JPH09283157A

JPH09283157A - 燃料電池、燃料電池の製造方法、複合ガスセパレータ、およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09283157A
Application number: JP8097110A
Authority: JP
Inventors: Hideo Maeda; 秀雄前田; Kenro Mitsuta; 憲朗光田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-18
Also published as: JP3331117B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水分の供給と排出がスムーズで、安定した高
い特性を出すことができる燃料電池を得る。【解決手段】多数の貫通孔３２ｈを有する導電性薄板
３２に凹凸（３４）を設け、この薄板３２と単電池１０
の間に形成される空間で、酸化剤ガス流路１１と燃料ガ
ス流路１２を形成する。貫通孔３２ｈは透水性で不透気
性の樹脂３３で封孔されており、ガスは通さないが水分
が移動できる。【効果】燃料電池の酸化剤電極側で発生した余分な水
分がセパレータを介して水分が不足しがちな燃料電極側
に供給される。そのために、空気側ではガスの流通が良
くなり、燃料電極側では電解質膜に適度な水分が供給さ
れるために高い伝導度を保つことができ、高い特性を安
定して維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な反応
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ー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ー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ー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ー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ー
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】この発明に係る燃料電池
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。

【００３３】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。

【００３４】また、この発明に係る燃料電池において、
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。

【００３５】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。

【００３６】また、この発明に係る燃料電池は、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、
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。

【００３７】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。

【００３８】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【００３９】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。

【００４０】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【００４１】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。

【００４２】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【００４３】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。

【００４４】また、この発明に係る燃料電池の製造方法
は、上記ガスセパレータの製造に際して、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。

【００４５】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。

【００４６】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【００４７】また、この発明に係る燃料電池は、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）ＳＵＳ３１６、３１６ｌの材料の
いずれかを用いてなるものである。

【００４８】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【００４９】また、この発明に係る燃料電池は、上記材
料として、ル）ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、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。

【００５０】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。

【００５１】また、この発明に係る燃料電池の製造方法
は、上記絶縁樹性のコーティングとして、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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】また、この発明に係る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。

【００５６】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。

【００５７】また、この発明に係る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。

【００５８】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。

【００５９】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）ＮＢ
Ｒ、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。

【００６０】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。

【００６１】また、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。

【００６２】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。

【００６３】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、撥水性材料を設けてなるものである。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【００７２】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。

【００７３】

【発明の実施の形態】

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。なお、この実施の形態１は、主に請求項１、
２、４、６、８〜１１に記載される発明を示すものであ
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２３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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】実施の形態２．以下、実施の形態２につい
て説明する。なお、この実施の形態２は、主に請求項１
の発明を示している。図４は実施の形態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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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、ここに示した実施の形態の方が良い特
性が得られる。

【００８９】また、この実施の形態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。

【００９０】また、図５にこの実施の形態の変形例を示
すように、各凸部の形状を加工性のよい２段絞りで肩３
４ａ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。

【００９１】実施の形態３．以下、実施の形態３につい
て説明する。なお、この実施の形態３は主に請求項３の
発明を示すものである。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１
０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２ｍ
ｍ、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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】なお、動作については水分移動の点につい
てのみ、上述した実施形態と異なるだけで、燃料電池の
動作としては同様である。さらに、この実施形態におい
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。

【００９７】実施の形態４．以下、実施の形態４につい
て説明する。なお、実施の形態４は、主に請求項５、１
０、１１の発明を示すものである。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。

【００９８】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実施の形態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。

【００９９】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。

【０１００】なお、実施の形態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、ＦＥ
Ｐ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＴＦＥ等のフッ素系樹脂、
ヲ）シリコン樹脂。

【０１０１】実施の形態５．以下、実施の形態５につい
て説明する。なお、実施の形態５は、主に請求項５、
７、１２の発明を示すものである。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、実施の形態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。

【０１０２】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。

【０１０３】動作については実施の形態１と実施の形態
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３１の製造方法は、実施の形態４として、図８に
示したものにも適用できる。

