WO1996037920A1 - Pile a combustible et procede permettant de la reguler - Google Patents

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WO1996037920A1
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Takafumi Okamoto
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell including a fuel cell structure having an anode electrode and a cathode electrode facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a separator having the fuel cell structure interposed therebetween, and a control method therefor.
  • a fuel cell structure having an anode electrode and a cathode electrode facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a separator having the fuel cell structure interposed therebetween, and a control method therefor.
  • a solid polymer electrolyte membrane fuel cell has a unit cell (a polymer cell comprising a polymer ion exchange membrane, and a catalyst electrode and a porous carbon electrode disposed on both sides of the electrolyte membrane, respectively).
  • a unit cell a polymer cell comprising a polymer ion exchange membrane, and a catalyst electrode and a porous carbon electrode disposed on both sides of the electrolyte membrane, respectively.
  • the hydrogen supplied to the anode side is converted to hydrogen ions on the catalyst electrode, and is passed through a moderately humidified electrolyte membrane to the cathode electrode side composed of porous carbon.
  • an oxidizing gas for example, oxygen gas or air is supplied to the force source electrode, the hydrogen ions and oxygen react at the force source electrode to generate water.
  • the generated electrons are extracted to an external circuit and used as DC electric energy.
  • Japanese Patent Laying-Open No. 6-20713 discloses this type of fuel cell.
  • this conventional technology when supplying water for humidification to provide a sufficiently high power generation function to the solid polymer electrolyte membrane, water is drained on the surface of the separator according to the operating conditions of the fuel cell.
  • the fuel gas supply groove and the oxidant gas supply groove provided in the separator are parallel flow, and the flow direction is directed downward in the direction of gravity to discharge as drain. It was done.
  • the fuel gas and the oxidant gas are supplied along the solid polymer electrolyte membrane, the anode electrode, and the force source electrode.
  • a configuration is used in which the cooling water flows parallel to the direction of gravity and the cooling water flows perpendicular to the gravity direction.
  • this configuration can avoid the drawbacks caused by the instability of the generated voltage, which can occur in the state of condensation and dew condensation for 7 minutes, but at the outlet of the fuel cell. It has been confirmed that the current density temporarily increases due to the temperature rise on the side.
  • the solid polymer electrolyte membrane 12 sandwiched between the anode 8 and the force electrode 10 is oxidized by a fuel gas such as hydrogen gas and an oxygen gas such as oxygen gas.
  • a fuel gas such as hydrogen gas
  • an oxygen gas such as oxygen gas
  • a first single cell, fuel gas supply means, cooling plate there is known a fuel cell in which an oxidizing gas supply unit and a second unit cell are sequentially stacked.
  • the cooling plate has a cooling water channel therein, and cools the first and second unit cells via the fuel gas supply means and the oxidant gas supply means, and
  • the cooling plate is configured so that the cooling efficiency of the surface in contact with the fuel gas supply means is higher than the cooling efficiency of the surface in contact with the oxidant gas supply means.
  • the cooling water passage of the cooling plate is brought close to the fuel gas supply means side or the fuel gas supply means is Separate cooling water passages are provided on the fuel gas supply means side and the oxidant gas supply means side, or a cooling member having different thermal conductivity is used between the fuel gas supply means side and the oxidant gas supply means side. This is dealt with by making the thickness of the passage member smaller than the thickness of the oxidant gas passage member.
  • the fuel gas supply means, the cooling plate, and the oxidant gas supply means are provided as a separator interposed between the first unit cell and the second unit cell. Is provided. For this reason, it has been pointed out that the number of components of the separator increases and the thickness of the separator increases, which makes it impossible to reduce the size of the entire fuel cell. Further, when the number of components constituting the separator increases, there is a problem that the weight of the entire fuel cell increases.
  • the present invention when a fuel cell is formed by stacking a large number of fuel cells using an electrolyte membrane, the output voltage of each fuel cell is stabilized, and the force and the life of the fuel cell itself are reduced. It is an object of the present invention to provide a fuel cell control method that can be lengthened and that can be manufactured at a low cost with a simple configuration.
  • the present invention provides a fuel which can set the cooling efficiency of the anode side electrode and the force side electrode respectively to the optimum, and does not increase the number of parts, and can easily be made compact and lightweight. It is intended to provide a battery. It is another object of the present invention to provide a fuel cell that can easily and accurately equalize the temperature of a power generation unit with a simple configuration.
  • Still another object of the present invention is to provide a multifunctional fuel cell which has a simple structure and can provide a desired tightening force while directly humidifying the electrolyte membrane. Disclosure of the invention
  • a fuel gas and an oxidizing gas are caused to flow through a fuel cell along the direction of gravity, and a cooling medium, for example, cooling water is supplied from the opposite direction, that is, against gravity.
  • a cooling medium for example, cooling water is supplied from the opposite direction, that is, against gravity.
  • heat generated in the lower part of each fuel cell in the vertical direction is cooled by the cooling medium having an excellent cooling capacity because the heat flows through the separators constituting the fuel cell.
  • the present invention includes, as a separation, an anode-side element member in contact with the anode-side electrode and a cathode-side element member in contact with the cathode-side electrode, and a cooling medium flow path therebetween. Directly formed. For this reason, the number of separation components can be easily reduced. Furthermore, contact surface enlarged portions are provided on respective surfaces of the anode side element member and the force side element member that form the cooling medium flow path. Therefore, the optimum cooling efficiency can be set for each of the anode electrode and the cathode electrode only by changing the shape and the like of each contact area enlarged portion.
  • the present invention provides a temperature control medium having the same flow path structure as a first gas flow path for flowing an oxidizing gas and a second gas flow path for flowing Z or fuel gas through a partition.
  • a flow path is provided, and the flow directions of the oxidizing gas and Z or the fuel gas and the flow direction of the temperature control medium are set to be opposite to each other. Therefore, for example, the oxidizing gas flowing through the first gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path flow in the same flow path in the opposite direction, and flow in opposite directions.
  • the heat exchange efficiency between the media is improved, and the temperature of the power generation unit can be made uniform.
  • the temperature of the power generation unit can be made uniform by the fuel gas flowing through the second gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path.
  • first and second cooling passages are provided independently in the separator, and the first and second cooling passages respectively correspond to an anode electrode and a cathode electrode.
  • the desired first and second cooling media can be selectively introduced. Wear. For this reason, for example, it is possible to use water as the first cooling medium to directly humidify the anode electrode and the fuel gas, while applying a clamping force to the force side electrode via the second cooling medium. . Also, the optimum cooling efficiency for the anode side electrode and the cathode side electrode can be set separately.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view illustrating the principle of the method of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell according to the first embodiment for carrying out the method of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view showing a joined state of a solid polymer electrolyte membrane and an electrode constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a front view of a gasket constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a front view of a first manifold plate constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a front view of a second manifold plate constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a front view of a surface pressure generating plate constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a front view of a separator main body constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view of a rectifying plate incorporated in first and second manifold plates constituting the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the fuel cell according to the first embodiment has no temperature distribution.
  • FIG. 11 is a perspective explanatory view of a state where a manifold plate and a rectifying plate constituting a fuel cell according to a second embodiment of the present invention are integrally formed.
  • FIG. 12 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a partially exploded perspective view of the fuel cell according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a vertical explanatory view of a separator constituting the fuel cell according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along line XV-XV in FIG.
  • FIG. 16 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a partially exploded perspective view of the fuel cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18 is a longitudinal sectional view of the fuel cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of the gas flow path and the cooling medium flow path of the oxidizing gas gas flow compensator constituting the fuel cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of a gas flow path and a cooling medium flow path of a fuel gas rectifying plate constituting the fuel cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21 is a vertical sectional view of a separator constituting the fuel cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a partially exploded perspective view of the fuel cell according to the fifth embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line XXIV—XXIV in FIG.
  • FIG. 25 is a schematic explanatory view of a supply means of the first cooling medium.
  • FIG. 26 is an explanatory diagram of the pressure control means for the second cooling medium.
  • FIG. 27 is a configuration diagram of another pressure control means of the second cooling medium.
  • FIG. 28 is a sectional view taken along the line XXVIII-XXVIII in FIG.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view taken along line XXIX—XXIX in FIG.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view taken along line X XX—XX X in FIG.
  • FIG. 31 is a schematic explanatory view showing a stacked state of fuel cells according to a conventional technique.
  • FIG. 32 is a perspective explanatory view showing the relationship between the arrangement state of fuel cells and the temperature distribution according to the related art.
  • FIG. 33 is a perspective explanatory view showing the relationship between the arrangement state of fuel cells and the temperature distribution according to the conventional technique.
  • the fuel cell according to the first embodiment of the present invention is basically configured by stacking a large number of fuel cells 20 in a horizontal direction.
  • the fuel cell 20 includes a fuel cell structure 28 including a cathode-side electrode 26 and a cathode-side electrode 24 with the solid polymer electrolyte membrane 22 interposed therebetween.
  • the configuration of the fuel cell structure 28 is described in detail in, for example, International Publication No. WO94-157377, which is incorporated in the present invention.
  • the solid polymer electrolyte membrane 22, the anode-electrode 26, and the cathode-side electrode 24 are separately configured, but it is needless to say that these may be integrated.
  • the electrolyte membrane 22 has oval holes 22a for allowing fuel gas such as 7j element to pass in one direction, and holes for passing cooling water.
  • a portion 22 b and a hole 22 c for allowing an oxidizing gas, for example, oxygen gas to pass therethrough are provided on the upper side thereof, while a fuel gas is provided on the lower side of the electrolyte membrane 22.
  • a first gasket 30 and a second gasket 32 are provided on both sides of the fuel cell structure 28.
  • the first gasket 30 has a large opening 34 for accommodating the force side electrode 24, and the second gasket 32 has an opening 36 for accommodating the anode electrode 26. Is defined.
  • the first gasket 30 and the second gasket 32 have holes 30a, 30d, 32a, 32d for passing fuel gas, and holes for cooling water.
  • 30b, 30e, 32b, 32e, and holes 30c, 30f, 32c, 32f for passing the oxidizing gas are provided at the upper and lower ends, respectively. (See Figure 4).
  • the oval provided on the side of the first and second gaskets 30 and 32 is a hole for reducing the weight of the gaskets 30 and 32.
  • the separator 40 is basically composed of a first manifold plate 42, a first surface pressure generating plate 44 in contact with the first manifold plate 42, and a second surface pressure generating plate 46.
  • a separator main body 48 sandwiched between the first surface pressure generating plate 44 and the second surface pressure generating plate 46, and a second member abutting on the second surface pressure generating plate 46.
  • a manifold plate 50 sandwiched between the first surface pressure generating plate 44 and the second surface pressure generating plate 46, and a second member abutting on the second surface pressure generating plate 46.
  • the first manifold plate 42 is formed of a rectangular flat plate, and is provided with a fuel gas supply recess 42 a for supplying fuel gas at an upper right corner thereof.
  • a cooling water discharge hole 42b for discharging the cooling water is provided adjacent thereto.
  • an oxidizing gas supply hole 42c for supplying an oxidizing gas is provided at the upper left corner of the first manifold plate 42.
  • a fuel gas discharge recess 42d for discharging fuel gas is provided, and cooling is provided adjacent to the fuel gas discharge recess 42d.
  • a water supply hole 42e is provided.
  • an oxidizing gas discharge hole 42f is provided.
  • the opening 43 connects the fuel gas supply recess 42 a and the fuel gas discharge recess 42 d.
  • the oval holes extending in the vertical direction on both sides of the first manifold plate 42 are for reducing the weight of the first manifold plate 42, and have a perfect circular shape. These holes are used for passing a stud or the like during lamination.
  • the first manifold plate 42 and the second manifold plate 50 are basically configured symmetrically. Accordingly, the detailed description of the second manifold plate 50 is omitted, but the second manifold plate 50 has a fuel gas supply hole 50a and a cooling water discharge hole. 50 b, an oxidant gas supply recess 50 c, a fuel gas discharge hole 50 d, a cooling water supply hole 50 e, and an oxidant gas discharge recess 50 f. are doing.
  • the oxidant gas supply recess 50 c and the oxidant gas discharge recess 50 f are in communication with each other by the opening 52.
  • the first surface pressure generating plate 44 abutting on the first manifold plate 42 will be described with reference to FIG. Since the second surface pressure generating plate 46 is substantially the same as the first surface pressure generating plate 44, a detailed description thereof will be omitted.
  • the first surface pressure generating plate 44 is a flat plate made of a conductive material such as carbon or metal.
  • a fuel gas supply communication hole 44a communicating with the fuel gas supply recess 42a is provided in the upper right corner, and a cooling water discharge hole 42b adjacent to this.
  • a communication hole for cooling water discharge 4 4 b is defined.
  • an oxidizing gas supply communication hole 44c communicating with the oxidizing gas supply hole 42c is provided.
  • a communication hole 44d for fuel gas discharge communicating with the recess 42d for fuel gas discharge of the first manifold plate 42 is located close to the communication hole 44d.
  • a cooling water supply communication hole 44 e communicating with the cooling water supply hole 42 e is provided.
  • an oxidizing gas discharging communication hole 44 ⁇ communicating with the oxidizing gas discharging hole 42 f is provided.
  • the remaining elliptical holes defined in the first surface pressure generating plate 44 are for reducing the weight thereof, and the perfect circular holes are the fuel cell 2 0 is used for passing studs when laminating and tightening.
  • FIG. 8 shows a third manifold plate, that is, a separator body 48.
  • the separator main body 48 supplies cooling water to cool the fuel cell structure 28.
  • the relatively thick separator body 48 is made of a conductive material such as a carbon material or a metal plate, and has a recess 42 a and a fuel gas supply hole 48 a communicating with the communication hole 44 a.
  • Cooling water discharge hole 4 2 b and cooling water discharge recess 48 b communicating with the communication hole 44 b are adjacent to the hole 48 a, and are provided at approximately the upper center of the bracket main body 48.
  • an oxidant gas supply hole 42c and an oxidant supply hole 48c communicating with the communication hole 44c are provided at the upper left corner.
  • a recess 42 d for fuel gas discharge and a hole 48 d communicating with the communication hole 44 d are provided.
  • a supply recess 48e is provided.
  • an oxidizing gas discharge hole 48 mm is provided.
  • the recess 48 b and the recess 48 e are in communication with each other by the opening 62 largely defined.
  • Cooling flow straightening plates 70 and 72 are fitted and fixed to the opening 62 of the separator body 48. When the cooling water straightening plates 70 and 72 are combined, the thickness becomes substantially the same as the thickness of the separator body 48.
  • the cooling water straightening plate 70 is a composite extending in the vertical direction in FIG. It has several parallel grooves 70a, and similarly, the cooling water straightening plate 72 also has a plurality of parallel grooves 72a. When the cooling water straightening plates 70 and 72 are combined, the grooves 70a and 72a define large cooling water straightening passages, respectively. Ensure communication with the recesses 48b and 48e.
  • the fuel gas rectifying plate 80 is fitted into the opening 43 of the first manifold plate 42.
  • One surface of the fuel gas baffle 80 is flat, and the other surface is formed with a plurality of parallel grooves 80a extending in the vertical direction.
  • the parallel groove 80a allows the fuel gas supply recess 42a to communicate with the fuel gas discharge recess 42d.
  • the oxidizing gas gas flow regulating plate 82 is fitted into the opening 52 of the second manifold plate 50.
  • One surface of the oxidizing gas gas flow regulating plate 82 is formed flat, and the other surface thereof defines a plurality of parallel grooves 82a extending in the vertical direction.
  • the thickness of the first manifold plate 42 and the fuel gas flow regulating plate 80, and the thickness of the second manifold plate 50 and the oxidizing gas flow regulating plate 82 are substantially the same.
  • the separation main body 48 constructed in this manner is sandwiched between the first surface pressure generating plate 44 and the second surface pressure generating plate 46, and these are further separated into the first manifold plate 42 and the second It is sandwiched between two hold plates 50.
  • the second gasket 32 comes in contact with the first manifold plate 42
  • the first gasket 30 comes in contact with the second manifold plate 50.
  • the fuel cell structure 28 is sandwiched, and the stacked fuel cell 20 is configured.
  • the fuel gas supply holes 22 a of the solid polymer electrolyte membrane 22 constituting the fuel cell structure 28, the holes 30 a of the first gasket 30, and the holes of the second gasket 32 are formed.
  • the fuel cell according to the first embodiment for performing the control method of the fuel cell according to the present invention The configuration is as described above. Next, the operation will be described.
  • a large number of fuel cells 20 are stacked on each other to form a fuel cell.
  • the stacked fuel cells 20 are arranged in a horizontal direction.
  • the 7j elemental gas is used as fuel gas, the recess 42 a of the first manifold plate 42, the communication hole 44 a of the first surface pressure generating plate 44, and the separator body.
  • the fuel gas passes from the concave portion 42a to the concave portion 42d through the groove 80a of the rectifying plate 80.
  • the fuel gas passing through the groove 80 a of the current plate 80 reaches the anode 26.
  • the unreacted gas in the concave portion 42 d is formed in the concave portion 42 d of the first manifold plate 42, the communication hole 44 d of the first surface pressure generating plate 44, and the hole portion 4 of the separation main body 48.
  • the oxidizing gas flows through the holes 42 c of the first manifold plate 42, the communication holes 44 c of the first surface pressure generating plate 44, the holes 48 c of the separator body 48, and the second Communicating hole 46 c of surface pressure generating plate 46, concave portion 50 c of second manifold plate 50, hole 30 c of first gasket 30 c, hole of solid polymer electrolyte membrane 22 2 hole 2 2c, the hole 32c of the second gasket 32, and the hole 42c of the first manifold plate 42 of the next stage.
  • the oxidizing gas passes from the concave portion 50c to the concave portion 50 # through the groove 82a of the current plate 82.
  • the oxidant gas passing through the groove 82 a of the current plate 82 reaches the force side electrode 24.
  • the oxidant gas in the recess 50 f is supplied to the hole 42 f of the first manifold plate 42, the communication hole 44 f of the first surface pressure generating plate 44, and the hole of the separation main body 48.
  • cooling water, fuel gas, c is supplied from the opposite direction to the oxidizing gas i.e., cooling water passing through the first Ma two holding plates 4 2 of the hole 4 2 e, the second gas Hole 32 of socket 32, hole 22 of solid polymer electrolyte membrane 22, hole 30 of first gasket 30, hole 30e of second manifold plate 50, hole 50 of second manifold plate 50 e, communication hole 46 of second surface pressure generating plate 46, concave portion 48e of separator body 48, communication hole of first surface pressure generating plate 44, first manifold plate It passes like hole 42 of 42.
