JP4542640B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されている。通常、単位燃料電池セルおよびセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、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、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために、通常、触媒電極層（電極面）に導電性を有する多孔質層、例えば、多孔質カーボンペーパがセパレータにより挟持されるとともに、各セパレータの互いに対向する面には、均一な幅寸法に設定された１本または複数本のガス流路が設けられている。
【０００５】
この場合、ガス流路内には、凝結水分や反応によって生成された水分が、液体（水）の状態で存在することがある。この水が多孔質層に蓄積されると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの触媒電極層への拡散性が低下してしまい、セル性能が著しく悪くなるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えば、特開平９−５０８１９号公報に開示されているように、セパレータに設けられた燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させる流路溝の壁面に付着した水滴の除去を可能とする固体高分子電解質型燃料電池が知られている。具体的には、図５に示すように、セパレータ１には、触媒電極層の両側に対応して酸化剤ガス用貫通孔２ａ、２ｂ、熱媒用貫通孔３ａ、３ｂおよび燃料ガス用貫通孔４ａ、４ｂがそれぞれ互いに対角となる位置に設けられている。
【０００７】
カソード側電極に対向するセパレータ１の一方の面１ａには、例えば、酸化剤ガス用貫通孔２ａ、２ｂを連通する水平流路溝５ａと鉛直流路溝５ｂとが、互いに直交して複数設けられている。セパレータ１の他方の面側には、熱媒用貫通孔３ａ、３ｂを連通するために、同様に、互いに直交する複数の溝が形成されている。なお、アノード側電極に対向するセパレータ１には、燃料ガス用貫通孔４ａ、４ｂを連通するために、同様に、水平方向および鉛直方向にそれぞれ直交して蛇行する図示しない溝が形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の燃料電池は、例えば、自動車等の車体に積載して使用することが望まれている。その際、燃料電池を自動車の床下に設置することが最も実用的であるが、車室内における居住空間を十分に確保するためには、車高が上がることは好ましくない。従って、燃料電池全体の高さ方向を低く設定する必要がある。
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術では、触媒電極層が縦長の長方形状に設定されるとともに、セパレータ１全体が略正方形状に構成されている。このため、セパレータ１の高さ方向を低くしようとすると、触媒電極層の面積が相当に小さくなってスタック電極面積を有効に確保することができず、所望の発電性能を得ることが困難になるという問題が指摘されている。そこで、例えば、複数台の燃料電池スタックを並設することが考えられるが、構造が複雑化するとともに、経済的ではないという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、例えば、車載時に高さ方向の寸法を有効に低く抑えるとともに、簡単な構成で所望の発電性能を確実に得ることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池スタックでは、セパレータの平面が長方形状に設定されており、前記平面の短辺が重力方向に指向して配置される。このため、燃料電池スタック全体の高さ方向を有効に低く抑えることができ、所望の発電性能を維持しつつレイアウトが容易に遂行可能になる。これにより、例えば、車載時に燃料電池スタックを車体の床下に配置する際、車高が高くなることを有効に阻止して居住空間を確保することができる。
【００１２】
しかも、セパレータの平面に設けられた流体用通路は、前記平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されている。従って、流体用通路で生成される水は、この流体用通路を流れる燃料ガスまたは酸化剤ガスを介して重力方向に円滑に移動し、燃料電池スタック内から前記水を確実に排出することができる。
【００１３】
また、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が平面内において燃料ガス入口および酸化剤ガス入口から燃料ガス出口および酸化剤ガス出口に連通する複数本の流路溝を有するとともに、前記流路溝は、所定の本数ずつ複数の流路溝群に分割され、各流路溝群が、長辺方向に前記流路溝群と同数に分割された範囲内で、それぞれ短辺方向に蛇行している。これにより、スタック電極面積を大きくするためにセパレータの面積を拡大する際にも、流路長が長尺になることを阻止し、このセパレータの面内におけるガス濃度の均一化を図ることができる。従って、ガス濃度の不均一による出力密度の低下を阻止することが可能になる。
【００１４】
また、セパレータの短辺側両端縁部に冷却媒体入口および冷却媒体出口が設けられている。このため、セパレータの高さ方向を有効に短尺化することができ、燃料電池スタック全体の高さを一層低く設定することが可能になる。
【００１５】
また、燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路が燃料ガス入口および酸化剤ガス入口から燃料ガス出口および酸化剤ガス出口に向かって流路開口面積が狭くなるように設定されている。従って、燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路に供給された燃料ガスや酸化剤ガスがセパレータの面内で消費される際、燃料ガス出口および酸化剤ガス出口に向かって流路開口面積が狭くなるために、この燃料ガス出口側および酸化剤ガス出口側の単位面積当たりの反応分子数が前記燃料ガス入口側および酸化剤ガス入口側に比べて減少することがなく、電極面内での反応の均一化を図ることができる。
【００１６】
