ並列に供給されることになる。そうして、燃料電池セ
ル７に使用されているＰＥ膜７Ｃは、前述したとうりに
飽和に含水させることにより良好なプロトン導電性電解
質として機能する膜であるので、反応ガスは、適度の値
の湿度状態に加湿・調整されてスタック９に供給されて
いる。
て、反応ガスは、それぞれのセパレータ６１，６２に形
成されたガス通流用の溝６１１Ａ，６２１Ａ中を、図９
（ａ）中に矢印で示したごとく、重力方向に対して上側
から，重力方向に対して下側に向かって流れる。しか
も、反応ガスは、複数個有る単電池６に関してはそれぞ
れ並列に供給されることになる。そうして、燃料電池セ
ル７に使用されているＰＥ膜７Ｃは、前述したとうりに
飽和に含水させることにより良好なプロトン導電性電解
質として機能する膜であるので、反応ガスは、適度の値
の湿度状態に加湿・調整されてスタック９に供給されて
いる。
【００２６】単電池６が持つ燃料電池セル７で発生する
前記した熱を除去するためにスタック９に供給されるの
が、例えば、市水である冷却用流体９９である。単電池
６では、この冷却用流体９９が、セパレータ６１，６２
に形成されたそれぞれの溝６１１Ｂ，６２１Ｂ中を図１
０等を用いて既に説明したように通流することで、燃料
電池セル７は、セパレータ６１，６２を介して冷却され
る。燃料電池セル７は、これにより、７０〔℃〕から８
０〔℃〕程度の温度条件で運転されるのが一般である。
前記した熱を除去するためにスタック９に供給されるの
が、例えば、市水である冷却用流体９９である。単電池
６では、この冷却用流体９９が、セパレータ６１，６２
に形成されたそれぞれの溝６１１Ｂ，６２１Ｂ中を図１
０等を用いて既に説明したように通流することで、燃料
電池セル７は、セパレータ６１，６２を介して冷却され
る。燃料電池セル７は、これにより、７０〔℃〕から８
０〔℃〕程度の温度条件で運転されるのが一般である。
【００２７】なお、セパレータに設けられる溝６１１
Ｂ，６２１Ｂの個数は、例えば、１個の燃料電池セル７
で発生される直流電力値等の多少に対応させて、適宜の
個数が選択されるものであり、従って、セパレータに
は、溝６１１Ｂ，６２１Ｂを、それぞれ４個備えるもの
も知られている。図１１は、このようなセパレータを備
えた単位燃料電池を用いる、異なる従来例の固体高分子
電解質型燃料電池を模式的に示した要部の構成を示す上
面図ある。また、図１２は、図１１において用いられて
いるセパレータを図１１におけるＱ矢方向から見た図で
ある。図１１，図１２において、図６〜図８に示した一
般例の固体高分子電解質型燃料電池用の単位燃料電池，
および図９に示した従来例の固体高分子電解質型燃料電
池と、同一部分には同じ符号を付してその説明を省略す
る。なお、図１１中には、図６〜図９，図１２で付した
符号については、代表的な符号のみを記した。
Ｂ，６２１Ｂの個数は、例えば、１個の燃料電池セル７
で発生される直流電力値等の多少に対応させて、適宜の
個数が選択されるものであり、従って、セパレータに
は、溝６１１Ｂ，６２１Ｂを、それぞれ４個備えるもの
も知られている。図１１は、このようなセパレータを備
えた単位燃料電池を用いる、異なる従来例の固体高分子
電解質型燃料電池を模式的に示した要部の構成を示す上
面図ある。また、図１２は、図１１において用いられて
いるセパレータを図１１におけるＱ矢方向から見た図で
ある。図１１，図１２において、図６〜図８に示した一
般例の固体高分子電解質型燃料電池用の単位燃料電池，
および図９に示した従来例の固体高分子電解質型燃料電
池と、同一部分には同じ符号を付してその説明を省略す
る。なお、図１１中には、図６〜図９，図１２で付した
符号については、代表的な符号のみを記した。
【００２８】図１１，図１２において、９Ａは、図９に
示した従来例のスタック９に対して、単位燃料電池６、
集電板９１、電気絶縁板９２および加圧板９３，９４に
替えて単位燃料電池（以降、単電池と略称することがあ
る。）６Ａ、集電板９１Ａ、電気絶縁板９２Ａおよび加
圧板９３Ａ，９４Ａを用いるようにした固体高分子電解
質型燃料電池（以降、スタックと略称することがあ
る。）である。単電池６Ａは、図６〜図８に示した単電
池６に対して、セパレータ６１，６２、燃料電池セル７
に替えてセパレータ６１Ａ，６２Ａ、燃料電池セル８を
用いるようにしている。セパレータ６１Ａとセパレータ
６２Ａは、セパレータ６１，セパレータ６２に対して、
それぞれ、溝６１１Ｂ，６２１Ｂを４個備えていること
が相異している。なお、これ等の溝６１１Ｂ，６２１Ｂ
のそれぞれを区分する場合には、図１２中に溝６２１Ｂ
について例示したごとく、符号６１１Ｂまたは６２１Ｂ
に(A)・・・(D) のサフィックスを付すことにする。
示した従来例のスタック９に対して、単位燃料電池６、
集電板９１、電気絶縁板９２および加圧板９３，９４に
替えて単位燃料電池（以降、単電池と略称することがあ
る。）６Ａ、集電板９１Ａ、電気絶縁板９２Ａおよび加
圧板９３Ａ，９４Ａを用いるようにした固体高分子電解
質型燃料電池（以降、スタックと略称することがあ
る。）である。単電池６Ａは、図６〜図８に示した単電
池６に対して、セパレータ６１，６２、燃料電池セル７
に替えてセパレータ６１Ａ，６２Ａ、燃料電池セル８を
用いるようにしている。セパレータ６１Ａとセパレータ
６２Ａは、セパレータ６１，セパレータ６２に対して、
それぞれ、溝６１１Ｂ，６２１Ｂを４個備えていること
が相異している。なお、これ等の溝６１１Ｂ，６２１Ｂ
のそれぞれを区分する場合には、図１２中に溝６２１Ｂ
について例示したごとく、符号６１１Ｂまたは６２１Ｂ
に(A)・・・(D) のサフィックスを付すことにする。
【００２９】また、燃料電池セル８は燃料電池セル７に
対して、図示しないＰＥ膜に形成される貫通穴７２を溝
６１１Ｂ，６２１Ｂの個数と同数の４対（従って、合計
８個である。）備えていることが相異している。図１１
中に示すように、加圧板９３Ａ，９４Ａは、加圧板９
３，９４に対して、それぞれ配管接続体９８を４個備え
ている。また、加圧板９３Ａ、集電板９１Ａ、電気絶縁
板９２Ａは、加圧板９３、集電板９１、電気絶縁板９２
に対して、セパレータ６１Ａが備えているそれぞれの貫
通穴６１３Ｂと対向する部位に、また、加圧板９４Ａ、
集電板９１Ａ、電気絶縁板９２Ａは、加圧板９４、集電
板９１、電気絶縁板９２に対して、セパレータ６２Ａが
備えているそれぞれの貫通穴６２４Ｂと対向する部位
に、それぞれ図示しない貫通穴が形成されていることが
相異している。
対して、図示しないＰＥ膜に形成される貫通穴７２を溝
６１１Ｂ，６２１Ｂの個数と同数の４対（従って、合計
８個である。）備えていることが相異している。図１１
中に示すように、加圧板９３Ａ，９４Ａは、加圧板９
３，９４に対して、それぞれ配管接続体９８を４個備え
ている。また、加圧板９３Ａ、集電板９１Ａ、電気絶縁
板９２Ａは、加圧板９３、集電板９１、電気絶縁板９２
に対して、セパレータ６１Ａが備えているそれぞれの貫
通穴６１３Ｂと対向する部位に、また、加圧板９４Ａ、
集電板９１Ａ、電気絶縁板９２Ａは、加圧板９４、集電
板９１、電気絶縁板９２に対して、セパレータ６２Ａが
備えているそれぞれの貫通穴６２４Ｂと対向する部位
に、それぞれ図示しない貫通穴が形成されていることが
相異している。
【００３０】このため、スタック９Ａにおける冷却用流
体９９の通流経路は、基本的には、図１０等を用いて説
明済のスタック９における冷却用流体９９の通流経路と
同様である。スタック９Ａにおける冷却用流体９９は、
その主要な経路を図１１中に一点鎖線と矢印とを用いて
例示した経路で、スタック９Ａ内を通流する。すなわ
ち、冷却用流体９９は、加圧板９３Ａに装着されている
配管接続体９８（図１１中に「入口」と付記してあ
る。）からスタック９Ａに流入する。そうして、溝６１
１ＢA に形成されている貫通穴６１３Ｂと対向する部位
に形成されている加圧板９３Ａ，集電板９１Ａ，電気絶
縁板９２Ａのそれぞれの貫通穴を介して単電池の積層体
に流入し、溝６１１ＢA ，６２１ＢA に関連する貫通穴
６１３Ｂ，７２，６２３Ｂ中を通流しつつ、それぞれの
単電池６Ａが持つ溝６１１ＢA ，６２１ＢA 中を分流し
て流れる。そうして、溝６１１ＢA ，６２１ＢA に関連
する貫通穴６１４Ｂ，７２，６２４Ｂ、および、溝６２
１ＢA に形成されている貫通穴６２４Ｂと対向する部位
に形成されている集電板９１Ａ，電気絶縁板９２Ａ，加
圧板９４Ａのそれぞれの貫通穴を介して、加圧板９４Ａ
に装着された配管接続体９８からスタック９の外部にい
ったん流れ出る。
体９９の通流経路は、基本的には、図１０等を用いて説
明済のスタック９における冷却用流体９９の通流経路と
同様である。スタック９Ａにおける冷却用流体９９は、
その主要な経路を図１１中に一点鎖線と矢印とを用いて
例示した経路で、スタック９Ａ内を通流する。すなわ
ち、冷却用流体９９は、加圧板９３Ａに装着されている
配管接続体９８（図１１中に「入口」と付記してあ
る。）からスタック９Ａに流入する。そうして、溝６１
１ＢA に形成されている貫通穴６１３Ｂと対向する部位
に形成されている加圧板９３Ａ，集電板９１Ａ，電気絶
縁板９２Ａのそれぞれの貫通穴を介して単電池の積層体
に流入し、溝６１１ＢA ，６２１ＢA に関連する貫通穴
６１３Ｂ，７２，６２３Ｂ中を通流しつつ、それぞれの
単電池６Ａが持つ溝６１１ＢA ，６２１ＢA 中を分流し
て流れる。そうして、溝６１１ＢA ，６２１ＢA に関連
する貫通穴６１４Ｂ，７２，６２４Ｂ、および、溝６２
１ＢA に形成されている貫通穴６２４Ｂと対向する部位
に形成されている集電板９１Ａ，電気絶縁板９２Ａ，加
圧板９４Ａのそれぞれの貫通穴を介して、加圧板９４Ａ
に装着された配管接続体９８からスタック９の外部にい
