JPS5931568A - 膜冷却式燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料電池、特に燃料セル間に内部冷Ｎ］両＋
＋ｌｊ性レバレータを有する燃料電池に関する。

説明の便宜上、本発明を燃料が水素であり、酸化剤（オ
キシダント）が純酸素または酸素含有空気流であるＨ　
２　／　０２燃利セルの観点から記述覆る。しかし、本
発明は反応物質が何であれあらゆる燃料電池に、例えば
Ｈ２／Ｃ１２、Ｈ２／Ｂｒ２などの燃料電池に適用可能
であることが理解できるであろう。

電気化学的燃料電池は周知であり、イオン移動膜で隔離
された触媒４号電極の表面での燃料、例えば水素と酸化
剤、例えば酸素との電気化学的反応を通して電力を発生
する。個々のセルを隔離する両極性プレートにより複数
個のセルを直列に接続した燃料電池も周知である。この
ような燃料電池の１例が、本出願人に譲渡された米国特
許第３゜１３４．６９４号に開示されており、その電池
では、各セルが水和イオン交換膜を含み、膜の両側に粒
状触媒電極が結合されている。導電性両極性セパレータ
は隣接セルの膜に被着されＩζ燃料（アノード）電極お
よび酸化剤くカソード）電極に接触している。各導電性
両極性セパレータは、両側に導電性突起を右づ−る導電
性プレートよりなる。

これらの突起は隣接するヒルの電極に接触し、セルにア
ノードＪ３よびカソード電流が流れるようにしでいる。

突起は、股に結合された電極の表面に燃２′（１および
酸化剤ガス用の平行な流路も形成する。

ここで、用語「アノード」および「カソード」は電気化
学的な意味で用いられており、カソードでは電子を得て
還元が起り、一方アノードでは電子を失なって酸化が起
る。

米国特許第４，１７５．１６５号に示された燃料電池は
、複数の膜セルＪ：りなり、隣接するセルの膜同士が両
極性流体分配部月で隔Ｈされ、両極性部材は黒鉛と重合
体結合剤粒子どの結合集合体である。両極性黒鉛プレー
トの各側面には燃料ｄ３よび酸化剤ガス用の流れチャン
ネルを区画する複数の平行な溝が設けられ、両極性プレ
ー１〜の両側の溝は互に直角である。

しかし、従来の両極性部材は、上記２つの米国特許に図
解されているように、大きく高高い。したがって、所定
の重ωおよび体積に対して電池内にできる限り多数のセ
ルを組込むために、流体流れ分配用両極性部材を軽ｔｎ
で非常に薄くした燃料電池が必要とされている。

燃料電池からの熱除去は燃料電池の設５１上重要な点で
ある。電気化学反応の結果としてセル内に発生］る熱は
、早く除かないと、水和イオン交換膜から水を抽出する
。膜が水和水を失なうにつれて、膜の抵抗が増加し、任
意の所定電流密度でのセルの性能が劣化する。

セルから熱を除くための構造が種々提案されている。熱
除去を促進する従来方式の代表例はヒートシンク、反応
物質通路の熱インピーダンスの制御などｅある。本出願
人に譲渡された米国特許第３．３９２，０５８号はこの
ような従来の構造の代表的なもので、熱伝導プレートを
セルの酸化剤側に隣接配置して熱を除き、膜の乾燥を最
小限に抑える。しかし、これらの従来の構成は、ある程
度熱除去を促進できるものの、セルおよび電池の体積、
重量およびコストを増加する。

電気化学反応により生じる熱によるセル膜の脱水は問題
の１側面にすぎない。問題のもっと微妙なそして恐らく
はもっと困難な面は、イオン流自身に基づく膜の乾燥で
ある。即ち、水素が燃料側で酸化され１」１カチオン（
プロトン）が膜を横切って移動するにつれて、各プロト
ンが一緒に膜の水の分子数個を運ぶ。実際、１個のプロ
トンが８〜１０個のように多数の水分子を搬送し、従っ
てモル１モルまたはモル／ファラデー基準で、アノード
電極′Ｃ酸化される水素１モル毎に８〜１０モルの水が
搬送される。この結果、水素側が乾燥し干からびる傾向
が人である。この乾燥現象は、電池出力、従ってセル電
流密度が増加りるにつれて悪化する。実際、燃料側の膜
の乾燥は、任意の固定数のセルよりなる燃料電池の可能
出力に対する重要な限定因子となり得る。

膜乾燥を克服する試みとして、従来燃料ガスを加湿して
、膜の水素側を再水和するような水を与えるのが慣例で
ある。しかし、燃料ノＪスの加湿は部分的な解決にしか
ならない。というのは、セル作動に影響を与えない範囲
で燃料ガス流中に同伴させ得る水の量は限られているか
らである。即ら、従来燃料ガス中の水゛蒸気が多１−ぎ
ると、水がアノード上にフィルムをつくり、水素が電極
に到来するのを防止する。従って、膜を横切るプロトン
移動の結果として８〜１０モル０モルラデーのＨ２Ｏが
膜から抽出される一方、加湿反応物質流により供給でき
る補給水の量ははるかに少量である。