さらにまた、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の本数が燃料ガス出口側および酸化剤ガス出口側で減少されることにより、例えば、前記セパレータに形成される溝の深さを調整して断面積を減らす構成に比べ、前記セパレータの厚さを可及的に肉薄に設定することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の概略縦断面説明図である。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、必要に応じてこれらが複数組だけ積層されている。燃料電池スタック１０は、全体として直方体状を有しており、例えば、車載時には、短辺方向（矢印Ａ方向）が重力方向に指向するとともに、長辺方向（矢印Ｂ方向）が水平方向に指向して配置される。
【００１９】
単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるアノード側電極２０およびカソード側電極２２とを有するとともに、前記アノード側電極２０および前記カソード側電極２２には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる第１および第２ガス拡散層２４、２６が配設される。
【００２０】
単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２８、３０が設けられ、前記第１ガスケット２８は、アノード側電極２０および第１ガス拡散層２４を収納するための大きな開口部３２を有する一方、前記第２ガスケット３０は、カソード側電極２２および第２ガス拡散層２６を収納するための大きな開口部３４を有する。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２８、３０とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持される。
【００２１】
図１および図３に示すように、第１セパレータ１４は、アノード側電極２０に対向する面（平面）１４ａおよび反対側の面（平面）１４ｂが長方形状に設定されており、車載時には長辺３５ａが水平方向に指向するとともに、短辺３５ｂが重力方向に指向して配置される。長辺３５ａと短辺３５ｂとの比は、例えば、１．５〜３：１、より好ましくは、略２：１に設定されている。
【００２２】
第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部上部側には、水素ガス等の燃料ガスを通過させるための燃料ガス入口３６ａと、酸素ガスまたは空気である酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス入口３８ａとが設けられる。第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部略中央側には、純水やエチレングリコール等の冷却媒体を通過させるための冷却媒体入口４０ａおよび冷却媒体出口４０ｂが設けられるとともに、前記第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部下部側には、燃料ガス出口３６ｂと酸化剤ガス出口３８ｂとが燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口３８ａとは対角の位置に設けられている。
【００２３】
第１セパレータ１４の面１４ａには、燃料ガス入口３６ａと燃料ガス出口３６ｂとに連通する燃料ガス流路（流体用通路）４２が形成される。燃料ガス流路４２は、複数本、例えば、１２本の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌを備え、前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌの一端側が燃料ガス入口３６ａに連通するとともに、前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌが第１セパレータ１４の長辺方向（矢印Ｂ方向）に一旦延在し、この長辺方向に複数、例えば、２つのグループに分割される。
【００２４】
具体的には、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆ（流路溝群）が燃料ガス入口３６ａから酸化剤ガス入口３８ａ近傍まで延在する一方、第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌ（流路溝群）が第１セパレータ１４の長辺方向略中央部位（以下、中央部位Ｐという）近傍まで延在する。第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆは、面１４ａ内において中央部位Ｐから、図３中、右側の分割範囲内で矢印Ｂ方向に延在しかつ短辺３５ｂ側で折り返す蛇行形状に沿って重力方向に設けられている。第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆは、その途上で２本ずつ合流して第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃが設けられ、この第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃは、同様に矢印Ｂ方向に指向しかつ短辺３５ｂ側で折り返して重力方向に蛇行した後、燃料ガス出口３６ｂに連通する。
【００２５】
第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌは、面１４ａ内において中央部位Ｐから、図３中、左側の分割範囲内で矢印Ｂ方向に指向しかつ短辺３５ｂ側で折り返し、重力方向に蛇行する。第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌは、その途上で２本ずつ合流して第２ガス流路溝４６ｄ〜４６ｆが設けられ、この第２ガス流路溝４６ｄ〜４６ｆは、矢印Ｂ方向に指向しかつ短辺３５ｂ側で折り返して蛇行しながら重力方向に延在し、燃料ガス出口３６ｂに連通する。
【００２６】
図４に示すように、セパレータ１４の面１４ａとは反対側の面１４ｂには、冷却媒体入口４０ａと冷却媒体出口４０ｂとに連通して冷却媒体流路（流体用通路）４８ａ〜４８ｆが設けられる。冷却媒体流路４８ａ〜４８ｆは、冷却媒体入口４０ａおよび冷却媒体出口４０ｂに連通するそれぞれ１本の主流路溝５０ａ、５０ｂと、前記主流路溝５０ａ、５０ｂ間に設けられる複数本、例えば、４本の分岐流路溝５１とを備える。
【００２７】
図１に示すように、第２セパレータ１６は長方形状に形成されており、この第２セパレータ１６の短辺側の両端縁部上部側には、燃料ガス入口５２ａおよび酸化剤ガス入口５４ａが貫通形成されるとともに、その両端縁部略中央部には、冷却媒体入口５６ａおよび冷却媒体出口５６ｂが貫通形成される。第２セパレータ１６の短辺側の両端縁部下部側には、燃料ガス出口５２ｂおよび酸化剤ガス出口５４ｂが燃料ガス入口５２ａおよび酸化剤ガス入口５４ａと対角位置になるように貫通形成されている。