  • the oxidizing gas i.e., cooling water passing through the first Ma two holding plates 4 2 of the hole 4 2 e, the second gas Hole 32 of socket 32, hole 22 of solid polymer electrolyte membrane 22, hole 30 of first gasket 30, hole 30e of second manifold plate 50, hole 50 of second manifold plate 50 e, communication hole 46 of second surface pressure generating plate 46, concave portion 48e of separator body 48
  • the cooling water passing from the lower part to the upper part in the cooling water rectification passage defined by the rectifying plates 70 and 72 being joined to each other flows into the concave part 48 b of the separator body 48.
  • the cooling water that has risen and reached the concave portion 48 b flows into the communication hole 44 b of the first surface pressure generating plate 44, the hole portion 42 b of the first manifold plate 42, and 2 Gasket 3 2 hole 3 2 b, solid polymer electrolyte membrane 22 hole 22 b, first gasket 30 hole 30 b, second manifold plate 50 hole 50 b, flows like the communication hole 46 b of the second surface pressure generating plate 46.
  • the fuel gas and the oxidizing gas respectively flow from the top to the bottom along the direction of gravity, while the cooling water flows from the bottom of the separator main body 48 to the top.
  • the principle of cooling the hottest part of the fuel cell 20 with cooling water at the lowest temperature is adopted, and the cooling water is supplied to the separator body 48.
  • the lower part of the electrolyte membrane 22 where the temperature gradient becomes high is forcibly cooled. Therefore, the fuel cell unit 20 is operated without a temperature distribution as a whole.
  • the temperature inside the cell surface decreased as a whole, and the heat near the outlet was removed compared to the vicinity of the inlet of the cooling water, and the temperature decreased, but was heated by the heat near the gas outlet side
  • the temperature of the fuel cells 20 near the gas inlet rises due to the cooling water, and the temperature difference between the fuel cells 20 near the gas inlet and outlet is substantially reduced. Therefore, the fuel cell 20 can be operated in a state where the temperature distribution is small.
  • FIG. 11 shows a second embodiment for carrying out the method of the present invention.
  • the first manifold plate 42 and the rectifying plate 80 are separately configured, and similarly, the second manifold plate 50 and the rectifying plate 82 are separately configured.
  • the first manifold plate 42 and the rectifying plate 80, and the second manifold plate 50 and the rectifying plate 82 are integrally formed to form the manifold plate 90 with a rectifying mechanism. Therefore, there is an advantage that manufacturing is easy and the number of parts is reduced.
  • reference numeral 110 indicates a fuel cell according to the third embodiment.
  • This fuel cell 110 is composed of a fuel cell structure 1 18 having a cathode electrode 1 14 and an anode electrode 1 16 opposite to each other with a solid polymer electrolyte membrane 1 1 2 interposed therebetween. And a separator 120 holding the fuel cell structure 118 therebetween.
  • the fuel cell structure 118 and the separator 120 are integrally fixed by a pair of end blades 122a and 122b and a tie rod 124 (see FIG. 12).
  • first and second gaskets 130, 132 are provided on both sides of the fuel cell structure 118.
  • the first gasket 130 has a large opening 134 for accommodating the cathode electrode 114
  • the second gasket 132 has a large opening 13 for accommodating the anode electrode 116.
  • the first and second gaskets 13 0 and 1 32 have fuel gas introduction holes 1 30a and 1 32a and cooling medium discharge holes 1
  • the separation 120 includes a first separation part (cuff side element member) 140 and a second separation part (anode side element member) 142.
  • the first manifold plate 1 4 6 constituting the first separator evening section 140 is a rectangular flat plate. It is made of a plate and has a large opening 148 at its center. On the upper side of the first manifold plate 1 46, a fuel gas introduction hole 1 46a, a cooling medium discharge hole 1 46b, and an oxidizing gas introduction hole 1 4 6c are provided. A fuel gas discharge hole 144d, a cooling medium introduction hole 144e, and an oxidant gas discharge hole 144f are provided on the lower side.
  • the holes 1 4 6 c and 1 4 6 f were provided on one surface of the first manifold plate 1 4 6 (on the side of the force electrode 1 1 4) so as to correspond to diagonal positions to each other. It communicates with the opening 148 via the recesses 147a and 147b.
  • the rectifying plate for oxidizing gas 150 is fitted into the opening portion 148 of the first manifold plate 146. As shown in FIGS. 13 and 14, the rectifying plate 150 for oxidizing gas has a plurality of projections 150a horizontally arranged on one side (force electrode side electrode 114 side) in a horizontal direction.
  • the oxidizing gas passages 15 Ob are formed in a zigzag manner so as to meander in a vertical direction.
  • the other surface of the oxidizing gas gas flow plate 150 (the surface that forms the cooling medium flow path described later) has a plurality of, for example, 11 heats for increasing the contact area with the cooling medium.
  • Replacement fins (contact area enlarged portions) 150 c are formed to project in parallel with each other in the horizontal direction.
  • the second separation plate section 142 has the same structure as the first separation plate section 140 described above, and the second manifold plate 152 and the opening of the second manifold plate 152 are formed. And a fuel gas baffle plate (156) to be fitted to (154).
  • the second manifold plate 152 has a fuel gas introduction hole 152a, a cooling medium discharge hole 152b, and an oxidizing gas introduction hole 152c on its upper side.
  • a fuel gas discharge hole 152d, a cooling medium introduction hole 152e, and an oxidant gas discharge hole 152f are provided on the lower side.
  • the holes 152a and 152d are provided with the recesses 1553a, which are provided on one surface of the second manifold plate 152 (the surface opposite to the first separator 140). It communicates with the opening 154 through 153b.
  • the holes 15 2 b and 15 2 e are cutouts provided on the other surface of the second manifold plate 152 (the surface on the side of the first separator plate 140). Opened to opening 1 54 through 52 h.
  • the flow plate for fuel gas 156 has water on one side.
  • a vertically meandering fuel gas passageway 156b is formed via a plurality of projections 156a arranged in a staggered manner in parallel with the horizontal direction, and a surface portion on the opposite side thereof (described later)
  • a plurality of, for example, three heat exchange fins (contact area enlarged portions) 156c are formed to protrude from the surface of the cooling medium flow path side to increase the contact area with the cooling medium.
  • the rectifying plate 150 for oxidizing gas and the rectifying plate 150 for fuel gas are made of conductive metal having corrosion resistance such as carbon, stainless steel or nickel-based alloy such as Inconel (trade name), conductive rubber, It is composed of conductive resin or the like or a material combining these.
  • the separator 150 for oxidizing gas and the fuel A cooling medium flow path 158 is formed between the gas flow plates 156.
  • the flow path 1558 communicates with the holes 152b and 152e via the cutouts 152g and 152h provided in the second manifold plate 152 (FIG. 1). 5).
  • holes 1 4 6 b and 1 4 6 e are inserted in the first manifold plate 14 6. Notches that communicate with each other may be provided, and notches may be provided on both of the first and second manifold plates 146 and 152.
  • the fuel gas hydrogen gas
  • the fuel gas is supplied to the fuel cell 110
  • the fuel gas is supplied to the mosquito L section 1 4 6 of the first manifold plate 1 4 6 constituting the first separation section 140.
  • a and the second separator plate 152 that constitutes the second separator section 152 are introduced into the hole 152a of the second manifold plate 152, and a part of it is It is supplied to the passage 1556b of the current plate 1556.
  • the oxidant gas (air) supplied to the fuel cell 110 is supplied with the holes 144c of the first manifold plate 144 and the holes 152c of the second manifold plate 152. And a part thereof is supplied to the passage 150b of the oxidizing gas straightening plate 150 through the hole portion 144c.
  • the anode electrode 1 1 6 constituting the fuel cell structure 1 1 8 The fuel gas is supplied to the fuel cell side, and the oxidant gas is supplied to the force source side electrode 114 side, and electric energy is generated in the fuel cell structure 118.
  • a cooling medium is supplied to the lower side of the fuel cell 110.
  • the cooling medium may be water, methanol, a mixed solution of water and methanol, a fuel cell operating gas (before or after use), or a substance having a boiling point lower than the operating temperature of the fuel cell 110.
  • the cooling medium supplied to the lower side of the fuel cell 110 is supplied to the rectifier plate for fuel gas 156 and the oxidizing gas through the hole 152 e of the second manifold plate 152 and the cutout 152 h.
  • the flow is introduced into the flow path 158 formed between the current plates 150, and the flow path It flows upward from above. Then, the cooling medium passes through a hole 152b provided on the upper side of the second manifold plate 152 and a hole 1464b of the first manifold plate 1446. Exhausted from fuel cell 110.
  • the first and second separation sections 140 and 142 form a separation section 120, and an oxidizing gas passage 150b is provided on one side.
  • the cooling medium flow path 158 is directly connected between the oxidizing gas flow plate 150 and the fuel gas flow plate 156 provided with a fuel gas passage 156b on one side. Is formed. For this reason, the number of parts can be reduced at once, compared with the case where a dedicated cooling plate is used to distribute the cooling medium. .
  • a plurality of fins 150 c are provided on the oxidizing gas gas flow regulating plate 150 to protrude toward the flow path 158 side, while the fuel gas flow regulating plate 150 6 is provided.
  • a plurality of fins 156c are provided to protrude toward the flow path 158, and the cooling efficiency of the cathode electrode 114 and the anode electrode 116 can be easily improved.
  • the shape, size, number, etc. of the fins 150c and 156c can be set individually, which allows the function of the force-side electrode 114 and the anode-side electrode 116, etc.
  • the optimal cooling efficiency for the lever side electrode 114 and the anode side electrode 116 can be reliably selected.
  • the heat generated on the force side electrode 114 by the reaction of the fuel cell 110 is removed, and the ion conduction in the cathode side electrode 114 is removed. Drying of components and prevention of drying of the electrode side of the electrode 114 of the electrolyte membrane 112, as well as ionic conductive components and electrolyte membrane 1 in the electrode 114 of the side of the power source when oxidizing gas is humidified.
  • the cooling efficiency of the power source electrode 114 is set so that water easily enters the power source side electrode 114 of the power source side.
  • the cooling efficiency of the anode-side electrode 116 is set. . Therefore, the cooling efficiency of the force side electrode 1 14 and the anode side electrode 1 16 are often different, and the fins 150 C and 156 C correspond to these differences in cooling efficiency. They differ in shape, size and number. As a result, it is possible to obtain an effect that it is possible to individually and optimally set the respective cooling efficiencies of the force side electrode 114 and the anode side electrode 116.
  • the fins 150 of the rectifying plate 150 for oxidizing gas are in contact with the cooling medium only, and the heat conduction between the power source side electrode 1.14 and the node side electrode 1 16 is a solid polymer electrolyte membrane 1. Only done through two. Therefore, since the heat conduction through the separator 20 is cut off, the selective cooling efficiency is further enhanced.
  • the fins 150c and 156c are used as the contact area expanding portion.
  • the present invention is not limited to this, and has a structure capable of expanding the contact area with the cooling medium. If so, it is possible to adopt a concave portion or various deformed surfaces.
  • reference numeral 210 indicates a fuel cell according to the fourth embodiment.
  • the fuel cell 210 is composed of a fuel cell structure 2 18 having a force-side electrode 2 14 and an anode 2 16 opposed to each other with the solid polymer electrolyte membrane 2 12 interposed therebetween. And a separator 220 sandwiching the structure 218.
  • the fuel cell structure 2 18 and the separator 220 are integrally fixed by a pair of end plates 222 a, 222 b and a rod 224.
  • a cooling medium (temperature control medium) discharge hole 2 1 2 a and an oxidizing gas introduction hole 2 1 2 2b and a fuel gas introduction hole 2 1 2c are provided, and on the lower side, a fuel gas discharge hole 2 1 2d, an oxidizing gas discharge hole 2 1 2e, and a cooling medium are provided.
  • An introduction hole 2 1 2 f is provided.
  • first and second gaskets 230, 232 are provided on both sides of the electrolyte membrane 211.
  • the first gasket 230 has a large opening 234 for accommodating the force-side electrode 214
  • the second gasket 232 accommodates the anode-side electrode 216. It has a large opening 2 3 6 1st and 2nd gasket 2 3 0, 2
  • Separation part 220 is the first separation part 2 that abuts on the force side electrode 2 14 side.
  • the first separator portion 240 is formed of an oxidizing agent that fits into the first manifold plate 24 6 and the relatively large opening 2 48 formed in the first manifold plate 24 6. Gas rectifier plate 250.
  • the first manifold plate 246 is a rectangular flat plate formed of a dense material, and has a cooling medium discharge hole 246 a and an oxidant gas introduction hole at its upper side. 2 46 b and the fuel gas introduction hole 2 4 6 c are provided. On the lower side of the first manifold plate 2464, there are a fuel gas discharge hole 2464d, an oxidizing gas discharge hole 2446e, and a cooling medium introduction hole 2446f. Is provided.
  • the holes 2 4 6 b and 2 4 6 e are cutouts 2 4 7 a, 2 formed on one of the surfaces of the first manifold plate 2 4 6 (force electrode side electrode 2 14 side).
  • the holes 2 4 6 a and 2 4 6 ⁇ communicate with the openings 2 4 8 through 4 7 b, while the notches 2 4 formed on the other surface of the first manifold plate 2 4 6 It communicates with the opening 248 through 7c and 247d (see FIGS. 17 and 19).
  • the rectifying plate 250 for oxidizing gas is made of a conductive metal having corrosion resistance, such as carbon, stainless steel, or a nickel-based alloy such as Inconel (trade name), a conductive rubber or a conductive resin, and a material combining them. It consists of.
  • a conductive metal having corrosion resistance such as carbon, stainless steel, or a nickel-based alloy such as Inconel (trade name)
  • Inconel trademark
  • a conductive rubber or a conductive resin and a material combining them. It consists of.
  • a plurality of protrusions 250a extending in the horizontal direction and arranged in parallel with each other and arranged in a staggered manner are provided. 0a heading vertically
  • a meandering first gas channel 250b is formed (see FIG. 19).
  • a plurality of protrusions 250c are provided in parallel with each other in the horizontal direction and in a staggered manner, so that the first gas A first cooling medium flow path (temperature control medium flow path) 250d having the same flow path structure as the flow path 250b is formed.
  • the second separator plate portion 242 has a second manifold plate 252 and a fuel that fits into a relatively large opening 254 formed in the center of the second manifold plate 252. And a gas rectifier plate 256.
  • the second manifold plate 2 52 is configured in the same manner as the first manifold plate 24 6, and has a cooling medium discharge hole 25 2 a and an oxidizing gas introduction port on the upper side.
  • the holes 25 2b and the fuel gas introduction holes 25 2c are provided, while the fuel gas discharge holes 25 2d and the oxidant gas discharge holes 25 2 e and a cooling medium introduction hole 25 2 f are provided.
  • the openings 2525c and 252d communicate with the openings 2524 through the cutouts 2558c and 2 formed on the other surface of the second manifold plate 252. It communicates with the opening portion 254 through 58 d (see FIGS. 17 and 20).
  • the current plate for fuel gas 256 is formed of water-permeable carbon.
  • a plurality of protrusions 256a extending parallel to each other in a 7K flat direction and arranged in a zigzag manner are used to form the second gas flow path 256. 5 6b is formed.
  • the second cooling is performed via a plurality of protrusions 256 c that extend in the horizontal direction and are parallel to each other and arranged in a staggered manner.
  • a medium flow path (temperature control medium flow path) 255 d is formed.
  • the second gas flow path 2556 and the second cooling medium flow path 2556d have the same flow path structure as each other and are set to flow directions opposite to each other (see FIG. 20). .
  • the partition plate 244 has a plate shape made of a dense carbon material, and has a cooling medium discharge hole 244 a and an oxidant gas introduction hole 244 on the upper side thereof. b and a fuel gas introduction hole 244c are provided. On the lower side of the partition plate 244, a fuel gas discharge hole 2444d, an oxidizing gas discharge hole 2444e, and a cooling medium introduction hole 2444f are provided. .
  • the fuel cell 210 When the fuel gas (hydrogen gas) is supplied to the fuel cell 210, the fuel gas is supplied to the first manifold plate 240 constituting the first separator plate 240, and the hole 246 c of the first manifold plate 246.
  • the holes 24 4 c of the partition plate 24 4 and the second manifold plate 25 2 which constitutes the second separator plate 24 2 are supplied to the holes 25 2 c of The gas is introduced into the second gas flow path 2556b of the fuel gas baffle plate 256 from the notch 2558c of the part 252c (see FIG. 20). Therefore, the fuel gas flows in the direction of gravity so as to meander along the second gas flow path 256b, and is discharged from the notch 258d to the hole 252d.
  • the oxidizing gas is supplied to the fuel cell 210, the oxidizing gas is supplied to the first manifold plate 2446 in the hole 2464b and the partition plate 2444 in the hole 2444b. And the second manifold plate 25 2 are supplied to the holes 25 2 b of the plate 25, and through the cutouts 24 47 a communicating with the holes 24 46 b, the rectifying plate 250 5 for the oxidizing gas. Is introduced into the first gas flow path 250b of the first. Therefore, as shown in FIG. 19, the oxidizing gas flows in the direction of gravity so as to meander along the first gas flow path 250b, and is discharged from the hole 246e. As a result, the fuel gas is supplied to the anode-side electrode 2 16 constituting the fuel cell structure 2 18, and the oxidant gas is supplied to the force-side electrode 2 14.
  • the cooling medium supplied to the fuel cell 210 is water, methanol, or a mixed solution of water and methanol, and the cooling medium is supplied to the holes 2 46 f of the first manifold plate 2 46.
  • the cooling medium flows in the direction opposite to the gravity direction so as to meander along the first cooling medium flow path 250 d of the oxidizing gas gas flow plate 250. And is discharged to the hole portion 24a of the first manifold plate 2464.
  • the oxidizing gas is caused to flow on one surface of the oxidizing gas current plate 250 so as to meander in the direction of gravity.
  • a flow path 250b is provided, and the other surface of the oxidizing gas gas flow control plate 250 has the same flow path structure as the first gas flow path 250b and the cooling medium.