【０１０４】実施の形態６．以下、実施の形態６につい
て説明する。なお、この実施の形態６は、主に請求項１
３〜１７の発明を示すものである。図１０、図１１は実
施の形態６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１
０と共働してガス流路１１、１２を形成している。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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°Ｃ以上のプラスチック
（樹脂）が好ましい。

【０１１０】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。

【０１１１】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、実施の形態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６で
は、チタン成型品を使用した。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】−端：ａ１・・ａｎ−ｂ１・・・・・ｈｐ
−ｉ１・・ｉｎ：＋端

【０１１６】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。

【０１１７】しかし、この実施形態６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。

【０１１８】実施の形態７．以下、この発明の実施の形
態７について説明する。なお、実施の形態７は、主に請
求項１８について説明するものである。ここでは、前述
した実施の形態６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。

【０１１９】実施の形態８．以下、この発明の実施の形
態８について説明する。なお、実施の形態８は、主に請
求項１９について説明するものである。図１４は、実施
の形態８を示す複合セパレータの模式的な平面透視図で
ある。実施の形態８の概略内容は、実施の形態６に示し
た図１１と同様であり省略するが、この実施の形態８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。

【０１２０】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。

【０１２１】次に実施の形態８の動作について説明す
る。実施の形態７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。

【０１２２】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。

【０１２３】しかし、実施の形態８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。

【０１２４】実施の形態９．以下、この発明の実施の形
態９について説明する。なお、実施の形態９は、主に請
求項２０の複合ガスセパレータについて説明するもので
ある。図１５は、実施の形態９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。

【０１２５】次に、実施の形態９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０．７４
Ｖ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。

【０１２６】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、この実施の形態は
実施の形態６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。

【０１２７】実施の形態１０．以下、この発明の実施の
形態１０について説明する。なお、実施の形態１０は、
主に請求項２１の複合ガスセパレータを示すものであ
る。図１６は、実施の形態１０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、実施の形態
１０では、素線が穴４８中を自由に移動できるよう構成
されている。

【０１２８】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。

【０１２９】次に、実施の形態１０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４７ｃ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。

【０１３０】実施の形態１１．以下、この発明の実施の
形態１１について説明する。なお、実施の形態１１は、
主に請求項２２の複合セパレータについて説明するもの
である。図１７は、実施の形態１１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〜６４ｋ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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】実施の形態１２．以下、この発明の実施の
形態１２について説明する。この実施の形態１２は実施
の形態１１の変形例を示すものである。図１８は、図１
７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６４ａと６
４ｂでは同じ長さとなっている。

【０１３５】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ー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。

【０１３６】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。

【０１３７】

【発明の効果】この発明に係る燃料電池は、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。

【０１３８】また、この発明に係る燃料電池において、
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。

【０１３９】また、この発明に係る燃料電池は、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、
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。

【０１４０】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【０１４１】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【０１４２】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【０１４３】また、この発明に係る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。

【０１４４】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【０１４５】また、この発明に係る燃料電池は、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）ＳＵＳ３１６、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。

【０１４６】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【０１４７】また、この発明に係る燃料電池は、上記材
料として、ル）ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、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。

【０１４８】また、この発明に係る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。

【０１４９】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。

【０１５０】また、この発明に係る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。

【０１５１】また、この発明に係る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。

【０１５２】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）ＮＢ
Ｒ、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。

【０１５３】また、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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】また、この発明に係る燃料電池は、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示すガスセパレー
タの斜視図である。

【図２】この発明の実施の形態１を示す燃料電池の断
面図である。

【図３】この発明の実施の形態１の変形例を示す燃料
電池の断面図である。

【図４】この発明の実施の形態２を示す燃料電池の断
面図である。

【図５】この発明の実施の形態２の変形例を示すガス
セパレータの斜視図である。

【図６】この発明の実施の形態３を示すガスセパレー
タの斜視図である。

【図７】この発明の実施の形態３を示す燃料電池の断
面図である。

【図８】この発明の実施の形態４を示す燃料電池の断
面図である。

【図９】この発明の実施の形態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６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６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６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７を示す、図１１の
一部拡大図である。