【００２８】
第２セパレータ１６のカソード側電極２２に対向する面１６ａには、図２に示すように、酸化剤ガス入口５４ａと酸化剤ガス出口５４ｂとを連通する酸化剤ガス流路（流体用通路）５８が形成される。酸化剤ガス流路５８は、燃料ガス流路４２と同様に、第１ガス流路溝６０ａ〜６０ｌと第２ガス流路溝６１ａ〜６１ｆとを備えており、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
第２セパレータ１６の面１６ａとは反対側の面１６ｂには、図１に示すように、冷却媒体入口５６ａと冷却媒体５６ｂとを連通する冷却媒体流路６２ａ〜６２ｆが形成される。冷却媒体流路６２ａ〜６２ｆは、第１セパレータ１４に設けられている冷却媒体流路４８ａ〜４８ｆと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
このように構成される本実施形態に係る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００３１】
燃料電池スタック１０内には、燃料ガス（例えば、炭化水素を改質した水素を含むガス）が供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気（または酸素ガス）が供給され、この燃料ガスが第１セパレータ１４の燃料ガス入口３６ａから燃料ガス流路４２に導入される。図３に示すように、燃料ガス流路４２に供給された燃料ガスは、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌに導入されて第１セパレータ１４の面１４ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）に沿って蛇行しながら重力方向に移動する。
【００３２】
具体的には、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆに導入された燃料ガスは、酸化剤ガス入口３８ａの近傍まで長辺方向に沿って延在した後に短辺３５ｂ側で折り返し、さらに面１４ａの中央部位Ｐの近傍で折り返して重力方向に蛇行する。このため、燃料ガスは、面１４ａの１／２の分割範囲内を重力方向に蛇行しながら移動した後、第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃに導入されて燃料ガス出口３６ｂに送り出される。その際、燃料ガス中の水素ガスが第１ガス拡散層２４を通って単位燃料電池セル１２のアノード側電極２０に供給される一方、未使用の燃料ガスが第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃを通って燃料ガス出口３６ｂから排出される。
【００３３】
一方、第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌに導入された燃料ガスは、面１４ａ内において中央部位Ｐで折り返される。そして、燃料ガスは、面１４ａの１／２の分割範囲内を長辺方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在しかつ短辺３５ｂ側で折り返され、重力方向に蛇行しながらアノード側電極２０に供給されるとともに、燃料ガス出口３６ｂにその未使用部分が排出される。
【００３４】
第２セパレータ１６では、酸化剤ガス入口５４ａから酸化剤ガス流路５８に供給された空気が、面１６ａの長辺方向に２分割された各範囲内でそれぞれ重力方向へと蛇行しながら移動する。その際、燃料ガス流路４２に供給された燃料ガスと同様に、空気中の酸素ガスが第２ガス拡散層２６からカソード側電極２２に供給される一方、未使用の空気が酸化剤ガス出口５４ｂから排出される。
【００３５】
また、燃料電池スタック１０には冷却媒体が供給されており、この冷却媒体は、第１および第２セパレータ１４、１６の冷却媒体入口４０ａ、５６ａに供給される。図４に示すように、第１セパレータ１４の冷却媒体入口４０ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路４８ａ〜４８ｆを構成する各主流路溝５０ａに導入され、前記主流路溝５０ａに沿って上方向、水平方向および下方向に向かって流れる。冷却媒体は、それぞれの主流路溝５０ａから分岐された複数の分岐流路溝５１に導入され、前記分岐流路溝５１に沿って面１４ｂ内の略全面にわたり水平方向に流れた後、前記分岐流路溝５１が合流する主流路溝５０ｂを通って冷却媒体出口４０ｂから排出される。
【００３６】
一方、第２セパレータ１６の冷却媒体入口５６ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６２ａ〜６２ｆを通り面１６ｂの略全面にわたって直線的に移動した後、冷却媒体出口５２ｂから排出される。
【００３７】
この場合、本実施形態では、図１に示すように、単位燃料電池セル１２と第１および第２セパレータ１４、１６とが長方形状に設定されており、例えば、その長辺と短辺との比が、例えば、１．５〜３：１、より好ましくは、略２：１に設定されている。そして、短辺側を重力方向に指向して互いに積層することにより燃料電池スタック１０が構成され、この燃料電池スタック１０が、例えば、図示しない自動車の車体等に積載される。
【００３８】
このため、燃料電池スタック１０は、高さ方向の寸法が大幅に短尺化され、前記燃料電池スタック１０を車体の床下に配置する際、車高が高くなることを阻止して居住空間を有効に確保することができる。しかも、単位燃料電池セル１２は、水平方向に長尺に構成されるため、スタック電極面積を確保して所望の発電性能を確実に得ることができるという効果がある。
【００３９】
さらに、例えば、第１セパレータ１４の面１４ａに設けられた燃料ガス流路４２は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に延在しかつ短辺３５ｂ側で折り返して重力方向に蛇行する形状に設定されている。従って、燃料ガス流路４２で生成される水が重力方向に容易に移動し、この第１セパレータ１４の面１４ａから確実に排水することが可能になる。
【００４０】
