固体高分子型燃料電池
【課題】外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池を提供する。
【解決手段】複数の単位セルは、略直方体からなる燃料電池スタック３００の端板３１０から端板３５０へ向かう方向に積層されており、各単位セルにおいて、空気（または酸素）を流すセパレータは、燃料電池スタック３００の側面３００Ａから側面３００Ｂへ向かう方向にジグザグ状に形成された複数の溝を有する。シール部材４１０は、空気（または酸素）が通過するための通過領域４１０Ａを中央部に有し、燃料電池スタック３００の側面３００Ｂに燃料電池スタック３００に接して配置される。押込器４００は、燃料電池スタック３００の設置面５００側に位置する側面３００Ａ側に配置され、各単位セルのセパレータに形成された複数の溝に空気（または酸素）を押し込む。
【解決手段】複数の単位セルは、略直方体からなる燃料電池スタック３００の端板３１０から端板３５０へ向かう方向に積層されており、各単位セルにおいて、空気（または酸素）を流すセパレータは、燃料電池スタック３００の側面３００Ａから側面３００Ｂへ向かう方向にジグザグ状に形成された複数の溝を有する。シール部材４１０は、空気（または酸素）が通過するための通過領域４１０Ａを中央部に有し、燃料電池スタック３００の側面３００Ｂに燃料電池スタック３００に接して配置される。押込器４００は、燃料電池スタック３００の設置面５００側に位置する側面３００Ａ側に配置され、各単位セルのセパレータに形成された複数の溝に空気（または酸素）を押し込む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子型燃料電池に関し、特に、スタック型の固体高分子型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の単位燃料電池を積層した燃料電池スタックが知られている（特許文献１）。この燃料電池スタックは、複数の単位燃料電池と、２枚のエンドプレートとを備える。
【０００３】
複数の単位燃料電池は、積層される。そして、２枚のエンドプレートは、積層された複数の単位燃料電池を積層方向から挟持する。
【０００４】
各単位燃料電池は、固体高分子電解質膜と、アノード側拡散電極と、カソード側拡散電極と、第１および第２のセパレータとからなる。アノード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、カソード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の他方側に配置される。そして、第１および第２のセパレータは、アノード側拡散電極／固体高分子電解質膜／カソード側拡散電極を挟持する。
【０００５】
この場合、第１および第２のセパレータ間には、燃料電池セル（＝アノード側拡散電極／固体高分子電解質膜／カソード側拡散電極）を介して燃料電池セルの電極反応面からアノード側拡散電極またはカソード側拡散電極の外周部への反応ガスの漏れを防止するために接着性の液状シールが設けられ、隣接する第１および第２のセパレータ間には、非接着性の液状シールが設けられる。
【０００６】
そして、燃料電池スタックにおいては、燃料ガスは、複数の単位燃料電池を積層することによって第１および第２のセパレータの両端部に形成される通路を通ってカソード側拡散電極およびアノード側拡散電極に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３３２２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池スタックにおいては、積層された複数の単位燃料電池と２枚のエンドプレートとの間がシールされていないため、外部から空気をセパレータに直接流そうとした場合、複数の単位燃料電池とエンドプレートとの間の隙間に空気が流れ、セパレータに空気を効率的に流すことが困難であるという問題がある。
【０００９】
また、空冷用の空気を反応空気ガスとしても利用する形態の燃料電池スタックは、反応空気の加湿が困難であるため、固体高分子電解質膜が乾燥し、燃料電池スタックの性能が低下するという問題がある。
【００１０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、固体高分子型燃料電池は、略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、複数の単位セルと、第１および第２の端板と、押込器と、シール部材とを備える。複数の単位セルは、直方体の第１の面から第１の面に対向する第２の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続される。第１および第２の端板は、第１の面から第２の面へ向かう方向において、複数の単位セルを両側から挟持する。押込器は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する直方体の第３の面から前記第３の面側に配置され、酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む。シール部材は、複数の単位セルに接して第３の面側に少なくとも配置されるとともに、酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。複数の単位セルの各々は、固体高分子電解質膜と、第１および第２のセパレータとを含む。第１のセパレータは、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給する。第２のセパレータは、固体高分子電解質膜の他方側に配置され、固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する。そして、第１のセパレータは、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、ガス流路部と一体に成形され、固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含む。ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含む。隣接する第１および第２の単位セルは、第１の単位セルに含まれる第２のセパレータと第２の単位セルに含まれる第１のセパレータとによって直列に接続されている。
【００１２】
好ましくは、シール部材は、第１および第２のシール部材を含む。第１のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第２のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面に対向する第４の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。
【００１３】
好ましくは、固体高分子型燃料電池は、他のシール部材をさらに備える。他のシール部材は、還元剤ガスが第２のセパレータを流れる方向において複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。そして、還元剤ガスは、酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる。
【００１４】
好ましくは、他のシール部材は、第３および第４のシール部材を含む。第３のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第４のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。
【００１５】
好ましくは、シール部材は、第１および第２のシール部材を含む。第１のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第２のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面に対向する第４の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。他のシール部材は、第３および第４のシール部材を含む。第３のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第４のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。
【００１６】
好ましくは、第１のセパレータの複数の溝の各々は、酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する。
【００１７】
好ましくは、ガス流路部およびガス通過部は、金属板からなり、第１のセパレータの複数の溝は、ガス流路部を構成する金属板の表裏面に形成されている。
【００１８】
好ましくは、金属板は、ステンレス鋼からなる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明による固体高分子型燃料電池は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側から酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む押込器と、複数の単位セルに接して設置面側に少なくとも配置され、複数の単位セルの周囲をシールするシール部材とを備えるので、外部の酸化剤ガスは、第１のセパレータの複数の溝に専ら押し込まれる。そして、押し込まれた酸化剤ガスは、固体高分子電解質膜に供給され易くなる。
【００２０】
したがって、この発明によれば、外部から空気をセパレータに効率的に供給でき、固体高分子型燃料電池の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。
【図２】図１に示すセパレータの裏面の平面図である。
【図３】図１に示す溝部分の拡大図である。
【図４】図１に示すセパレータの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。
【図６】図５に示すセパレータの裏面の平面図である。
【図７】図５に示す凸部および凹部の拡大図である。
【図８】図１から図７に示すセパレータを備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。
【図９】図８に示す固体高分子型燃料電池を構成する各部品の斜視図である。
【図１０】図９に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図１２】図１１に示す線ＸＩＩ−ＸＩＩ間における燃料電池スタックの断面図である。
【図１３】図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池の平面図である。
【図１４】図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池の他の平面図である。
【図１５】図１１に示すＣ方向から見た固体高分子型燃料電池の平面図である。
【図１６】図１１に示すＢ方向から見た固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図１７】燃料電池スタック内で生成された水滴に作用する力の概念図である。
【図１８】燃料電池スタック内における水滴の動向を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータ１０は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス通過部１１，１２と、ガス流路部１３と、孔１４〜１７とを備える。ガス通過部１１，１２、ガス流路部１３、および孔１４〜１７は、金属板にプレス成形を施すことによって一体的に成形される。
【００２４】
ガス通過部１１は、孔１１１〜１１４からなる。孔１１１〜１１４は、セパレータ１０を貫通するようにセパレータ１０の一方端側に配置される。孔１１１〜１１４の各々は、ミリオーダーの直径を有する。また、ガス通過部１２は、孔１２１〜１２４からなる。孔１２１〜１２４は、セパレータ１０を貫通するようにセパレータ１０の他方端側に孔１１１〜１１４に対向して配置される。孔１２１〜１２４の各々は、孔１１１〜１１４の直径と同じ直径を有する。
【００２５】
ガス流路部１３は、複数の溝１３１〜１４３を有する。複数の溝１３１〜１４１の各々は、セパレータ１０の基準面１８からミリオーダーの深さおよびミリオーダーの幅を有し、ガスが流れる方向ＤＲ１においてジグザグ状に形成される。そして、複数の溝１３１〜１４１は、ミリオーダーの間隔で配置される。
【００２６】
溝１４２は、方向ＤＲ１において、セパレータ１０の一方端側に配置され、溝１４３は、方向ＤＲ１においてセパレータ１０の他方端側に配置される。溝１４２，１４３の各々は、複数の溝１３１〜１４１に略直交するように直線状に形成される。そして、溝１４２，１４３の各々は、セパレータ１０の基準面１８から２ｍｍよりも小さい深さ、ミリオーダーの幅および１０ｃｍ程度の長さを有する。
【００２７】
孔１４〜１７は、セパレータ１０を貫通するようにセパレータ１０の４隅に配置される。そして、孔１４〜１７の各々は、ミリオーダーの直径を有する。
【００２８】
孔１４，１１１〜１１４，１５は、セパレータ１０の一方端側において、ミリオーダーの間隔で直線状に配置される。また、孔１６，１２１〜１２４，１７は、セパレータ１０の他方端側において、孔１４，１１１〜１１４，１５の間隔と同じ間隔で直線状に配置される。
【００２９】
ガス通過部１１の孔１１１〜１１４およびガス通過部１２の孔１２１〜１２４は、水素ガスを紙面に垂直な方向に通過させる。溝１３１〜１４１は、空気（または酸素）を方向ＤＲ１へ流す。溝１４２，１４３は、セパレータ１０と後述する固体高分子電解質膜との密着性を向上させるための板を配置するための溝である。孔１４〜１７は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。
【００３０】
図２は、図１に示すセパレータ１０の裏面の平面図である。図２を参照して、凸部１３１Ａ〜１４１Ａは、それぞれ、図１に示す溝１３１〜１４１に対応する。したがって、凸１３１Ａ〜１４１Ａは、基準面１９から２ｍｍよりも小さい高さと、ミリオーダーの幅を有する。そして、凸部１３１Ａ〜１４１Ａは、ミリオーダーの間隔で配置される。
【００３１】
図３は、図１に示す溝１４２部分の拡大図である。図３を参照して、溝１４２は、複数の溝１３１〜１４１に略直交する方向に直線状に形成されている。平板３０は、２ｍｍよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅および１０ｃｍよりも長い長さを有する（図３の（ａ）参照）。