  • the oxidant gas has the highest temperature on the outlet side (hole 246e side) as compared with the inlet side (? L section 246b side) of the first gas flow path 250b. Therefore, the cooling medium is introduced from the hole 246 f corresponding to the hole 246 e where the temperature of the oxidizing gas becomes high, so that the space between the cooling medium and the oxidizing gas is increased.
  • the heat exchange efficiency of the oxidizing gas is improved at once, and the temperature of the oxidizing gas is reliably adjusted from the inlet side to the outlet side of the first gas flow path 25 Ob so that there is no temperature difference as a whole, and The effect that temperature uniformization is easily performed is obtained.
  • the cooling medium flowing in the direction opposite to the direction of gravity along 56 d flows in the same flow path on the front and back in the opposite direction. Therefore, there is an advantage that the temperature difference between the fuel gas from the inlet side and the outlet side is reduced, and the temperature of the power generation unit can be made uniform.
  • the opening area of the first gas flow path 250 b and the first cooling medium flow path 250 d is such that the second gas flow path 255 b and the second cooling medium Channel 2 5
  • the fuel gas and the oxidant gas are composed of, for example, a combination of a reformed gas of methanol and air, a hydrogen gas and air, or a combination of hydrogen gas and oxygen gas, their viscosities are different. Because of this, If the source gas and the oxidizing gas flow at the same flow rate in the same gas flow path cross-sectional area, a higher head pressure is generated on the oxidizing gas side than on the fuel gas side. As a result, there arises a problem that a pressure difference between the electrodes is generated, the solid polymer electrolyte membrane 212 is damaged, and a load on the oxidizing gas supply source is increased.
  • the opening cross-sectional area of the first gas passage 250b on the oxidizing gas side needs to be larger than the opening cross-sectional area of the second gas passage 256b on the fuel gas side.
  • the reaction product water may condense and condense on the wall surface of the rectifying plate 250 for oxidizing gas. Therefore, by setting the opening cross-sectional area of the first gas flow path 250b to be larger than the opening cross-sectional area of the second gas flow path 256b, the gas flow path due to the condensed water condensed is formed. Blockage and pulsating flow (slag flow, etc.) caused by the blockage are prevented, and the oxidizing gas flows more easily, thereby maintaining gas exhaust efficiency.
  • a cooling medium is used as a temperature control medium to uniformly cool an oxidizing gas and a fuel gas.
  • the heating medium is used to cool the oxidizing gas and the fuel gas. It is also possible to heat the oxidizing gas and the fuel gas to a uniform temperature as a whole.
  • reference numeral 310 indicates a fuel cell according to the fifth embodiment.
  • the fuel cell 310 has a fuel cell structure 318 in which a force-side electrode 314 and an anode-side electrode 316 are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane 312 interposed therebetween. And a separator 320 holding the fuel cell structure 318 in between.
  • the fuel cell structure 318 and the separator 320 are integrally fixed by a pair of end blades 322 a and 322 b and four evening rods 324.
  • a fuel gas introduction hole 3 12 a and a cathode-side electrode cooling medium (second cooling medium) discharge hole 3 1 2 b are provided on the upper side of the electrolyte membrane 3 12.
  • Cooling water (first cooling medium) discharge hole 3 1 2 c and oxidant gas introduction hole 3 1 2 d are provided on the lower side of the electrolyte membrane 3 12, the fuel gas discharge hole 3 1 2 e, the power source side electrode cooling medium introduction hole 3 1 2 f, the cooling water introduction hole 3 1 2 g and the oxidant A gas discharge hole 3 12 h is provided.
  • a first gasket 330 and a second gasket 332 are provided on both sides of the fuel cell structure 318.
  • the first gasket 330 has a large opening 334 for accommodating the force side electrode 314, and the second gasket 332 for accommodating the anode electrode 316. It has a large opening 3 3 6.
  • the first and second gaskets 33 0 and 33 2 are provided with fuel gas introduction holes 33 0 a and 33 2 a and the cathode side electrode cooling medium discharge holes 3 3 O b and 3 32 b And cooling water discharge holes 33 0 c, 33 2 c and oxidizing gas introduction holes 33 0 d, 33 2 d are provided on the upper side, respectively, and fuel gas discharge holes 330 e, 33 32 e and holes for introducing the cathode-side electrode cooling medium 330 f, 33 32 f and holes for introducing the cooling water 330 g, 33 32 g, and for discharging the oxidizing gas
  • the holes 330 h and 330 h are provided on the lower side, respectively.
  • the separators 320 include a first separator evening section 340, a second separator evening section 342, and a partition plate 340 sandwiched between the first and second separator evening sections 340, 324. 4 and
  • the first manifold plate 346 constituting the first separator portion 340 is formed of a rectangular flat plate, and has a large opening 348 at the center thereof.
  • the fuel gas introduction hole 3 4 6 a, the cathode side electrode cooling medium discharge hole 3 4 6 b, and the cooling water discharge hole 3 46 c and an oxidizing gas introduction hole 346 d are provided on the upper side of the first manifold plate 3 4 6, a hole 3 4 6 e for fuel gas discharge, a hole 3 4 6 f for the electrode-side electrode coolant cooling medium, and a hole 3 4 for the cooling water introduction 6 g and an oxidizing gas discharge hole 346 h are provided.
  • the holes 3 4 6 d and the mosquitoes 3 4 6 h provided at positions facing each other have a first manifold plate 3 4 6 which is deflected to the cathode side electrode 3 14 side.
  • the recesses 347a and 347b provided in the opening are in communication with each other, and the recesses 347a and 347b are in communication with each other through the opening 348 (FIGS. 23 and 24). And Figure 28).
  • the rectifying plate for oxidizing gas (force side) is connected to the opening 3 4 8 of the first manifold plate 3 4 6 Element members) 350 are fitted.
  • the rectifying plate 350 for the oxidizing gas has a passage 350a that is flat on one surface and meanders in the other surface in the vertical direction, and has a hole 3446d in the passage 350a.
  • the hole 3 4 6 h communicates.
  • the rectifying plate 350 for oxidizing gas is made of a dense material, specifically, a conductive metal having corrosion resistance, such as graphitized carbon, stainless steel, or a nickel-based alloy such as Inconel (trade name); It is composed of rubber or conductive wood.
  • the holes 3 4 6 b and 3 4 6 f of the first manifold plate 3 4 6 are
  • the second separator portion 342 has the same structure as the first separator portion 340 described above, and has an opening in the second manifold plate 352 and the second manifold plate 352. Part 3
  • the fuel gas introduction hole 352a, the cathode side electrode coolant discharge hole 352b, and the cooling water discharge hole 35 2 c and an oxidizing gas introduction hole 35 2 d are provided, and a fuel gas discharge hole 35 2 e and a cathode-side electrode cooling medium introduction hole 35 2 f, a cooling water introduction hole 352 g, and an oxidizing gas discharge hole 3552 h are provided.
  • the holes 352a and 352e communicate with the openings 354 through the recesses 358a and 358b (see FIGS. 23, 24 and 28).
  • the holes 352c and 352g communicate with the opening 354 via the recesses 358c and 358d (see FIGS. 23, 29 and 30).
  • the fuel gas flow regulating plate 365 has a flat surface on one side and a passage 356a meandering on the other surface in the vertical direction.
  • the current plate for fuel gas 356 is formed of a conductive water-permeable material in order to supply the water (first cooling medium) supplied to the flat surface side to the anode electrode 316 side. Specifically, it is composed of a porous body such as a porous carbon sintered body, a conductive porous sintered metal, a porous conductive rubber, a porous conductive resin, or a material combining these.
  • the fuel gas baffle plate 356 is formed of a porous carbon sintered body, its porosity should be 70% or less to prevent dripping of water. It is desirable to have a porosity of 40 m or less.
  • the fuel gas straightening plate 356 is preferably made of a porous material that has been subjected to a water-repellent treatment in order to improve durability.
  • the fuel gas baffle plate 356 is immersed in a dispersion of PTFE (polytetrafluoroethylene) adjusted to a predetermined concentration, dried at room temperature, and then dried. By firing at 50 ° C, a water-repellent treatment is performed.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the partition plate 3 4 4 is made of dense and conductive graphitized carbonized, stainless steel, or corrosion-resistant conductive metal such as nickel-based alloy, conductive rubber, conductive resin, or a combination of these. It is composed of materials.
  • cooling water for cooling the anode-side electrode 316 side is introduced between the fuel gas rectifier plate 356 and the partition plate 344.
  • a second cooling medium for cooling the power source side electrode 314 side is introduced between the oxidizing gas flow regulating plate 350 and the partition plate 3444.
  • a second cooling passage 36 2 is provided.
  • the first and second cooling passages 360 and 362 are independent of each other, and the first cooling passage 360 is supplied with water as a first cooling medium.
  • the second cooling passage 362 includes at least one or more substances having a boiling point below the operating temperature of the fuel cell 310.
  • the second cooling medium which is a substance that does not react with the gas flow regulating plate 350 and the partition plate 344, is supplied.
  • Aldehydes such as 5.9 ° C) and formaldehyde (-19.1 ° C), ketones, ethyl propyl ether (63.86 ° C), ethyl methyl ether (7.35 ° C), getyl Ethers such as ether (34.55 ° C), dimethyl ether (24.84 ° C) and diisopropyl ether (68.27 ° C), and methane (161.49 ° C) , Ethane (-88.63 ° C), propane (-42.07 ° C), butane (-0.5 ° C), pentane (at 3.6.07), iso-pentane (27.85 ° C) , Hexane (68.74 ° C) and saturated hydrocarbons such as isohexane (60.27 ° C), methyl formate (3.176 ° C), ethyl formate (57 ° C), acetic acid (77.1 ° C) Esters such
  • a water supply structure for supplying water to the first cooling passage 360 is shown in FIG.
  • This water supply structure includes a water tank 370, and the water tank 370 and the fuel cell 310 communicate with each other through a circulation path 372.
  • a water supply circulation pump 374 for supplying water from the water tank 370 to the fuel cell 310 is provided on the circulation path 372, and a back pressure valve is provided on the discharge side of the fuel cell 310.
  • 376, Laje night 375, cooling fan 377 and ion exchange resin 378 are provided.
  • pressure control means 380 shown in FIG. 26 and pressure control means 390 shown in FIG. 27 are selectively provided. ing.
  • the pressure control means 380 is used when the boiling point temperature of the second cooling medium introduced into the second cooling passage 362 is close to the operating temperature of the fuel cell 310 and the steam pressure of the second cooling medium of the bracket is insufficient.
  • a booster pump 386 and a back pressure valve 388 are provided in the circulation path 382.
  • the pressure control means 390 is such that the boiling point of the second cooling medium introduced into the second cooling passage 362 is lower than the operating temperature of the fuel cell 310, and the steam pressure of the second cooling medium is sufficiently high.
  • a temperature controller 394 which is provided in a circulation path 392 provided outside the fuel cell 310, and heats or cools the cooling medium. Have.
  • the oxidizing gas is supplied to the holes 346 d of the first manifold plate 3464, and the oxidizing gas is supplied from the holes 34 d and the recesses 347 a. It is introduced into the passage 350a of the rectifying plate 350 for use and supplied to the cathode electrode 314 constituting the fuel cell structure 318. Unused oxidant gas is discharged to the outside through the holes 346 h of the first manifold plate 346 as shown in Fig. 24. As shown in FIG. 28, the gas is discharged to the outside through the holes 3552e and the like of the second manifold plate 352.
  • water as the first cooling medium is supplied from the water tank 370 to the fuel cell 310 via the circulation path 372 under the action of the pump 374.
  • this water contains the pores 346 g of the first separator 340, the pores 334 of the fuel cell structure 318, and the pores of the fuel cell From 3 3 2 g to the hole 3 5 2 g of the second separation part 3 4 2 g, from the recess 3 5 8 d communicating with this hole 3 52 g, partition plate 3 4 4 and fuel gas
  • the first cooling passage 360 is introduced between the flow rectifying plates 365, that is, flows into the first cooling passage 360 from below to above.
  • the fuel gas straightening plate 356 is formed of a water-permeable material (porous body), and the water introduced into the first cooling passage 360 is used as the fuel gas straightening plate 356.
  • the fuel gas and the anode-side electrode 316 which have been supplied to the passage 356a through the gas can be directly humidified.
  • the second cooling medium is supplied to the fuel cell 310 via the pressure control means 380 or the pressure control means 390. As shown in FIG. 29, when the second cooling medium is supplied to the hole 346 f of the first separator 340, the second cooling medium flows from the recess 349 b communicating with the hole. The cooling water is introduced into the second cooling passage 362 of the filter 320 from the bottom upward.
  • the rectifying plate 350 for oxidizing gas constituting the second cooling passage 362 is made of a dense material, and the second cooling passage 362 and the first cooling passage 360 are partitioned. Completely independent by plates 3 4 4. Therefore, due to the vapor pressure of the second cooling medium introduced into the second cooling passage 362 or the pressure of the second cooling medium itself, the oxidizing gas rectifying plate 350 moves to the force electrode side electrode 314 side. When pressed, a desired clamping force is generated in the fuel cell structure 3 18. Thereby, the contact resistance in the fuel cell structure 318 is reduced, and it is possible to reliably prevent the terminal voltage from lowering.
  • the pressing force at the operating temperature can be freely set by introducing a plurality of cooling media having different boiling points and adjusting the ratio and amount thereof.
  • the separation plate 320 is formed of the first and second separation portions 340, 342 and the partition plate 344 interposed therebetween.
  • the first and second cooling passages 360 and 362 are formed independently with the partition plate 344 interposed therebetween.
  • the first and second cooling passages 360.336 2 are provided with desired first and second cooling passages corresponding to the anode-side electrode 316 and the force-side electrode 314, respectively.
  • the medium can be selectively supplied.
  • the oxidizing gas formed of a dense material is supplied.
  • a second cooling medium capable of generating a desired pressure is supplied to the second cooling passage 362 of the current rectifying plate 350. This allows the fuel introduced by the water introduced into the first cooling passage 360 And the anode side electrode 3 16 side can be directly humidified, and a predetermined tightening force can be applied to the fuel cell structure 3 18 by the second cooling medium introduced into the second cooling passage 3 62 become.
  • the separator 320 has a function of separating and supplying the fuel gas and the oxidizing gas and a function of removing heat due to the internal resistance of the fuel cell structure 318, as well as a function of separating the fuel gas and the oxidizing gas. It also has a function of directly humidifying the electrode 316 and a function of applying a desired tightening force by pressing the force side electrode 314. As a result, it is possible to obtain an effect that the separation unit 320 has a simple structure and has many functions, and the whole fuel cell 310 can be easily reduced in size and weight. Industrial applicability
  • a fuel gas and an oxidizing gas flow vertically downward, that is, in a direction along gravity.
  • a cooling medium for cooling the fuel cell for example, water is flowed in a direction opposite to gravity, that is, in a direction opposite to the gas flow direction.
  • a sufficient cooling capacity is provided on the gas outlet side of the fuel cell.
  • the ability to cool the fuel cells is reduced near the gas inlet, that is, above the fuel cells.
  • the temperature distribution in the fuel cell near the gas inlet and outlet is reduced, and eventually the fuel cell is driven in a stabilized state, and the life of the fuel cell is significantly improved. The effect is obtained.
  • the anode-side element member in contact with the anode-side electrode and the cathode-side element member in contact with the cathode-side electrode are provided, and the cooling medium flow path is directly formed therebetween, The number of separation components is easily reduced. Furthermore, a contact area enlarged portion is provided on each of the surfaces forming the cooling medium flow path of the anode side element member and the force side element member, and the shape of the contact area enlarged portion is changed. By doing so, the optimum cooling efficiency can be set for each of the anode and cathode electrodes.
  • a temperature control medium flow path having the same flow path structure as the first gas flow path for flowing the oxidizing gas and the second gas flow path for flowing the Z or fuel gas is provided.
  • the flow direction of the gas and the flow direction of the temperature control medium are set to be opposite to each other. For this reason, for example, the oxidizing gas flowing through the first gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path flow in the same flow path in the opposite direction, and flow in opposite directions.
  • the heat exchange efficiency between the cooling media is improved, and the temperature of the power generation unit can be made uniform.
  • the temperature of the power generation unit can be made uniform by the fuel gas flowing through the second gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path.
  • the first and second cooling passages independently provided in the separator are provided with desired first and second cooling passages corresponding to the anode and the force side electrodes.
  • a second cooling medium can be selectively introduced. This allows a simple configuration to be applied to various uses, such as, for example, heat removal of the fuel cell structure, humidification of the fuel gas, and application of a tightening force. Molding and weight reduction are easily achieved.