また、燃料ガス流路４２は、１２本の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌを有し、これらが６本ずつに分割されて前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆが面１４ａの中央部位Ｐから一方側の分割範囲内で蛇行しながら重力方向に設けられる一方、前記第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌが前記中央部位Ｐから他方の分割範囲内に沿って蛇行しながら重力方向に設けられている。これにより、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌを、面１４ａに沿って連続して蛇行しながら燃料ガス出口３６ｂに導く構造に比べ、流路長が半減されるため、電極面内でのガス濃度の均一化を図ることができ、出力密度の低下を有効に防止することが可能になる。
【００４１】
しかも、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌは、その途上で２本ずつ合流して第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｆに連なった後、燃料ガス出口３６ｂに連通している。
このため、燃料ガス入口３６ａから燃料ガス出口３６ｂに向かって流れる燃料ガスが消費される際、この燃料ガス出口３６ｂ側の単位面積当たりの反応分子数の減少を阻止し、電極面内での反応の均一化が図られる。ここで、溝の深さを変えることによって流路開口面積を変化させる従来の構成に比べ、第１セパレータ１４の厚さを薄くすることができ、燃料電池スタック１０全体の小型化が容易に図られる。
【００４２】
さらにまた、燃料ガス入口３６ａ、酸化剤ガス入口３８ａ、冷却媒体入口４０ａ、燃料ガス出口３６ｂ、酸化剤ガス出口３８ｂおよび冷却媒体出口４０ｂは、第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部に設けられている。従って、第１セパレータ１４の短辺３５ｂの寸法を有効に短尺化することができ、燃料電池スタック１０全体の高さ方向の寸法を小さく設定することが可能になる。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１セパレータ１４の面１４ａを長辺方向に２分割してそれぞれの分割範囲内に第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆ、４４ｇ〜４４ｌを設けているが、この面１４ａの長辺方向の寸法等に応じて前記面１４ａを３分割以上に分割してもよい。さらに、第２セパレータ１６においても、上記の第１セパレータ１４と同様である。また、燃料電池スタック１０は、車載の他、用途に応じて種々の設置場所に有効に配置可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、燃料電池スタック全体の高さ方向の寸法を小さく設定することができ、例えば、車載時に車高を高くすることなく車体の床下等に有効に設置することができる。しかも、セパレータが水平方向に長尺形状を有するため、簡単な構成で、スタック電極面積を十分に確保して所望の発電性能を確実に得ることが可能になる。さらに、セパレータに設けられた燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が、平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されるため、この燃料ガス流路およびこの酸化剤ガス流路内の生成水を円滑かつ確実に外部へと排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの概略縦断面説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する第１セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図４】前記第１セパレータの他方の面の正面説明図である。
【図５】従来技術に係る燃料電池を構成するセパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １２…燃料電池セル
１４、１６…セパレータ １８…固体高分子電解質膜
２０…アノード側電極 ２２…カソード側電極
３５ａ…長辺 ３５ｂ…短辺
３６ａ、５２ａ…燃料ガス入口 ３６ｂ、５２ｂ…燃料ガス出口
３８ａ、５４ａ…酸化剤ガス入口 ３８ｂ、５４ｂ…酸化剤ガス出口
４０ａ、５６ａ…冷却媒体入口 ４０ｂ、５６ｂ…冷却媒体出口
４２…燃料ガス流路
４４ａ〜４４ｌ、４６ａ〜４６ｆ、６０ａ〜６０ｌ、６１ａ〜６１ｆ…ガス流路溝
４８ａ〜４８ｆ…冷却媒体流路 ５８…酸化剤ガス流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されている。通常、単位燃料電池セルおよびセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、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、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために、通常、触媒電極層（電極面）に導電性を有する多孔質層、例えば、多孔質カーボンペーパがセパレータにより挟持されるとともに、各セパレータの互いに対向する面には、均一な幅寸法に設定された１本または複数本のガス流路が設けられている。
【０００５】
この場合、ガス流路内には、凝結水分や反応によって生成された水分が、液体（水）の状態で存在することがある。この水が多孔質層に蓄積されると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの触媒電極層への拡散性が低下してしまい、セル性能が著しく悪くなるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えば、特開平９−５０８１９号公報に開示されているように、セパレータに設けられた燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させる流路溝の壁面に付着した水滴の除去を可能とする固体高分子電解質型燃料電池が知られている。具体的には、図５に示すように、セパレータ１には、触媒電極層の両側に対応して酸化剤ガス用貫通孔２ａ、２ｂ、熱媒用貫通孔３ａ、３ｂおよび燃料ガス用貫通孔４ａ、４ｂがそれぞれ互いに対角となる位置に設けられている。
【０００７】