【００３２】
そして、平板３０は、溝１４２に挿入される。平板３０は、上述したように、溝１４２と同じ寸法を有するため、平板３０の上面３０Ａは、セパレータ１０の基準面１８に一致する（図３の（ｂ）参照）。
【００３３】
なお、平板３０が溝１４２に挿入されても、平板３０の厚みは、溝１３１〜１４１の深さよりも薄いため、空気（または酸素）は、溝１３１〜１４１を流れることができる。
【００３４】
また、溝１４３にも、平板３０と同じ平板が挿入される。
【００３５】
図４は、図１に示すセパレータ１０の斜視図である。図４を参照して、セパレータ１０は、上述した溝１３１〜１４１を前面１０Ａに有し、溝１５１〜１６０を裏面１０Ｂに有する。
【００３６】
溝１５１〜１６０は、それぞれ、溝１３１，１３２間、溝１３２，１３３間、溝１３３，１３４間、溝１３４，１３５間、溝１３５，１３６間、溝１３６，１３７間、溝１３７，１３８間、溝１３８，１３９間、溝１３９，１４０間、および溝１４０，１４１間に形成される。
【００３７】
そして、溝１５１〜１６０は、溝１３１〜１４１と同じ寸法を有し、溝１３１〜１４１と同じように方向ＤＲ１においてジグザグ状に形成される。
【００３８】
その結果、空気（または酸素）は、セパレータ１０の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０を方向ＤＲ１へ流れる。すなわち、空気（または酸素）は、セパレータ１０の表裏面を流れる。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。図５を参照して、セパレータ２０は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス供給部２１と、ガス排出部２２と、凸部２３，２４と、ガス流路部２５と、凹部２６〜２９と、孔３１〜３４とを備える。
【００４０】
セパレータ２０は、セパレータ２０の基準面３５から１ｍｍよりも小さい深さだけ窪んだ凹部２０１を有する。そして、ガス供給部２１、ガス排出部２２、凸部２３，２４およびガス流路部２５は、凹部２０１に形成される。
【００４１】
ガス供給部２１は、孔２１１〜２１４と、凸部２１５〜２１７とを含む。孔２１１〜２１４および凸部２１５〜２１７は、セパレータ２０の長さ方向における一方端側に配置される。そして、孔２１１〜２１４は、セパレータ２０を貫通し、セパレータ２０の幅方向に直線状に配列される。
【００４２】
また、孔２１１〜２１４の各々は、上述したセパレータ１０の孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ直径を有する。そして、孔２１１〜２１４は、孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ間隔で配置される。
【００４３】
凸部２１５〜２１７は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部２１５〜２１７の上面は、セパレータ２０の基準面３５に一致する。そして、凸部２１５〜２１７は、孔２１１〜２１４の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔２１１，２１２間、孔２１２，２１３間、および孔２１３，２１４間に配置される。
【００４４】
ガス排出部２２は、孔２２１〜２２４と、凸部２２５〜２２７とを含む。孔２２１〜２２４および凸部２２５〜２２７は、セパレータ２０の長さ方向における他方端側に配置される。そして、孔２２１〜２２４は、セパレータ２０を貫通し、セパレータ２０の幅方向に直線状に配列される。
【００４５】
また、孔２２１〜２２４の各々は、上述したセパレータ１０の孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ直径を有する。そして、孔２２１〜２２４は、孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ間隔で配置される。
【００４６】
凸部２２５〜２２７は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部２２５〜２２７の上面も、セパレータ２０の基準面３５に一致する。そして、凸部２２５〜２２７は、孔２２１〜２２４の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔２２１，２２２間、孔２２２，２２３間、および孔２２３，２２４間に配置される。
【００４７】
凸部２３は、セパレータ２０の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部２３は、ガス供給部２１とガス流路部２５との間に配置され、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。
【００４８】
凸部２４は、セパレータ２０の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部２４は、ガス排出部２２とガス流路部２５との間に配置され、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。
ミリオーダーガス流路部２５は、複数の溝２５１を有する。複数の溝２５１は、セパレータ２０の基準面３５に対して１ｍｍよりも小さい深さを有し、ミリオーダーの幅を有する。そして、複数の溝２５１は、凸部２３と凸部２４との間に直線状に形成される。隣接する２つの溝２５１，２５１間の凸部２５２は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出しており、セパレータ２０の基準面３５に一致する。
【００４９】
凹部２６は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２３の一方端側に配置され、凹部２０１に接する。凹部２７は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２３の他方端側に配置され、凹部２０１に接する。
【００５０】
凹部２８は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２４の一方端側に配置され、凹部２０１に接する。凹部２９は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２４の他方端側に配置され、凹部２０１に接する。
【００５１】
そして、凹部２６〜２９の各々は、セパレータ２０の基準面３５から１ｍｍよりも小さい深さだけ窪んでおり、ミリオーダーの幅を有する。
【００５２】
孔３１〜３４は、セパレータ２０の四隅にセパレータ２０を貫通するように形成される。そして、孔３１〜３４の各々は、ミリオーダーの直径を有する。
【００５３】
ガス供給部２１は、孔２１１〜２１４から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部２５に供給する。ガス流路部２５は、ガス供給部２１から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス供給部２１からガス排出部２２の方向へ流す。ガス排出部２２は、ガス流路部２５から水素ガスを受け、その受けた水素ガスを孔２２１〜２２４から排出する。
【００５４】
孔３１〜３４は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。
【００５５】
セパレータ２０が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔３１，３２，３３，３４は、それぞれ、セパレータ１０の孔１６，１７，１４，１５に対向する。また、セパレータ２０が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔２１１〜２１４は、それぞれ、セパレータ１０の孔１２１〜１２４に対向し、孔２２１〜２２４は、それぞれ、セパレータ１０の孔１１１〜１１４に対向する。
【００５６】
図６は、図５に示すセパレータ２０の裏面の平面図である。図６を参照して、セパレータ２０は、裏面において、凸部２０１Ｒと、複数の凹部２５２Ｒとを有する。凸部２０１Ｒは、図５に示す凹部２０１に対応するものであり、基準面３６から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。
【００５７】
複数の凹部２５２Ｒは、図５に示す複数の凸部２５２に対応するものであり、複数の凹部２５２Ｒの面は、基準面３６に一致する。複数の凹部２５２Ｒが形成される結果、複数の凸部２５１Ｒが形成される。そして、複数の凸部２５１Ｒは、図５に示す複数の溝２５１に対応する。
【００５８】
図７は、図５に示す凸部２３および凹部２６，２７の拡大図である。図７を参照して、凹部２６の一方端２６Ａと、凹部２７の一方端２７Ａとの距離は、数ｃｍである。平板４０は、１ｍｍよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅、および数ｃｍの長さを有する。そして、平板４０は、両端が凹部２６，２７に嵌合するように凸部２３上に配置される（図７の（ａ）参照）。
【００５９】
そうすると、凹部２０１は、セパレータ１０の基準面３５から１ｍｍよりも小さい深さだけ窪んでおり、凸部２３は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さを有し、平板４０は、１ｍｍよりも小さい厚みを有するので、平板４０の上面４０Ａは、セパレータ１０の基準面３５に一致する。
【００６０】
なお、凹部２８，２９にも、平板４０と同じ平板が挿入される。
【００６１】
図８は、図１から図７に示すセパレータ１０，２０を備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。図８を参照して、固体高分子型燃料電池１００は、固体高分子電解質膜１１０と、ガス拡散電極１２０，１３０と、セパレータ１４０，１５０と、ガスケット１６０，１７０とを備える。
【００６２】
ガス拡散電極１２０は、その一主面に触媒１８０を担持し、触媒１８０が固体高分子電解質膜１１０の一方面に接するように固体高分子電解質膜１１０の一方側に配置される。また、ガス拡散電極１３０は、その一主面に触媒１９０を担持し、触媒１９０が固体高分子電解質膜１１０の他方面に接するように固体高分子電解質膜１１０の他方側に配置される。
【００６３】
セパレータ１４０は、図５および図６に示すセパレータ２０からなり、ガス拡散電極１２０の一主面（触媒１８０が担持された一主面と反対側の一主面）に接するように配置される。この場合、図５に示すセパレータ２０の面がガス拡散電極１２０側に向けられる。セパレータ１５０は、図１および図２に示すセパレータ１０からなり、ガス拡散電極１３０の一主面（触媒１９０が担持された一主面と反対側の一主面）に接するように配置される。この場合、図１に示すセパレータ１０の面がガス拡散電極１３０側に向けられる。
【００６４】
ガスケット１６０は、固体高分子電解質膜１１０の外周部とセパレータ１４０の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ１４０の外周部を固体高分子電解質膜１１０の外周部に連結する。ガスケット１７０は、固体高分子電解質膜１１０の外周部とセパレータ１５０の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ１５０の外周部を固体高分子電解質膜１１０の外周部に連結する。
【００６５】
固体高分子電解質膜１１０は、たとえば、フッ素系のイオン交換膜からなる。ガス拡散電極１２０，１３０の各々は、ガス透過性および導電性を有する多孔体からなる。触媒１８０，１９０の各々は、白金（Ｐｔ）または白金合金（Ｐｔ−Ｒｕ）からなる。ガスケット１６０，１７０の各々は、フッ素樹脂、バイトンゴム、シリコンゴムおよびエチレンプロピレンゴム等のいずれかからなる。そして、フッ素樹脂は、より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等である。
【００６６】
図９は、図８に示す固体高分子型燃料電池１００を構成する各部品の斜視図である。固体高分子型燃料電池１００を構成するセパレータ１５０、ガスケット１７０、固体高分子電解質膜１１０、ガスケット１６０、およびセパレータ１４０を、それぞれ、図９の（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。
【００６７】
また、固体高分子型燃料電池１００は、ガスケット２１０，２３０をさらに備える。そして、ガスケット２１０，２３０をそれぞれ図９の（ａ），（ｇ）に示す。
【００６８】
ガスケット２１０は、ガスケット２１１０，２１２０からなる。ガスケット２１１０は、孔２１１１，２１１２，２１１３を有する。孔２１１１，２１１２，２１１３は、ガスケット２１１０を貫通する。また、ガスケット２１２０は、孔２１２１，２１２２，２１２３を有する。孔２１２１，２１２２，２１２３は、ガスケット２１２０を貫通する。
【００６９】
そして、孔２１１１，２１１３，２１２１，２１２３は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。また、孔２１１２，２１２２は、セパレータ１５０（１０）の孔１１１〜１１４，１２１〜１２４およびセパレータ１４０（２０）の孔２１１〜２１４，２２１〜２２４と同じ直径を有する。
【００７０】
ガスケット１７０は、孔１７１〜１７７を有する。孔１７１〜１７７は、ガスケット１７０を貫通する。そして、孔１７１〜１７４は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。また、孔１７５，１７６は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７よりも大きい。
【００７１】
ガスケット１６０は、孔１６１〜１６７を有する。孔１６１〜１６７は、ガスケット１６０を貫通する。そして、孔１６１〜１６４は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。また、孔１６５，１６６は、ガスケット１７０の孔１７５，１７６と同じ大きさを有する。
【００７２】
ガスケット２３０は、孔２３１〜２３５を有する。孔２３１〜２３５は、ガスケット２３０を貫通する。そして、孔２３１〜２３４は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。
【００７３】