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Description

明 細 書 燃料電池およびその制御方法 技術分野
本発明は、 電解質膜を挟んでァノ一ド側電極とカソード側電極を対設した燃料 電池構造体と前記燃料電池構造体を挟持するセパレ一夕とを備えた燃料電池およ びその制御方法に関する。 背景技術
例えば、 固体高分子電解質膜型燃料電池は、 高分子イオン交換膜からなる電解 質膜と、 この電解質膜の両側にそれぞれ配置される触媒電極および多孔質力一ボ ン電極とからなる単位セル （燃料電池構造体） を複数個積層して構成される。 こ の種の燃料電池において、 アノード側に供給された水素は、 触媒電極上で水素ィ オン化され、 適度に加湿された電解質膜を介して多孔質力一ボンからなるカソー ド電極側へと移動する。 力ソード電極には、 酸化剤ガス、 例えば、 酸素ガスある いは空気が供給されているために、 この力ソード電極において、 前記水素イオン と酸素とが反応して水が生成され、 一方、 その間に生じた電子が、 外部回路に取 り出され、 直流の電気工ネルギとして利用される。 特開平 6— 2 0 7 1 3号公報 は、 この種の燃料電池を開示している。 この従来技術では、 固体高分子電解質膜 に十分に高い発電機能を発揮させるベく、 加湿用の水を供給する際、 燃料電池の 運転条件によつて水分がセパレ一夕の表面にドレンとなってしまうことに着目し、 セパレー夕に設けられる燃料ガス供給用溝および酸化剤ガス供給用溝を平行流と するとともに、 その流れ方向を重力方向の下方へ指向してドレンとして排出する 構造を採用したものである。
すなわち、 この種の燃料電池では、 作動温度が比較的に低いために、 燃料ガス と酸化剤ガスとが反応することによって生成された反応生成水や、 電解質膜を加 湿するために燃料ガスあるいは酸化剤ガスに加えられる水分によってセパレー夕 の流路内で水の凝集結露が引き起こされ、 これが燃料ガス供給流路あるいは酸化 剤ガス供給流路を閉塞状態に至らしめ、 燃料電池としての性能が低下する傾向が めつァこ0
し力、も、 図 3 1に示すように、 燃料電池セル 2を、 多数、 その重力方向に沿う ように積層して燃料電池 4を構成すると、 加湿された燃料ガスあるいは酸化剤ガ スの流れの方向が変わる部位（例えば、 部位 6 aまたは 6 b ) で水滴が溜まるこ とになり、 この部位 6 a若しくは 6 bを含む燃料電池セル 2に隣接する燃料電池 セル 2の発電性能が他の燃料電池セル 2に比べ著しく低下する現象が見られた。 また、 他の燃料電池セル 2においても、 重力方向と直交する方向でかつ平行に 燃料ガスおよび酸化剤ガスが流れるため、 凝集した水、 若しくは結露によって生 じた水がその一部に溜まり易い状態にあり、 この結果、 各燃料電池セル 2間にお いても発生する電圧にばらつきが生じ、 さらに、 この種のガス流路中の水が一時 的に排水されることによって、 燃料電池セル 2における電圧の発生にばらつきが 生ずるという事態を避けることができな った。
そこで、 前記の特開平 6— 2 0 7 1 3号公報に開示されている燃料電池の構成 では、 固体高分子電解質膜やアノード側電極、 力ソード側電極に沿って燃料ガス、 酸化剤ガスを重力方向に平行に流し、 これに直交して冷却水を流す構成を採用し ている。 ところが、 この構成では、 7]分の凝縮、 結露等の発生、 消滅という状態 で惹起する可能性のある発生電圧の不安定性に起因する欠点は回避することがで きるものの、 燃料電池セルの出口側での温度上昇によって一時的に電流密度が上 昇する事態に至ることが確認されている。
すなわち、 図 3 2に示すように、 アノード側電極 8と力ソード側電極 1 0とに よって挟持されている固体高分子電解質膜 1 2に対して水素ガスの如き燃料ガス と酸素ガスの如き酸化剤ガスとをその冷却水の流れと直交して流したとすると、 燃料電池セル 2の上流側に対して下流側の温度が大きくなる現象が確認されてい る。 この場合、 特に、 冷却水の入口側よりも出口側の方が燃料電池セル 2の温度 分布が高くなる。
—方、 例えば、 特開平 5— 1 4 4 4 5 1号公報に開示されているように、 固体 高分子電解質膜 1 2に対して、 燃料ガスと酸化剤ガスとをその冷却水の流れ方向 と平行に流した場合であっても同様の現象が惹起する。 これを図 3 3に示す。 こ の場合、 燃料電池セル 2の下部の温度がその上部の温度よりも相当高くなる。 こ のような現象は、 力ソード側電極 1 0とアノード側電極 8において、 発熱反応に よって生じた熱がガスと熱交換されるとともに、 接触抵抗等に起因する熱がガス と熱交換され、 燃料電池セル 2の出口側にかけてガス温度が徐々に上昇し、 その ガスによって電極自体が加熱されることを示している。 この結果、 単一の燃料電 池セル 2においても、 ガスの上流側と下流側とでは温度分布が 生することにな り、 この燃料電池セル 2によって得られる電圧にも分布が存在することになる。 従って、 燃料電池セル 2から得られる出力電圧が安定化しなくなり、 しかも、 燃 料電池セル 2自体の寿命を短縮するという欠点が露呈する。 特に、 この種の温度 分布が生じる燃料電池セル 2カヽらなる燃料電池 4を自動車の動力源として用いる と、 走行の際に制御が複雑となるという欠点があつた。
ところで、 発電に伴って発生する熱等を除去するために、 特開平 5— 1 9 0 1 9 3号公報に開示されているように、 第 1の単セル、 燃料ガス供給手段、 冷却板、 酸化剤ガス供給手段、 第 2の単セルを順次積層して構成された燃料電池が知られ ている。 この燃料電池では、 冷却板がその内部に冷却水流路を有し、 燃料ガス供 給手段と酸化剤ガス供給手段とを介して第 1および'第 2の単セルを冷却するとと もに、 この冷却板の燃料ガス供給手段に接する面の冷却効率がその酸化剤ガス供 給手段に接する面の冷却効率よりも高くなるように構成されている。
この場合、 上記の従来技術では、 アノード側電極と力ソード側電極の冷却効率 をそれぞれ最適に設定するために、 冷却板の冷却水路を燃料ガス供給手段側に近 接させたり、 燃料ガス供給手段側と酸化剤ガス供給手段側にそれぞれ個別の冷却 水路を設けたり、 燃料ガス供給手段側と酸化剤ガス供給手段側とで異なつた熱伝 導率を有する冷却部材を用いたり、 あるいは燃料ガス流路部材の厚さを酸化剤ガ ス流路部材の厚さよりも薄くしたりすることにより対応している。
しかしながら、 上記の従来技術では、 第 1の単セルと第 2の単セルの間に介装 されるセパレー夕として、 燃料ガス供給手段、 冷却板および酸化剤ガス供給手段 が設けられている。 このため、 セパレー夕構成部品の数が多くなるとともに、 こ のセパレ一夕の厚さが大きくなつてしまい、 燃料電池全体のコンパクト化が図れ ないという問題が指摘されている。 さらに、 セパレータ構成部品の数が多くなる と、 燃料電池全体が重量化してしまうという問題もある。
また、 固体高分子電解質膜およびイオン導電成分を、 常時一定の湿潤状態に維 持するために、 例えば、 セパレー夕として多孔質材を使用して燃料ガスおよび固 体高分子電解質膜を直接加湿する方式が提案されている （特開平 6— 2 3 1 7 9 3号公報参照） 。
ところで、 燃料電池構造体内に接触抵抗が存在すると、 内部抵抗損失が増大し て端子電圧が低下してしまう。 このため、 接触抵抗を低減させるベく、 燃料電池 構造体に所望の締め付け力を付与する必要がある。
しかしながら、 上記のセパレー夕では、 構造的に燃料電池構造体に直接締め付 け力を付与することができず、 専用の締め付け力発生構造を設けなければならな い。 これにより、 部品数が増加するとともに、 燃料電池自体が大型化しかつ重量 物になるという問題が指摘されている。
本発明は、 電解質膜を用いた燃料電池セルを多数積層して燃料電池を構成する 際、 それぞれの燃料電池セルの出力電圧が安定化され、 し力、も、 燃料電池セル自 体の寿命を長くすることができるとともに、 さらに、 簡単な構成で廉価に製造す ることが可能な燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。
また、 本発明は、 アノード側電極および力ソード側電極をそれぞれ最適の冷却 効率に設定することができるとともに、 部品点数が増加することがなく、 コンパ クト化および軽量化が容易に遂行可能な燃料電池を提供することを目的とする。 また、 本発明は、 簡単な構成で、 発電部の温度を容易かつ正確に均一化させる ことが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
さらにまた、 本発明は、 電解質膜を直接加湿するとともに、 所望の締め付け力 を付与することができ、 簡単な構成で、 しかも多機能な燃料電池を提供すること を目的とする。 発明の開示
本発明は、 燃料電池セルに重力方向に沿って燃料ガス、 酸化剤ガスを流すとと もに、 これとは反対方向から、 すなわち、 重力に逆らって冷却用媒体、 例えば、 冷却水をそれぞれの燃料電池セルを構成するセパレー夕に流すため、 特に、 個々 の燃料電池セルの垂直方向下側で発生する熱が冷却能力の優れた状態の冷却用媒 体で冷却される。 これによつて、 燃料電池セルの上側と下側との間での温度分布 を可及的に少なくすることが可能となる。 この結果、 個々の燃料電池セルにおけ る出力電圧がそれぞれ安定化するとともに、 温度分布が少ないため、 燃料電池セ ル自体の寿命を著しく延ばすことができる。
また、 本発明は、 セパレ一夕としてァノード側電極に接するァノード側要素部 材とカツ一ド側電極に接するカソ一ド側要素部材とを備えており、 これらの間に 冷却媒体用流路が直接形成されている。 このため、 セパレー夕構成部品の数が容 易に削減される。 さらに、 ァノード側要素部材および力ソード側要素部材の冷却 媒体用流路を形成するそれぞれの面部に接触面積拡大部位が設けられている。 従 つて、 各接触面積拡大部位の形状等を変更するだけで、 アノード側電極とカソー ド側電極に対してそれぞれ最適の冷却効率を設定することができる。
また、 本発明は、 酸化剤ガスを流動させる第 1ガス流路および Zまたは燃料ガ スを流動させる第 2ガス流路に、 隔壁を介してこれらと同一の流路構造を有する 温調媒体用流路が設けられるとともに、 酸化剤ガスおよび Zまたは燃料ガスの流 れ方向と温調媒体の流れ方向とが、 互いに反対方向に設定されている。 このため、 例えば、 第 1ガス流路を流れる酸化剤ガスと温調媒体用流路を流れる冷却媒体と は、 表裏同一の流路を反対方向に流れることになり、 この酸化剤ガスとこの冷却 媒体の間の熱交換効率が向上し、 発電部の温度を均一化することができる。 同様 に、 例えば、 第 2ガス流路を流れる燃料ガスと温調媒体用流路を流れる冷却媒体 とによって、 発電部の温度の均一化が可能になる。
さらにまた、 本発明は、 セパレー夕に独立して第 1および第 2冷却通路が設け られており、 この第 1および第 2冷却通路にそれぞれァノ一ド側電極およびカツ ―ド側電極に応じた所望の第 1および第 2冷却媒体を選択的に導入することがで きる。 このため、 例えば、 第 1冷却媒体として水を使用しアノード側電極および 燃料ガスを直接加湿する一方、 第 2冷却媒体を介して力ソ一ド側電極に締め付け 力を付与することが可能になる。 また、 ァノード側電極とカソード側電極に最適 な冷却効率を別々に設定することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明方法の原理を説明する概略説明図である。
図 2は、 本発明方法を実施するための第 1の実施形態に係る燃料電池の分解斜 視説明図である。
図 3は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成する固体高分子電解質膜と 電極の接合状態を示す正面図である。
図 4は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成するガスケットの正面図で める。
図 5は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成する第 1マ二ホールド板の 正面図である。
図 6は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成する第 2マ二ホールド板の 正面図である。
図 7は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成する面圧発生板の正面図で あ o
図 8は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレー夕本体の正面 図である。
図 9は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池を構成する第 1と第 2のマ二ホー ルド板に組み込まれる整流板の斜視図である。
図 1 0は、 前記第 1の実施形態に係る燃料電池に温度分布がなくなった状態を 示す説明図である。
図 1 1は、 本発明の第 2の実施形態に係る燃料電池を構成するマ二ホールド板 と整流板とを一体的に形成した状態の斜視説明図である。
図 1 2は、 本発明の第 3の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。 図 1 3は、 前記第 3の実施形態に係る燃料電池の一部分解斜視説明図である。 図 1 4は、 前記第 3の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレー夕の縦断説 明図である。
図 1 5は、 図 1 2中、 XV— XV線断面図である。
図 1 6は、 本発明の第 4の実施態様に係る燃料電池の概略斜視説明図である。 図 1 7は、 前記第 4の実施形態に係る燃料電池の一部分解斜視説明図である。 図 1 8は、 前記第 4の実施形態に係る燃料電池の縦断面図である。
図 1 9は、 前記第 4の実施形態に係る燃料電池を構成する酸化剤ガス用整流板 のガス流路および冷却媒体用流路の説明図である。
図 2 0は、 前記第 4の実施形態に係る燃料電池を構成する燃料ガス用整流板の ガス流路および冷却媒体用流路の説明図である。
図 2 1は、 前記第 4の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレー夕の縦断説 明図である。
図 2 2は、 本発明の第 5の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。 図 2 3は、 前記第 5の実施形態に係る燃料電池の一部分解斜視説明図である。 図 2 4は、 図 2 2中、 X X I V— X X I V線断面図である。
図 2 5は、 第 1冷却媒体の供給手段の概略説明図である。
図 2 6は、 第 2冷却媒体の圧力制御手段の説明図である。
図 2 7は、 前記第 2冷却媒体の別の圧力制御手段の構成図である。
図 2 8は、 図 2 2中、 XXV I I I - XXV I I I線断面図である。
図 2 9は、 図 2 2中、 X X I X— X X I X線断面図である。
図 3 0は、 図 2 2中、 X XX— X X X線断面図である。
図 3 1は、 従来技術に係る燃料電池セルの積層状態を示す概略説明図である。 図 3 2は、 従来技術に係る燃料電池セルの配置状態と温度分布との関係を示す 斜視説明図である。
図 3 3は、 従来技術に係る燃料電池セルの配置状態と温度分布との関係を示す 斜視説明図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1および図 2に示すように、 本発明の第 1の実施形態に係る燃料電池は、 基 本的には、 燃料電池セル 2 0を水平方向に多数積層して構成される。 該燃料電池 セル 2 0は、 固体高分子電解質膜 2 2を挟んでァノ一ド側電極 2 6とカソード側 電極 2 4とから構成される燃料電池構造体 2 8を含む。 燃料電池構造体 2 8の構 成については、 例えば、 国際公表公報 W 0 9 4 - 1 5 3 7 7号に詳細な記載があ り、 本発明では、 これを援用する。 この場合、 図 1では、 固体高分子電解質膜 2 2とアノード顿電極 2 6とカソ一ド側電極 2 4とがそれぞれ分離構成されている が、 これらを一体構成としてもよいことは言うまでもない。
図 3に示すように、 前記電解質膜 2 2には、 7j素等の燃料ガスを 1つの方向へ と通過させるための長円状の孔部 2 2 aと、 冷却水を通過させるための孔部 2 2 bと、 酸化剤ガス、 例えば、 酸素ガスを通過させるための孔部 2 2 cとがその上 部側に設けられ、 一方、 前記電解質膜 2 2の下部側には、 燃料ガスを通過させる ための孔部 2 2 dと、 冷却水を通過させるための孔部 2 2 eと、 酸化剤ガスを通 過させるための孔部 2 2 f とが設けられている。
燃料電池構造体 2 8の両側に、 第 1ガスケット 3 0と第 2ガスケット 3 2と力 設けられる。 第 1ガスケット 3 0は、 力ソード側電極 2 4を収納するための大き な開口部 3 4を有し、 第 2ガスケット 3 2にはアノード側電極 2 6を収納するた めの開口部 3 6が画成されている。 第 1ガスケット 3 0、 第 2ガスケット 3 2に も同様に、 燃料ガスを通過させるための孔部 3 0 a、 3 0 d、 3 2 a , 3 2 d、 冷却水を通過させるための孔部 3 0 b、 3 0 e、 3 2 b , 3 2 e、 酸化剤ガスを 通過させるための孔部 3 0 c、 3 0 f、 3 2 c , 3 2 fがそれぞれ上端部と下端 部に設けられている （図 4参照）。 なお、 第 1と第 2のガスケット 3 0、 3 2の 側部に設けられている長円は、 ガスケット 3 0、 3 2の重量を低減させるための 孔部である。