カソード側電極に対向するセパレータ１の一方の面１ａには、例えば、酸化剤ガス用貫通孔２ａ、２ｂを連通する水平流路溝５ａと鉛直流路溝５ｂとが、互いに直交して複数設けられている。セパレータ１の他方の面側には、熱媒用貫通孔３ａ、３ｂを連通するために、同様に、互いに直交する複数の溝が形成されている。なお、アノード側電極に対向するセパレータ１には、燃料ガス用貫通孔４ａ、４ｂを連通するために、同様に、水平方向および鉛直方向にそれぞれ直交して蛇行する図示しない溝が形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の燃料電池は、例えば、自動車等の車体に積載して使用することが望まれている。その際、燃料電池を自動車の床下に設置することが最も実用的であるが、車室内における居住空間を十分に確保するためには、車高が上がることは好ましくない。従って、燃料電池全体の高さ方向を低く設定する必要がある。
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術では、触媒電極層が縦長の長方形状に設定されるとともに、セパレータ１全体が略正方形状に構成されている。このため、セパレータ１の高さ方向を低くしようとすると、触媒電極層の面積が相当に小さくなってスタック電極面積を有効に確保することができず、所望の発電性能を得ることが困難になるという問題が指摘されている。そこで、例えば、複数台の燃料電池スタックを並設することが考えられるが、構造が複雑化するとともに、経済的ではないという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、例えば、車載時に高さ方向の寸法を有効に低く抑えるとともに、簡単な構成で所望の発電性能を確実に得ることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池スタックでは、セパレータの平面が長方形状に設定されており、前記平面の短辺が重力方向に指向して配置される。このため、燃料電池スタック全体の高さ方向を有効に低く抑えることができ、所望の発電性能を維持しつつレイアウトが容易に遂行可能になる。これにより、例えば、車載時に燃料電池スタックを車体の床下に配置する際、車高が高くなることを有効に阻止して居住空間を確保することができる。
【００１２】
しかも、セパレータの平面に設けられた流体用通路は、前記平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されている。従って、流体用通路で生成される水は、この流体用通路を流れる燃料ガスまたは酸化剤ガスを介して重力方向に円滑に移動し、燃料電池スタック内から前記水を確実に排出することができる。
【００１３】
また、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が平面内において燃料ガス入口および酸化剤ガス入口から燃料ガス出口および酸化剤ガス出口に連通する複数本の流路溝を有するとともに、前記流路溝は、所定の本数ずつ複数の流路溝群に分割され、各流路溝群が、長辺方向に前記流路溝群と同数に分割された範囲内で、それぞれ短辺方向に蛇行している。これにより、スタック電極面積を大きくするためにセパレータの面積を拡大する際にも、流路長が長尺になることを阻止し、このセパレータの面内におけるガス濃度の均一化を図ることができる。従って、ガス濃度の不均一による出力密度の低下を阻止することが可能になる。
【００１４】
また、セパレータの短辺側両端縁部に冷却媒体入口および冷却媒体出口が設けられている。このため、セパレータの高さ方向を有効に短尺化することができ、燃料電池スタック全体の高さを一層低く設定することが可能になる。
【００１５】
また、燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路が燃料ガス入口および酸化剤ガス入口から燃料ガス出口および酸化剤ガス出口に向かって流路開口面積が狭くなるように設定されている。従って、燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路に供給された燃料ガスや酸化剤ガスがセパレータの面内で消費される際、燃料ガス出口および酸化剤ガス出口に向かって流路開口面積が狭くなるために、この燃料ガス出口側および酸化剤ガス出口側の単位面積当たりの反応分子数が前記燃料ガス入口側および酸化剤ガス入口側に比べて減少することがなく、電極面内での反応の均一化を図ることができる。
【００１６】
さらにまた、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の本数が燃料ガス出口側および酸化剤ガス出口側で減少されることにより、例えば、前記セパレータに形成される溝の深さを調整して断面積を減らす構成に比べ、前記セパレータの厚さを可及的に肉薄に設定することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の概略縦断面説明図である。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、必要に応じてこれらが複数組だけ積層されている。燃料電池スタック１０は、全体として直方体状を有しており、例えば、車載時には、短辺方向（矢印Ａ方向）が重力方向に指向するとともに、長辺方向（矢印Ｂ方向）が水平方向に指向して配置される。
【００１９】
単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるアノード側電極２０およびカソード側電極２２とを有するとともに、前記アノード側電極２０および前記カソード側電極２２には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる第１および第２ガス拡散層２４、２６が配設される。
【００２０】
単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２８、３０が設けられ、前記第１ガスケット２８は、アノード側電極２０および第１ガス拡散層２４を収納するための大きな開口部３２を有する一方、前記第２ガスケット３０は、カソード側電極２２および第２ガス拡散層２６を収納するための大きな開口部３４を有する。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２８、３０とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持される。
【００２１】
図１および図３に示すように、第１セパレータ１４は、アノード側電極２０に対向する面（平面）１４ａおよび反対側の面（平面）１４ｂが長方形状に設定されており、車載時には長辺３５ａが水平方向に指向するとともに、短辺３５ｂが重力方向に指向して配置される。長辺３５ａと短辺３５ｂとの比は、例えば、１．５〜３：１、より好ましくは、略２：１に設定されている。