図１０は、図９に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池１００の斜視図である。図１０を参照して、固体高分子型燃料電池１００は、ガスケット２１０、セパレータ１５０（１０）、ガスケット１７０、固体高分子電解質膜１１０、ガスケット１６０、セパレータ１４０（２０）およびガスゲット２３０を順次積層した構造を有する。
【００７４】
そして、孔２１１１，１４，１７１，１６１，３１，２３１は、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。また、孔２１１３，１５，１７２，１６２，３２，２３２も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１２１，１６，１７３，１６３，３３，２３３も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１２３，１７，１７４，１６４，３４，２３４も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１１２，１１１〜１１４，１７５，１６５，２１１〜２１４も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１２２，１２１〜１２４，１７６，１６６，２２１〜２２４も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。
【００７５】
その結果、セパレータ１４０（２０）のガス供給部２１は、孔２１１２，１１１〜１１４，１７５，１６５を介して水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部２５に供給する。そして、ガス流路部２５は、ガスケット１６０の孔１６７を介して固体高分子電解質膜１１０に水素ガスを供給するとともに、余った水素ガスをガス排出部２２へ流す。ガス排出部２２は、ガス流路部２５から受けた水素ガスを孔２２１〜２２４を介して排出する。
【００７６】
そして、排出された水素ガスは、孔２３５，１６６，１７６，１２１〜１２４，２１２２を介して流れる。
【００７７】
一方、空気（または酸素）は、外部からセパレータ１５０（１０）のガス流路部１３へ入り、溝１３１〜１４１を流れる。溝１３１〜１４１は、外部から入って来た空気（または酸素）をガスケット１７０の孔１７７を介して固体高分子電解質膜１１０に供給するとともに、余った空気（または酸素）を外部へ排出する。
【００７８】
このように、水素ガスは、セパレータ１５０（１０）のガス通過部１１を通ってセパレータ１４０（２０）のガス供給部２１へ供給されるとともに、セパレータ１４０（２０）のガス排出部２２から排出された後、セパレータ１５０（１０）のガス通過部２２を通って固体高分子型燃料電池１００の厚み方向に流れるので、セパレータ１５０（１０）のガス通過部１１，１２は、セパレータ１５０（１０）が固体高分子電解質膜１１０に供給する空気（または酸素）と異なる水素ガスが流れるガス通過部である。
【００７９】
再び、図８を参照して、固体高分子電解質膜１１０は、触媒１８０によって分離された電子ｅ−と水素イオンＨ＋とのうち、水素イオンＨ＋のみを触媒１９０側へ通過させる。ガス拡散電極１２０は、セパレータ１４０（２０）から供給された水素ガスを触媒１８０へ拡散させる。触媒１８０は、ガス拡散電極１２０に供給された水素ガスを電子ｅ−と水素イオンＨ＋とに分離する。
【００８０】
ガス拡散電極１３０は、セパレータ１５０（１０）から供給された空気（または酸素）を触媒１９０へ拡散させる。触媒１９０は、固体高分子電解質膜１１０から供給された水素イオンＨ＋と、ガス拡散電極１３０から供給された電子ｅ−と空気（または酸素）とを反応させ、水を生成する。
【００８１】
セパレータ１４０（２０）は、ガス拡散電極１２０に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝１４０Ａを有する。このガス供給溝１４０Ａは、図５に示す溝２５１からなる。そして、ガス供給溝１４０Ａは、水素ガスの供給口（＝ガス供給部２１）および排出口（＝ガス排出部２２）に繋がっている。したがって、セパレータ１４０（２０）は、ガス供給溝１４０Ａを介して水素ガスをガス拡散電極１２０に供給する。
【００８２】
セパレータ１５０（１０）は、ガス拡散電極１３０に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝１５０Ａを有する。このガス供給溝１５０Ａは、図１に示す溝１３１〜１４１からなる。そして、ガス供給溝１５０Ａは、固体高分子型燃料電池１００の外部に繋がっている。したがって、セパレータ１５０（１０）は、ガス供給溝１５０Ａを介して空気（または酸素）をガス拡散電極１３０に供給する。
【００８３】
固体高分子型燃料電池１００が発電する動作について説明する。セパレータ１４０（２０）のガス供給溝１４０Ａを介して水素がガス拡散電極１２０へ供給されると、ガス拡散電極１２０は、水素ガスを触媒１８０へ拡散し、触媒１８０は、水素を水素イオンＨ＋と電子ｅ−とに分離する。
【００８４】
そうすると、固体高分子電解質膜１１０は、触媒１８０によって分離された水素イオンＨ＋および電子ｅ−のうち、水素イオンＨ＋のみを透過して触媒１９０へ供給する。一方、電子ｅ−は、触媒１８０からガス拡散電極１２０を介してセパレータ１４０（２０）へ移動し、セパレータ１４０（２０）から外部の負荷（図示せず）を介してセパレータ１５０（１０）へ流れる。そして、セパレータ１５０（１０）は、電子ｅ−をガス拡散電極１３０へ供給する。
【００８５】
また、セパレータ１５０（１０）のガス供給溝１５０Ａを介して空気（または酸素）がガス拡散電極１３０へ供給される。そして、ガス拡散電極１３０は、空気（または酸素）を触媒１９０へ拡散し、電子ｅ−を触媒１９０へ供給する。
【００８６】
そうすると、水素イオンＨ＋、空気（または酸素）および電子ｅ−は、触媒１９０の助けを借りて反応し、水になる。
【００８７】
このようにして、固体高分子型燃料電池１００は発電する。そして、固体高分子型燃料電池１００のセパレータ１４０（２０），１５０（２０）は、上述したように、金属板のプレス成形によって一体的に形成されるので、固体高分子型燃料電池１００を低コストで作製できる。
【００８８】
図１１は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。図１１を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池１０００は、燃料電池スタック３００と、押込器４００と、シール部材４１０，４２０，４３０と、位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０とを備える。
【００８９】
燃料電池スタック３００は、略直方体の形状を有し、後述するように、複数の単位セルが直列に接続された構造からなる。
【００９０】
押込器４００は、固体高分子型燃料電池１０００が設置される設置面５００側に位置する燃料電池スタック３００の側面３００Ａ側に配置され、空気（または酸素）を側面３００Ａ側から燃料電池スタック３００へ押し込む。
【００９１】
シール部材４１０は、燃料電池スタック３００の側面３００Ｂ（＝側面３００Ａに対向する面）に燃料電池スタック３００に接して配置される。そして、シール部材４１０は、空気（または酸素）が通過するための通過領域４１０Ａを中央部に有する。
【００９２】
シール部材４２０は、燃料電池スタック３００の側面３００Ｃに燃料電池スタック３００に接して配置される。
【００９３】
シール部材４３０は、燃料電池スタック３００の側面（＝側面３００Ｃに対向する側面）に燃料電池スタック３００に接して配置される。
【００９４】
そして、シール部材４１０，４２０，４３０は、スポンジゴムまたは樹脂からなる。つまり、シール部材４１０，４２０，４３０は、絶縁材料からなる。
【００９５】
位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０は、燃料電池スタック３００の２枚の端板３１０，３５０を四隅で締め付ける。
【００９６】
図１２は、図１１に示す線ＸＩＩ−ＸＩＩ間における燃料電池スタック３００の断面図である。図１２を参照して、燃料電池スタック３００は、端板３１０，３５０と、絶縁シート３１１，３１３と、集電板３１２，３１４と、単位セル３２１〜３２ｎ（ｎは２以上の整数）と、シール部材３３１〜３３ｎ−１，３４１〜３４ｎ−１とを備える。
【００９７】
端板３１０，３５０は、ステンレスまたはアルミニウム合金からなる。絶縁シート３１１は、端板３１０に接して配置される。集電板３１２は、絶縁シート３１１と、単位セル３２１との間に配置される。絶縁シート３１３は、端板３５０に接して配置される。集電板３１４は、絶縁シート３１３と、単位セル３２ｎとの間に配置される。
【００９８】
ｎ個の単位セル３２１〜３２ｎは、集電板３１２と集電板３１４との間に直列に配列される。そして、単位セル３２１〜３２ｎの各々は、図８に示す固体高分子型燃料電池１００からなる。なお、図１２においては、図８に示すガス拡散電極１２０，１３０が省略されている。
【００９９】
ｎ個の単位セル３２１〜３２ｎが直列に配列される場合、単位セル３２１のセパレータ１５０（１０）は、単位セル３２２のセパレータ１４０（２０）に接し、単位セル３２２のセパレータ１５０（１０）は、単位セル３２３のセパレータ１４０（２０）に接し、以下、同様にして単位セル３２ｎ−１のセパレータ１５０（１０）は、単位セル３２ｎのセパレータ１４０（２０）に接する。この場合、セパレータ１４０（２０）の裏面とセパレータ１５０（１０）の裏面とが接する。
【０１００】
そして、各単位セル３２１〜３２ｎにおいて、セパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０は、図１２に示す紙面に沿って上下方向に形成されている。
【０１０１】
上述したように、セパレータ１４０（＝セパレータ２０），１５０（＝セパレータ１０）は、金属板からなるので、隣接する２つの単位セル（単位セル３２１，３２２；３２２，３２３；・・・；３２ｎ−１，３２ｎ）のセパレータ１４０（２０）とセパレータ１５０（１０）とが接するようにｎ個の単位セル３２１〜３２ｎを直列に配列することによって、ｎ個の単位セル３２１〜３２ｎは、電気的に直列に接続される。
【０１０２】
シール部材３３１〜３３ｎ−１は、それぞれ、単位セル３２１のガス供給部２１側と単位セル３２２のガス供給部２１側との間、単位セル３２２のガス供給部２１側と単位セル３２３のガス供給部２１側との間、・・・、単位セル３２ｎ−１のガス供給部２１側と単位セル３２ｎのガス供給部２１側との間に配置される。また、シール部材３４１〜３４ｎ−１は、それぞれ、単位セル３２１のガス排出部２２側と単位セル３２２のガス排出部２２側との間、単位セル３２２のガス排出部２２側と単位セル３２３のガス排出部２２側との間、・・・、単位セル３２ｎ−１のガス排出部２２側と単位セル３２ｎのガス排出部２２側との間に配置される。
【０１０３】
なお、位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０が燃料電池スタック３００の２枚の端板３１０，３５０を四隅で締め付ける場合、位置決め用棒４５０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３４，３４，１６４，１７４，１７，２１２３を貫通し、位置決め用棒４６０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３３，３３，１６３，１７３，１６，２１２１を貫通し、位置決め用棒４７０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３２，３２，１６２，１７２，１５，２１１３を貫通し、位置決め用棒４８０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３１，３１，１６１，１７１，１４，２１１１を貫通する。
【０１０４】
図１３は、図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図である。また、図１４は、図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の他の平面図である。なお、図１４は、図１３においてシール部材４１０を除去したときの平面図である。
【０１０５】
図１４を参照して、位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０によって２枚の端板３１０，３５０を締め付けると、端板３１０，３５０は、単位セル３２１〜３２ｎよりも面積が大きいので、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間に隙間が形成される。
【０１０６】
すなわち、端板３１０，３５０は、４本の位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０によって四隅を締結されるので、端板３１０，３５０が若干湾曲し、端板３１０，３５０の中央部が絶縁シート３１１，３１３から離れ、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間に隙間が形成される。
【０１０７】
この状態で押込器４００によって空気（または酸素）を押し込むと、その形成された隙間からも空気（または酸素）を押し込むことになり、空気（または酸素）をセパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０に効率的に供給することが困難である。
【０１０８】
そこで、図１３に示すように、セパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０が形成されていない領域、絶縁シート３１１，３１３および集電板３１２，３１４を覆うようにシール部材４１０を設けることによって、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間に形成された隙間を塞ぐことができる。その結果、押込器４００が空気（または酸素）を押し込むと、外部の空気（または酸素）は、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間の隙間に流入せず、セパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０へ流入する。
【０１０９】