次に、 前記第 1ガスケット 3 0、 第 2ガスケット 3 2が当接するとともに、 そ の一部にァノ一ド側電極 2 6、 カソード側電極 2 4を収納する孔部が画成された セパレー夕 4 0について説明する。 セパレー夕 4 0は、 基本的には、 第 1マ二ホールド板 4 2と、 この第 1マニホ ールド板 4 2に当接する第 1面圧発生板 4 4と、 第 2面圧発生板 4 6と、 前記第 1面圧発生板 4 4と前記第 2面圧発生板 4 6との間で挟持されるセパレ一タ本体 4 8と、 前記第 2面圧発生板 4 6に当接する第 2マ二ホールド板 5 0とから構成 される。
図 5に示すように、 前記第 1マ二ホールド板 4 2は、 矩形状の平板で構成され、 その右上隅角部に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用凹部 4 2 aが設けら れ、 それに隣接して冷却水を排出するための冷却水排出用孔部 4 2 bが設けられ ている。 第 1マ二ホールド板 4 2の左上隅角部には、 酸化剤ガスを供給するため の酸化剤ガス供給用孔部 4 2 cが設けられる。 この第 1マ二ホールド板 4 2の左 下隅角部には、 燃料ガスを排出するための燃料ガス排出用凹部 4 2 dが設けられ、 この燃料ガス排出用凹部 4 2 dに隣接して冷却水供給用孔部 4 2 eが設けられる。 第 1マ二ホールド板 4 2の右下隅角部には、 酸化剤ガス排出用孔部 4 2 fが設け られる。 燃料ガス供給用凹部 4 2 aと燃料ガス排出用凹部 4 2 dとは、 開口部 4 3によって連通状態にある。 第 1マニホ一ルド板 4 2の両側部にあって垂直方向 へ延在する長円状の孔部は、 該第 1マ二ホールド板 4 2の重量軽減用のものであ り、 真円状の孔部は、 積層時にスタツド等を揷通するために用いられる。
図 6に示すように、 第 1マ二ホールド板 4 2と第 2マ二ホールド板 5 0とは、 基本的に対称に構成されている。 従って、 第 2マ二ホールド板 5 0についてはそ の詳細な説明を省略するが、 この第 2マ二ホールド板 5 0は、 燃料ガス供給用孔 部 5 0 aと、 冷却水排出用孔部 5 0 bと、 酸化剤ガス供給用凹部 5 0 cと、 燃料 ガス排出用孔部 5 0 dと、 冷却水供給用孔部 5 0 eと、 酸化剤ガス排出用凹部 5 0 f とを有している。 酸化剤ガス供給用凹部 5 0 cと酸化剤ガス排出用凹部 5 0 f とは、 開口部 5 2によって連通状態にある。
第 1マ二ホールド板 4 2に当接する第 1面圧発生板 4 4について、 図 7を参照 しながら説明する。 なお、 第 2面圧発生板 4 6はこの第 1面圧発生板 4 4と実質 的に同一であることから、 その詳細な説明を省略する。
この第 1面圧発生板 4 4は、 カーボンや金属等の導電性材料で構成された平板 からなり、 その右上隅角部には燃料ガス供給用凹部 4 2 aと連通する燃料ガス供 給用連通孔 4 4 aが設けられ、 これに隣接して冷却水排出用孔部 4 2 bと連通す る冷却水排出用連通孔 4 4 bが画成されている。 この第 1面圧発生板 4 4の左上 隅角部には、 酸化剤ガス供給用孔部 4 2 cに連通する酸化剤ガス供給用連通孔 4 4 cが設けられ、 前記第 1面圧発生板 4 4の左下隅角部には、 第 1マ二ホールド 板 4 2の燃料ガス排出用凹部 4 2 dと連通する燃料ガス排出用連通孔 4 4 dが、 この連通孔 4 4 dに近接して冷却水供給用孔部 4 2 eに連通する冷却水供給用連 通孔 4 4 eが設けられている。 第 1マ二ホールド板 4 2の右下！ ^角部には、 酸化 剤ガス排出用孔部 4 2 f に連通する酸化剤ガス排出用連通孔 4 4 ίが設けられて いる。 前記第 1面圧発生板 4 4に画成されている残余の長円状の孔部は、 その重 量軽減のためのものであり、 また、 真円状の孔部は、 燃料電池セル 2 0を積層緊 締する際のスタツド揷通用として用いられる。
図 8には、 第 3のマ二ホールド板、 すなわち、 セパレー夕本体 4 8が示されて レ、る。 このセパレー夕本体 4 8は、 冷却水を供給して、 燃料電池構造体 2 8を冷 却するためのものである。 比較的厚めのセパレー夕本体 4 8は、 カーボン材ゃ金 属板等の導電性材料で構成され、 凹部 4 2 a、 連通孔 4 4 aと連通する燃料ガス 供給用孔部 4 8 aをその右上隅角部に有する。 冷却水排出用孔部 4 2 b、 連通孔 4 4 bに連通する冷却水排出用凹部 4 8 bが前記孔部 4 8 aに隣接し、 かっこの セパレー夕本体 4 8の略中央上部に設けられるとともに、 左上隅角部には酸化剤 ガス供給用孔部 4 2 c、 連通孔 4 4 cに連通する酸化剤供給用孔部 4 8 cが設け られる。 左下隅角部には燃料ガス排出用凹部 4 2 d、 連通孔 4 4 dに連通する孔 部 4 8 dが設けられ、 図 8において、 冷却水排出用凹部 4 8 bの直下に冷却水供 給用凹部 4 8 eが設けられている。 右下隅角部には、 酸化剤ガス排出用孔部 4 8 ίが設けられる。 なお、 凹部 4 8 bと凹部 4 8 eは大きく画成された開口部 6 2 によって連通状態にある。
セパレー夕本体 4 8の開口部 6 2には、 冷却水整流板 7 0、 7 2が嵌合固定さ れる。 冷却水整流板 7 0、 7 2を合わせると前記セパレー夕本体 4 8の厚さと略 同じ厚さになる。 冷却水整流板 7 0は、 図 2において、 垂直方向へと延在する複 数本の並列な溝 7 0 aを有し、 同様に、 冷却水整流板 7 2も平行な溝 7 2 aを複 数本並設して有している。 冷却水整流板 7 0、 7 2を合わせると、 その溝 7 0 a、 7 2 aはそれぞれ大きな冷却水整流用通路を互いに画成することになり、 それぞ れの冷却水整流用通路は前記凹部 4 8 b、 4 8 eと連通状態を確保する。
図 1、 図 2および図 9から諒解されるように、 第 1マ二ホールド板 4 2の開口 部 4 3に燃料ガス用整流板 8 0が嵌合される。 前記燃料ガス用整流板 8 0の一面 は平坦に構成され、 他面には垂直方向へと延在する複数本の平行な溝 8 0 aが画 成されている。 この平行な溝 8 0 aによって燃料ガス供給用凹部 4 2 aと燃料ガ ス排出用凹部 4 2 dが連通する。 一方、 第 2マ二ホールド板 5 0の開口部 5 2に 酸化剤ガス用整流板 8 2が嵌合される。 前記酸化剤ガス用整流板 8 2の一面は平 坦に構成され、 他面には垂直方向へと延在する複数本の平行な溝 8 2 aを画成し ている。 この平行な溝 8 2 aによって酸化剤ガス供給用凹部 5 0 cと酸化剤ガス 排出用凹部 5 0 f とが連通する。 なお、 第 1マ二ホールド板 4 2と燃料ガス用整 流板 8 0、 第 2マ二ホールド板 5 0と酸化剤ガス用整流板 8 2の厚さは、 実質的 に同一である。
このように構成されたセパレ一夕本体 4 8が第 1面圧発生板 4 4、 第 2面圧発 生板 4 6で挟持され、 さらにこれらが第 1マ二ホールド板 4 2、 第 2マ二ホール ド板 5 0で挟持される。 第 1マ二ホールド板 4 2に第 2ガスケット 3 2が当接し、 第 2マ二ホールド板 5 0に第 1ガスケット 3 0が当接し、 それぞれのガスケット 3 0、 3 2の間に、 前記のように、 燃料電池構造体 2 8が挟持され、 積層された 燃料電池セル 2 0が構成される。 この時、 燃料電池構造体 2 8を構成する固体高 分子電解質膜 2 2の燃料ガス供給用孔部 2 2 aと第 1ガスケット 3 0の孔部 3 0 a、 第 2ガスケット 3 2の孔部 3 2 a、 第 1マ二ホールド板 4 2の凹部 4 2 a、 セパレー夕本体 4 8の孔部 4 8 aおよび第 2マ二ホールド板 5 0の孔部 5 0 aは、 それぞれ連通状態を確保し、 以下、 燃料ガス排出用孔部、 冷却水排出用孔部、 冷 却水供給用孔部、 酸化剤ガス供給用孔部、 酸化剤ガス排出用孔部もそれぞれ同様 に連通状態を確保する。
本発明に係る燃料電池の制御方法を実施する第 1の実施形態に係る燃料電池は、 以上のように構成されるものであり、 次にその動作について説明する。
基本的に、 多数の燃料電池セル 2 0は、 互いに積層されて燃料電池を構成する わけであるが、 第 1の実施形態においては、 積層された燃料電池セル 2 0は水平 方向へと配置される。 そして、 その起動にあたっては、 好ましくは、 7j素ガスが 燃料ガスとして第 1マ二ホールド板 4 2の凹部 4 2 a、 第 1面圧発生板 4 4の連 通孔 4 4 a、 セパレー夕本体 4 8の孔部 4 8 a、 第 2面圧発生板 4 6の連通孔 4 6 a、 第 2マ二ホールド板 5 0の孔部 5 0 a、 第 1ガスケット 3 0の孔部 3 0 a、 固体高分子電解質膜 2 2の孔部 2 2 a、 第 2ガスケット 3 2の孔部 3 2 a、 次段 の第 1マ二ホールド板 4 2の凹部 4 2 aの如く通過する。
その際、 第 1マ二ホールド板 4 2では、 燃料ガスが凹部 4 2 aから整流板 8 0 の溝 8 0 aを通り、 凹部 4 2 dに到達する。 この間に、 整流板 8 0の溝 8 0 aを 通過する燃料ガスは、 アノード側電極 2 6に到達する。 前記凹部 4 2 dの未反応 ガスは、 第 1マ二ホールド板 4 2の凹部 4 2 d、 第 1面圧発生板 4 4の連通孔 4 4 d、 セパレ一夕本体 4 8の孔部 4 8 d、 第 2面圧発生板 4 6の連通孔 4 6 d、 第 2マ二ホールド板 5 0の孔部 5 0 d、 第 1ガスケット 3 0の孔部 3 0 d、 固体 高分子電解質膜 2 2の孔部 2 2 d、 第 2ガスケット 3 2の孔部 3 2 d、 次段の第 1マ二ホールド板 4 2の凹部 4 2 dの如く通過する。
一方、 酸化剤ガスは、 第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 c、 第 1面圧発生板 4 4の連通孔 4 4 c、 セパレータ本体 4 8の孔部 4 8 c、 第 2面圧発生板 4 6の 連通孔 4 6 c、 第 2マ二ホールド板 5 0の凹部 5 0 c、 第 1ガスケット 3 0の孔 部 3 0 c、 固体高分子電解質膜 2 2の孔部 2 2 c、 第 2ガスケット 3 2の孔部 3 2 c、 次段の第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 cの如く通過する。
その際、 第 2マ二ホールド板 5 0では、 酸化剤ガスが凹部 5 0 cから整流板 8 2の溝 8 2 aを通り、 凹部 5 0 ίに到達する。 この間に、 整流板 8 2の溝 8 2 a を通過する酸化剤ガスは力ソード側電極 2 4に到達する。 前記凹部 5 0 f の酸化 剤ガスは、 第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 f、 第 1面圧発生板 4 4の連通孔 4 4 f、 セパレ一夕本体 4 8の孔部 4 8 ί、 第 2面圧発生板 4 6の連通孔 4 6 f、 第 2マ二ホールド板 5 0の凹部 5 0 f、 第 1ガスケット 3 0の孔部 3 0 f、 固体 高分子電解質膜 2 2の孔部 2 2 ί、 第 2ガスケット 3 2の孔部 3 2 f、 次段の第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 ίの如く通過する。
これに対して、 冷却水は、 燃料ガス、 酸化剤ガスとは反対方向から供給される c すなわち、 第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 eを通過した冷却水は、 第 2ガス ケット 3 2の孔部 3 2 e、 固体高分子電解質膜 2 2の孔部 2 2 e、 第 1ガスケッ ト 3 0の孔部 3 0 e、 第 2マ二ホールド板 5 0の孔部 5 0 e、 第 2面圧発生板 4 6の連通孔 4 6 e、 セパレー夕本体 4 8の凹部 4 8 e、 第 1面圧発生板 4 4の連 通孔 4 4 e、 第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 eの如く通過する。 この間に、 整流板 7 0と 7 2とが互いに接合されることによって画成される冷却水整流用通 路を下方から上方へと通過する冷却水は、 セパレー夕本体 4 8の凹部 4 8 bに至 る。 このように、 上昇して前記凹部 4 8 bに至った冷却水は、 第 1面圧発生板 4 4の連通孔 4 4 b、 第 1マ二ホールド板 4 2の孔部 4 2 b、 第 2ガスケット 3 2 の孔部 3 2 b、 固体高分子電解質膜 2 2の孔部 2 2 b、 第 1ガスケット 3 0の孔 部 3 0 b、 第 2マ二ホールド板 5 0の孔部 5 0 b、 第 2面圧発生板 4 6の連通孔 4 6 bの如く流れる。
すなわち、 第 1の実施形態では、 燃料ガスと酸化剤ガスとが重力方向に沿って 上から下へとそれぞれ流れる一方、 冷却水がセパレー夕本体 4 8を下から上へと 流れるに至る。 結局、 図 1 0に示すように、 最も低い温度の冷却水で燃料電池セ ル 2 0の最も温度の高くなる部位を冷却する原理を採用し、 冷却水は、 そのセパ レー夕本体 4 8に導入する際に十分な冷却能力を有している地点で、 通常、 温度 勾配が高くなる電解質膜 2 2の下部を強制的に冷却する。 従って、 全体として温 度分布のない状態で燃料電池セル 2 0が稼働されることになる。 この結果、 全体 的にセル面内の温度は下がり、 冷却水の入口付近に比べて出口付近での熱が取り 去られ、 その温度は低下するに至るが ガス出口側付近の熱で温められた冷却水 によってガス入口付近の燃料電池セル 2 0の温度が上昇し、 ガスの入口側と出口 側付近の燃料電池セル 2 0における温度差は実質的に小さくなる。 よって、 温度 分布が少ない状態で燃料電池セル 2 0の作動が可能となる。
図 1 1に、 本発明方法を実施する第 2の実施形態示す。 前記第 1の実施形態で は、 第 1マ二ホールド板 42と整流板 8 0とが分離構成され、 同様に、 第 2マ二 ホールド板 50と整流板 82とが分離構成されている。 しかしながら、 この第 2 の実施形態では、 前記第 1マ二ホールド板 42と整流板 80、 第 2マ二ホールド 板 5 0と整流板 82とを一体形成して整流機構付マ二ホールド板 9 0としている ため、 製造が容易になり、 かつ部品点数が少なくなる利点がある。
次に、 本発明の第 3の実施形態に係る燃料電池について説明する。
図 1 2および図 1 3において、 参照数字 1 1 0は、 第 3の実施形態に係る燃料 電池を示す。 この燃料電池 1 1 0は、 固体高分子電解質膜 1 1 2を挟んでカソ一 ド側電極 1 1 4とアノード側電極 1 1 6を対設した燃料電池構造体 1 1 8と、 3 組の前記燃料電池構造体 1 1 8を挟持するセパレー夕 1 20とを備える。 燃料電 池構造体 1 1 8とセパレー夕 1 20は、 一対のェンドブレ一ト 1 22 a、 1 22 bおよびタイロッド 1 24により一体的に固定される （図 1 2参照） 。
図 1 3に示すように、 電解質膜 1 1 2の上部側には、 燃料ガス導入用孔部 1 1
2 aと冷却媒体排出用孔部 1 1 2 bと酸化剤ガス導入用孔部 1 1 2 cとが設けら れる一方、 この電解質膜 1 1 2の下部側には、 燃料ガス排出用孔部 1 1 2 dと冷 却媒体導入用孔部 1 1 2 eと酸化剤ガス排出用孔部 1 1 2 f とが設けられる。 燃料電池構造体 1 1 8の両側には、 第 1および第 2ガスケット 1 30、 1 32 が配設される。 第 1ガスケット 1 30は、 カソード側電極 1 1 4を収容するため の大きな開口部 1 34を有し、 第 2ガスケット 1 32は、 アノード側電極 1 1 6 を収容するための大きな開口部 1 3 6を有する。 第 1および第 2ガスケット 1 3 0、 1 32は、 燃料ガス導入用孔部 1 30 a, 1 32 aと冷却媒体排出用孔部 1
30 b, 1 32bと酸化剤ガス導入用孔部 1 30 c, 1 32 cとをそれぞれ上部 側に設けるとともに、 燃料ガス排出用孔部 1 30 d、 1 32 dと冷却媒体導入用 孔部 1 30 e、 1 32 eと酸化剤ガス排出用孔部 1 30 ί、 1 32 f とをそれぞ れ下部側に設ける。
セパレ一夕 1 20は、 第 1セパレー夕部 （カフ一ド側要素部材） 1 4 0と第 2 セパレ一夕部 （アノード側要素部材） 1 42とを備える。
第 1セパレー夕部 1 4 0を構成する第 1マ二ホールド板 1 4 6は、 矩形状の平 板で構成され、 その中央部に大きな開口部 1 4 8を有する。 第 1マ二ホールド板 1 4 6の上部側には、 燃料ガス導入用孔部 1 4 6 aと冷却媒体排出用孔部 1 4 6 bと酸化剤ガス導入用孔部 1 4 6 cとが設けられ、 その下部側には、 燃料ガス排 出用孔部 1 4 6 dと冷却媒体導入用孔部 1 4 6 eと酸化剤ガス排出用孔部 1 4 6 f とが設けられる。 孔部 1 4 6 c、 1 4 6 f は、 第 1マ二ホールド板 1 4 6の一 方の面部 （力ソード側電極 1 1 4側） に互いに対角の位置に対応して設けられた 凹部 1 4 7 a、 1 4 7 bを介して開口部 1 4 8に連通する。
第 1マ二ホールド板 1 4 6の開口部 1 4 8に酸化剤ガス用整流板 1 5 0力嵌合 される。 酸化剤ガス用整流板 1 5 0は、 図 1 3および図 1 4に示すように、 その 一面側 （力ソード側電極 1 1 4側） に水平方向に複数の突起 1 5 0 aが互いに平 行しかつ千鳥状に設けられ、 これにより、 鉛直方向に向かって蛇行する酸化剤ガ ス用通路 1 5 O bが形成される。 この酸化剤ガス用整流板 1 5 0の他方の面部 (後述する冷却媒体用流路を形成する面部） には、 冷却媒体との接触面積を拡大 するための複数、 例えば、 1 1個の熱交換用フィン （接触面積拡大部位） 1 5 0 cが水平方向に互いに平行に突出形成される。