【００２２】
第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部上部側には、水素ガス等の燃料ガスを通過させるための燃料ガス入口３６ａと、酸素ガスまたは空気である酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス入口３８ａとが設けられる。第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部略中央側には、純水やエチレングリコール等の冷却媒体を通過させるための冷却媒体入口４０ａおよび冷却媒体出口４０ｂが設けられるとともに、前記第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部下部側には、燃料ガス出口３６ｂと酸化剤ガス出口３８ｂとが燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口３８ａとは対角の位置に設けられている。
【００２３】
第１セパレータ１４の面１４ａには、燃料ガス入口３６ａと燃料ガス出口３６ｂとに連通する燃料ガス流路（流体用通路）４２が形成される。燃料ガス流路４２は、複数本、例えば、１２本の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌを備え、前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌの一端側が燃料ガス入口３６ａに連通するとともに、前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌが第１セパレータ１４の長辺方向（矢印Ｂ方向）に一旦延在し、この長辺方向に複数、例えば、２つのグループに分割される。
【００２４】
具体的には、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆ（流路溝群）が燃料ガス入口３６ａから酸化剤ガス入口３８ａ近傍まで延在する一方、第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌ（流路溝群）が第１セパレータ１４の長辺方向略中央部位（以下、中央部位Ｐという）近傍まで延在する。第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆは、面１４ａ内において中央部位Ｐから、図３中、右側の分割範囲内で矢印Ｂ方向に延在しかつ短辺３５ｂ側で折り返す蛇行形状に沿って重力方向に設けられている。第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆは、その途上で２本ずつ合流して第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃが設けられ、この第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃは、同様に矢印Ｂ方向に指向しかつ短辺３５ｂ側で折り返して重力方向に蛇行した後、燃料ガス出口３６ｂに連通する。
【００２５】
第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌは、面１４ａ内において中央部位Ｐから、図３中、左側の分割範囲内で矢印Ｂ方向に指向しかつ短辺３５ｂ側で折り返し、重力方向に蛇行する。第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌは、その途上で２本ずつ合流して第２ガス流路溝４６ｄ〜４６ｆが設けられ、この第２ガス流路溝４６ｄ〜４６ｆは、矢印Ｂ方向に指向しかつ短辺３５ｂ側で折り返して蛇行しながら重力方向に延在し、燃料ガス出口３６ｂに連通する。
【００２６】
図４に示すように、セパレータ１４の面１４ａとは反対側の面１４ｂには、冷却媒体入口４０ａと冷却媒体出口４０ｂとに連通して冷却媒体流路（流体用通路）４８ａ〜４８ｆが設けられる。冷却媒体流路４８ａ〜４８ｆは、冷却媒体入口４０ａおよび冷却媒体出口４０ｂに連通するそれぞれ１本の主流路溝５０ａ、５０ｂと、前記主流路溝５０ａ、５０ｂ間に設けられる複数本、例えば、４本の分岐流路溝５１とを備える。
【００２７】
図１に示すように、第２セパレータ１６は長方形状に形成されており、この第２セパレータ１６の短辺側の両端縁部上部側には、燃料ガス入口５２ａおよび酸化剤ガス入口５４ａが貫通形成されるとともに、その両端縁部略中央部には、冷却媒体入口５６ａおよび冷却媒体出口５６ｂが貫通形成される。第２セパレータ１６の短辺側の両端縁部下部側には、燃料ガス出口５２ｂおよび酸化剤ガス出口５４ｂが燃料ガス入口５２ａおよび酸化剤ガス入口５４ａと対角位置になるように貫通形成されている。
【００２８】
第２セパレータ１６のカソード側電極２２に対向する面１６ａには、図２に示すように、酸化剤ガス入口５４ａと酸化剤ガス出口５４ｂとを連通する酸化剤ガス流路（流体用通路）５８が形成される。酸化剤ガス流路５８は、燃料ガス流路４２と同様に、第１ガス流路溝６０ａ〜６０ｌと第２ガス流路溝６１ａ〜６１ｆとを備えており、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
第２セパレータ１６の面１６ａとは反対側の面１６ｂには、図１に示すように、冷却媒体入口５６ａと冷却媒体５６ｂとを連通する冷却媒体流路６２ａ〜６２ｆが形成される。冷却媒体流路６２ａ〜６２ｆは、第１セパレータ１４に設けられている冷却媒体流路４８ａ〜４８ｆと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
このように構成される本実施形態に係る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００３１】
燃料電池スタック１０内には、燃料ガス（例えば、炭化水素を改質した水素を含むガス）が供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気（または酸素ガス）が供給され、この燃料ガスが第１セパレータ１４の燃料ガス入口３６ａから燃料ガス流路４２に導入される。図３に示すように、燃料ガス流路４２に供給された燃料ガスは、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌに導入されて第１セパレータ１４の面１４ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）に沿って蛇行しながら重力方向に移動する。
【００３２】