したがって、外部から複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０へ空気（または酸素）を効率的に供給できる。
【０１１０】
なお、図１１に示すＢ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図は、図１３に示す平面図と同じである。
【０１１１】
図１５は、図１１に示すＣ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図である。
【０１１２】
図１５を参照して、シール部材４２０は、燃料電池スタック３００の側面３００Ｃの全面に配置される。シール部材４２０が配置される側面３００Ｃ側からはガスを燃料電池スタック３００へ供給しないので、シール部材４２０は、側面３００Ｃを覆うように配置される。
【０１１３】
なお、図１１に示すＤ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図は、図１５に示す平面図と同じである。
【０１１４】
図１６は、図１１に示すＢ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の斜視図である。図１６を参照して、燃料電池スタック３００の側面３００Ａには、シール部材４４０が燃料電池スタック３００に接して配置されている。
【０１１５】
シール部材４４０は、シール部材４１０，４２０，４３０と同じ材料からなり、シール部材４１０と同様に、空気（または酸素）が通過するための通過領域４４０Ａを中央部に有する。
【０１１６】
押込器４００は、シール部材４４０に対向するように配置され、シール部材４４０の通過領域４４０Ａを介して、単位セル３２１〜３２ｎのセパレータ１５０（＝セパレータ１０）に空気（または酸素）を押し込む。
【０１１７】
したがって、押込器４００は、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間の隙間を介して空気（または酸素）を押し込まず、通過領域４４０Ａを介して空気（または酸素）を押し込むので、側面３００Ａ側の空気（または酸素）は、単位セル３２１〜３２ｎのセパレータ１５０（＝セパレータ１０）を介して側面３００Ｂ側へ流れる。その結果、外部から複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０へ空気（または酸素）をさらに効率的に供給できる。
【０１１８】
上述したように、固体高分子型燃料電池１０００においては、燃料電池スタック３００の端板３１０，３５０以外の部分にシール部材４１０，４２０，４３０，４４０が配置されているので、外部の空気（または酸素）を複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０に効率的に供給できるとともに、複数の単位セル３２１〜３２ｎで発生した熱をシール部材４１０，４２０，４３０，４４０を介して外部へ放出でき、燃料電池スタック３００の放熱効果を高くできる。
【０１１９】
図１７は、燃料電池スタック３００内で生成された水滴に作用する力の概念図である。図１７を参照して、空気（または酸素）が燃料電池スタック３００に供給された場合、水滴６００が燃料電池スタック３００内で生成される。
【０１２０】
そして、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込んだ場合、燃料電池スタック３００内で生成された水滴６００は、燃料電池スタック３００内における空気（または酸素）の流れによる力Ｆ１を側面３００Ａから側面３００Ｂへ向かう方向に受け、重力Ｆ２を側面３００Ｂから側面３００Ａへ向かう方向に受ける（図１７の（ａ）参照）。
【０１２１】
一方、空気（または酸素）を側面３００Ｂから燃料電池スタック３００に供給した場合、燃料電池スタック３００内で生成された水滴６００は、燃料電池スタック３００内における空気（または酸素）の流れによる力Ｆ１、および重力Ｆ２を側面３００Ｂから側面３００Ａへ向かう方向に受ける（図１７の（ｂ）参照）。
【０１２２】
その結果、燃料電池スタック３００内で生成された水滴６００は、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込んだ場合の方が燃料電池スタック３００内に留まり易くなる。
【０１２３】
図１８は、燃料電池スタック３００内における水滴の動向を示す概念図である。図１８を参照して、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込んだ場合、水滴６００は、各単位セル３２１〜３２ｎ内に留まり易くなる。
【０１２４】
そして、各単位セル３２１〜３２ｎ内に留まった水滴６００は、押込器４００によって押し込まれた空気（または酸素）の流れにより、固体高分子電解質膜１１０に供給され易くなる。その結果、固体高分子電解質膜１１０は、供給された水分によって湿潤される。
【０１２５】
したがって、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込むことにより、燃料電池スタック３００の性能を向上できる。
【０１２６】
表１に固体高分子型燃料電池１０００の特性を示す。
【０１２７】
【表１】
【０１２８】
表１は、空気の流れる方向を下（側面３００Ａ側）→上（側面３００Ｂ側）と固定し、空気の供給方法を押込と吸引とに変えた場合の単位セルのセル電圧の実験値を示す。
【０１２９】
表１に示すように、８．３％および６．２％の両方の空気利用率において、セル電圧は、空気を燃料電池スタック３００に押し込んだ方が空気を吸引した場合よりも高くなる。
【０１３０】
したがって、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込むことにより、燃料電池スタック３００の性能が向上することが実験的に示された。
【０１３１】
上述したように、固体高分子型燃料電池１０００においては、燃料電池スタック３００の端板３１０，３５０以外の部分にシール部材４１０，４２０，４３０，４４０が配置されており、押込器４００によって空気（または酸素）を燃料電池スタック３００の設置面側から燃料電池スタック３００に供給するので、外部の空気（または酸素）を複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０に効率的に供給できるとともに、燃料電池スタック３００の性能を向上できる。
【０１３２】
また、上述したように、セパレータ１５０（１０）の裏面がセパレータ１４０（２０）の裏面と接触し、セパレータ１５０（１０）は、空気（または酸素）を流すための溝１３１〜１４１，１５１〜１６０が表面および裏面に形成されているため、燃料電池スタック３００においては、セパレータ１５０（１０）は、隣接する２つの単位セルを冷却する。したがって、セパレータ１４０（１０）を用いることによって、燃料電池スタック３００の冷却効果を高くでき、その結果、固体高分子型燃料電池１０００の特性を向上できる。
【０１３３】
さらに、上述したように、セパレータ１０は、金属板をプレス成形することによって作製されるので、ガス通過部１１，１２、およびガス流路部１３を有するセパレータ１０を低コストで作製できる。
【０１３４】
さらに、この発明による固体高分子型燃料電池１０００は、セパレータ１０を備えるので、固体高分子型燃料電池１０００を低コストで作製できる。
【０１３５】
なお、セパレータ１０は、ステンレス鋼に限らず、硫酸に対して耐腐食性を有する金属板から成っていればよい。
【０１３６】
また、上記においては、セパレータ１０は、ジグザグ状に形成された複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、セパレータ１０は、一般的には、直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていればよく、複数の溝の形状は、どのような形状であってもよい。直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていれば、固体高分子型燃料電池１０００の冷却効果を向上できるとともに、固体高分子電解質膜１１０へ空気（または酸素）を効率的に供給して固体高分子型燃料電池１０００の特性を向上できるからである。
【０１３７】
さらに、上記においては、燃料電池スタック３００の端板３１０，３５０以外の部分にシール部材が設けられると説明したが、この発明においては、これに限らず、固体高分子型燃料電池１０００においては、少なくともシール部材４４０が設けられていればよい。また、固体高分子型燃料電池１０００においては、少なくともシール部材４４０と、シール部材４２０，４３０の少なくとも一方が設けられていればよい。
【０１３８】
さらに、この発明による固体高分子型燃料電池１０００は、自動車に代表される各種移動体、家庭用電源およびおよびパーソナルコンピュータの電源等に用いられる。
【０１３９】
さらに、この発明においては、シール部材４４０は、「第１のシール部材」を構成し、シール部材４１０は、「第２のシール部材」を構成する。
【０１４０】
さらに、この発明においては、シール部材４２０，４３０は、「他のシール部材」を構成し、シール部材４２０は、「第３のシール部材」を構成し、シール部材４３０は、「第４のシール部材」を構成する。
【０１４１】
さらに、この発明においては、空気（または酸素）は、「酸化剤ガス」を構成し、水素ガスは、「還元剤ガス」を構成する。
【０１４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
この発明は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池に適用される。
【符号の説明】
【０１４４】
１０，２０，１４０，１５０ セパレータ、１１，１２ ガス通過部、１３，２５ ガス流路部、２１ ガス供給部、２２ ガス排出部、１４〜１７，３１〜３４，１１１〜１１４，１２１〜１２４，１６１〜１６７，１７１〜１７７，２１１〜２１４，２２１〜２２４，２３１〜２３５，２１１１〜２１１３，２１２１〜２１２３ 孔、１８，１９，３５，３６ 基準面、２３，２４，１３１Ａ〜１４１Ａ，２１５〜２１７，２２５〜２２７，２５２ 凸部、２６〜２９ 凹部、３０，４０ 平板、３０Ａ，４０Ａ 上面、３００ 燃料電池スタック、１１０ 固体高分子電解質膜、１２０，１３０ ガス拡散電極、１３１〜１４３，２５１ 溝、１６０，１７０，２１０，２３０ ガスケット、１８０，１９０ 触媒、３１０，３５０ 端板、３１１，３１３ 絶縁シート、３１２，３１４ 集電板、３２１〜３２ｎ 単位セル、３３１〜３３ｎ−１，３４１〜３４ｎ−１，４１０，４２０，４３０，４４０ シール部材、４００ 押込器、４５０，４６０，４７０，４８０ 位置決め用棒、６００ 水滴、１０００ 固体高分子型燃料電池。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子型燃料電池に関し、特に、スタック型の固体高分子型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の単位燃料電池を積層した燃料電池スタックが知られている（特許文献１）。この燃料電池スタックは、複数の単位燃料電池と、２枚のエンドプレートとを備える。
【０００３】
複数の単位燃料電池は、積層される。そして、２枚のエンドプレートは、積層された複数の単位燃料電池を積層方向から挟持する。
【０００４】
各単位燃料電池は、固体高分子電解質膜と、アノード側拡散電極と、カソード側拡散電極と、第１および第２のセパレータとからなる。アノード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、カソード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の他方側に配置される。そして、第１および第２のセパレータは、アノード側拡散電極／固体高分子電解質膜／カソード側拡散電極を挟持する。
【０００５】
この場合、第１および第２のセパレータ間には、燃料電池セル（＝アノード側拡散電極／固体高分子電解質膜／カソード側拡散電極）を介して燃料電池セルの電極反応面からアノード側拡散電極またはカソード側拡散電極の外周部への反応ガスの漏れを防止するために接着性の液状シールが設けられ、隣接する第１および第２のセパレータ間には、非接着性の液状シールが設けられる。
【０００６】
そして、燃料電池スタックにおいては、燃料ガスは、複数の単位燃料電池を積層することによって第１および第２のセパレータの両端部に形成される通路を通ってカソード側拡散電極およびアノード側拡散電極に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３３２２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池スタックにおいては、積層された複数の単位燃料電池と２枚のエンドプレートとの間がシールされていないため、外部から空気をセパレータに直接流そうとした場合、複数の単位燃料電池とエンドプレートとの間の隙間に空気が流れ、セパレータに空気を効率的に流すことが困難であるという問題がある。
【０００９】
また、空冷用の空気を反応空気ガスとしても利用する形態の燃料電池スタックは、反応空気の加湿が困難であるため、固体高分子電解質膜が乾燥し、燃料電池スタックの性能が低下するという問題がある。
【００１０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、固体高分子型燃料電池は、略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、複数の単位セルと、第１および第２の端板と、押込器と、シール部材とを備える。複数の単位セルは、直方体の第１の面から第１の面に対向する第２の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続される。第１および第２の端板は、第１の面から第２の面へ向かう方向において、複数の単位セルを両側から挟持する。押込器は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する直方体の第３の面から前記第３の面側に配置され、酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む。シール部材は、複数の単位セルに接して第３の面側に少なくとも配置されるとともに、酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。複数の単位セルの各々は、固体高分子電解質膜と、第１および第２のセパレータとを含む。第１のセパレータは、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給する。第２のセパレータは、固体高分子電解質膜の他方側に配置され、固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する。そして、第１のセパレータは、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、ガス流路部と一体に成形され、固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含む。ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含む。隣接する第１および第２の単位セルは、第１の単位セルに含まれる第２のセパレータと第２の単位セルに含まれる第１のセパレータとによって直列に接続されている。