ったん流れ出る。
【００３１】この流れ出た冷却用流体９９は、配管９７
中を流れて、加圧板９４Ａに装着された配管接続体９８
から、再びスタック９Ａに流れ込む。この冷却用流体９
９は、集電板９１Ａに隣接する単電池６Ａが持つ、セパ
レータ６２Ａに形成された溝６２１ＢB にまず流入す
る。そうして、溝６１１ＢB ，６２１ＢB に関連する貫
通穴６１４Ｂ，７２，６２４Ｂを介してそれぞれの単電
池６Ａが持つ溝６１１Ｂ B ，６２１ＢB 中を分流して流
れ、溝６１１ＢB ，６２１ＢB に関連する貫通穴６１３
Ｂ，７２，６２３Ｂ、および、溝６１１ＢB に形成され
ている貫通穴６１３Ｂと対向する部位に形成されている
集電板９１Ａ，電気絶縁板９２Ａ，加圧板９３Ａのそれ
ぞれの貫通穴を介し、加圧板９３Ａに装着された配管接
続体９８からスタック９の外部に流れ出る。以降、この
手順を繰り返し、最終的には、溝６１１ＢD ，６２１Ｂ
D に関連する貫通穴６１３Ｂ，７２，６２３Ｂ、およ
び、溝６１１ＢB に形成されている貫通穴６１３Ｂと対
向する部位に形成されている集電板９１Ａ，電気絶縁板
９２Ａ，加圧板９３Ａのそれぞれの貫通穴を介し、加圧
板９３Ａに装着された配管接続体９８（図１１中に「出
口」と付記してある。）からスタック９の外部に排出さ
れることになる。
中を流れて、加圧板９４Ａに装着された配管接続体９８
から、再びスタック９Ａに流れ込む。この冷却用流体９
９は、集電板９１Ａに隣接する単電池６Ａが持つ、セパ
レータ６２Ａに形成された溝６２１ＢB にまず流入す
る。そうして、溝６１１ＢB ，６２１ＢB に関連する貫
通穴６１４Ｂ，７２，６２４Ｂを介してそれぞれの単電
池６Ａが持つ溝６１１Ｂ B ，６２１ＢB 中を分流して流
れ、溝６１１ＢB ，６２１ＢB に関連する貫通穴６１３
Ｂ，７２，６２３Ｂ、および、溝６１１ＢB に形成され
ている貫通穴６１３Ｂと対向する部位に形成されている
集電板９１Ａ，電気絶縁板９２Ａ，加圧板９３Ａのそれ
ぞれの貫通穴を介し、加圧板９３Ａに装着された配管接
続体９８からスタック９の外部に流れ出る。以降、この
手順を繰り返し、最終的には、溝６１１ＢD ，６２１Ｂ
D に関連する貫通穴６１３Ｂ，７２，６２３Ｂ、およ
び、溝６１１ＢB に形成されている貫通穴６１３Ｂと対
向する部位に形成されている集電板９１Ａ，電気絶縁板
９２Ａ，加圧板９３Ａのそれぞれの貫通穴を介し、加圧
板９３Ａに装着された配管接続体９８（図１１中に「出
口」と付記してある。）からスタック９の外部に排出さ
れることになる。
【００３２】なおまた、単電池として、冷却用流体９９
を通流させる溝が備えられていないセパレータを用い、
その代わりに、専用の冷却体を備えたスタックも知られ
ている。この場合には、冷却体には適宜の配管を介して
冷却用流体９９の供給を行うことが一般である。
を通流させる溝が備えられていないセパレータを用い、
その代わりに、専用の冷却体を備えたスタックも知られ
ている。この場合には、冷却体には適宜の配管を介して
冷却用流体９９の供給を行うことが一般である。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る固体高分子電解質型燃料電池においては、燃料電池セ
ル７等がセパレータ等を介して冷却用流体９９により冷
却され、スタックの運転にとって適温に保持されること
で、直流発電の機能を十分に発揮するのであるが、次記
する問題が有る。すなわち、従来技術によるスタック
９，９Ａ等においては、それぞれの単電池６，６Ａ等が
持つ燃料電池セル７等の温度の、単電池６，６Ａ等の積
層方向の分布が、図１３に例示したように積層方向の中
央部で高く、かつ、積層方向の両端部で低いという事実
が有ることである。ここで図１３は、従来例の固体高分
子電解質型燃料電池の単位燃料電池積層方向における、
各単位燃料電池が持つ燃料電池セルの面積方向における
中心部の温度分布の測定例を示すグラフである。
る固体高分子電解質型燃料電池においては、燃料電池セ
ル７等がセパレータ等を介して冷却用流体９９により冷
却され、スタックの運転にとって適温に保持されること
で、直流発電の機能を十分に発揮するのであるが、次記
する問題が有る。すなわち、従来技術によるスタック
９，９Ａ等においては、それぞれの単電池６，６Ａ等が
持つ燃料電池セル７等の温度の、単電池６，６Ａ等の積
層方向の分布が、図１３に例示したように積層方向の中
央部で高く、かつ、積層方向の両端部で低いという事実
が有ることである。ここで図１３は、従来例の固体高分
子電解質型燃料電池の単位燃料電池積層方向における、
各単位燃料電池が持つ燃料電池セルの面積方向における
中心部の温度分布の測定例を示すグラフである。
【００３４】単電池積層方向における温度分布が一様で
はないことで高い温度となった燃料電池セル７，８等で
は、燃料電池セル７，８等に使用されているＰＥ膜７Ｃ
等は水の蒸発が促進されるために乾燥する。他方、単電
池積層方向における温度分布が一様ではないことで低い
温度となった燃料電池セル７，８等では、燃料電池セル
７，８等に使用されている燃料電極７Ａ，酸化剤電極７
Ｂ等では、水の蒸発量が低減されることで、その表面に
水分が凝結する度合いが高くなる。
はないことで高い温度となった燃料電池セル７，８等で
は、燃料電池セル７，８等に使用されているＰＥ膜７Ｃ
等は水の蒸発が促進されるために乾燥する。他方、単電
池積層方向における温度分布が一様ではないことで低い
温度となった燃料電池セル７，８等では、燃料電池セル
７，８等に使用されている燃料電極７Ａ，酸化剤電極７
Ｂ等では、水の蒸発量が低減されることで、その表面に
水分が凝結する度合いが高くなる。
【００３５】乾燥したＰＥ膜７Ｃ等は、前述したＰＥ膜
が持つ特有の性質によりその抵抗率値が増大する。ＰＥ
膜の抵抗率値が増大すると、その結果、ＰＥ膜の電気抵
抗値が増大するので、燃料電池セル７，８等におけるジ
ュール損失が増大し、その発電効率は低下することにな
る。また、表面が水で覆われた燃料電極７Ａ，酸化剤電
極７Ｂ等では、この水が電極中に含浸して反応ガスの電
極中における拡散を阻害することで、その発電性能が低
下することになるのである。
が持つ特有の性質によりその抵抗率値が増大する。ＰＥ
膜の抵抗率値が増大すると、その結果、ＰＥ膜の電気抵
抗値が増大するので、燃料電池セル７，８等におけるジ
ュール損失が増大し、その発電効率は低下することにな
る。また、表面が水で覆われた燃料電極７Ａ，酸化剤電
極７Ｂ等では、この水が電極中に含浸して反応ガスの電
極中における拡散を阻害することで、その発電性能が低
下することになるのである。
【００３６】これ等のスタックの性能の低下をもたらす
単電池の積層方向における温度分布の不均一性は、スタ
ック９，９Ａ等における単電池の積層方向の両端部に
は、集電板９１，９１Ａ、加圧板９３，９３Ａ、加圧板
９４，９４Ａ等が装着されていること、単電池として冷
却用流体９９を通流させる溝が備えられているセパレー
タを用いる単電池が採用されている場合には、スタック
の両端部に配設された単電池が持つ集電板側のセパレー
タに形成された冷却部は、冷却対象の燃料電池セルとし
て、１個の燃料電池セルしか持たないこと等に起因して
いる。すなわち、集電板９１，９１Ａに用いられている
銅材等の導電材は熱の良導体でもある。また、加圧板９
３，９３Ａ，９４，９４Ａは、機械的強度を考慮して鉄
材等の金属材が用いられるが、これ等の金属材も熱の良
導体である。これ等の熱良導体の存在は、この部位から
の熱放散量を増大させることになるので、スタック９，
９Ａ等の両端部の温度が低下するのである。また、１個
の燃料電池セルしか冷却しないセパレータで片側を冷却
される両端部に配設された単電池が持つ燃料電池セルで
は、他の部位に配設された燃料電池セルと比較して、冷
却される度合いが大きくなることで、これ等の燃料電池
セルの温度が低下するのである。
単電池の積層方向における温度分布の不均一性は、スタ
ック９，９Ａ等における単電池の積層方向の両端部に
は、集電板９１，９１Ａ、加圧板９３，９３Ａ、加圧板
９４，９４Ａ等が装着されていること、単電池として冷
却用流体９９を通流させる溝が備えられているセパレー
タを用いる単電池が採用されている場合には、スタック
の両端部に配設された単電池が持つ集電板側のセパレー
タに形成された冷却部は、冷却対象の燃料電池セルとし
て、１個の燃料電池セルしか持たないこと等に起因して
いる。すなわち、集電板９１，９１Ａに用いられている
銅材等の導電材は熱の良導体でもある。また、加圧板９
３，９３Ａ，９４，９４Ａは、機械的強度を考慮して鉄
材等の金属材が用いられるが、これ等の金属材も熱の良
導体である。これ等の熱良導体の存在は、この部位から
の熱放散量を増大させることになるので、スタック９，
９Ａ等の両端部の温度が低下するのである。また、１個
の燃料電池セルしか冷却しないセパレータで片側を冷却
される両端部に配設された単電池が持つ燃料電池セルで
は、他の部位に配設された燃料電池セルと比較して、冷
却される度合いが大きくなることで、これ等の燃料電池
セルの温度が低下するのである。
【００３７】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、単位燃料電池の積
層方向における温度の分布の均一化が容易な、固体高分
子電解質型燃料電池を提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、単位燃料電池の積
層方向における温度の分布の均一化が容易な、固体高分
子電解質型燃料電池を提供することにある。
【００３８】
【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の，少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され，単位