第 2セパレー夕部 1 4 2は、 上記第 1セパレー夕部 1 4 0と同様に構成されて おり、 第 2マ二ホールド板 1 5 2とこの第 2マ二ホールド板 1 5 2の開口部 1 5 4に嵌合する燃料ガス用整流板 1 5 6とを備える。
第 2マ二ホールド板 1 5 2は、 その上部側に燃料ガス導入用孔部 1 5 2 aと冷 却媒体排出用孔部 1 5 2 bと酸化剤ガス導入用孔部 1 5 2 cとが設けられる一方、 その下部側に燃料ガス排出用孔部 1 5 2 dと冷却媒体導入用孔部 1 5 2 eと酸化 剤ガス排出用孔部 1 5 2 f とが設けられる。 孔部 1 5 2 a、 1 5 2 dは、 第 2マ 二ホールド板 1 5 2の一方の面部 （第 1セパレータ部 1 4 0と反対側の面部） に 設けられた凹部 1 5 3 a、 1 5 3 bを介して開口部 1 5 4に連通する。 孔部 1 5 2 b、 1 5 2 eは、 第 2マ二ホールド板 1 5 2の他方の面部 （第 1セパレー夕部 1 4 0側の面部） に設けられた切欠 1 5 2 g、 1 5 2 hを介して開口部 1 5 4に 開放される。
燃料ガス用整流板 1 5 6は、 図 1 3および図 1 4に示すように、 一方の面に水 平方向に平行しかつ千鳥状に配設された複数の突起 1 5 6 aを介して鉛直方向に 蛇行する燃料ガス用通路 1 5 6 bが形成されるとともに、 その反対側の面部 （後 述する冷却媒体用流路側の面部） には、 冷却媒体との接触面積を拡大するための 複数、 例えば、 3個の熱交換用フィン （接触面積拡大部位） 1 5 6 cが突出形成 される。
酸化剤ガス用整流板 1 5 0および燃料ガス用整流板 1 5 6は、 炭素、 ステンレ ス鋼またはインコネル （商標名） 等のニッケル系合金等の耐蝕性を有する導電性 金属、 導電性ゴム、 導電性樹脂等、 またはこれらを組み合わせた材料で構成され 0
セパレー夕 1 2 0は、 図 1 4に示すように、 第 1および第 2セパレー夕部 1 4 0、 1 4 2がー体的に組み付けられる際、 酸化剤ガス用整流板 1 5 0と燃料ガス 用整流板 1 5 6の間に冷却媒体用流路 1 5 8が形成される。 この流路 1 5 8は、 第 2マ二ホールド板 1 5 2に設けられた切欠 1 5 2 g、 1 5 2 hを介し孔部 1 5 2 b、 1 5 2 eに連通する （図 1 5参照） 。
なお、 第 2マ二ホールド板 1 5 2に切欠 1 5 2 g、 1 5 2 hを設ける代わりに、 第 1マ二ホールド板 1 4 6に孔部 1 4 6 b、 1 4 6 eを互いに連通する切欠を設 けてもよく、 また、 この第 1および第 2マ二ホールド板 1 4 6、 1 5 2の双方に 切欠を設けてもよい。
このように構成される燃料電池 1 1 0の動作について、 以下に説明する。
燃料ガス （水素ガス） が燃料電池 1 1 0に供給されると、 この燃料ガスは、 第 1セパレー夕部 1 4 0を構成する第 1マ二ホールド板 1 4 6の孑 L部 1 4 6 aおよ び第 2セパレー夕部 1 4 2を構成する第 2マ二ホールド板 1 5 2の孔部 1 5 2 a に導入され、 その一部がこの孔部 1 5 2 aから燃料ガス用整流板 1 5 6の通路 1 5 6 bに供給される。
燃料電池 1 1 0に供給される酸化剤ガス （空気） は、 第 1マ二ホールド板 1 4 6の孔部 1 4 6 cおよび第 2マ二ホールド板 1 5 2の孔部 1 5 2 cに導入され、 その一部がこの孔部 1 4 6 cから酸化剤ガス用整流板 1 5 0の通路 1 5 0 bに供 給される。 これにより、 燃料電池構造体 1 1 8を構成するアノード側電極 1 1 6 側に燃料ガスが供給されるとともに、 力ソード側電極 1 1 4側に酸化剤ガスが供 給され、 この燃料電池構造体 1 1 8に電気工ネルギが生成される。
一方、 図 1 5に示すように、 燃料電池 1 1 0の下部側に冷却媒体が供給される。 この冷却媒体としては、 ΤΚ、 メタノール、 水とメタノールの混合溶液、 燃料電池 作動用ガス （使用前または使用後） 、 または燃料電池 1 1 0の作動温度以下の沸 点を有する物質である。
具体的には、 無機化合物である水 （ 1 0 0°C) 、 アンモニア （— 33. 4 3 °C) 、 二酸化炭素 （—78. 5°C) 、 アルゴン （— 1 85. 869 °C) およぴ窒 素 （— 1 95. 8°C) と、 有機化合物であるメタノール （64. 5 ΓΟ 、 エタ ノール （78. 3°C) およびイソプロパノール （82. 33°C) 等のアルコール 類と、 ァセトアルデヒド （20. 4°C) 、 アセトン （56. 1 2°C) 、 ェチルメ チルケトン （ 79. 59 °C) およびホルムアルデヒド （一 1 9. 等のアル デヒド .ケトン類と、 ェチルプロピルエーテル （63. 86 °C) 、 ェチルメチル エーテル （7. 35°C) 、 ジェチルエーテル （ 34. 55°C) 、 ジメチルェ一テ ル （一24. 84°C) およびジイソプロピルエーテル （68. 27°C) 等のエー テル類と、 メタン （一 1 6 1. 49 °C) 、 ェタン （一 88. 63°C) 、 プロパン
(一 42. 07。C) 、 ブタン （― 0. 5°C) 、 ペンタン （36. 07°C) 、 イソ ペンタン （27. 85 °C) 、 へキサン （68. 74 °C) およびイソへキサン （6 0. 27°C) 等の飽和炭化水素と、 蟻酸メチル （3 1. 76°C) 、 蟻酸ェチル
(57°C) 、 酢酸ェチル （77. 1 7°C) 、 酢酸ビニル （ 72. 92°C) および 酢酸メチル （57°C) 等のエステルと、 シクロブタン （1 2. 5 ΓΟ 、 シクロ プロパン （一 32. 87°C) 、 シクロへキサン （80. 74 °C) 、 シクロペン夕 ン （49. 26 °C) 、 へキサフルォロベンゼン （ 80. 26 °C) およびベルフル ホロシクロへキサン （52. 52°C) 等の環状化合物とが使用される。 なお、 上 記 （ ） 内は、 それぞれの物質の常圧下における沸点を示す。
燃料電池 1 1 0の下部側に供給された冷却媒体は、 第 2マ二ホールド板 1 52 の孔部 1 52 e、 切欠 1 52 hを介して燃料ガス用整流板 1 56と酸化剤ガス用 整流板 1 50の間に形成された流路 1 58に導入され、 この流路 1 58を下方か ら上方に向かって流動する。 そして、 この冷却媒体は、 第 2マ二ホールド板 1 5 2の上部側に設けられた孔部 1 5 2 bおよび第 1マ二ホールド板 1 4 6の孔部 1 4 6 b等を通って燃料電池 1 1 0から排出される。
この場合、 第 3の実施形態では、 第 1および第 2セパレー夕部 1 4 0、 1 4 2 によりセパレ一夕 1 2 0が構成され、 一面に酸化剤ガス用通路 1 5 0 bが設けら れた酸化剤ガス用整流板 1 5 0と一面に燃料ガス用通路 1 5 6 bが設けられた燃 料ガス用整流板 1 5 6との間に、 冷却媒体用流路 1 5 8が直接形成されている。 このため、 冷却媒体を流通させるために専用の冷却板を用いるものに比べ、 部品 数が一挙に削減されてセパレータ 1 2 0全体の軽量化およびコンパクト化が容易 に達成されるという効果が得られる。
さらに、 第 3の実施形態では、 酸化剤ガス用整流板 1 5 0に流路 1 5 8側に突 出して複数のフィン 1 5 0 cが設けられる一方、 燃料ガス用整流扳 1 5 6にこの 流路 1 5 8側に突出して複数のフィン 1 5 6 cが設けられており、 カソード側電 極 1 1 4およびアノード側電極 1 1 6の冷却効率を容易に向上させることができ しかも、 フィン 1 5 0 c、 1 5 6 cの形状、 寸法および数等をそれぞれ個別に 設定することができ、 これによつて力ソード側電極 1 1 4およびアノード側電極 1 1 6の機能等に応じてこの力ソード側電極 1 1 4およびこのアノード側電極 1 1 6に最適な冷却効率を確実に選択することができる。
すなわち、 力ソード側電極 1 1 4側では、 燃料電池 1 1 0の反応によりこの力 ソード側電極 1 1 4側で発生する熱を除去して該カソード側電極 1 1 4中のィォ ン導電成分の乾燥および電解質膜 1 1 2の力ソード側電極 1 1 4側の乾燥を防ぐ とともに、 酸化剤ガスを加湿する場合に前記力ソード側電極 1 1 4中のイオン導 電成分および電解質膜 1 1 2の力ソード側電極 1 1 4側へ水が入り易いように力 ソード側電極 1 1 4側の冷却効率が設定される。 一方、 アノード側電極 1 1 6側 では、 燃料ガスを加湿する場合にアノード側電極 1 1 6中のイオン導電成分およ び電解質膜 1 1 2のアノード側電極 1 1 6側へ水が入り易いように該アノード側 電極 1 1 6側の冷却効率が設定される。 . 従って、 力ソード側電極 1 1 4とアノード側電極 1 1 6では、 それぞれの冷却 効率が異なる場合が多く、 これらの冷却効率の違いに対応してフィン 1 5 0 Cと フィン 1 5 6 cの形状、 寸法および数を異ならせている。 これにより、 力ソード 側電極 1 1 4およびアノード側電極 1 1 6において、 それぞれの冷却効率を個別 にかつ最適な状態に設定することが可能になるという効果が得られる。
さらに、 第 3の実施形態では、 酸化剤ガス用整流板 1 5 0のフィン 1 5 0。お よび燃料ガス用整流板 1 5 6のフィン 1 5 6 cが冷却媒体にのみ接しており、 力 ソード側電極 1 .1 4ーァノード側電極 1 1 6間の熱伝導が固体高分子電解質膜 1 2を介してのみ行われる。 従って、 セパレー夕 2 0を介した熱伝導が遮断される ため、 選択的冷却効率はさらに高まる。
なお、 第 3の実施形態では、 接触面積拡大部位としてフィン 1 5 0 c、 1 5 6 cを用いたが、 これに限定されるものではなく、 冷却媒体との接触面積を拡大し 得る構造であれば、 凹状部や種々の変形面等を採用することが可能である。
次に、 本発明の第 4の実施態様に係る燃料電池について説明する。
図 1 6〜図 1 8において、 参照数字 2 1 0は、 第 4の実施形態に係る燃料電池 を示す。 この燃料電池 2 1 0は、 固体高分子電解質膜 2 1 2を挟んで力ソード側 電極 2 1 4とアノード側電極 2 1 6を対設した燃料電池構造体 2 1 8と、 この燃 料電池構造体 2 1 8を挟持するセパレータ 2 2 0とを備える。 燃料電池構造体 2 1 8とセパレー夕 2 2 0は、 一対のェンドブレート 2 2 2 a、 2 2 2 bおよび夕 イロッド 2 2 4により一体的に固定される。
燃料電池構造体 2 1 8を構成する固体高分子電解質膜 2 1 2の上部側には、 冷 却媒体 （温調媒体）排出用孔部 2 1 2 aと酸化剤ガス導入用孔部 2 1 2 bと燃料 ガス導入用孔部 2 1 2 cとが設けられる一方、 その下部側には、 燃料ガス排出用 孔部 2 1 2 dと酸化剤ガス排出用孔部 2 1 2 eと冷却媒体導入用孔部 2 1 2 f と が設けられる。
電解質膜 2 1 2の両側には、 第 1および第 2ガスケット 2 3 0、 2 3 2が設け られる。 第 1ガスケット 2 3 0は、 力ソ一ド側電極 2 1 4を収容するための大き な開口部 2 3 4を有し、 第 2ガスケット 2 3 2は、 アノード側電極 2 1 6を収容 するための大きな開口部 2 3 6を有する。 第 1および第 2ガスケット 2 3 0、 2
3 2の上部側には、 冷却媒体排出用孔部 2 3 0 a、 2 3 2 aと酸化剤ガス導入用 孔部 2 3 0 b、 2 3 2 bと燃料ガス導入用孔部 2 3 0 c、 2 3 2 cとが設けられ る一方、 これらの下部側には、 燃料ガス排出用孔部 2 3 0 d、 2 3 2 dと酸化剤 ガス排出用孔部 2 3 0 e、 2 3 2 eと冷却媒体導入用孔部 2 3 0 ί、 2 3 2 f と が設けられる。
セパレー夕 2 2 0は、 力ソード側電極 2 1 4側に当接する第 1セパレー夕部 2
4 0と、 アノード側電極 2 1 6側に当接する第 2セパレー夕部 2, 4 2と、 この第 1および第 2セパレー夕部 2 4 0、 2 4 2に挟持される仕切板 （隔壁） 2 4 4と を備える。
第 1セパレ一夕部 2 4 0は、 第 1マ二ホールド板 2 4 6とこの第 1マ二ホール ド板 2 4 6に形成された比較的大きな開口部 2 4 8に嵌合する酸化剤ガス用整流 板 2 5 0とを有する。
第 1マ二ホールド板 2 4 6は、 緻密質力一ボンで形成された矩形状平板であり、 その上部側には、 冷却媒体排出用孔部 2 4 6 aと酸化剤ガス導入用孔部 2 4 6 b と燃料ガス導入用孔部 2 4 6 cと力設けられる。 第 1マ二ホールド板 2 4 6の下 部側には、 燃料ガス排出用孔部 2 4 6 dと酸化剤ガス排出用孔部 2 4 6 eと冷却 媒体導入用孔部 2 4 6 f とが設けられる。
孔部 2 4 6 b、 2 4 6 eは、 第 1マ二ホールド板 2 4 6の一方 （力ソ一ド側電 極 2 1 4側） の面部に形成された切欠 2 4 7 a , 2 4 7 bを介して開口部 2 4 8 に連通する一方、 孔部 2 4 6 a、 2 4 6 ίは、 この第 1マ二ホールド板 2 4 6の 他方の面部に形成された切欠 2 4 7 c、 2 4 7 dを介して前記開口部 2 4 8に連 通する （図 1 7および図 1 9参照） 。
酸化剤ガス用整流板 2 5 0は、 炭素、 ステンレス鋼、 またはインコネル （商標 名） 等のニッケル系合金等の耐蝕性を有する導電性金属、 導電性ゴムまたは導電 性樹脂およびそれらを組み合わせた材料で構成される。 酸化剤ガス用整流板 2 5 0の一面部には、 水平方向に延在して互いに平行しかつ千鳥状に配置された複数 の突起部 2 5 0 aが設けられ、 これらの突起部 2 5 0 aによって鉛直方向に向か つて蛇行する第 1ガス流路 2 5 0 bが形成される （図 1 9参照）。 この酸化剤ガ ス用整流板 2 5 0の他方の面部には、 同様に、 複数の突起部 2 5 0 cが水平方向 に対して互いに平行しかつ千鳥状に設けられることにより、 第 1ガス流路 2 5 0 bと同一の流路構造を有する第 1冷却媒体用流路 （温調媒体用流路） 2 5 0 dが 形成される。
第 2セパレー夕部 2 4 2は、 第 2マ二ホールド板 2 5 2とこの第 2マ二ホール ド板 2 5 2の中央に形成された比較的大きな開口部 2 5 4に嵌合する燃料ガス用 整流板 2 5 6とを有する。 第 2マ二ホールド板 2 5 2は、 第 1マ二ホールド板 2 4 6と同様に構成されており、 その上部側には、 冷却媒体排出用孔部 2 5 2 aと 酸化剤ガス導入用孔部 2 5 2 bと燃料ガス導入用孔部 2 5 2 cとが設けられる一 方、 その下部側には、 燃料ガス排出用孔部 2 5 2 dと酸化剤ガス排出用孔部 2 5 2 eと冷却媒体導入用孔部 2 5 2 f とが設けられる。
孔部 2 5 2 a , 2 5 2 ま、 第 2マ二ホールド板 2 5 2の一方 （第 1セパレー 夕部 2 4 0側） の面部に形成された切欠 2 5 8 a、 2 5 8 bを介して開口部 2 5 4に連通し、 孔部 2 5 2 c、 2 5 2 dは、 この第 2マ二ホールド板 2 5 2の他方 の面部に形成された切欠 2 5 8 c , 2 5 8 dを介して前記開口部 2 5 4に連通す る （図 1 7および図 2 0参照）。
燃料ガス用整流板 2 5 6は、 水透過性カーボン で形成されている。 この燃料 ガス用整流板 2 5 6の一方の面部には、 7K平方向に延在して互いに平行しかつ千 鳥状に配置された複数の突起部 2 5 6 aにより第 2ガス流路 2 5 6 bが形成され る。 この燃料ガス用整流板 2 5 6の他方の面部には、 同様に、 水平方向に延在し て互いに平行しかつ千鳥状に配置された複数の突起部 2 5 6 cを介して第 2冷却 媒体用流路 （温調媒体用流路） 2 5 6 dが形成される。 第 2ガス流路 2 5 6 と 第 2冷却媒体用流路 2 5 6 dは、 互いに同一の流路構造を有するとともに、 互い に反対方向の流れ方向に設定されている （図 2 0参照） 。
図 2 1に示すように、 第 1ガス流路 2 5 0 bの開口断面積および第 1冷却媒体 用流路 2 5 0 dの開口断面積は、 第 2ガス流路 2 5 6 bの開口断面積および第 2 冷却媒体用流路 2 5 6 dの開口断面積よりも大きく設定されている。 仕切板 2 4 4は、 緻密質カーボン材で形成された板状を有しており、 その上部 側には、 冷却媒体排出用孔部 2 4 4 aと酸化剤ガス導入用孔部 2 4 4 bと燃料ガ ス導入用孔部 2 4 4 cとが設けられる。 この仕切板 2 4 4の下部側には、 燃料ガ ス排出用孔部 2 4 4 dと酸化剤ガス排出用孔部 2 4 4 eと冷却媒体導入用孔部 2 4 4 f とが設けられる。
このように構成される燃料電池 2 1 0の動作について、 以下に説明する。 燃料ガス （水素ガス） が燃料電池 2 1 0に供給されると、 この燃料ガスは、 第 1セパレー夕部 2 4 0を構成する第 1マ二ホールド板 2 4 6の孔部 2 4 6 c、 仕 切板 2 4 4の孔部 2 4 4 cおよび第 2セパレー夕部 2 4 2を構成する第 2マニホ —ルド板 2 5 2の孔部 2 5 2 cに供給されるとともに、 この孔部 2 5 2 cの切欠 2 5 8 cから燃料ガス用整流板 2 5 6の第 2ガス流路 2 5 6 bに導入される （図 2 0参照） 。 このため、 燃料ガスは、 第 2ガス流路 2 5 6 bに沿って蛇行するよ うに重力方向に流れ、 切欠 2 5 8 dから孔部 2 5 2 dに排出される。