具体的には、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆに導入された燃料ガスは、酸化剤ガス入口３８ａの近傍まで長辺方向に沿って延在した後に短辺３５ｂ側で折り返し、さらに面１４ａの中央部位Ｐの近傍で折り返して重力方向に蛇行する。このため、燃料ガスは、面１４ａの１／２の分割範囲内を重力方向に蛇行しながら移動した後、第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃに導入されて燃料ガス出口３６ｂに送り出される。その際、燃料ガス中の水素ガスが第１ガス拡散層２４を通って単位燃料電池セル１２のアノード側電極２０に供給される一方、未使用の燃料ガスが第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｃを通って燃料ガス出口３６ｂから排出される。
【００３３】
一方、第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌに導入された燃料ガスは、面１４ａ内において中央部位Ｐで折り返される。そして、燃料ガスは、面１４ａの１／２の分割範囲内を長辺方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在しかつ短辺３５ｂ側で折り返され、重力方向に蛇行しながらアノード側電極２０に供給されるとともに、燃料ガス出口３６ｂにその未使用部分が排出される。
【００３４】
第２セパレータ１６では、酸化剤ガス入口５４ａから酸化剤ガス流路５８に供給された空気が、面１６ａの長辺方向に２分割された各範囲内でそれぞれ重力方向へと蛇行しながら移動する。その際、燃料ガス流路４２に供給された燃料ガスと同様に、空気中の酸素ガスが第２ガス拡散層２６からカソード側電極２２に供給される一方、未使用の空気が酸化剤ガス出口５４ｂから排出される。
【００３５】
また、燃料電池スタック１０には冷却媒体が供給されており、この冷却媒体は、第１および第２セパレータ１４、１６の冷却媒体入口４０ａ、５６ａに供給される。図４に示すように、第１セパレータ１４の冷却媒体入口４０ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路４８ａ〜４８ｆを構成する各主流路溝５０ａに導入され、前記主流路溝５０ａに沿って上方向、水平方向および下方向に向かって流れる。冷却媒体は、それぞれの主流路溝５０ａから分岐された複数の分岐流路溝５１に導入され、前記分岐流路溝５１に沿って面１４ｂ内の略全面にわたり水平方向に流れた後、前記分岐流路溝５１が合流する主流路溝５０ｂを通って冷却媒体出口４０ｂから排出される。
【００３６】
一方、第２セパレータ１６の冷却媒体入口５６ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６２ａ〜６２ｆを通り面１６ｂの略全面にわたって直線的に移動した後、冷却媒体出口５２ｂから排出される。
【００３７】
この場合、本実施形態では、図１に示すように、単位燃料電池セル１２と第１および第２セパレータ１４、１６とが長方形状に設定されており、例えば、その長辺と短辺との比が、例えば、１．５〜３：１、より好ましくは、略２：１に設定されている。そして、短辺側を重力方向に指向して互いに積層することにより燃料電池スタック１０が構成され、この燃料電池スタック１０が、例えば、図示しない自動車の車体等に積載される。
【００３８】
このため、燃料電池スタック１０は、高さ方向の寸法が大幅に短尺化され、前記燃料電池スタック１０を車体の床下に配置する際、車高が高くなることを阻止して居住空間を有効に確保することができる。しかも、単位燃料電池セル１２は、水平方向に長尺に構成されるため、スタック電極面積を確保して所望の発電性能を確実に得ることができるという効果がある。
【００３９】
さらに、例えば、第１セパレータ１４の面１４ａに設けられた燃料ガス流路４２は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に延在しかつ短辺３５ｂ側で折り返して重力方向に蛇行する形状に設定されている。従って、燃料ガス流路４２で生成される水が重力方向に容易に移動し、この第１セパレータ１４の面１４ａから確実に排水することが可能になる。
【００４０】
また、燃料ガス流路４２は、１２本の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌを有し、これらが６本ずつに分割されて前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆが面１４ａの中央部位Ｐから一方側の分割範囲内で蛇行しながら重力方向に設けられる一方、前記第１ガス流路溝４４ｇ〜４４ｌが前記中央部位Ｐから他方の分割範囲内に沿って蛇行しながら重力方向に設けられている。これにより、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌを、面１４ａに沿って連続して蛇行しながら燃料ガス出口３６ｂに導く構造に比べ、流路長が半減されるため、電極面内でのガス濃度の均一化を図ることができ、出力密度の低下を有効に防止することが可能になる。
【００４１】
しかも、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｌは、その途上で２本ずつ合流して第２ガス流路溝４６ａ〜４６ｆに連なった後、燃料ガス出口３６ｂに連通している。
このため、燃料ガス入口３６ａから燃料ガス出口３６ｂに向かって流れる燃料ガスが消費される際、この燃料ガス出口３６ｂ側の単位面積当たりの反応分子数の減少を阻止し、電極面内での反応の均一化が図られる。ここで、溝の深さを変えることによって流路開口面積を変化させる従来の構成に比べ、第１セパレータ１４の厚さを薄くすることができ、燃料電池スタック１０全体の小型化が容易に図られる。
【００４２】