【００１２】
好ましくは、シール部材は、第１および第２のシール部材を含む。第１のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第２のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面に対向する第４の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。
【００１３】
好ましくは、固体高分子型燃料電池は、他のシール部材をさらに備える。他のシール部材は、還元剤ガスが第２のセパレータを流れる方向において複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。そして、還元剤ガスは、酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる。
【００１４】
好ましくは、他のシール部材は、第３および第４のシール部材を含む。第３のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第４のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。
【００１５】
好ましくは、シール部材は、第１および第２のシール部材を含む。第１のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第２のシール部材は、複数の単位セルに接して第３の面に対向する第４の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。他のシール部材は、第３および第４のシール部材を含む。第３のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第４のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。
【００１６】
好ましくは、第１のセパレータの複数の溝の各々は、酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する。
【００１７】
好ましくは、ガス流路部およびガス通過部は、金属板からなり、第１のセパレータの複数の溝は、ガス流路部を構成する金属板の表裏面に形成されている。
【００１８】
好ましくは、金属板は、ステンレス鋼からなる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明による固体高分子型燃料電池は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側から酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む押込器と、複数の単位セルに接して設置面側に少なくとも配置され、複数の単位セルの周囲をシールするシール部材とを備えるので、外部の酸化剤ガスは、第１のセパレータの複数の溝に専ら押し込まれる。そして、押し込まれた酸化剤ガスは、固体高分子電解質膜に供給され易くなる。
【００２０】
したがって、この発明によれば、外部から空気をセパレータに効率的に供給でき、固体高分子型燃料電池の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。
【図２】図１に示すセパレータの裏面の平面図である。
【図３】図１に示す溝部分の拡大図である。
【図４】図１に示すセパレータの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。
【図６】図５に示すセパレータの裏面の平面図である。
【図７】図５に示す凸部および凹部の拡大図である。
【図８】図１から図７に示すセパレータを備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。
【図９】図８に示す固体高分子型燃料電池を構成する各部品の斜視図である。
【図１０】図９に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図１２】図１１に示す線ＸＩＩ−ＸＩＩ間における燃料電池スタックの断面図である。
【図１３】図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池の平面図である。
【図１４】図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池の他の平面図である。
【図１５】図１１に示すＣ方向から見た固体高分子型燃料電池の平面図である。
【図１６】図１１に示すＢ方向から見た固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図１７】燃料電池スタック内で生成された水滴に作用する力の概念図である。
【図１８】燃料電池スタック内における水滴の動向を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータ１０は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス通過部１１，１２と、ガス流路部１３と、孔１４〜１７とを備える。ガス通過部１１，１２、ガス流路部１３、および孔１４〜１７は、金属板にプレス成形を施すことによって一体的に成形される。
【００２４】
ガス通過部１１は、孔１１１〜１１４からなる。孔１１１〜１１４は、セパレータ１０を貫通するようにセパレータ１０の一方端側に配置される。孔１１１〜１１４の各々は、ミリオーダーの直径を有する。また、ガス通過部１２は、孔１２１〜１２４からなる。孔１２１〜１２４は、セパレータ１０を貫通するようにセパレータ１０の他方端側に孔１１１〜１１４に対向して配置される。孔１２１〜１２４の各々は、孔１１１〜１１４の直径と同じ直径を有する。
【００２５】
ガス流路部１３は、複数の溝１３１〜１４３を有する。複数の溝１３１〜１４１の各々は、セパレータ１０の基準面１８からミリオーダーの深さおよびミリオーダーの幅を有し、ガスが流れる方向ＤＲ１においてジグザグ状に形成される。そして、複数の溝１３１〜１４１は、ミリオーダーの間隔で配置される。
【００２６】
溝１４２は、方向ＤＲ１において、セパレータ１０の一方端側に配置され、溝１４３は、方向ＤＲ１においてセパレータ１０の他方端側に配置される。溝１４２，１４３の各々は、複数の溝１３１〜１４１に略直交するように直線状に形成される。そして、溝１４２，１４３の各々は、セパレータ１０の基準面１８から２ｍｍよりも小さい深さ、ミリオーダーの幅および１０ｃｍ程度の長さを有する。
【００２７】
孔１４〜１７は、セパレータ１０を貫通するようにセパレータ１０の４隅に配置される。そして、孔１４〜１７の各々は、ミリオーダーの直径を有する。
【００２８】
孔１４，１１１〜１１４，１５は、セパレータ１０の一方端側において、ミリオーダーの間隔で直線状に配置される。また、孔１６，１２１〜１２４，１７は、セパレータ１０の他方端側において、孔１４，１１１〜１１４，１５の間隔と同じ間隔で直線状に配置される。
【００２９】
ガス通過部１１の孔１１１〜１１４およびガス通過部１２の孔１２１〜１２４は、水素ガスを紙面に垂直な方向に通過させる。溝１３１〜１４１は、空気（または酸素）を方向ＤＲ１へ流す。溝１４２，１４３は、セパレータ１０と後述する固体高分子電解質膜との密着性を向上させるための板を配置するための溝である。孔１４〜１７は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。
【００３０】
図２は、図１に示すセパレータ１０の裏面の平面図である。図２を参照して、凸部１３１Ａ〜１４１Ａは、それぞれ、図１に示す溝１３１〜１４１に対応する。したがって、凸１３１Ａ〜１４１Ａは、基準面１９から２ｍｍよりも小さい高さと、ミリオーダーの幅を有する。そして、凸部１３１Ａ〜１４１Ａは、ミリオーダーの間隔で配置される。
【００３１】
図３は、図１に示す溝１４２部分の拡大図である。図３を参照して、溝１４２は、複数の溝１３１〜１４１に略直交する方向に直線状に形成されている。平板３０は、２ｍｍよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅および１０ｃｍよりも長い長さを有する（図３の（ａ）参照）。
【００３２】
そして、平板３０は、溝１４２に挿入される。平板３０は、上述したように、溝１４２と同じ寸法を有するため、平板３０の上面３０Ａは、セパレータ１０の基準面１８に一致する（図３の（ｂ）参照）。
【００３３】
なお、平板３０が溝１４２に挿入されても、平板３０の厚みは、溝１３１〜１４１の深さよりも薄いため、空気（または酸素）は、溝１３１〜１４１を流れることができる。
【００３４】
また、溝１４３にも、平板３０と同じ平板が挿入される。
【００３５】
図４は、図１に示すセパレータ１０の斜視図である。図４を参照して、セパレータ１０は、上述した溝１３１〜１４１を前面１０Ａに有し、溝１５１〜１６０を裏面１０Ｂに有する。
【００３６】
溝１５１〜１６０は、それぞれ、溝１３１，１３２間、溝１３２，１３３間、溝１３３，１３４間、溝１３４，１３５間、溝１３５，１３６間、溝１３６，１３７間、溝１３７，１３８間、溝１３８，１３９間、溝１３９，１４０間、および溝１４０，１４１間に形成される。
【００３７】
そして、溝１５１〜１６０は、溝１３１〜１４１と同じ寸法を有し、溝１３１〜１４１と同じように方向ＤＲ１においてジグザグ状に形成される。
【００３８】
その結果、空気（または酸素）は、セパレータ１０の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０を方向ＤＲ１へ流れる。すなわち、空気（または酸素）は、セパレータ１０の表裏面を流れる。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。図５を参照して、セパレータ２０は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス供給部２１と、ガス排出部２２と、凸部２３，２４と、ガス流路部２５と、凹部２６〜２９と、孔３１〜３４とを備える。
【００４０】
セパレータ２０は、セパレータ２０の基準面３５から１ｍｍよりも小さい深さだけ窪んだ凹部２０１を有する。そして、ガス供給部２１、ガス排出部２２、凸部２３，２４およびガス流路部２５は、凹部２０１に形成される。
【００４１】
ガス供給部２１は、孔２１１〜２１４と、凸部２１５〜２１７とを含む。孔２１１〜２１４および凸部２１５〜２１７は、セパレータ２０の長さ方向における一方端側に配置される。そして、孔２１１〜２１４は、セパレータ２０を貫通し、セパレータ２０の幅方向に直線状に配列される。
【００４２】
また、孔２１１〜２１４の各々は、上述したセパレータ１０の孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ直径を有する。そして、孔２１１〜２１４は、孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ間隔で配置される。
【００４３】
凸部２１５〜２１７は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部２１５〜２１７の上面は、セパレータ２０の基準面３５に一致する。そして、凸部２１５〜２１７は、孔２１１〜２１４の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔２１１，２１２間、孔２１２，２１３間、および孔２１３，２１４間に配置される。
【００４４】
ガス排出部２２は、孔２２１〜２２４と、凸部２２５〜２２７とを含む。孔２２１〜２２４および凸部２２５〜２２７は、セパレータ２０の長さ方向における他方端側に配置される。そして、孔２２１〜２２４は、セパレータ２０を貫通し、セパレータ２０の幅方向に直線状に配列される。
【００４５】
また、孔２２１〜２２４の各々は、上述したセパレータ１０の孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ直径を有する。そして、孔２２１〜２２４は、孔１１１〜１１４，１２１〜１２４と同じ間隔で配置される。
【００４６】
凸部２２５〜２２７は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部２２５〜２２７の上面も、セパレータ２０の基準面３５に一致する。そして、凸部２２５〜２２７は、孔２２１〜２２４の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔２２１，２２２間、孔２２２，２２３間、および孔２２３，２２４間に配置される。
【００４７】
凸部２３は、セパレータ２０の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部２３は、ガス供給部２１とガス流路部２５との間に配置され、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。
【００４８】
凸部２４は、セパレータ２０の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部２４は、ガス排出部２２とガス流路部２５との間に配置され、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。
ミリオーダーガス流路部２５は、複数の溝２５１を有する。複数の溝２５１は、セパレータ２０の基準面３５に対して１ｍｍよりも小さい深さを有し、ミリオーダーの幅を有する。そして、複数の溝２５１は、凸部２３と凸部２４との間に直線状に形成される。隣接する２つの溝２５１，２５１間の凸部２５２は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出しており、セパレータ２０の基準面３５に一致する。