酸化剤ガスが燃料電池 2 1 0に供給されると、 この酸化剤ガスは、 第 1マニホ 一ルド板 2 4 6の孔部 2 4 6 b、 仕切板 2 4 4の孔部 2 4 4 bおよび第 2マニホ —ルド板 2 5 2の孔部 2 5 2 bに供給されるとともに、 この孔部 2 4 6 bに連通 する切欠 2 4 7 aを介して酸化剤ガス用整流板 2 5 0の第 1ガス流路 2 5 0 bに 導入される。 従って、 酸化剤ガスは、 図 1 9に示すように、 第 1ガス流路 2 5 0 bに沿って蛇行するように重力方向に流れ、 孔部 2 4 6 eから排出される。 これ により、 燃料電池構造体 2 1 8を構成するアノード側電極 2 1 6に燃料ガスが供 給されるとともに、 力ソード側電極 2 1 4に酸化剤ガスが供給される。
一方、 燃料電池 2 1 0に供給される冷却媒体は、 水、 メタノール、 または水と メタノールの混合溶液であり、 この冷却媒体が第 1マ二ホールド板 2 4 6の孔部 2 4 6 f に供給されると、 その一部が切欠 2 4 7 dから酸化剤ガス用整流板 2 5 0の第 1冷却媒体用流路 2 5 0 dに導入される。 このため、 冷却媒体は、 図 1 9 に示すように、 酸化剤ガス用整流板 2 5 0の第 1冷却媒体用流路 2 5 0 dに沿つ て蛇行するように重力方向とは逆方向に流れ、 第 1マ二ホールド板 2 4 6の孔部 2 4 6 aに排出される。 また、 第 2マ二ホールド板 2 5 2の孔部 2 5 2 f に導入された冷却媒体の一部 は、 切欠 2 5 8 bから燃料ガス用整流板 2 5 6の第 2冷却媒体用流路 2 5 6 dに 導入される。 従って、 図 2 0に示すように、 ？令却媒体は、 燃料ガス用整流板 2 5 6の第 2冷却媒体用流路 2 5 6 dに沿って蛇行するように重力方向とは逆方向に 流れ、 第 2マ二ホールド板 2 5 2の孔部 2 5 2 aに排出される。
この場合、 第 4の実施形態では、 図 1 9に示すように、 酸化剤ガス用整流板 2 5 0の一方の面部に酸化剤ガスを重力方向に向かって蛇行するように流動させる 第 1ガス流路 2 5 0 bが設けられるとともに、 この酸化剤ガス用整流板 2 5 0の 他方の面部には、 前記第 1ガス流路 2 5 0 bと表裏同一の流路構造でかつ冷却媒 体を重力方向とは逆方向に流動させる第 1冷却媒体用流路 2 5 0 dが設けられて いる。
すなわち、 酸化剤ガスは、 第 1ガス流路 2 5 0 bの入口側（？ L部 2 4 6 b側） に比べ出口側 （孔部 2 4 6 e側） が最も高温となっている。 このため、 酸化剤ガ スの温度が高温になる孔部 2 4 6 e側に対応する孔部 2 4 6 f側から冷却媒体が 導入されることにより、 前記冷却媒体と前記酸化剤ガスの間の熱交換効率が一挙 に向上し、 該酸化剤ガスは、 第 1ガス流路 2 5 O bの入口側から出口側にわたり 全体的に温度差のない状態に確実に温度調整され、 発電部の温度均一化が容易に 遂行されるという効果が得られる。
—方、 燃料ガス用整流板 2 5 6においても同様に、 図 2 0に示すように、 第 2 ガス流路 2 5 6 bに沿って重力方向に流れる燃料ガスと、 第 2冷却媒体用流路 2
5 6 dに沿って重力方向と反対方向に流れる冷却媒体とは、 表裏同一の流路を互 いに反対方向に流れている。 従って、 燃料ガスが入口側から出口側に至る間の温 度差を少なくし、 発電部の温度均一化が図られるという利点が得られる。
さらに、 第 4の実施形態では、 第 1ガス流路 2 5 0 bおよび第 1冷却媒体用流 路 2 5 0 dの開口面積が、 第 2ガス流路 2 5 6 bおよび第 2冷却媒体用流路 2 5
6 dの開口断面積よりも大きく設定されている。 すなわち、 燃料ガスと酸化剤ガ スは、 例えば、 メタノールの改質ガスと空気、 水素ガスと空気、 または水素ガス と酸素ガスの組み合わせからなるため、 それぞれの粘性が異なる。 このため、 燃 料ガスと酸化剤ガスとを同一のガス流路断面積に対し同一流量ずつ流すと、 酸化 剤ガス側で燃料ガス側より高いヘッド圧が発生してしまう。 これにより、 極間差 圧が生じて固体高分子電解質膜 2 1 2が破損したり、 酸化剤ガス供給源の負荷が 大きくなつてしまうという問題が生じる。
また、 燃料ガスおよび酸化剤ガスとして改質ガスおよび空気を使用する場合、 燃料利用率と空気利用率に起因して燃料ガスと空気の流量滅少に差異が発生し、 空気の流量減少が前記燃料ガスの流量減少に比べて小さいものとなる。
この結果、 酸化剤ガス側の第 1ガス流路 2 5 0 bの開口断面積を燃料ガス側の 第 2ガス流路 2 5 6 b側の開口断面積よりも大きくする必要がある。
さらにまた、 力ソード側電極 2 1 4側では、 反応生成水が酸化剤ガス用整流板 2 5 0の壁面に凝集結露する場合がある。 このため、 第 1ガス流路 2 5 0 bの開 口断面積が第 2ガス流路 2 5 6 bの開口断面積よりも大きく設定されることによ り、 結露した凝縮水によるガス流路閉塞、 およびそれに起因する脈動流 （スラグ 流等） を防ぎ、 酸化剤ガスが流れ易くなつてガス排気効率が保たれる。
なお、 第 4の実施形態では、 温調媒体として冷却媒体を使用し、 酸化剤ガスお よび燃料ガスを均一に冷却する場合について説明したが、 これとは逆に、 加熱媒 体を用いて前記酸化剤ガスおよび前記燃料ガスを全体として均一な温度に加熱す ることも可能である。
次いで、 本発明の第 5の実施形態に係る燃料電池について説明する。
図 2 2〜図 2 4において、 参照数字 3 1 0は、 第 5の実施形態に係る燃料電池 を示す。 この燃料電池 3 1 0は、 固体高分子電解質膜 3 1 2を挟んで力ソ一ド側 電極 3 1 4とアノード側電極 3 1 6を対設した燃料電池構造体 3 1 8と、 3組の 前記燃料電池構造体 3 1 8を挟持するセパレ一タ 3 2 0とを備える。 燃料電池構 造体 3 1 8とセパレ一夕 3 2 0は、 一対のェンドブレ一ト 3 2 2 a、 3 2 2 bお よび 4本の夕イロッド 3 2 4により一体的に固定される。
図 2 3に示すように、 電解質膜 3 1 2の上部側には、 燃料ガス導入用孔部 3 1 2 aとカソード側電極冷却媒体 （第 2冷却媒体） 排出用孔部 3 1 2 bと冷却水 (第 1冷却媒体）排出用孔部 3 1 2 cと酸化剤ガス導入用孔部 3 1 2 dとが設け られる。 電解質膜 3 1 2の下部側には、 燃料ガス排出用孔部 3 1 2 eと力ソード 側電極冷却媒体導入用孔部 3 1 2 f と冷却水導入用孔部 3 1 2 gと酸化剤ガス排 出用孔部 3 1 2 hとが設けられる。
燃料電池構造体 3 1 8の両側には、 第 1ガスケット 3 3 0と第 2ガスケット 3 3 2とが配設される。 第 1ガスケット 3 3 0は、 力ソード側電極 3 1 4を収容す るための大きな開口部 3 3 4を有し、 第 2ガスケット 3 3 2は、 アノード側電極 3 1 6を収容するための大きな開口部 3 3 6を有する。 第 1および第 2ガスケッ ト 3 3 0、 3 3 2は、 燃料ガス導入用孔部 3 3 0 a、 3 3 2 aとカソード側電極 冷却媒体排出用孔部 3 3 O b , 3 3 2 bと冷却水排出用孔部 3 3 0 c、 3 3 2 c と酸化剤ガス導入用孔部 3 3 0 d、 3 3 2 dとをそれぞれ上部側に設けるととも に、 燃料ガス排出用孔部 3 3 0 e、 3 3 2 eとカソード側電極冷却媒体導入用孔 部 3 3 0 f、 3 3 2 f と冷却水導入用孔部 3 3 0 g、 3 3 2 gと酸化剤ガス排出 用孔部 3 3 0 h、 3 3 2 hとをそれぞれ下部側に設ける。
セパレータ 3 2 0は、 第 1セパレー夕部 3 4 0と、 第 2セパレー夕部 3 4 2と、 この第 1および第 2セパレー夕部 3 4 0 , 3 4 2に挟持される仕切板 3 4 4とを ΐ んる。
第 1セパレー夕部 3 4 0を構成する第 1マ二ホールド板 3 4 6は、 矩形状の平 板で構成され、 その中央部に大きな開口部 3 4 8を有する。 第 1マ二ホールド板 3 4 6の上部側には、 燃料ガス導入用孔部 3 4 6 aとカソ一ド側電極冷却媒体排 出用孔部 3 4 6 bと冷却水排出用孔部 3 4 6 cと酸化剤ガス導入用孔部 3 4 6 d とが設けられる。 第 1マ二ホールド板 3 4 6の下部側には、 燃料ガス排出用孔部 3 4 6 eとカツ一ド側電極冷却媒体導入用孔部 3 4 6 f と冷却水導入用孔部 3 4 6 gと酸化剤ガス排出用孔部 3 4 6 hとが設けられる。 互いに対向角の位置に設 けられた孔部 3 4 6 dと孑し部 3 4 6 hには、 カソ一ド側電極 3 1 4側に偏位して 第 1マ二ホールド板 3 4 6に設けられた凹部 3 4 7 a、 3 4 7 bが連通し、 この 凹部 3 4 7 a , 3 4 7 bが開口部 3 4 8を介して連通状態にある （図 2 3、 図 2 4および図 2 8参照） 。
第 1マ二ホールド板 3 4 6の開口部 3 4 8に酸化剤ガス用整流板（力ソード側 要素部材） 3 5 0が嵌合される。 酸化剤ガス用整流板 3 5 0は、 その一面が平坦 でかつ他面が鉛直方向に向かって蛇行する通路 3 5 0 aが形成され、 この通路 3 5 0 aに孔部 3 4 6 dと孔部 3 4 6 hが連通する。 酸化剤ガス用整流板 3 5 0は、 緻密質材料、 具体的には、 黒鉛化炭素、 ステンレス鋼、 またはインコネル （商標 名） 等のニッケル系合金等の耐蝕性を有する導電性金属、 導電性ゴム、 または導 電性樹 fl旨で構成されている。
第 1マ二ホールド板 3 4 6の孔部 3 4 6 b、 3 4 6 f は、 第 2セパレー夕部 3
4 2側に偏位して設けられた凹部 3 4 9 a、 3 4 9 bおよび開口部 3 4 8を介し て互いに連通する （図 2 3、 図 2 9および図 3 0参照） 。
第 2セパレータ部 3 4 2は、 上記第 1セパレ一夕部 3 4 0と同様に構成されて おり、 第 2マ二ホールド板 3 5 2と、 この第 2マ二ホールド板 3 5 2の開口部 3
5 4に嵌合する燃料ガス用整流板（ァノ一ド側要素部材） 3 5 6とを有する。 第 2マ二ホールド板 3 5 2の上部側には、 燃料ガス導入用孔部 3 5 2 aとカソ 一ド側電極冷却媒体排出用孔部 3 5 2 bと冷却水排出用孔部 3 5 2 cと酸化剤ガ ス導入用孔部 3 5 2 dとが設けられる一方、 その下部側には、 燃料ガス排出用孔 部 3 5 2 eとカソード側電極冷却媒体導入用孔部 3 5 2 f と冷却水導入用孔部 3 5 2 gと酸化剤ガス排出用孔部 3 5 2 hとが設けられる。 孔部 3 5 2 a、 3 5 2 eは、 凹部 3 5 8 a、 3 5 8 bを介して開口部 3 5 4に連通するとともに （図 2 3、 図 2 4および図 2 8参照）、 孔部 3 5 2 c、 3 5 2 gは、 凹部 3 5 8 c、 3 5 8 dを介して前記開口部 3 5 4に連通する （図 2 3、 図 2 9および図 3 0参 ハ、、ノ
燃料ガス用整流板 3 5 6は、 その一面が平坦でかつ他面が鉛直方向に向かって 蛇行する通路 3 5 6 aが形成される。 この燃料ガス用整流板 3 5 6は、 その平坦 面側に供給される水分 （第 1冷却媒体） をアノード側電極 3 1 6側に供給するた めに、 導電性の水透過性材料で形成され、 具体的には、 多孔質炭素焼結体、 導電 性多孔質焼結金属、 多孔質導電性ゴム、 多孔質導電性樹脂等の多孔質体、 または これらを組み合わせた材料で構成される。 燃料ガス用整流板 3 5 6が多孔質炭素 焼結体で形成される際、 水の滴下を阻止すべくその気孔率が 7 0 %以下でかつポ ァ径が 4 0 m以下の多孔性を有することが望ましい。
なお、 燃料ガス用整流板 3 5 6は、 好適には、 耐久性を向上させるために撥水 化処理された多孔質体で構成される。 この場合、 燃料ガス用整流板 3 5 6は、 所 定濃度に調整された P T F E (ポリテトラフルォロエチレン） の分散液に浸潰し た後、 室温で乾燥させ、 次いで、 3 0 0〜3 5 0 °Cで焼成することにより、 撥水 化処理が行われる。
仕切板 3 4 4は、 緻密質かつ導電性を有する黒鉛化炭化、 ステンレス鋼、 また はニッケル系合金等の耐蝕性の導電性金属、 導電性ゴム、 導電性樹脂、 またはこ れらを組み合わせた材料で構成される。 この仕切板 3 4 4の上部側には、 燃料ガ ス導入用孔部 3 4 4 aとカツ一ド側電極冷却媒体排出用孔部 3 4 4 bと冷却水排 出用孔部 3 4 4 cと酸化剤ガス導入用孔部 3 4 4 dとが設けられる一方、 その下 部側には、 燃料ガス排出用孔部 3 4 4 eとカソ一ド側電極冷却媒体導入用孔部 3 4 4 f と冷却水導入用孔部 3 4 4 gと酸化剤ガス排出用孔部 3 4 4 hとが設けら れる。
図 2 4に示すように、 セパレー夕 3 2 0は、 燃料ガス用整流板 3 5 6と仕切板 3 4 4の間にアノード側電極 3 1 6側を冷却するための冷却水が導入される第 1 冷却通路 3 6 0を有するとともに、 酸化剤ガス用整流板 3 5 0と前記仕切板 3 4 4の間に力ソード側電極 3 1 4側を冷却するための第 2冷却媒体が導入される第 2冷却通路 3 6 2を設ける。
第 1および第 2冷却通路 3 6 0、 3 6 2は、 それぞれ独立しており、 この第 1 冷却通路 3 6 0に第 1冷却媒体である水が供給される。 一方、 第 2冷却通路 3 6 2には、 燃料電池 3 1 0の作動温度近傍以下の沸点温度を有する少なくとも一種 以上の物質であつて、 これらの物質は相互の反応および該物質が接する酸化剤ガ ス用整流板 3 5 0および仕切板 3 4 4との反応を起こさない物質である第 2冷却 媒体が供給される。
具体的には、 無機化合物である水 （ 1 0 0 °C) 、 アンモニア （一 3 3 . 4 3 °C) 、 二酸化炭素（一 7 8 . 5 °C) 、 アルゴン （一 1 8 5 . 8 6 9 °C) および窒 素 （一 1 9 5 . 8 °C) と、 有機化合物であるメタノール （6 4 . 5 1 °C) 、 エタ ノール （78. 3°C) およびイソプロパノール （ 82. 33°C) 等のアルコール 類と、 ァセトアルデヒド （20. 4 °C) 、 アセトン （5 6. 1 2°C) 、 ェチルメ チルケトン （ 79. 5 9 °C) およびホルムアルデヒド （― 1 9. 1°C) 等のアル デヒド .ケトン類と、 ェチルプロピルエーテル （63. 8 6 °C) 、 ェチルメチル エーテル （7. 35°C) 、 ジェチルエーテル （ 34. 55°C) 、 ジメチルエーテ ル （一24. 84°C) およびジイソプロピルエーテル （ 6 8. 27°C) 等のエー テル類と、 メタン （一 1 6 1. 4 9°C) 、 ェタン （一 88. 63°C) 、 プロパン (一 42. 07°C) 、 ブタン （一 0. 5°C) 、 ペンタン （3 6. 0 7で） 、 イソ ペンタン （27. 85 °C) 、 へキサン （68. 74 °C) およびイソへキサン （6 0. 27°C) 等の飽和炭化水素と、 蟻酸メチル （3 1. 7 6°C) 、 蟻酸ェチル (57°C) 、 酢酸ェチル （77. 1 7°C) 、 酢酸ビニル （72. 92°C) および 酢酸メチル （57°C) 等のエステルと、 シクロブタン （1 2. 5 1°C) 、 シクロ プロパン （一 32. 87 °C) 、 シクロへキサン （80. 74 °C) 、 シクロペン夕 ン （4 9. 26°C) 、 へキサフルォロベンゼン （ 8 0. 26 °C) およびベルフル ホロシクロへキサン （52. 52°C) 等の環状化合物とが使用される。 なお、 上 記 （ ） 内は、 それぞれの物質の常圧下における沸点温度を示す。
第 1冷却通路 3 60に水を供給するための水供給構造が、 図 25に示されてい る。 この水供給構造は、 水タンク 370を備え、 この水タンク 370と燃料電池 3 1 0が循環路 372により連通している。 この循環路 372上には、 水タンク 370から燃料電池 3 1 0に水を供給するための水供給循環用ポンプ 374が配 設されるとともに、 この燃料電池 3 1 0の排出側には背圧弁 37 6、 ラジェ一夕 375、 冷却ファン 377およびイオン交換樹脂 378が配設されている。
第 2冷却通路 362に供給される第 2冷却媒体による締め付け圧を制御するた めに、 図 26に示す圧力制御手段 380と、 図 27に示す圧力制御手段 3 90と が、 選択的に設けられている。 圧力制御手段 38 0は、 第 2冷却通路 3 62に導 入される第 2冷却媒体の沸点温度が燃料電池 3 1 0の作動温度に近く、 かっこの 第 2冷却媒体による蒸気圧が不足する場合に使用されるものであり、 前記燃料電 池 3 1 0と循環路 382を介して連通する冷媒タンク 384を備えるとともに、 この循環路 3 8 2に昇圧ポンプ 3 8 6と背圧弁 3 8 8が配設されている。
圧力制御手段 3 9 0は、 第 2冷却通路 3 6 2に導入される第 2冷却媒体の沸点 が燃料電池 3 1 0の作動温度よりも低く、 かっこの第 2冷却媒体の蒸気圧が十分 に得られる場合に採用されるものであり、 前記燃料電池 3 1 0の外部に設けられ た循環路 3 9 2に配設され、 前記冷却媒体を加熱または冷却するための温度調整 器 3 9 4を備えている。
このように構成される燃料電池 3 1 0の動作について、 以下に説明する。
図 2 4に示すように、 燃料ガス （水素ガス） が燃料電池 3 1 0に供給されると、 この燃料ガスは第 1セパレー夕部 3 4 0を構成する第 1マ二ホールド板 3 4 6の 孔部 3 4 6 a、 燃料電池構造体 3 1 8の孔部 3 3 0 a、 3 1 2 aおよび 3 3 2 a を通って第 2セパレー夕部 3 4 2を構成する第 2マ二ホールド板 3 5 2の孔部 3 5 2 aに至る。 燃料ガスは、 孔部 3 5 2 aおよび凹部 3 5 8 aから燃料ガス用整 流板 3 5 6の通路 3 5 6 aを通って燃料電池構造体 3 1 8を構成するアノード側 電極 3 1 6に供給され、 凹部 3 5 8 bに排出される。