燃料電池を冷却した後，冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、単
位燃料電池の積層体の少なくとも両端末に位置するセパ
レータの外側面に当接されている集電板の部位に、固体
高分子電解質型燃料電池が出力する電流によって加熱さ
れる発熱体が形成されてなる構成とすること、または、 ２）前記１項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、単位燃料電池の積層体と集電板との
間に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体である構成
とすること、または、 ３）前記１項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、抵抗材料製の集電板である構成とす
ること、または、 ４）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の，少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され，単位
燃料電池を冷却した後，冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、集
電板は、単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した
冷却用流体で加熱される加熱部を備える構成とするこ
と、さらにまたは、 ５）前記４項に記載の手段において、集電板が備える加
熱部は、集電板内に形成され，単位燃料電池を冷却する
ことで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流
体用の通流路である構成とすること、により達成され
る。
は、 １）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の，少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され，単位
燃料電池を冷却した後，冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、単
位燃料電池の積層体の少なくとも両端末に位置するセパ
レータの外側面に当接されている集電板の部位に、固体
高分子電解質型燃料電池が出力する電流によって加熱さ
れる発熱体が形成されてなる構成とすること、または、 ２）前記１項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、単位燃料電池の積層体と集電板との
間に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体である構成
とすること、または、 ３）前記１項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、抵抗材料製の集電板である構成とす
ること、または、 ４）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の，少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され，単位
燃料電池を冷却した後，冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、集
電板は、単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した
冷却用流体で加熱される加熱部を備える構成とするこ
と、さらにまたは、 ５）前記４項に記載の手段において、集電板が備える加
熱部は、集電板内に形成され，単位燃料電池を冷却する
ことで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流
体用の通流路である構成とすること、により達成され
る。
【００３９】
【作用】この発明においては、固体高分子電解質型燃料
電池（スタック）において、 （１）単位燃料電池（単電池）の積層体の少なくとも両
端末に位置するセパレータの外側面に当接されている集
電板の部位に、例えば、単電池の積層体と集電板との間
に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体等の、スタッ
クが出力する電流によって加熱される発熱体が形成され
てなる構成とすることにより、発熱体には、スタックか
ら出力される電流が通流されることになり、このため発
熱体には、発熱体が持つ電気抵抗値と，発熱体に通流さ
れる電流値の二乗値との積に比例する値のジュール熱が
発生する。この発熱体で発生されるジュール熱の値を、
スタックの単電池の積層方向の端部から放散される熱量
に見合った値にする等のことにより、単電池の積層方向
における温度の分布の均一化を図ることが可能となる。
電池（スタック）において、 （１）単位燃料電池（単電池）の積層体の少なくとも両
端末に位置するセパレータの外側面に当接されている集
電板の部位に、例えば、単電池の積層体と集電板との間
に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体等の、スタッ
クが出力する電流によって加熱される発熱体が形成され
てなる構成とすることにより、発熱体には、スタックか
ら出力される電流が通流されることになり、このため発
熱体には、発熱体が持つ電気抵抗値と，発熱体に通流さ
れる電流値の二乗値との積に比例する値のジュール熱が
発生する。この発熱体で発生されるジュール熱の値を、
スタックの単電池の積層方向の端部から放散される熱量
に見合った値にする等のことにより、単電池の積層方向
における温度の分布の均一化を図ることが可能となる。
【００４０】（２）前記（１）項において、集電板の部
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、集電板にはスタックから出力され
る電流が通流されるのであるから、集電板には、集電板
が持つ電気抵抗値と，集電板に通流される電流値の二乗
値との積に比例する値のジュール熱が発生する。この集
電板から発生されるジュール熱の値を、スタックの単電
池の積層方向の端部から放散される熱量に見合った値に
する等のことにより、前記（１）項の場合と同様に、単
電池の積層方向における温度の分布の均一化を図ること
が可能となる。 （３）この発明は、スタックを冷却する冷却用液体が、
スタックを冷却することで温度上昇し、その温度上昇値
が従来例のスタックの場合で１０〔℃〕程度存在するこ
とに着目したものである。すなわち、集電板は、単電池
を冷却することで温度が上昇した冷却用流体で加熱され
る、例えば、集電板内に形成され，単電池を冷却するこ
とで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流体
用の通流路である等の、加熱部を備える構成とすること
により、集電板は、加熱部を介して温度が上昇した冷却
用流体により積極的に加熱されることになる。この温度
が上昇した冷却用流体により加熱される集電板の加熱量
を、スタックの単電池の積層方向の端部から放散される
熱量に見合った値にする等のことにより、単電池の積層
方向における温度の分布の均一化を図ることが可能とな
る。
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、集電板にはスタックから出力され
る電流が通流されるのであるから、集電板には、集電板
が持つ電気抵抗値と，集電板に通流される電流値の二乗
値との積に比例する値のジュール熱が発生する。この集
電板から発生されるジュール熱の値を、スタックの単電
池の積層方向の端部から放散される熱量に見合った値に
する等のことにより、前記（１）項の場合と同様に、単
電池の積層方向における温度の分布の均一化を図ること
が可能となる。 （３）この発明は、スタックを冷却する冷却用液体が、
スタックを冷却することで温度上昇し、その温度上昇値
が従来例のスタックの場合で１０〔℃〕程度存在するこ
とに着目したものである。すなわち、集電板は、単電池
を冷却することで温度が上昇した冷却用流体で加熱され
る、例えば、集電板内に形成され，単電池を冷却するこ
とで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流体
用の通流路である等の、加熱部を備える構成とすること
により、集電板は、加熱部を介して温度が上昇した冷却
用流体により積極的に加熱されることになる。この温度
が上昇した冷却用流体により加熱される集電板の加熱量
を、スタックの単電池の積層方向の端部から放散される
熱量に見合った値にする等のことにより、単電池の積層
方向における温度の分布の均一化を図ることが可能とな
る。
【００４１】
【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１；図１は、請求項１，２に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の要部の構
成を模式的に示したその上面図である。図１において、
図９等に示した従来例による固体高分子電解質型燃料電
池と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図１中には、図６〜図１０で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。図１において、１