【００４９】
凹部２６は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２３の一方端側に配置され、凹部２０１に接する。凹部２７は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２３の他方端側に配置され、凹部２０１に接する。
【００５０】
凹部２８は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２４の一方端側に配置され、凹部２０１に接する。凹部２９は、セパレータ２０の幅方向において、凸部２４の他方端側に配置され、凹部２０１に接する。
【００５１】
そして、凹部２６〜２９の各々は、セパレータ２０の基準面３５から１ｍｍよりも小さい深さだけ窪んでおり、ミリオーダーの幅を有する。
【００５２】
孔３１〜３４は、セパレータ２０の四隅にセパレータ２０を貫通するように形成される。そして、孔３１〜３４の各々は、ミリオーダーの直径を有する。
【００５３】
ガス供給部２１は、孔２１１〜２１４から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部２５に供給する。ガス流路部２５は、ガス供給部２１から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス供給部２１からガス排出部２２の方向へ流す。ガス排出部２２は、ガス流路部２５から水素ガスを受け、その受けた水素ガスを孔２２１〜２２４から排出する。
【００５４】
孔３１〜３４は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。
【００５５】
セパレータ２０が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔３１，３２，３３，３４は、それぞれ、セパレータ１０の孔１６，１７，１４，１５に対向する。また、セパレータ２０が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔２１１〜２１４は、それぞれ、セパレータ１０の孔１２１〜１２４に対向し、孔２２１〜２２４は、それぞれ、セパレータ１０の孔１１１〜１１４に対向する。
【００５６】
図６は、図５に示すセパレータ２０の裏面の平面図である。図６を参照して、セパレータ２０は、裏面において、凸部２０１Ｒと、複数の凹部２５２Ｒとを有する。凸部２０１Ｒは、図５に示す凹部２０１に対応するものであり、基準面３６から１ｍｍよりも小さい高さだけ突出している。
【００５７】
複数の凹部２５２Ｒは、図５に示す複数の凸部２５２に対応するものであり、複数の凹部２５２Ｒの面は、基準面３６に一致する。複数の凹部２５２Ｒが形成される結果、複数の凸部２５１Ｒが形成される。そして、複数の凸部２５１Ｒは、図５に示す複数の溝２５１に対応する。
【００５８】
図７は、図５に示す凸部２３および凹部２６，２７の拡大図である。図７を参照して、凹部２６の一方端２６Ａと、凹部２７の一方端２７Ａとの距離は、数ｃｍである。平板４０は、１ｍｍよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅、および数ｃｍの長さを有する。そして、平板４０は、両端が凹部２６，２７に嵌合するように凸部２３上に配置される（図７の（ａ）参照）。
【００５９】
そうすると、凹部２０１は、セパレータ１０の基準面３５から１ｍｍよりも小さい深さだけ窪んでおり、凸部２３は、凹部２０１から１ｍｍよりも小さい高さを有し、平板４０は、１ｍｍよりも小さい厚みを有するので、平板４０の上面４０Ａは、セパレータ１０の基準面３５に一致する。
【００６０】
なお、凹部２８，２９にも、平板４０と同じ平板が挿入される。
【００６１】
図８は、図１から図７に示すセパレータ１０，２０を備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。図８を参照して、固体高分子型燃料電池１００は、固体高分子電解質膜１１０と、ガス拡散電極１２０，１３０と、セパレータ１４０，１５０と、ガスケット１６０，１７０とを備える。
【００６２】
ガス拡散電極１２０は、その一主面に触媒１８０を担持し、触媒１８０が固体高分子電解質膜１１０の一方面に接するように固体高分子電解質膜１１０の一方側に配置される。また、ガス拡散電極１３０は、その一主面に触媒１９０を担持し、触媒１９０が固体高分子電解質膜１１０の他方面に接するように固体高分子電解質膜１１０の他方側に配置される。
【００６３】
セパレータ１４０は、図５および図６に示すセパレータ２０からなり、ガス拡散電極１２０の一主面（触媒１８０が担持された一主面と反対側の一主面）に接するように配置される。この場合、図５に示すセパレータ２０の面がガス拡散電極１２０側に向けられる。セパレータ１５０は、図１および図２に示すセパレータ１０からなり、ガス拡散電極１３０の一主面（触媒１９０が担持された一主面と反対側の一主面）に接するように配置される。この場合、図１に示すセパレータ１０の面がガス拡散電極１３０側に向けられる。
【００６４】
ガスケット１６０は、固体高分子電解質膜１１０の外周部とセパレータ１４０の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ１４０の外周部を固体高分子電解質膜１１０の外周部に連結する。ガスケット１７０は、固体高分子電解質膜１１０の外周部とセパレータ１５０の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ１５０の外周部を固体高分子電解質膜１１０の外周部に連結する。
【００６５】
固体高分子電解質膜１１０は、たとえば、フッ素系のイオン交換膜からなる。ガス拡散電極１２０，１３０の各々は、ガス透過性および導電性を有する多孔体からなる。触媒１８０，１９０の各々は、白金（Ｐｔ）または白金合金（Ｐｔ−Ｒｕ）からなる。ガスケット１６０，１７０の各々は、フッ素樹脂、バイトンゴム、シリコンゴムおよびエチレンプロピレンゴム等のいずれかからなる。そして、フッ素樹脂は、より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等である。
【００６６】
図９は、図８に示す固体高分子型燃料電池１００を構成する各部品の斜視図である。固体高分子型燃料電池１００を構成するセパレータ１５０、ガスケット１７０、固体高分子電解質膜１１０、ガスケット１６０、およびセパレータ１４０を、それぞれ、図９の（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。
【００６７】
また、固体高分子型燃料電池１００は、ガスケット２１０，２３０をさらに備える。そして、ガスケット２１０，２３０をそれぞれ図９の（ａ），（ｇ）に示す。
【００６８】
ガスケット２１０は、ガスケット２１１０，２１２０からなる。ガスケット２１１０は、孔２１１１，２１１２，２１１３を有する。孔２１１１，２１１２，２１１３は、ガスケット２１１０を貫通する。また、ガスケット２１２０は、孔２１２１，２１２２，２１２３を有する。孔２１２１，２１２２，２１２３は、ガスケット２１２０を貫通する。
【００６９】
そして、孔２１１１，２１１３，２１２１，２１２３は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。また、孔２１１２，２１２２は、セパレータ１５０（１０）の孔１１１〜１１４，１２１〜１２４およびセパレータ１４０（２０）の孔２１１〜２１４，２２１〜２２４と同じ直径を有する。
【００７０】
ガスケット１７０は、孔１７１〜１７７を有する。孔１７１〜１７７は、ガスケット１７０を貫通する。そして、孔１７１〜１７４は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。また、孔１７５，１７６は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７よりも大きい。
【００７１】
ガスケット１６０は、孔１６１〜１６７を有する。孔１６１〜１６７は、ガスケット１６０を貫通する。そして、孔１６１〜１６４は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。また、孔１６５，１６６は、ガスケット１７０の孔１７５，１７６と同じ大きさを有する。
【００７２】
ガスケット２３０は、孔２３１〜２３５を有する。孔２３１〜２３５は、ガスケット２３０を貫通する。そして、孔２３１〜２３４は、セパレータ１５０（１０）の孔１４〜１７およびセパレータ１４０（２０）の孔３１〜３４と同じ直径を有する。
【００７３】
図１０は、図９に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池１００の斜視図である。図１０を参照して、固体高分子型燃料電池１００は、ガスケット２１０、セパレータ１５０（１０）、ガスケット１７０、固体高分子電解質膜１１０、ガスケット１６０、セパレータ１４０（２０）およびガスゲット２３０を順次積層した構造を有する。
【００７４】
そして、孔２１１１，１４，１７１，１６１，３１，２３１は、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。また、孔２１１３，１５，１７２，１６２，３２，２３２も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１２１，１６，１７３，１６３，３３，２３３も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１２３，１７，１７４，１６４，３４，２３４も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１１２，１１１〜１１４，１７５，１６５，２１１〜２１４も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。さらに、孔２１２２，１２１〜１２４，１７６，１６６，２２１〜２２４も、ガスケット２１０からガスケット２３０への方向において、直線状に配置される。
【００７５】
その結果、セパレータ１４０（２０）のガス供給部２１は、孔２１１２，１１１〜１１４，１７５，１６５を介して水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部２５に供給する。そして、ガス流路部２５は、ガスケット１６０の孔１６７を介して固体高分子電解質膜１１０に水素ガスを供給するとともに、余った水素ガスをガス排出部２２へ流す。ガス排出部２２は、ガス流路部２５から受けた水素ガスを孔２２１〜２２４を介して排出する。
【００７６】
そして、排出された水素ガスは、孔２３５，１６６，１７６，１２１〜１２４，２１２２を介して流れる。
【００７７】
一方、空気（または酸素）は、外部からセパレータ１５０（１０）のガス流路部１３へ入り、溝１３１〜１４１を流れる。溝１３１〜１４１は、外部から入って来た空気（または酸素）をガスケット１７０の孔１７７を介して固体高分子電解質膜１１０に供給するとともに、余った空気（または酸素）を外部へ排出する。
【００７８】
このように、水素ガスは、セパレータ１５０（１０）のガス通過部１１を通ってセパレータ１４０（２０）のガス供給部２１へ供給されるとともに、セパレータ１４０（２０）のガス排出部２２から排出された後、セパレータ１５０（１０）のガス通過部２２を通って固体高分子型燃料電池１００の厚み方向に流れるので、セパレータ１５０（１０）のガス通過部１１，１２は、セパレータ１５０（１０）が固体高分子電解質膜１１０に供給する空気（または酸素）と異なる水素ガスが流れるガス通過部である。
【００７９】
再び、図８を参照して、固体高分子電解質膜１１０は、触媒１８０によって分離された電子ｅ−と水素イオンＨ＋とのうち、水素イオンＨ＋のみを触媒１９０側へ通過させる。ガス拡散電極１２０は、セパレータ１４０（２０）から供給された水素ガスを触媒１８０へ拡散させる。触媒１８０は、ガス拡散電極１２０に供給された水素ガスを電子ｅ−と水素イオンＨ＋とに分離する。
【００８０】
ガス拡散電極１３０は、セパレータ１５０（１０）から供給された空気（または酸素）を触媒１９０へ拡散させる。触媒１９０は、固体高分子電解質膜１１０から供給された水素イオンＨ＋と、ガス拡散電極１３０から供給された電子ｅ−と空気（または酸素）とを反応させ、水を生成する。
【００８１】
セパレータ１４０（２０）は、ガス拡散電極１２０に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝１４０Ａを有する。このガス供給溝１４０Ａは、図５に示す溝２５１からなる。そして、ガス供給溝１４０Ａは、水素ガスの供給口（＝ガス供給部２１）および排出口（＝ガス排出部２２）に繋がっている。したがって、セパレータ１４０（２０）は、ガス供給溝１４０Ａを介して水素ガスをガス拡散電極１２０に供給する。
【００８２】
セパレータ１５０（１０）は、ガス拡散電極１３０に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝１５０Ａを有する。このガス供給溝１５０Ａは、図１に示す溝１３１〜１４１からなる。そして、ガス供給溝１５０Ａは、固体高分子型燃料電池１００の外部に繋がっている。したがって、セパレータ１５０（１０）は、ガス供給溝１５０Ａを介して空気（または酸素）をガス拡散電極１３０に供給する。
【００８３】
固体高分子型燃料電池１００が発電する動作について説明する。セパレータ１４０（２０）のガス供給溝１４０Ａを介して水素がガス拡散電極１２０へ供給されると、ガス拡散電極１２０は、水素ガスを触媒１８０へ拡散し、触媒１８０は、水素を水素イオンＨ＋と電子ｅ−とに分離する。
【００８４】
そうすると、固体高分子電解質膜１１０は、触媒１８０によって分離された水素イオンＨ＋および電子ｅ−のうち、水素イオンＨ＋のみを透過して触媒１９０へ供給する。一方、電子ｅ−は、触媒１８０からガス拡散電極１２０を介してセパレータ１４０（２０）へ移動し、セパレータ１４０（２０）から外部の負荷（図示せず）を介してセパレータ１５０（１０）へ流れる。そして、セパレータ１５０（１０）は、電子ｅ−をガス拡散電極１３０へ供給する。
【００８５】
また、セパレータ１５０（１０）のガス供給溝１５０Ａを介して空気（または酸素）がガス拡散電極１３０へ供給される。そして、ガス拡散電極１３０は、空気（または酸素）を触媒１９０へ拡散し、電子ｅ−を触媒１９０へ供給する。
【００８６】