【図１４】この発明の実施の形態８を示す複合ガスセ
パレータの平面透視図である。

【図１５】この発明の実施の形態９を示す複合ガスセ
パレータの平面透視図である。

【図１６】この発明の実施の形態１０を示す複合ガス
セパレータの平面透視図である。

【図１７】この発明の実施の形態１１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】この発明の実施の形態１２を示す平面図で
ある。

【図１９】この発明の実施の形態１２の変形例を示す
平面図である。

【図２０】この発明の実施の形態１２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。

Claims

【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、を備えてなる燃料電池。
【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、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
いる燃料電池。
【請求項３】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、を備えてなる燃料電池。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の燃料電池において、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燃料電池。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の燃料電池において、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がなされている燃料電
池。
【請求項６】請求項１に記載の燃料電池において、上記透水性で不透気性の樹脂として、下記イ〜ハに記載
のいずれかの材料を用いてなる燃料電池。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
【請求項７】請求項１に記載の燃料電池の製造方法に
おいて、上記ガスセパレータの製造に際しては、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燃料電
池の製造方法。
【請求項８】請求項１に記載の燃料電池において、上記貫通孔を有する薄板の形状として下記ニ〜ヘのいず
れかの形状を用いてなる燃料電池。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
【請求項９】請求項１に記載の燃料電池において、上記薄板として下記ト〜ヌの材料のいずれかを用いてな
る燃料電池。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）ＳＵＳ３１６、３１６ｌ
【請求項１０】請求項５に記載の燃料電池において、上記絶縁性のコーティングとして、水との接触角が１８
０゜以上の材料を用いてなる燃料電池。
【請求項１１】請求項１０に記載の燃料電池におい
て、上記材料として、下記ル、ヲに記載のいずれかの材料を
用いてなる燃料電池。ル）ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、
ＴＦＥ等のフッ素系樹脂ヲ）シリコン樹脂
【請求項１２】請求項５に記載の燃料電池の製造方法
において、上記絶縁性のコーティングは、絶縁性の樹脂のエマルジ
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燃料電池の製造方法。
【請求項１３】請求項１乃至請求項５のいずれかに記
載のガスセパレータを複数個平面的に硬質の絶縁性の樹
脂を介して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燃料電池の
複合ガスセパレータ。
【請求項１４】請求項１３に記載の複合ガスセパレー
タの製造方法において、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性の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てなる燃料電池の複合ガスセ
パレータの製造方法。
【請求項１５】請求項１３に記載の燃料電池の複合ガ
スセパレータにおいて、上記硬質の絶縁性の樹脂として熱変形温度が燃料電池の
運転温度よりも高い８０℃以上の樹脂であって、下記ワ
〜ヨに記載のいずれかの樹脂を用いてなる燃料電池の複
合ガスセパレータ。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
【請求項１６】請求項１３に記載の燃料電池の複合ガ
スセパレータにおいて、上記エラストマーとして、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、下記ツ
〜ナに記載のいずれかの樹脂を用いてなる燃料電池の複
合ガスセパレータ。ツ）ＮＢＲ、ＣＲ、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ＩＩＲ、ＣＳＭネ）フッ素系ＦＰＭナ）シリコン系ＭＦＱ
【請求項１７】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１８】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
性材料を設けてなる燃料電池の複合ガスセパレータ。
【請求項１９】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
てなる燃料電池の複合ガスセパレータ。
【請求項２０】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、上記絶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
てなる燃料電池の複合ガスセパレータ。
【請求項２１】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燃料電池の複合ガスセパレ
ータ。
【請求項２２】複数のガスセパレータと単電池を積層
してなる燃料電池において、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
るようにしてなる燃料電池。