は、図９等に示した従来例による固体高分子電解質型燃
料電池９に対して、それぞれの集電板９１と、この集電
板９１に隣り合う単電池６との間に、薄板状の発熱体２
が挟挿されてなる固体高分子電解質型燃料電池（以降、
スタックと略称することがある。）である。発熱体２
は、電熱用合金材（その体積抵抗率値は、１．０〜１．
５〔μΩｍ〕程度である。）等の抵抗材料製の薄板を、
燃料電極７Ａ，酸化剤電極７Ｂが持つ面積方向寸法と同
等の面積に形成したものであり、発熱体２の厚さは、ス
タック１から出力される電流によって発熱体２に発生す
るジュール熱の値が、スタック１の積層方向の端部から
放散される熱量に見合った値になるように定められるこ
とが好ましい。
に説明する。 実施例１；図１は、請求項１，２に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の要部の構
成を模式的に示したその上面図である。図１において、
図９等に示した従来例による固体高分子電解質型燃料電
池と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図１中には、図６〜図１０で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。図１において、１
は、図９等に示した従来例による固体高分子電解質型燃
料電池９に対して、それぞれの集電板９１と、この集電
板９１に隣り合う単電池６との間に、薄板状の発熱体２
が挟挿されてなる固体高分子電解質型燃料電池（以降、
スタックと略称することがある。）である。発熱体２
は、電熱用合金材（その体積抵抗率値は、１．０〜１．
５〔μΩｍ〕程度である。）等の抵抗材料製の薄板を、
燃料電極７Ａ，酸化剤電極７Ｂが持つ面積方向寸法と同
等の面積に形成したものであり、発熱体２の厚さは、ス
タック１から出力される電流によって発熱体２に発生す
るジュール熱の値が、スタック１の積層方向の端部から
放散される熱量に見合った値になるように定められるこ
とが好ましい。
【００４２】図１に示す実施例では前述の構成としたの
で、それぞれの発熱体２には、スタック１から出力され
る電流が、その厚さ方向に通流されることになる。この
ため発熱体２には、発熱体２が持つ電気抵抗値と，スタ
ック１から出力される電流値の二乗値との積に比例する
値のジュール熱が発生し、発熱体２は電気発熱体として
機能する。発熱体２から発生されるこのジュール熱の値
は、発熱体２が持つ前記した電気抵抗値から、スタック
１の単電池６の積層方向の端部から放散される熱量にほ
ぼ見合った値であるので、スタック１の単電池６の積層
方向の端部から放散される熱量と、それぞれの発熱体２
で発生されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されること
になる。従って、スタック１においては、それぞれの単
電池６が持つ燃料電池セル７の温度は、単電池６の積層
方向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、スタック１内を通流するスタック１の出
力電流を利用できることで、単電池６の積層方向におけ
る温度分布を均一化するための電気発熱体用の電源を別
途準備する必要が無いという利点も有るのである。
で、それぞれの発熱体２には、スタック１から出力され
る電流が、その厚さ方向に通流されることになる。この
ため発熱体２には、発熱体２が持つ電気抵抗値と，スタ
ック１から出力される電流値の二乗値との積に比例する
値のジュール熱が発生し、発熱体２は電気発熱体として
機能する。発熱体２から発生されるこのジュール熱の値
は、発熱体２が持つ前記した電気抵抗値から、スタック
１の単電池６の積層方向の端部から放散される熱量にほ
ぼ見合った値であるので、スタック１の単電池６の積層
方向の端部から放散される熱量と、それぞれの発熱体２
で発生されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されること
になる。従って、スタック１においては、それぞれの単
電池６が持つ燃料電池セル７の温度は、単電池６の積層
方向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、スタック１内を通流するスタック１の出
力電流を利用できることで、単電池６の積層方向におけ
る温度分布を均一化するための電気発熱体用の電源を別
途準備する必要が無いという利点も有るのである。
【００４３】実施例２；図２は、請求項１，３に対応す
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
２において、図９等に示した従来例による固体高分子電
解質型燃料電池と同一部分には同じ符号を付し、その説
明を省略する。なお、図２中には、図６〜図１０で付し
た符号については、代表的な符号のみを記した。図２に
おいて、１Ａは、図９等に示した従来例による固体高分
子電解質型燃料電池９に対して、集電板９１に替えて集
電板３を用いるようにした固体高分子電解質型燃料電池
（以降、スタックと略称することがある。）である。集
電板３は、電熱用合金材（その体積抵抗率値は、１．０
〜１．５〔μΩｍ〕程度である。）等の抵抗材料を用い
て製作されている。集電板３の電気抵抗値は、スタック
１Ａから出力される電流によって集電板３に発生するジ
ュール熱の値が、スタック１Ａの積層方向の端部から放
散される熱量に見合った値になるように定められること
が好ましい。
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
２において、図９等に示した従来例による固体高分子電
解質型燃料電池と同一部分には同じ符号を付し、その説
明を省略する。なお、図２中には、図６〜図１０で付し
た符号については、代表的な符号のみを記した。図２に
おいて、１Ａは、図９等に示した従来例による固体高分
子電解質型燃料電池９に対して、集電板９１に替えて集
電板３を用いるようにした固体高分子電解質型燃料電池
（以降、スタックと略称することがある。）である。集
電板３は、電熱用合金材（その体積抵抗率値は、１．０
〜１．５〔μΩｍ〕程度である。）等の抵抗材料を用い
て製作されている。集電板３の電気抵抗値は、スタック
１Ａから出力される電流によって集電板３に発生するジ
ュール熱の値が、スタック１Ａの積層方向の端部から放
散される熱量に見合った値になるように定められること
が好ましい。
【００４４】図２に示す実施例では前述の構成としたの
で、それぞれの集電板３には、スタック１Ａから出力さ
れる電流が通流されることになる。このため集電板３に
は、集電板３が持つ電気抵抗値と，スタック１Ａから出
力される電流値の二乗値との積に比例する値のジュール
熱が発生し、集電板３は電気発熱体としても機能する。
集電板３から発生されるこのジュール熱の値は、集電板
３が持つ前記した電気抵抗値から、スタック１Ａの単電
池６の積層方向の端部から放散される熱量にほぼ見合っ
た値であるので、スタック１Ａの単電池６の積層方向の
端部から放散される熱量と、それぞれの集電板３で発生
されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されることにな
る。従って、スタック１Ａにおいては、それぞれの単電
池６が持つ燃料電池セル７の温度は、単電池６の積層方
向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、実施例２によるスタック１Ａは、実施例
１によるスタック１と比較して、発熱体２が不要である
ので部品点数を増加することが無く、単電池６の積層方
向における温度分布を均一化を図ることが可能であると
の利点を有している。なお、スタック１Ａも、スタック
１の場合と同様に、スタック１Ａ内を通流するスタック
１Ａの出力電流を利用できることで、単電池６の積層方
向における温度分布を均一化するための電気発熱体用の
電源を別途準備する必要が無いという利点を有してい
る。
で、それぞれの集電板３には、スタック１Ａから出力さ
れる電流が通流されることになる。このため集電板３に
は、集電板３が持つ電気抵抗値と，スタック１Ａから出
力される電流値の二乗値との積に比例する値のジュール
熱が発生し、集電板３は電気発熱体としても機能する。
集電板３から発生されるこのジュール熱の値は、集電板
３が持つ前記した電気抵抗値から、スタック１Ａの単電
池６の積層方向の端部から放散される熱量にほぼ見合っ
た値であるので、スタック１Ａの単電池６の積層方向の
端部から放散される熱量と、それぞれの集電板３で発生
されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されることにな
る。従って、スタック１Ａにおいては、それぞれの単電
池６が持つ燃料電池セル７の温度は、単電池６の積層方
向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、実施例２によるスタック１Ａは、実施例
１によるスタック１と比較して、発熱体２が不要である
ので部品点数を増加することが無く、単電池６の積層方
向における温度分布を均一化を図ることが可能であると
の利点を有している。なお、スタック１Ａも、スタック
１の場合と同様に、スタック１Ａ内を通流するスタック
１Ａの出力電流を利用できることで、単電池６の積層方
向における温度分布を均一化するための電気発熱体用の
電源を別途準備する必要が無いという利点を有してい
る。
【００４５】実施例３；図３は、請求項４，５に対応す
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