図 2 8に示すように、 酸化剤ガスは、 第 1マ二ホールド板 3 4 6の孔部 3 4 6 dに供給され、 この孔部 3 4 6 dおよび凹部 3 4 7 aから酸化剤ガス用整流板 3 5 0の通路 3 5 0 aに導入され、 燃料電池構造体 3 1 8を構成するカソ一ド側電 極 3 1 4に供給される。 なお、 未使用の酸化剤ガスは、 図 2 4に示すように、 第 1マ二ホールド板 3 4 6の孔部 3 4 6 h等を介して外部に排出され、 未使用の燃 料ガスは、 図 2 8に示すように、 第 2マ二ホールド板 3 5 2の孔部 3 5 2 e等を 介して外部に排出される。
一方、 第 1冷却媒体である水は、 図 2 5に示すように、 ポンプ 3 7 4の作用下 に水タンク 3 7 0から循環路 3 7 2を介して燃料電池 3 1 0内に供給される。 こ の水は、 図 3 0に示すように、 第 1セパレー夕部 3 4 0の孔部 3 4 6 g、 燃料電 池構造体 3 1 8の孔部 3 3 0 g、 3 1 2 gおよび 3 3 2 gから第 2セパレ一夕部 3 4 2の孔部 3 5 2 gに至り、 この孔部 3 5 2 gに連通する凹部 3 5 8 dから仕 切板 3 4 4と燃料ガス用整流板 3 5 6の間、 すなわち、 第 1冷却通路 3 6 0に導 入され、 この第 1冷却通路 3 6 0を下方から上方に向かって流動する。 その際、 燃料ガス用整流板 3 5 6は、 水透過性材料 （多孔質体） で形成されて おり、 第 1冷却通路 3 6 0に導入された水は、 燃料ガス用整流板 3 5 6を透過し て通路 3 5 6 aに供給された燃料ガスおよびアノード側電極 3 1 6を直接加湿す ることができる。
また、 第 2冷却媒体は、 圧力制御手段 3 8 0または圧力制御手段 3 9 0を介し て燃料電池 3 1 0に供給される。 この第 2冷却媒体は、 図 2 9に示すように、 第 1セパレー夕部 3 4 0の孔部 3 4 6 f に供給されると、 これに連通する凹部 3 4 9 bからセノ、。レ一夕 3 2 0の第 2冷却通路 3 6 2に下方から上方に向かって導入 される。
この第 2冷却通路 3 6 2を構成する酸化剤ガス用整流板 3 5 0は、 緻密質材料 で形成されており、 さらに前記第 2冷却通路 3 6 2と第 1冷却通路 3 6 0が仕切 板 3 4 4により完全に独立している。 従って、 第 2冷却通路 3 6 2に導入された 第 2冷却媒体の蒸気圧あるいはこの第 2冷却媒体自体の圧力により、 酸化剤ガス 用整流板 3 5 0が力ソード側電極 3 1 4側に押圧され、 燃料電池構造体 3 1 8に 所望の締め付け力が発生する。 これにより、 燃料電池構造体 3 1 8内での接触抵 杭が低減され、 端子電圧の低下を確実に防止することが可能になる。
この際、 異なった沸点を有する複数の冷却媒体を導入し、 その割合と量を調整 することにより、 作動温度における押圧力を自在に設定することができる。 このように、 第 5の実施形態では、 セパレ一夕 3 2 0が第 1および第 2セパレ 一夕部 3 4 0、 3 4 2とこれらの間に介装される仕切板 3 4 4とを備えるととも に、 この仕切板 3 4 4を挟んで第 1および第 2冷却通路 3 6 0、 3 6 2が独立し て形成される。 このため、 第 1および第 2冷却通路 3 6 0 . 3 6 2には、 それぞ れアノード側電極 3 1 6および力ソード側電極 3 1 4に対応した所望の第 1およ び第 2冷却媒体を選択的に供給することができる。
特に、 7K透過性材料で形成された燃料ガス用整流板 3 5 6の第 1冷却通路 3 6 0に第 1冷却媒体として水が供給される一方、 緻密質材料で形成された酸化剤ガ ス用整流板 3 5 0の第 2冷却通路 3 6 2に所望の圧力を発生させ得る第 2冷却媒 体が供給される。 これにより、 第 1冷却通路 3 6 0に導入された水により燃料ガ スおよびアノード側電極 3 1 6側を直接加湿するとともに、 第 2冷却通路 3 6 2 に導入された第 2冷却媒体により燃料電池構造体 3 1 8に所定の締め付け力を付 与することが可能になる。
従って、 セパレー夕 3 2 0は、 燃料ガスと酸化剤ガスを分離供給する機能と燃 料電池構造体 3 1 8の内部抵抗による熱を除去する機能の他に、 燃料ガスが供給 されるアノード側電極 3 1 6を直接加湿する機能と力ソード側電極 3 1 4を押圧 して所望の締め付け力を付与する機能をも有する。 これにより、 セパレ一夕 3 2 0は、 簡単な構造で多機能を有し、 しかも燃料電池 3 1 0全体を.容易に小型化か つ軽量化することが可能になるという効果が得られる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 水平方向へと多数積層された燃料電池セルからなる燃料電池 において、 燃料ガス、 酸化剤ガスを垂直方向下方へ、 すなわち、 重力に沿った方 向へと流し、 一方、 これを冷却するための冷却用媒体、 例えば、 水を重力に逆ら う方向で、 すなわち、 前記ガスの流れ方向と反対の方向から流して、 先ず、 燃料 電池セルにおけるガス出口側で冷却能力の十分にある冷却媒体で一旦冷やすとと もに、 ガスの入口付近、 すなわち、 燃料電池セルの上部では逆に燃料電池セルを 冷却する能力を落として制御している。 この結果、 ガスの入口付近と出口付近で の燃料電池セルにおける温度分布が小さくなり、 結局、 燃料電池セルを安定化さ せた状態で駆動するとともに、 燃料電池セルの寿命を著しく向上させることがで きるという効果が得られる。
また、 本発明によれば、 アノード側電極に接するアノード側要素部材とカツー ド側電極に接するカソ一ド側要素部材とを備え、 これらの間に冷却媒体用流路が 直接形成されるため、 セパレー夕構成部品の数が容易に削減される。 さらに、 ァ ノ一ド側要素部材および力ソード側要素部材の冷却媒体用流路を形成するそれぞ れの面部に接触面積拡大部位が設けられており、 この接触面積拡大部位の形状等 を変更するだけで、 ァノード側電極とカソード側電極に対しそれぞれ最適の冷却 効率を設定することができる。 また、 本発明によれば、 酸化剤ガスを流動させる第 1ガス流路および Zまたは 燃料ガスを流動させる第 2ガス流路と同一の流路構造を有する温調媒体用流路が 設けられるとともに、 ガスの流れ方向と温調媒体の流れ方向とが互いに反対方向 に設定されている。 このため、 例えば、 第 1ガス流路を流れる酸化剤ガスと温調 媒体用流路を流れる冷却媒体とは、 表裏同一の流路を反対方向に流れることにな り、 この酸化剤ガスとこの冷却媒体の間の熱交換効率が向上し、 発電部の温度を 均一化することができる。 同様に、 例えば、 第 2ガス流路を流れる燃料ガスと温 調媒体用流路を流れる冷却媒体とによって、 発電部の温度均一化が可能になる。 さらにまた、 本発明によれば、 セパレー夕にそれぞれ独立して設けられた第 1 および第 2冷却通路に対し、 ァノ一ド側電極および力ソ一ド側電極に応じた所望 の第 1および第 2冷却媒体を選択的に導入することができる。 これによつて、 簡 単な構成で、 例えば、 燃料電池構造体の除熱、 燃料ガスの加湿および締め付け力 の付与等、 種々の用途に適用することが可能になるとともに、 燃料電池全体の小 型化および軽量化が容易に遂行される。

Claims

請求の範囲
1 . 電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設してセパレー夕 により挟持した燃料電池セルを、 水平方向に多数積層して燃料電池を構成し、 前 記それぞれの燃料電池セルのアノード側電極とカソード側電極に対し重力方向に 沿って燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給する一方、 前記燃料ガスと酸化 剤ガスの流れ方向と反対方向から冷却用媒体を前記それぞれの燃料電池セルのセ パレー夕に送り込むことを特徵とする燃料電池の制御方法。
2 . 請求項 1記載の制御方法において、 前記冷却用媒体は、 前記燃料電池セルを 加湿するための水であることを特徴とする燃料電池の制御方法。
3 . 電解質膜を挟んでァノ一ド側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造 体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレー夕と、
を備え、
前記セパレー夕は、 前記ァノード側電極に接するァノ一ド側要素部材と、 前記力ソード側電極に接するカソード側要素部材と、
前記ァノ一ド側要素部材および前記力ソード側要素部材の間に形成される冷却 媒体用流路と、
を有するとともに、
前記ァノ一ド側要素部材および前記力ソード側要素部材は、 前記冷却媒体用流 路を形成するそれぞれの面部に前記冷却媒体との接触面積を拡大するための接触 面積拡大部位が設けられることを特徴とする燃料電池。
4 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記接触面積拡大部位は、 凸状部または 凹状部からなることを特徴とする燃料電池。
5 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記接触面積拡大部位は、 凸状部および 凹状部からなることを特徴とする燃料電池。
6 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記アノード側要素部材の接触面積拡大 部位と前記カソ一ド側要素部材の接触面積拡大部位は、 それぞれの接触面積が異 なることを特徵とする燃料電池。
7. 請求項 3記載の燃料電池において、 前記ァノ一ド側要素部材ぉよび前記力ソ 一ド側要素部材のそれぞれの接触面積拡大部位は、 前記冷却媒体にのみ接するこ とを特徴とする燃料電池。
8. 請求項 3記載の燃料電池において、 前記アノード側要素部材は、 燃料ガス用 整流板を備え、
前記燃料ガス用整流板の一方の面には、 水平方向に平行しかつ千鳥状に配設さ れた複数の突部を介して鉛直方向に蛇行する燃料ガス用通路が形成され、 前記燃料ガス用整流板の他方の面には、 前記接触面積拡大部位である複数の熱 交換用フィンが形成されることを特徴とする燃料電池。
9 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記力ソード側要素部材は、 酸化剤ガス 用整流板を備え、
前記酸化剤ガス用整流板の一方の面には、 水平方向に平行しかつ千鳥状に配設 された複数の突部を介して鉛直方向に蛇行する酸化剤ガス用通路が形成され、 前記酸化剤ガス用整流板の他方の面には、 前記接触面積拡大部位である複数の 熱交換用フィンが形成されることを特徵とする燃料電池。
1 0 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記アノード側要素部材および前記力 ソード側要素部材は、 炭素、 ステンレス鋼、 またはニッケル系合金等の耐蝕性を 有する導電性金属、 導電性ゴム、 導電性樹脂等、 またはこれらを組み合わせた材 料で構成されることを特徴とする燃料電池。
1 1 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記冷却媒体は、 水、 メタノール、 水 とメタノールの混合溶液、 燃料電池作動用ガス、 または前記燃料電池の作動温度 以下の沸点を有する物質であることを特徴とする燃料電池。
1 2. 電解質膜を挟んで力ソ一ド側電極とァノード側電極を対設した燃料電池構 造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレー夕と、
を備元、
前記セパレー夕は、 前記力ソ一ド側電極と前記ァノ一ド側電極にそれぞれ酸化 剤ガスと燃料ガスを互いに平行しかつ重力方向に向かって流動させる第 1および 第 2ガス流路と、
前記第 1または第 2ガス流路に隔壁を介して設けられ、 該第 1または第 2ガス 流路と同一の流路構造を有する温調媒体用流路と、
を設けるとともに、
前記第 1または第 2ガス流路のガスの流れ方向と、 前記温調媒体用流路の温調 媒体の流れ方向とが、 互レ、に反対方向に設定されることを特徵とする燃料電池。
1 3 . 請求項 1 2記載の燃料電池において、 前記温調媒体は、 水、 メタノール、 または水とメ夕ノールの混合溶液であることを特徴とする燃料電池。
1 4 . 請求項 1 2記載の燃料電池において、 前記第 1および第 2ガス流路は、 酸 化剤ガスと燃料ガスを互いに平行しかつ重力方向に向かって蛇行して流動させる 流路構造とすることを特徴とする燃料電池。
1 5 . 電解質膜を挟んで力ソード側電極とァノ一ド側電極を対設した燃料電池構 造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレー夕と、
を備え、
前記セパレ一夕は、 前記力ソード側電極と前記ァノード側電極にそれぞれ酸化 剤ガスと燃料ガスを互いに平行しかつ重力方向に向かって流動させる第 1および 第 2ガス流路と、
前記第 1および第 2ガス流路に隔壁を介して設けられ、 該第 1および第 2ガス 流路と同一の流路構造を有する温調媒体用流路と、
を設けるとともに、
前記第 1および第 2ガス流路のガスの流れ方向と、 前記温調媒体用流路の温調 媒体の流れ方向とが、 互いに反対方向に設定されることを特徴とする燃料電池。
1 6 . 請求項 1 5記載の燃料電池において、 前記酸化剤ガスを流動させる前記第 1ガス流路の開口断面積および該第 1ガス流路に隔壁を介して設けられた前記温 調媒体用流路の開口断面積は、 前記燃料ガスを流動させる前記第 2ガス流路の開 口断面積および該第 2ガス流路に隔壁を介して設けられた前記温調媒体用流路の 開口断面積よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池。
1 7 . 請求項 1 6記載の燃料電池において、 前記温調媒体は、 水、 メタノール、 または水とメタノ一ルの混合溶液であることを特徴とする燃料電池。
1 8 . 請求項 1 6記載の燃料電池において、 前記第 1および第 2ガス流路は、 酸 化剤ガスと燃料ガスを互いに平行しかつ重力方向に向かって蛇行して流動させる 流路構造とすることを特徴とする燃料電池。
1 9 . 電解質を挟んでァノード側電極と力ソード側電極が対設された燃料電池構 造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレ一夕と、
を備え、
前記セパレー夕は、 前記ァノード側電極側を冷却するための第 1冷却媒体が導 入される第 1冷却通路と、
前記力ソ一ド側電極側を冷却するための第 2冷却媒体が導入される第 2冷却通 路と、
をそれぞれ独立して有することを特徴とする燃料電池。
2 0 . 請求項 1 9記載の燃料電池において、 前記セパレー夕は、 前記アノード側 電極に接触するァノード側要素部材を備え、
前記ァノード側要素部材は、 前記第 1冷却通路に導入される前記第 1冷却媒体 である水分を該ァノ一ド側電極および燃料ガスに供給するために導電性の水透過 性材料で形成されることを特徴とする燃料電池。
2 1 . 請求項 2 0記載の燃料電池において、 前記アノード側要素部材は、 多孔質 炭素焼結体、 導電性多孔質焼結金属、 多孔質導電性ゴム、 多孔質導電性樹脂等の 多孔質体、 またはこれらを組み合わせた多孔質材で構成されることを特徴とする 燃料電池。
2 2 . 請求項 2 1記載の燃料電池において、 前記多孔質炭素焼結体は、 気孔率が 7 0 %以下でかつポア径が 4 0 m以下の多孔性を有することを特徴とする燃料 電池。
2 3 . 請求項 2 1記載の燃料電池において、 前記アノード側要素部材は、 撥水化 処理された多孔質体で構成されることを特徴とする燃料電池。
2 4 . 請求項 1 9記載の燃料電池において、 前記セパレー夕は、 前記力ソード側 電極に接触するカソード側要素部材を備え、
前記カソード側要素部材は、 前記第 2冷却通路に導入される前記第 2冷却媒体 の圧力により該カソ一ド側電極に締め付け力を付与するために緻密質材料で形成 されることを特徴とする燃料電池。
2 5 . 請求項 2 4記載の燃料電池において、 前記力ソード側要素部材は、 黒鉛化 炭素、 ステンレス鋼、 またはニッケル系合金等の耐蝕性を有する導電性金属、 導 電性ゴム、 導電性樹脂、 またはこれらを組み合わせた材料で構成されることを特 徵とする燃料電池。
2 6 . 請求項 1 9記載の燃料電池において、 前記第 2冷却媒体は、 前記燃料電池 の作動温度近傍以下の沸点温度を有する少なくとも一種以上の物質であって、 こ れらの物質は相互の反応および該物質が接する部材との反応を起こさなレ、物質で あることを特徴とする燃料電池。
2 7 . 請求項 1 9記載の燃料電池において、 前記第 2冷却通路に供給される前記 第 2冷却媒体の圧力を制御するための圧力制御手段を備えることを特徴とする燃 料電池。
2 8 . 請求項 2 7記載の燃料電池において、 前記圧力制御手段は、 前記燃料電池 の外部に配設される昇圧ポンプぉよび背圧弁を備えることを特徴とする燃料電池。
2 9 . 請求項 2 7記載の燃料電池において、 前記圧力制御手段は、 前記第 2冷却 媒体の温度を制御する温度調整器を備えることを特徴とする燃料電池。
3 0 . 請求項 1 9記載の燃料電池において、 前記セパレ一夕は、 前記第 1冷却通 路と前記第 2冷却通路を仕切るための仕切部材を備え、
前記仕切部材は、 緻密質かつ導電性を有する黒鉛化炭素、 ステンレス鋼、 また はニッケル系合金等の耐蝕性の導電性金属、 導電性ゴム、 導電性樹脂、 またはこ れらを組み合わせた材料で構成されることを特徴とする燃料電池。
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