そうすると、水素イオンＨ＋、空気（または酸素）および電子ｅ−は、触媒１９０の助けを借りて反応し、水になる。
【００８７】
このようにして、固体高分子型燃料電池１００は発電する。そして、固体高分子型燃料電池１００のセパレータ１４０（２０），１５０（２０）は、上述したように、金属板のプレス成形によって一体的に形成されるので、固体高分子型燃料電池１００を低コストで作製できる。
【００８８】
図１１は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。図１１を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池１０００は、燃料電池スタック３００と、押込器４００と、シール部材４１０，４２０，４３０と、位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０とを備える。
【００８９】
燃料電池スタック３００は、略直方体の形状を有し、後述するように、複数の単位セルが直列に接続された構造からなる。
【００９０】
押込器４００は、固体高分子型燃料電池１０００が設置される設置面５００側に位置する燃料電池スタック３００の側面３００Ａ側に配置され、空気（または酸素）を側面３００Ａ側から燃料電池スタック３００へ押し込む。
【００９１】
シール部材４１０は、燃料電池スタック３００の側面３００Ｂ（＝側面３００Ａに対向する面）に燃料電池スタック３００に接して配置される。そして、シール部材４１０は、空気（または酸素）が通過するための通過領域４１０Ａを中央部に有する。
【００９２】
シール部材４２０は、燃料電池スタック３００の側面３００Ｃに燃料電池スタック３００に接して配置される。
【００９３】
シール部材４３０は、燃料電池スタック３００の側面（＝側面３００Ｃに対向する側面）に燃料電池スタック３００に接して配置される。
【００９４】
そして、シール部材４１０，４２０，４３０は、スポンジゴムまたは樹脂からなる。つまり、シール部材４１０，４２０，４３０は、絶縁材料からなる。
【００９５】
位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０は、燃料電池スタック３００の２枚の端板３１０，３５０を四隅で締め付ける。
【００９６】
図１２は、図１１に示す線ＸＩＩ−ＸＩＩ間における燃料電池スタック３００の断面図である。図１２を参照して、燃料電池スタック３００は、端板３１０，３５０と、絶縁シート３１１，３１３と、集電板３１２，３１４と、単位セル３２１〜３２ｎ（ｎは２以上の整数）と、シール部材３３１〜３３ｎ−１，３４１〜３４ｎ−１とを備える。
【００９７】
端板３１０，３５０は、ステンレスまたはアルミニウム合金からなる。絶縁シート３１１は、端板３１０に接して配置される。集電板３１２は、絶縁シート３１１と、単位セル３２１との間に配置される。絶縁シート３１３は、端板３５０に接して配置される。集電板３１４は、絶縁シート３１３と、単位セル３２ｎとの間に配置される。
【００９８】
ｎ個の単位セル３２１〜３２ｎは、集電板３１２と集電板３１４との間に直列に配列される。そして、単位セル３２１〜３２ｎの各々は、図８に示す固体高分子型燃料電池１００からなる。なお、図１２においては、図８に示すガス拡散電極１２０，１３０が省略されている。
【００９９】
ｎ個の単位セル３２１〜３２ｎが直列に配列される場合、単位セル３２１のセパレータ１５０（１０）は、単位セル３２２のセパレータ１４０（２０）に接し、単位セル３２２のセパレータ１５０（１０）は、単位セル３２３のセパレータ１４０（２０）に接し、以下、同様にして単位セル３２ｎ−１のセパレータ１５０（１０）は、単位セル３２ｎのセパレータ１４０（２０）に接する。この場合、セパレータ１４０（２０）の裏面とセパレータ１５０（１０）の裏面とが接する。
【０１００】
そして、各単位セル３２１〜３２ｎにおいて、セパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０は、図１２に示す紙面に沿って上下方向に形成されている。
【０１０１】
上述したように、セパレータ１４０（＝セパレータ２０），１５０（＝セパレータ１０）は、金属板からなるので、隣接する２つの単位セル（単位セル３２１，３２２；３２２，３２３；・・・；３２ｎ−１，３２ｎ）のセパレータ１４０（２０）とセパレータ１５０（１０）とが接するようにｎ個の単位セル３２１〜３２ｎを直列に配列することによって、ｎ個の単位セル３２１〜３２ｎは、電気的に直列に接続される。
【０１０２】
シール部材３３１〜３３ｎ−１は、それぞれ、単位セル３２１のガス供給部２１側と単位セル３２２のガス供給部２１側との間、単位セル３２２のガス供給部２１側と単位セル３２３のガス供給部２１側との間、・・・、単位セル３２ｎ−１のガス供給部２１側と単位セル３２ｎのガス供給部２１側との間に配置される。また、シール部材３４１〜３４ｎ−１は、それぞれ、単位セル３２１のガス排出部２２側と単位セル３２２のガス排出部２２側との間、単位セル３２２のガス排出部２２側と単位セル３２３のガス排出部２２側との間、・・・、単位セル３２ｎ−１のガス排出部２２側と単位セル３２ｎのガス排出部２２側との間に配置される。
【０１０３】
なお、位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０が燃料電池スタック３００の２枚の端板３１０，３５０を四隅で締め付ける場合、位置決め用棒４５０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３４，３４，１６４，１７４，１７，２１２３を貫通し、位置決め用棒４６０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３３，３３，１６３，１７３，１６，２１２１を貫通し、位置決め用棒４７０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３２，３２，１６２，１７２，１５，２１１３を貫通し、位置決め用棒４８０は、各単位セル３２１〜３２ｎの孔２３１，３１，１６１，１７１，１４，２１１１を貫通する。
【０１０４】
図１３は、図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図である。また、図１４は、図１１に示すＡ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の他の平面図である。なお、図１４は、図１３においてシール部材４１０を除去したときの平面図である。
【０１０５】
図１４を参照して、位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０によって２枚の端板３１０，３５０を締め付けると、端板３１０，３５０は、単位セル３２１〜３２ｎよりも面積が大きいので、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間に隙間が形成される。
【０１０６】
すなわち、端板３１０，３５０は、４本の位置決め用棒４５０，４６０，４７０，４８０によって四隅を締結されるので、端板３１０，３５０が若干湾曲し、端板３１０，３５０の中央部が絶縁シート３１１，３１３から離れ、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間に隙間が形成される。
【０１０７】
この状態で押込器４００によって空気（または酸素）を押し込むと、その形成された隙間からも空気（または酸素）を押し込むことになり、空気（または酸素）をセパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０に効率的に供給することが困難である。
【０１０８】
そこで、図１３に示すように、セパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０が形成されていない領域、絶縁シート３１１，３１３および集電板３１２，３１４を覆うようにシール部材４１０を設けることによって、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間に形成された隙間を塞ぐことができる。その結果、押込器４００が空気（または酸素）を押し込むと、外部の空気（または酸素）は、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間の隙間に流入せず、セパレータ１５０（＝セパレータ１０）の複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０へ流入する。
【０１０９】
したがって、外部から複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０へ空気（または酸素）を効率的に供給できる。
【０１１０】
なお、図１１に示すＢ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図は、図１３に示す平面図と同じである。
【０１１１】
図１５は、図１１に示すＣ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図である。
【０１１２】
図１５を参照して、シール部材４２０は、燃料電池スタック３００の側面３００Ｃの全面に配置される。シール部材４２０が配置される側面３００Ｃ側からはガスを燃料電池スタック３００へ供給しないので、シール部材４２０は、側面３００Ｃを覆うように配置される。
【０１１３】
なお、図１１に示すＤ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の平面図は、図１５に示す平面図と同じである。
【０１１４】
図１６は、図１１に示すＢ方向から見た固体高分子型燃料電池１０００の斜視図である。図１６を参照して、燃料電池スタック３００の側面３００Ａには、シール部材４４０が燃料電池スタック３００に接して配置されている。
【０１１５】
シール部材４４０は、シール部材４１０，４２０，４３０と同じ材料からなり、シール部材４１０と同様に、空気（または酸素）が通過するための通過領域４４０Ａを中央部に有する。
【０１１６】
押込器４００は、シール部材４４０に対向するように配置され、シール部材４４０の通過領域４４０Ａを介して、単位セル３２１〜３２ｎのセパレータ１５０（＝セパレータ１０）に空気（または酸素）を押し込む。
【０１１７】
したがって、押込器４００は、端板３１０，３５０と単位セル３２１，３２ｎとの間の隙間を介して空気（または酸素）を押し込まず、通過領域４４０Ａを介して空気（または酸素）を押し込むので、側面３００Ａ側の空気（または酸素）は、単位セル３２１〜３２ｎのセパレータ１５０（＝セパレータ１０）を介して側面３００Ｂ側へ流れる。その結果、外部から複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０へ空気（または酸素）をさらに効率的に供給できる。
【０１１８】
上述したように、固体高分子型燃料電池１０００においては、燃料電池スタック３００の端板３１０，３５０以外の部分にシール部材４１０，４２０，４３０，４４０が配置されているので、外部の空気（または酸素）を複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０に効率的に供給できるとともに、複数の単位セル３２１〜３２ｎで発生した熱をシール部材４１０，４２０，４３０，４４０を介して外部へ放出でき、燃料電池スタック３００の放熱効果を高くできる。
【０１１９】
図１７は、燃料電池スタック３００内で生成された水滴に作用する力の概念図である。図１７を参照して、空気（または酸素）が燃料電池スタック３００に供給された場合、水滴６００が燃料電池スタック３００内で生成される。
【０１２０】
そして、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込んだ場合、燃料電池スタック３００内で生成された水滴６００は、燃料電池スタック３００内における空気（または酸素）の流れによる力Ｆ１を側面３００Ａから側面３００Ｂへ向かう方向に受け、重力Ｆ２を側面３００Ｂから側面３００Ａへ向かう方向に受ける（図１７の（ａ）参照）。
【０１２１】
一方、空気（または酸素）を側面３００Ｂから燃料電池スタック３００に供給した場合、燃料電池スタック３００内で生成された水滴６００は、燃料電池スタック３００内における空気（または酸素）の流れによる力Ｆ１、および重力Ｆ２を側面３００Ｂから側面３００Ａへ向かう方向に受ける（図１７の（ｂ）参照）。
【０１２２】
その結果、燃料電池スタック３００内で生成された水滴６００は、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込んだ場合の方が燃料電池スタック３００内に留まり易くなる。
【０１２３】
図１８は、燃料電池スタック３００内における水滴の動向を示す概念図である。図１８を参照して、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込んだ場合、水滴６００は、各単位セル３２１〜３２ｎ内に留まり易くなる。
【０１２４】
そして、各単位セル３２１〜３２ｎ内に留まった水滴６００は、押込器４００によって押し込まれた空気（または酸素）の流れにより、固体高分子電解質膜１１０に供給され易くなる。その結果、固体高分子電解質膜１１０は、供給された水分によって湿潤される。
【０１２５】
したがって、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込むことにより、燃料電池スタック３００の性能を向上できる。
【０１２６】
表１に固体高分子型燃料電池１０００の特性を示す。
【０１２７】
【表１】
【０１２８】
表１は、空気の流れる方向を下（側面３００Ａ側）→上（側面３００Ｂ側）と固定し、空気の供給方法を押込と吸引とに変えた場合の単位セルのセル電圧の実験値を示す。
【０１２９】
表１に示すように、８．３％および６．２％の両方の空気利用率において、セル電圧は、空気を燃料電池スタック３００に押し込んだ方が空気を吸引した場合よりも高くなる。
【０１３０】
したがって、押込器４００によって空気（または酸素）を側面３００Ａ（＝燃料電池スタック３００の設置面側）から燃料電池スタック３００に押し込むことにより、燃料電池スタック３００の性能が向上することが実験的に示された。
【０１３１】
上述したように、固体高分子型燃料電池１０００においては、燃料電池スタック３００の端板３１０，３５０以外の部分にシール部材４１０，４２０，４３０，４４０が配置されており、押込器４００によって空気（または酸素）を燃料電池スタック３００の設置面側から燃料電池スタック３００に供給するので、外部の空気（または酸素）を複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０に効率的に供給できるとともに、燃料電池スタック３００の性能を向上できる。