４は、図３中に示した一方の集電板の、（ａ）は一部破
断して図３におけるＲ矢方向から見た図であり、（ｂ）
は図４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。また図５
は、図３中に示した他方の集電板の、（ａ）は一部破断
して図３におけるＳ矢方向から見た図であり、（ｂ）は
図５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。図３におい
て、図１１等に示した異なる従来例による固体高分子電
解質型燃料電池、および、図１１中に示した異なる従来
例の固体高分子電解質型燃料電池に用いられている集電
板と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図３中には、図４〜図１２で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
４は、図３中に示した一方の集電板の、（ａ）は一部破
断して図３におけるＲ矢方向から見た図であり、（ｂ）
は図４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。また図５
は、図３中に示した他方の集電板の、（ａ）は一部破断
して図３におけるＳ矢方向から見た図であり、（ｂ）は
図５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。図３におい
て、図１１等に示した異なる従来例による固体高分子電
解質型燃料電池、および、図１１中に示した異なる従来
例の固体高分子電解質型燃料電池に用いられている集電
板と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図３中には、図４〜図１２で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。
【００４６】図３において、１Ｂは、図１１等に示した
従来例による固体高分子電解質型燃料電池９Ａに対し
て、集電板９１Ａ、冷却用流体９９の「入口」，「出
口」側の加圧板９３Ａ，電気絶縁板９２Ａに替えて、そ
れぞれ、集電板４，集電板５、および、加圧板９３Ｂ，
電気絶縁板９２Ｂを用いるようにした固体高分子電解質
型燃料電池（以降、スタックと略称することがある。）
である。集電板４は、集電板９１Ａに対して、セパレー
タ６１Ａが備えているそれぞれの貫通穴６１３Ｂと対向
する部位に形成されている貫通孔の内，冷却用流体９９
の「出口」に連なる貫通孔に替えて有底孔４２を備える
と共に、有底孔４３と、加熱部である冷却用流体９９の
通流路４４を備えることが相異している。すなわち、集
電板４は、セパレータ６１Ａが持つ溝６１１Ｂに形成さ
れている貫通穴６１３Ｂと対向する部位に貫通穴４１が
形成されている。この貫通穴４１の内、貫通穴４１A は
溝６１１ＢA に形成されている貫通穴６１３Ｂの、貫通
穴４１B は溝６１１ＢB に形成されている貫通穴６１３
Ｂの、また、貫通穴４１C は溝６１１ＢC に形成されて
いる貫通穴６１３Ｂの、それぞれと対向する部位に形成
されている。
従来例による固体高分子電解質型燃料電池９Ａに対し
て、集電板９１Ａ、冷却用流体９９の「入口」，「出
口」側の加圧板９３Ａ，電気絶縁板９２Ａに替えて、そ
れぞれ、集電板４，集電板５、および、加圧板９３Ｂ，
電気絶縁板９２Ｂを用いるようにした固体高分子電解質
型燃料電池（以降、スタックと略称することがある。）
である。集電板４は、集電板９１Ａに対して、セパレー
タ６１Ａが備えているそれぞれの貫通穴６１３Ｂと対向
する部位に形成されている貫通孔の内，冷却用流体９９
の「出口」に連なる貫通孔に替えて有底孔４２を備える
と共に、有底孔４３と、加熱部である冷却用流体９９の
通流路４４を備えることが相異している。すなわち、集
電板４は、セパレータ６１Ａが持つ溝６１１Ｂに形成さ
れている貫通穴６１３Ｂと対向する部位に貫通穴４１が
形成されている。この貫通穴４１の内、貫通穴４１A は
溝６１１ＢA に形成されている貫通穴６１３Ｂの、貫通
穴４１B は溝６１１ＢB に形成されている貫通穴６１３
Ｂの、また、貫通穴４１C は溝６１１ＢC に形成されて
いる貫通穴６１３Ｂの、それぞれと対向する部位に形成
されている。
【００４７】４５，４５は、セパレータ６１Ａが備えて
いる貫通穴６１５Ａ，６１６Ａ中の、反応ガス流入側の
貫通穴６１５Ａ，６１６Ａに対向させて形成されている
貫通穴である。４６は、スタック１Ｂの出力電流を取り
出すための端子部である。端子部４６に形成されている
貫通穴４７は、締付けボルト９５を貫通させるために必
要に応じて備えられるものであり、貫通穴４８は、出力
電流を取り出す図示しない接続体を装着するために必要
に応じて備えられるものである。有底孔４２は、セパレ
ータ６１Ａと接触し合う側面４ａ側に開口されており、
有底孔４３は、側面４ａに対する反対側の側面側に開口
されている。両有底孔４２，４３を集電板４内で結ん
で、冷却用流体９９の通流路４４が図示のごとくに形成
されている。また、この有底孔４２は、セパレータ６１
Ａが持つ溝６１１ＢD に形成されている貫通穴６１３Ｂ
と対向する部位に形成されている。
いる貫通穴６１５Ａ，６１６Ａ中の、反応ガス流入側の
貫通穴６１５Ａ，６１６Ａに対向させて形成されている
貫通穴である。４６は、スタック１Ｂの出力電流を取り
出すための端子部である。端子部４６に形成されている
貫通穴４７は、締付けボルト９５を貫通させるために必
要に応じて備えられるものであり、貫通穴４８は、出力
電流を取り出す図示しない接続体を装着するために必要
に応じて備えられるものである。有底孔４２は、セパレ
ータ６１Ａと接触し合う側面４ａ側に開口されており、
有底孔４３は、側面４ａに対する反対側の側面側に開口
されている。両有底孔４２，４３を集電板４内で結ん
で、冷却用流体９９の通流路４４が図示のごとくに形成
されている。また、この有底孔４２は、セパレータ６１
Ａが持つ溝６１１ＢD に形成されている貫通穴６１３Ｂ
と対向する部位に形成されている。
【００４８】集電板５は、集電板９１Ａに対して、セパ
レータ６２Ａが備えているそれぞれの貫通穴６２４Ｂと
対向する部位に形成されている貫通孔の内、セパレータ
６２Ａが持つ溝６２１ＢC に連なる貫通孔に替えて有底
孔５２を、セパレータ６２Ａが持つ溝６２１ＢD に連な
る貫通孔に替えて有底孔５３を備えると共に、加熱部で
ある冷却用流体９９の通流路５４を備えることが相異し
ている。すなわち、集電板５は、セパレータ６２Ａが持
つ溝６２１Ｂに形成されている貫通穴６２４Ｂと対向す
る部位に貫通穴５１が形成されている。この貫通穴５１
の内、貫通穴５１A は溝６２１ＢA に形成されている貫
通穴６２４Ｂ、また、貫通穴５１B は溝６２１ＢB に形
成されている貫通穴６２４Ｂ、それぞれと対向する部位
に形成されている。５５，５５は、セパレータ６２Ａが
備えている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａ中の、反応ガス流
出側の貫通穴６２５Ａ，６２６Ａに対向させて形成され
ている貫通穴である。５６は、集電板４が持つ端子部４
６と同様の、スタック１Ｂの出力電流を取り出すための
端子部である。端子部５６に形成されている貫通穴５７
は、締付けボルト９５を貫通させるために必要に応じて
備えられるものであり、貫通穴５８は、出力電流を取り
出す図示しない接続体を装着するために必要に応じて備
えられるものである。有底孔５２と有底孔５３は共に、
セパレータ６２Ａと接触し合う側面５ａ側に開口されて
おり、両有底孔５２，５３を集電板５内で結んで、冷却
用流体９９の通流路５４が図示のごとくに形成されてい
る。
レータ６２Ａが備えているそれぞれの貫通穴６２４Ｂと
対向する部位に形成されている貫通孔の内、セパレータ
６２Ａが持つ溝６２１ＢC に連なる貫通孔に替えて有底
孔５２を、セパレータ６２Ａが持つ溝６２１ＢD に連な
る貫通孔に替えて有底孔５３を備えると共に、加熱部で
ある冷却用流体９９の通流路５４を備えることが相異し
ている。すなわち、集電板５は、セパレータ６２Ａが持
つ溝６２１Ｂに形成されている貫通穴６２４Ｂと対向す
る部位に貫通穴５１が形成されている。この貫通穴５１
の内、貫通穴５１A は溝６２１ＢA に形成されている貫
通穴６２４Ｂ、また、貫通穴５１B は溝６２１ＢB に形
成されている貫通穴６２４Ｂ、それぞれと対向する部位
に形成されている。５５，５５は、セパレータ６２Ａが
備えている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａ中の、反応ガス流
出側の貫通穴６２５Ａ，６２６Ａに対向させて形成され
ている貫通穴である。５６は、集電板４が持つ端子部４
６と同様の、スタック１Ｂの出力電流を取り出すための
端子部である。端子部５６に形成されている貫通穴５７
は、締付けボルト９５を貫通させるために必要に応じて
備えられるものであり、貫通穴５８は、出力電流を取り
出す図示しない接続体を装着するために必要に応じて備
えられるものである。有底孔５２と有底孔５３は共に、
セパレータ６２Ａと接触し合う側面５ａ側に開口されて
おり、両有底孔５２，５３を集電板５内で結んで、冷却
用流体９９の通流路５４が図示のごとくに形成されてい
る。
【００４９】加圧板９３Ｂ，電気絶縁板９２Ｂは、加圧
板９３Ａ，電気絶縁板９２Ａに対して、集電板４が備え
ている有底孔４３と対向する部位に、それぞれ貫通孔が
形成されていることが相異している。そうして、冷却用
流体９９の「出口」部の配管接続体９８は、加圧板９３
Ｂが備えるこの貫通孔の部位で、加圧板９３Ｂに装着さ
れている。
板９３Ａ，電気絶縁板９２Ａに対して、集電板４が備え