さらにまた、燃料ガス入口３６ａ、酸化剤ガス入口３８ａ、冷却媒体入口４０ａ、燃料ガス出口３６ｂ、酸化剤ガス出口３８ｂおよび冷却媒体出口４０ｂは、第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部に設けられている。従って、第１セパレータ１４の短辺３５ｂの寸法を有効に短尺化することができ、燃料電池スタック１０全体の高さ方向の寸法を小さく設定することが可能になる。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１セパレータ１４の面１４ａを長辺方向に２分割してそれぞれの分割範囲内に第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆ、４４ｇ〜４４ｌを設けているが、この面１４ａの長辺方向の寸法等に応じて前記面１４ａを３分割以上に分割してもよい。さらに、第２セパレータ１６においても、上記の第１セパレータ１４と同様である。また、燃料電池スタック１０は、車載の他、用途に応じて種々の設置場所に有効に配置可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、燃料電池スタック全体の高さ方向の寸法を小さく設定することができ、例えば、車載時に車高を高くすることなく車体の床下等に有効に設置することができる。しかも、セパレータが水平方向に長尺形状を有するため、簡単な構成で、スタック電極面積を十分に確保して所望の発電性能を確実に得ることが可能になる。さらに、セパレータに設けられた燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が、平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されるため、この燃料ガス流路およびこの酸化剤ガス流路内の生成水を円滑かつ確実に外部へと排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの概略縦断面説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する第１セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図４】前記第１セパレータの他方の面の正面説明図である。
【図５】従来技術に係る燃料電池を構成するセパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １２…燃料電池セル
１４、１６…セパレータ １８…固体高分子電解質膜
２０…アノード側電極 ２２…カソード側電極
３５ａ…長辺 ３５ｂ…短辺
３６ａ、５２ａ…燃料ガス入口 ３６ｂ、５２ｂ…燃料ガス出口
３８ａ、５４ａ…酸化剤ガス入口 ３８ｂ、５４ｂ…酸化剤ガス出口
４０ａ、５６ａ…冷却媒体入口 ４０ｂ、５６ｂ…冷却媒体出口
４２…燃料ガス流路
４４ａ〜４４ｌ、４６ａ〜４６ｆ、６０ａ〜６０ｌ、６１ａ〜６１ｆ…ガス流路溝
４８ａ〜４８ｆ…冷却媒体流路 ５８…酸化剤ガス流路
Claims (7)
- 電解質をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、その平面が長方形状に設定されており、車載時に前記平面の短辺が重力方向に指向して配置されるとともに、
前記セパレータの短辺側両端縁部には、燃料ガス入口および酸化剤ガス入口が上方にかつ燃料ガス出口および酸化剤ガス出口が下方に配置され、
前記平面には、前記アノード側電極に供給される燃料ガスを流す燃料ガス流路および前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路が設けられ、
前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記平面内において前記燃料ガス入口および前記酸化剤ガス入口から前記燃料ガス出口および前記酸化剤ガス出口に連通する複数本の流路溝を有するとともに、
前記流路溝は、所定の本数ずつ複数の流路溝群に分割され、各流路溝群が、前記長辺方向に前記流路溝群と同数に分割された範囲内で、それぞれ短辺方向に蛇行することを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項１または２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータの短辺側両端縁部には、前記単位燃料電池セルを冷却するための冷却媒体入口および冷却媒体出口が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記燃料ガス入口および前記酸化剤ガス入口から前記燃料ガス出口および前記酸化剤ガス出口に向かって流路開口面積が狭くなるように設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記燃料ガス出口側および前記酸化剤ガス出口側で本数が減少されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 電解質をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、その平面が長方形状に設定されており、車載時に前記平面の短辺が重力方向に指向して配置されるとともに、
前記セパレータの短辺側両端縁部には、燃料ガス入口および酸化剤ガス入口が上方にかつ燃料ガス出口および酸化剤ガス出口が下方に配置され、
前記平面には、前記アノード側電極に供給される燃料ガスを流す燃料ガス流路および前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路が設けられ、
前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されるとともに、前記燃料ガス入口および前記酸化剤ガス入口から前記燃料ガス出口および前記酸化剤ガス出口に連通する複数本の流路溝を有し、
前記流路溝は、所定の本数ずつ複数の流路溝群に分割され、各流路溝群が、前記長辺方向に前記流路溝群と同数に分割された範囲内で、それぞれ短辺方向に蛇行することを特徴とする燃料電池スタック。 - 電解質をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、その平面が長方形状に設定されており、車載時に前記平面の短辺が重力方向に指向して配置されるとともに、
前記セパレータの短辺側両端縁部には、燃料ガス入口および酸化剤ガス入口が上方にかつ燃料ガス出口および酸化剤ガス出口が下方に配置され、
前記平面には、前記アノード側電極に供給される燃料ガスを流す燃料ガス流路および前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路が設けられ、
前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記平面内において長辺方向に沿って延在しかつ短辺側で折り返す蛇行形状に設定されるとともに、
前記セパレータの短辺側両端縁部には、前記単位燃料電池セルを冷却するための冷却媒体入口および冷却媒体出口が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
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