【０１３２】
また、上述したように、セパレータ１５０（１０）の裏面がセパレータ１４０（２０）の裏面と接触し、セパレータ１５０（１０）は、空気（または酸素）を流すための溝１３１〜１４１，１５１〜１６０が表面および裏面に形成されているため、燃料電池スタック３００においては、セパレータ１５０（１０）は、隣接する２つの単位セルを冷却する。したがって、セパレータ１４０（１０）を用いることによって、燃料電池スタック３００の冷却効果を高くでき、その結果、固体高分子型燃料電池１０００の特性を向上できる。
【０１３３】
さらに、上述したように、セパレータ１０は、金属板をプレス成形することによって作製されるので、ガス通過部１１，１２、およびガス流路部１３を有するセパレータ１０を低コストで作製できる。
【０１３４】
さらに、この発明による固体高分子型燃料電池１０００は、セパレータ１０を備えるので、固体高分子型燃料電池１０００を低コストで作製できる。
【０１３５】
なお、セパレータ１０は、ステンレス鋼に限らず、硫酸に対して耐腐食性を有する金属板から成っていればよい。
【０１３６】
また、上記においては、セパレータ１０は、ジグザグ状に形成された複数の溝１３１〜１４１，１５１〜１６０を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、セパレータ１０は、一般的には、直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていればよく、複数の溝の形状は、どのような形状であってもよい。直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていれば、固体高分子型燃料電池１０００の冷却効果を向上できるとともに、固体高分子電解質膜１１０へ空気（または酸素）を効率的に供給して固体高分子型燃料電池１０００の特性を向上できるからである。
【０１３７】
さらに、上記においては、燃料電池スタック３００の端板３１０，３５０以外の部分にシール部材が設けられると説明したが、この発明においては、これに限らず、固体高分子型燃料電池１０００においては、少なくともシール部材４４０が設けられていればよい。また、固体高分子型燃料電池１０００においては、少なくともシール部材４４０と、シール部材４２０，４３０の少なくとも一方が設けられていればよい。
【０１３８】
さらに、この発明による固体高分子型燃料電池１０００は、自動車に代表される各種移動体、家庭用電源およびおよびパーソナルコンピュータの電源等に用いられる。
【０１３９】
さらに、この発明においては、シール部材４４０は、「第１のシール部材」を構成し、シール部材４１０は、「第２のシール部材」を構成する。
【０１４０】
さらに、この発明においては、シール部材４２０，４３０は、「他のシール部材」を構成し、シール部材４２０は、「第３のシール部材」を構成し、シール部材４３０は、「第４のシール部材」を構成する。
【０１４１】
さらに、この発明においては、空気（または酸素）は、「酸化剤ガス」を構成し、水素ガスは、「還元剤ガス」を構成する。
【０１４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
この発明は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池に適用される。
【符号の説明】
【０１４４】
１０，２０，１４０，１５０ セパレータ、１１，１２ ガス通過部、１３，２５ ガス流路部、２１ ガス供給部、２２ ガス排出部、１４〜１７，３１〜３４，１１１〜１１４，１２１〜１２４，１６１〜１６７，１７１〜１７７，２１１〜２１４，２２１〜２２４，２３１〜２３５，２１１１〜２１１３，２１２１〜２１２３ 孔、１８，１９，３５，３６ 基準面、２３，２４，１３１Ａ〜１４１Ａ，２１５〜２１７，２２５〜２２７，２５２ 凸部、２６〜２９ 凹部、３０，４０ 平板、３０Ａ，４０Ａ 上面、３００ 燃料電池スタック、１１０ 固体高分子電解質膜、１２０，１３０ ガス拡散電極、１３１〜１４３，２５１ 溝、１６０，１７０，２１０，２３０ ガスケット、１８０，１９０ 触媒、３１０，３５０ 端板、３１１，３１３ 絶縁シート、３１２，３１４ 集電板、３２１〜３２ｎ 単位セル、３３１〜３３ｎ−１，３４１〜３４ｎ−１，４１０，４２０，４３０，４４０ シール部材、４００ 押込器、４５０，４６０，４７０，４８０ 位置決め用棒、６００ 水滴、１０００ 固体高分子型燃料電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、
前記直方体の第１の面から前記第１の面に対向する第２の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続された複数の単位セルと、
前記第１の面から前記第２の面へ向かう方向において、前記複数の単位セルを両側から挟持する第１および第２の端板と、
当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する前記直方体の第３の面側に配置され、前記酸化剤ガスを前記複数の単位セルに押し込む押込器と、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面側に少なくとも配置されるとともに、前記酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなるシール部材とを備え、
前記複数の単位セルの各々は、
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給する第１のセパレータと、
前記固体高分子電解質膜の他方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する第２のセパレータとを含み、
前記第１のセパレータは、
前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、
前記ガス流路部と一体に成形され、前記固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含み、
前記ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含み、
隣接する第１および第２の単位セルは、前記第１の単位セルに含まれる前記第２のセパレータと前記第２の単位セルに含まれる前記第１のセパレータとによって直列に接続されている、固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記シール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第１のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面に対向する第４の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第２のシール部材とを含む、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記還元剤ガスが前記第２のセパレータを流れる方向において前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる他のシール部材をさらに備え、
前記還元剤ガスは、前記酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第３のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第４のシール部材とを含む、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
前記シール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第１のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面に対向する第４の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第２のシール部材とを含み、
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第３のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第４のシール部材とを含む、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
前記第１のセパレータの複数の溝の各々は、前記酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】
前記ガス流路部および前記ガス通過部は、金属板からなり、
前記第１のセパレータの複数の溝は、前記ガス流路部を構成する前記金属板の表裏面に形成されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】
前記金属板は、ステンレス鋼からなる、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１】
略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、
前記直方体の第１の面から前記第１の面に対向する第２の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続された複数の単位セルと、
前記第１の面から前記第２の面へ向かう方向において、前記複数の単位セルを両側から挟持する第１および第２の端板と、
当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する前記直方体の第３の面側に配置され、前記酸化剤ガスを前記複数の単位セルに押し込む押込器と、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面側に少なくとも配置されるとともに、前記酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなるシール部材とを備え、
前記複数の単位セルの各々は、
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給する第１のセパレータと、
前記固体高分子電解質膜の他方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する第２のセパレータとを含み、
前記第１のセパレータは、
前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、
前記ガス流路部と一体に成形され、前記固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含み、
前記ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含み、
隣接する第１および第２の単位セルは、前記第１の単位セルに含まれる前記第２のセパレータと前記第２の単位セルに含まれる前記第１のセパレータとによって直列に接続されている、固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記シール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第１のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面に対向する第４の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第２のシール部材とを含む、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記還元剤ガスが前記第２のセパレータを流れる方向において前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる他のシール部材をさらに備え、
前記還元剤ガスは、前記酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第３のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第４のシール部材とを含む、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
前記シール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第１のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第３の面に対向する第４の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第２のシール部材とを含み、
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第３のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第４のシール部材とを含む、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
前記第１のセパレータの複数の溝の各々は、前記酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】
前記ガス流路部および前記ガス通過部は、金属板からなり、
前記第１のセパレータの複数の溝は、前記ガス流路部を構成する前記金属板の表裏面に形成されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】
前記金属板は、ステンレス鋼からなる、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−３３７７（Ｐ２０１１−３３７７Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５０２１（Ｐ２００９−１４５０２１）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
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