ている有底孔４３と対向する部位に、それぞれ貫通孔が
形成されていることが相異している。そうして、冷却用
流体９９の「出口」部の配管接続体９８は、加圧板９３
Ｂが備えるこの貫通孔の部位で、加圧板９３Ｂに装着さ
れている。
【００５０】前述した構成を持つスタック１Ｂにおける
冷却用流体９９の通流経路は、それぞれの単電池６Ａが
持つ溝６１１ＢC ６２１ＢC に関連する貫通穴６１３
Ｂ，７２，６２３Ｂ中を通流して、それぞれの溝６１１
ＢC ，６２１ＢC 中を分流して流れ、そうして、溝６１
１ＢC ，６２１ＢC に関連する貫通穴６１４Ｂ，７２，
６２４Ｂ中を通流して、集電板５に隣接する単電池６Ａ
が備えるセパレータ６２Ａに形成された溝６２１ＢC が
持つ貫通穴６２４Ｂから流れ出るところまでは、スタッ
ク９Ａにおける冷却用流体９９の通流経路と全く同一で
ある。
冷却用流体９９の通流経路は、それぞれの単電池６Ａが
持つ溝６１１ＢC ６２１ＢC に関連する貫通穴６１３
Ｂ，７２，６２３Ｂ中を通流して、それぞれの溝６１１
ＢC ，６２１ＢC 中を分流して流れ、そうして、溝６１
１ＢC ，６２１ＢC に関連する貫通穴６１４Ｂ，７２，
６２４Ｂ中を通流して、集電板５に隣接する単電池６Ａ
が備えるセパレータ６２Ａに形成された溝６２１ＢC が
持つ貫通穴６２４Ｂから流れ出るところまでは、スタッ
ク９Ａにおける冷却用流体９９の通流経路と全く同一で
ある。
【００５１】スタック１Ｂにおいて冷却用流体９９は、
溝６２１ＢC が持つ貫通穴６２４Ｂから流れ出た以降、
次の経路で通流する。すなわち、まず、集電板５が持つ
有底孔５２から集電板５が持つ通流路５４内を通流し、
集電板５が持つ有底孔５３から、単電池６Ａが備えるセ
パレータ６２Ａに形成された溝６２１ＢD が持つ貫通穴
６２４Ｂを介して、単電池の積層体に流入する。従っ
て、この間では、配管接続体９８および配管９７は不要
である。
溝６２１ＢC が持つ貫通穴６２４Ｂから流れ出た以降、
次の経路で通流する。すなわち、まず、集電板５が持つ
有底孔５２から集電板５が持つ通流路５４内を通流し、
集電板５が持つ有底孔５３から、単電池６Ａが備えるセ
パレータ６２Ａに形成された溝６２１ＢD が持つ貫通穴
６２４Ｂを介して、単電池の積層体に流入する。従っ
て、この間では、配管接続体９８および配管９７は不要
である。
【００５２】溝６２１ＢD が持つ貫通穴６２４Ｂから単
電池の積層体に再流入した冷却用流体９９は、スタック
９Ａの場合と同様に、溝６１１ＢD ，６２１ＢD に関連
する貫通穴６２４Ｂ，７２，６２４Ｂ中を通流しつつ、
それぞれの溝６１１ＢD ，６２１ＢD 中を分流して流
れ、そうして、溝６１１ＢD ，６２１ＢD に関連する貫
通穴６１３Ｂ，７２，６２３Ｂ中を通流して、集電板４
に隣接する単電池６Ａが備えるセパレータ６１Ａに形成
された溝６１１ＢD が持つ貫通穴６１３Ｂから流れ出
る。スタック１Ｂにおいては、溝６１１ＢD が持つ貫通
穴６１３Ｂから流れ出た冷却用流体９９は、集電板４が
持つ有底孔４２から集電板４が持つ通流路４４内を通流
し、集電板４が持つ有底孔４３から、電気絶縁板９２Ｂ
に形成されている有底孔４３と対向する貫通孔に流れ込
む。そうして、加圧板９３Ｂに形成されている有底孔４
３と対向する貫通孔の部位に装着された、「出口」部用
の配管接続体９８から、スタック１Ｂの外部に排出され
ることになる。
電池の積層体に再流入した冷却用流体９９は、スタック
９Ａの場合と同様に、溝６１１ＢD ，６２１ＢD に関連
する貫通穴６２４Ｂ，７２，６２４Ｂ中を通流しつつ、
それぞれの溝６１１ＢD ，６２１ＢD 中を分流して流
れ、そうして、溝６１１ＢD ，６２１ＢD に関連する貫
通穴６１３Ｂ，７２，６２３Ｂ中を通流して、集電板４
に隣接する単電池６Ａが備えるセパレータ６１Ａに形成
された溝６１１ＢD が持つ貫通穴６１３Ｂから流れ出
る。スタック１Ｂにおいては、溝６１１ＢD が持つ貫通
穴６１３Ｂから流れ出た冷却用流体９９は、集電板４が
持つ有底孔４２から集電板４が持つ通流路４４内を通流
し、集電板４が持つ有底孔４３から、電気絶縁板９２Ｂ
に形成されている有底孔４３と対向する貫通孔に流れ込
む。そうして、加圧板９３Ｂに形成されている有底孔４
３と対向する貫通孔の部位に装着された、「出口」部用
の配管接続体９８から、スタック１Ｂの外部に排出され
ることになる。
【００５３】図３〜図５に示す実施例では前述の構成と
したので、集電板４，５が備える加熱部である通流路４
４，５４内には、単電池６Ａの積層体を通流することで
温度が上昇した冷却用流体９９が通流することになる。
この冷却用流体９９の温度上昇値は、作用の項で述べた
ようにほぼ１０〔℃〕であり、他方、従来技術のスタッ
クの場合に問題とされている，単電池の積層方向におけ
る各単電池が持つ燃料電池セルの温度差は、図１３中に
例示したように５〔℃〕程度である。従って、ほぼ１０
〔℃〕の温度上昇値を持つスタックを冷却した冷却用流
体９９を用いるならば、加熱源を別途準備すること無し
に、単電池の積層方向における各単電池が持つ燃料電池
セルの温度差を低減する可能性が有るのである。
したので、集電板４，５が備える加熱部である通流路４
４，５４内には、単電池６Ａの積層体を通流することで
温度が上昇した冷却用流体９９が通流することになる。
この冷却用流体９９の温度上昇値は、作用の項で述べた
ようにほぼ１０〔℃〕であり、他方、従来技術のスタッ
クの場合に問題とされている，単電池の積層方向におけ
る各単電池が持つ燃料電池セルの温度差は、図１３中に
例示したように５〔℃〕程度である。従って、ほぼ１０
〔℃〕の温度上昇値を持つスタックを冷却した冷却用流
体９９を用いるならば、加熱源を別途準備すること無し
に、単電池の積層方向における各単電池が持つ燃料電池
セルの温度差を低減する可能性が有るのである。
【００５４】すなわち、図示のごとき通流路４４，５４
を備える集電板４，５は、この通流路４４，５４に温度
上昇した冷却用流体９９が通流されることで、集電板
４，５が熱の良導体でもある導電材で製作されているこ
とも有り、冷却用流体９９によってほぼ全面的に加熱さ
れ、かつ、冷却用流体９９によって積極的に加熱される
ことになる。これにより、単電池６Ａの積層方向におけ
る温度の差異を低減することが可能となるのである。そ
うして、スタック１Ｂに用いられている電気絶縁板９２
Ａ，９２Ｂは電気絶縁材を用いて製作されており、この
電気絶縁材は、集電板４，５に用いられている導電材と
比較するとその熱伝導率は小さいのが一般である。この
ような場合には、単電池６Ａの温度に対してさして大き
な温度差を持たない温度上昇した冷却用流体９９の熱に
よって、集電板４，５の加熱を能率的に行うことができ
るのである。このことは、温度上昇した冷却用流体９９
により集電板４，５の加熱を行ううえで、極めて好まし
いことなのである。
を備える集電板４，５は、この通流路４４，５４に温度
上昇した冷却用流体９９が通流されることで、集電板
４，５が熱の良導体でもある導電材で製作されているこ
とも有り、冷却用流体９９によってほぼ全面的に加熱さ
れ、かつ、冷却用流体９９によって積極的に加熱される
ことになる。これにより、単電池６Ａの積層方向におけ
る温度の差異を低減することが可能となるのである。そ
うして、スタック１Ｂに用いられている電気絶縁板９２
Ａ，９２Ｂは電気絶縁材を用いて製作されており、この
電気絶縁材は、集電板４，５に用いられている導電材と
比較するとその熱伝導率は小さいのが一般である。この
ような場合には、単電池６Ａの温度に対してさして大き
な温度差を持たない温度上昇した冷却用流体９９の熱に
よって、集電板４，５の加熱を能率的に行うことができ
るのである。このことは、温度上昇した冷却用流体９９
により集電板４，５の加熱を行ううえで、極めて好まし
いことなのである。
【００５５】また、スタック１Ｂによる構成は、単電池
の積層方向における各単電池が持つ燃料電池セルの温度
差の低減を図るに当たり、温度上昇した冷却用流体９９
を直接、集電板４，５内に形成された通流路４４，５４
に通流させることが可能であるので、配管，配管接続具
等を別途準備する必要が無いという利点も有る。そうし
て、実施例３によるスタック１Ｂは、実施例１，２によ
るスタック１，１Ａと比較して、単電池６Ａの積層方向
における温度分布の均一化を図るに当たり、温度上昇し
た冷却用流体９９を利用できることで、スタック１にお
ける発熱体２等内のジュール熱の発生を不要にすること
が可能となる。これにより、少なくともこのジュール熱
の分だけスタック１Ｂの出力電力値を増大することが可
能であるとの利点も有しているのである。
の積層方向における各単電池が持つ燃料電池セルの温度
差の低減を図るに当たり、温度上昇した冷却用流体９９
を直接、集電板４，５内に形成された通流路４４，５４
に通流させることが可能であるので、配管，配管接続具
等を別途準備する必要が無いという利点も有る。そうし
て、実施例３によるスタック１Ｂは、実施例１，２によ
るスタック１，１Ａと比較して、単電池６Ａの積層方向
における温度分布の均一化を図るに当たり、温度上昇し
た冷却用流体９９を利用できることで、スタック１にお
ける発熱体２等内のジュール熱の発生を不要にすること
が可能となる。これにより、少なくともこのジュール熱
の分だけスタック１Ｂの出力電力値を増大することが可
能であるとの利点も有しているのである。
【００５６】実施例３における今までの説明では、集電
板４，５は、特定の通流路４４，５４を備えるとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、集電板
４，５が備える温度上昇した冷却用流体９９を通流させ
る通流路は、各単電池が持つ燃料電池セル中心部のスタ
ックの単電池積層方向における温度差値、スタックの仕
様、冷却用流体９９の「入口」，出口」間の温度上昇
値、燃料電池セルの面積方向における温度分布の状況等
によって、通流路の形状・配置位置，通流路の複数の分
岐路への分割、集電板４，５における冷却用流体９９の
取入口，排出口の位置等を適宜に設定することが可能で
あることは勿論のことである。
板４，５は、特定の通流路４４，５４を備えるとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、集電板
４，５が備える温度上昇した冷却用流体９９を通流させ
る通流路は、各単電池が持つ燃料電池セル中心部のスタ
ックの単電池積層方向における温度差値、スタックの仕
様、冷却用流体９９の「入口」，出口」間の温度上昇
値、燃料電池セルの面積方向における温度分布の状況等
によって、通流路の形状・配置位置，通流路の複数の分
岐路への分割、集電板４，５における冷却用流体９９の
取入口，排出口の位置等を適宜に設定することが可能で
あることは勿論のことである。
【００５７】また、実施例３における今までの説明で
は、固体高分子電解質型燃料電池の集電板が備える加熱
部は、集電板内に形成された冷却用流体９９の通流路で
あるとしてきたが、これに限定されるものではなく、例
えば、集電板に隣接される冷却用流体９９によって加熱
される加熱体であってもよいものである。また、実施例
３における今までの説明では、単電池６Ａの積層体にお
いて、冷却用流体９９は単電池６Ａが備えるセパレータ
６１Ａ，６２Ａに形成された冷却部を通流するとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、単電池
として、冷却用流体９９を通流させる冷却部が備えられ
ていないセパレータを用い、その代わりに専用の冷却体
を備えて、この専用の冷却体を通流した冷却用流体９９
を適宜の配管を介して、集電板，または，集電板に隣接
されて冷却用流体９９によって加熱される加熱体に供給
を行うようにしてもよいものである。
は、固体高分子電解質型燃料電池の集電板が備える加熱
部は、集電板内に形成された冷却用流体９９の通流路で
あるとしてきたが、これに限定されるものではなく、例
えば、集電板に隣接される冷却用流体９９によって加熱
される加熱体であってもよいものである。また、実施例
３における今までの説明では、単電池６Ａの積層体にお
いて、冷却用流体９９は単電池６Ａが備えるセパレータ
６１Ａ，６２Ａに形成された冷却部を通流するとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、単電池
として、冷却用流体９９を通流させる冷却部が備えられ
ていないセパレータを用い、その代わりに専用の冷却体
を備えて、この専用の冷却体を通流した冷却用流体９９
を適宜の配管を介して、集電板，または，集電板に隣接
されて冷却用流体９９によって加熱される加熱体に供給
を行うようにしてもよいものである。
【００５８】実施例１〜３における今までの説明では、
実施例３は、実施例３による構成によるのみで、単電池
の積層方向における温度の差異の低減を図るとしてきた
が、これに限定されるものではなく、例えば、実施例３
と実施例１，２とを併用する構成としてもよいものであ
る。
実施例３は、実施例３による構成によるのみで、単電池
の積層方向における温度の差異の低減を図るとしてきた
が、これに限定されるものではなく、例えば、実施例３
と実施例１，２とを併用する構成としてもよいものであ
る。
【００５９】
【発明の効果】この発明においては、前述の構成とする
ことにより次記する効果を奏する。 単位燃料電池の積層方向における温度の分布の均一化
を図ることが可能となる。また、 前記項から、固体高分子電解質膜の乾燥による固体
高分子電解質膜の抵抗率値の増大、電極中に水が含浸す
ることによる電極中における反応ガスの拡散の阻害等の
問題が解消され、固体高分子電解質型燃料電池の出力性
能等の諸性能を向上することが可能となる。また、 前記，項による効果を得るに当たり、加熱用電源
装置，加熱源装置を別途準備する必要が無いので、前記
した出力性能等の諸性能が向上された固体高分子電解質
型燃料電池を、僅かの製造原価の上昇のみで得ることが
可能となる。また、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板の部
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、部品点数の増加が発生しないの
で、前記した出力性能等の諸性能が向上された固体高分
子電解質型燃料電池を、安価な製造原価により得ること
が可能となる。さらにまた、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板を、
単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流
体で加熱される、例えば、集電板内に形成され，単位燃
料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流体を通
流させる冷却用流体用の通流路である等の、加熱部を備
える構成とすることにより、単位燃料電池の積層方向に
おける温度の分布の均一化を図るためにジュール熱の発
生が不要となるので、前記した固体高分子電解質型燃料
電池の出力値をさらに向上することが可能となる。
ことにより次記する効果を奏する。 単位燃料電池の積層方向における温度の分布の均一化
を図ることが可能となる。また、 前記項から、固体高分子電解質膜の乾燥による固体
高分子電解質膜の抵抗率値の増大、電極中に水が含浸す
ることによる電極中における反応ガスの拡散の阻害等の
問題が解消され、固体高分子電解質型燃料電池の出力性
能等の諸性能を向上することが可能となる。また、 前記，項による効果を得るに当たり、加熱用電源
装置，加熱源装置を別途準備する必要が無いので、前記
した出力性能等の諸性能が向上された固体高分子電解質
型燃料電池を、僅かの製造原価の上昇のみで得ることが
可能となる。また、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板の部
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、部品点数の増加が発生しないの
で、前記した出力性能等の諸性能が向上された固体高分
子電解質型燃料電池を、安価な製造原価により得ること
が可能となる。さらにまた、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板を、
単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流
体で加熱される、例えば、集電板内に形成され，単位燃
料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流体を通
流させる冷却用流体用の通流路である等の、加熱部を備
える構成とすることにより、単位燃料電池の積層方向に
おける温度の分布の均一化を図るためにジュール熱の発
生が不要となるので、前記した固体高分子電解質型燃料
電池の出力値をさらに向上することが可能となる。
【図１】請求項１，２に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
【図２】請求項１，３に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
【図３】請求項４，５に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
【図４】図３中に示した一方の集電板の、（ａ）は一部
破断して図３におけるＲ矢方向から見た図、（ｂ）は図
４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図
破断して図３におけるＲ矢方向から見た図、（ｂ）は図
４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図
【図５】図３中に示した他方の集電板の、（ａ）は一部
破断して図３におけるＳ矢方向から見た図、（ｂ）は図
５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図
破断して図３におけるＳ矢方向から見た図、（ｂ）は図
５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図６】固体高分子電解質型燃料電池が備える一般例の
単位燃料電池を展開した状態で模式的に示した要部の側
面断面図
単位燃料電池を展開した状態で模式的に示した要部の側
面断面図
【図７】図６に示した単位燃料電池を展開した状態で模
式的に示した斜視図
式的に示した斜視図
【図８】単位燃料電池が有するセパレータを図６におけ
るＰ矢方向から見た図
るＰ矢方向から見た図
【図９】従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的
に示した要部の構成図で，（ａ）はその側面図、（ｂ）
はその上面図
に示した要部の構成図で，（ａ）はその側面図、（ｂ）
はその上面図
【図１０】図９中に示した固体高分子電解質型燃料電池
に与える冷却用流体の通流路を説明する説明図
に与える冷却用流体の通流路を説明する説明図
【図１１】異なる従来例の固体高分子電解質型燃料電池
を模式的に示した要部の構成を示す上面図
を模式的に示した要部の構成を示す上面図
【図１２】図１１において用いられているセパレータを
図１１におけるＱ矢方向から見た図
図１１におけるＱ矢方向から見た図
【図１３】従来例の固体高分子電解質型燃料電池の単位
燃料電池積層方向における、各単位燃料電池が持つ燃料
電池セルの面積方向における中心部の温度分布の測定例
を示すグラフ
燃料電池積層方向における、各単位燃料電池が持つ燃料
電池セルの面積方向における中心部の温度分布の測定例
を示すグラフ
１ 固体高分子電解質型燃料電池（スタック） ２ 発熱体 ６ 単電池 ９１ 集電板
Claims (5)
- 【請求項１】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主
面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに
燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝
が形成されている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電
池を複数個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレ
ータの反ガス通流溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃
料電池が有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対
向させて，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単
位燃料電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の
積層体の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側
面に当接された導電材製の集電板と、これ等の集電板
の，少なくとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置
する集電板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶
縁板と、これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電
池の積層体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に
当接され，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板
をこれ等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板
と、燃料電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を
供給する部位および排出する部位に設置された冷却用流
体用の配管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱
を除去する冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管
接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部から供給さ
れ，単位燃料電池を冷却した後，冷却用流体の排出側用
の配管接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排
出されるものである、固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 単位燃料電池の積層体の少なくとも両端末に位置するセ
パレータの外側面に当接されている集電板の部位に、固
体高分子電解質型燃料電池が出力する電流によって加熱
される発熱体が形成されてなることを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 集電板の部位に形成される発熱体は、単位燃料電池の積
層体と集電板との間に挟挿される薄板状で抵抗材料製の
発熱体であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。 - 【請求項３】請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 集電板の部位に形成される発熱体は、抵抗材料製の集電
板であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。 - 【請求項４】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主
面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに
燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝
が形成されている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電
池を複数個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレ
ータの反ガス通流溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃
料電池が有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対
向させて，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単
位燃料電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の
積層体の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側
面に当接された導電材製の集電板と、これ等の集電板
の，少なくとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置
する集電板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶
縁板と、これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電
池の積層体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に
当接され，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板
をこれ等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板
と、燃料電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を
供給する部位および排出する部位に設置された冷却用流
体用の配管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱
を除去する冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管
接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部から供給さ
れ，単位燃料電池を冷却した後，冷却用流体の排出側用
の配管接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排
出されるものである、固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 集電板は、単位燃料電池を冷却することで温度が上昇し
た冷却用流体で加熱される加熱部を備えることを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項５】請求項４に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 集電板が備える加熱部は、集電板内に形成され，単位燃
料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流体を通
流させる冷却用流体用の通流路であることを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6308510A JPH08167424A (ja) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6308510A JPH08167424A (ja) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08167424A true JPH08167424A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=17981900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6308510A Pending JPH08167424A (ja) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08167424A (ja) |
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- 1994-12-13 JP JP6308510A patent/JPH08167424A/ja active Pending
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