本発明者は、膜は水素側を十分に冷却して温度勾配を与
え、この温度勾配によりカソード側からアノード側への
水の逆移動を起しＣ乾燥を緩和することによって、ＩＩ
ｔＡの水素側の乾燥を高いセル電流密度および高い電池
出力であつ−Ｃも著しく軽減できることを見出し／ｕ　
０この極めて望ましい結果が得られるのは、好ましくは
、独特の内部冷却される流体分配両極性レバレータを隣
接りるセルの股間に配置覆る場合である。冷却式セパレ
ータは、内部を流れる冷却液が、水素電極に接触する側
が隣接づる燃料セルの膜に被着された酸素電極に接触す
る側より低温になるように制御されていることを特徴と
づる。従って、燃料セルの膜は１つの両極性セパレータ
の低温側Ｊ３よび隣りの両極性セパレータの高温側とに
接触し、これによりＨ２側を０２側にり低湿としてｌシ
）の両側に温度差を維持づる。

各両極性セパレータは内部冷却１ｆｆｌ室を有し、この
室内に適当な形状の冷却流れインサートを設けて、片側
に動的な流体流れを他の側にもっと限定された、即ち静
的な流体流れを生成し、これにより室の両側に異なる冷
却量を与える、即ち温度差のある冷却を行う。

両極性冷却液レバレータ組立体はシールされた単位構造
体で、反応物質の流れの場を区画する薄い金属製の箔ま
たはプレー１〜がフレームに支持されている。こうした
構造とすることにより両極性レバレータ１０冷却液流通
アセンブリを極めＣ薄肉に製造でき、か）るアレンブリ
は、燃Ａ′）１電池の刈払および重量を減少さゼる上で
明らかに右利である。この利点は、前述した米国特許第
４，１７５゜１６５号に記載されたタイプの流体分配両
極性部ブ 材の構成と較べると、後者ではアセンｙりが黒鉛および
重合体結合剤粒子の嵩高い集合体であるので、特に顕箸
である。

従って、本発明の主たる目的は、従来の膜タイプの燃料
電池より高いセル電流密度および電気出力で連続使用で
きる膜タイプの燃料電池を提供することにある。

本発明の他の目的は、有効な温度制御を行って燃料ガス
側での膜乾燥を最小限に抑制した朕タイプの燃１３１電
池を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、セル膜を制御冷却すること
のできる燃料電池用の改良された両極性レバレータ冷却
部材を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、膜は、膜の両側の冷却を制
御することによりセルの燃料側での膜の水分含量の効果
的制御を簡単に行うことができる燃料電池を提供り−る
ことにある。

本発明のさらに伯の目的は、あらゆる電気出力に対する
寸法および型缶を最小にした燃料電池を提供づることに
ある。本発明の他の目的および利点は以下の説明から明
らかになるであろう。

これらの目的を達成する燃料電池は、複数のセルを具え
、各セルが両側に電極が結合された水和カチオン移動膜
を含む。膜同士は内部冷却された両極性セパレータで隔
−１されている。セパレータは個々のセルのための反応
物質の流れの場を区画し、熱を抽出し、セルを直列に接
続り−る。各両極性セパレータの片側は膜および関連す
る電極とともに１つのセルのアノード室を画定する。セ
パレータの他の側は隣りの膜および電極とともに隣りの
セルのカソード室を区画する。

本発明を特徴付けると考えられる新規な特徴は特許請求
の範囲に記載されている。しかし本発明自体は、その構
成および作動態様について、伯の目的や利点ともども、
図面と関連した以下の説明から一層よく理解できるであ
ろう。

第１図は大きな電池の一部を構成する直列接続した２個
の燃料セルの分解図であり、新規な内部冷却式の反応物
質の流れの場を区画する両極性レバレータを示す。この
電池は第１燃利レル１０を含み、燃料セル１０は７Ｊチ
Ａン交換膜１１を内部冷却される両極性セパレータ１２
および１３間に配置してなる。次の隣接セルは膜１６お
よびその両側に配置された両極性セパレータ１３および
１７よりなる。膜１８はセパレータ１２と次の隣りのセ
パレータ（図示せず）との間に配置され、電池のもう一
つのセルの一部を形成している。燃料セル１０において
、触媒粒子と重合体結合剤粒子の液体および気体透過性
の結合集合体よりなるアノード電極１９が膜の片面に被
着されている。膜１１、アノード１９およびセパレータ
１２の片側がアノード室１４を形成りる。導電性支持部
材（簡略の都合上図示Ｕず）がアノード１９どレバレー
タ１２の実例との間に配置されＣいる。その主要目的は
、アノードの流れの場を区画りるレバレータ上の突起に
よる膜の変形を防止することにある。膜１１の他の側に
結合されたカソード（図示せず）およびセパレータ１３
がカソード室１５を形成する。同様に、レバレータ１３
と膜１６の片側およびセパレータ１７と膜１６の他の側
がセル１０の右隣りのセルのアノード室およびカソード
室を形成覆る。アノード１９で水素が酸化され、外部負
荷回路（図示せず）に電子を放出Ｊる。水素ガスの酸化
により生成した水素イオン（Ｈ＋）は膜を経て、膜の反
対側に被着された液体および気体透過性のカソード（図
示せず）に移動づる。

ツノソード室１５には酸素が導入され、この酸素はカソ
ードに流入づる電子と反応して水素イオンを還元し生成
水を形成する。

生成水は、これを迅速に除かないと、カソード上に水の
膜を形成し、この水の膜が酸素を電極から遮蔽し、カソ
ード反応を妨害または停止する。　　−このようなカソ
ードの洪水を防止りるために、多孔質で防湿性の電流導
通炭素シー１〜２１がカソードとセパレータ１３の０２
の流れの場を区画する表面との間に配置されている。

シート２１は厚さ約１０〜１２ミルで、炭素と疎水性ポ
リマー結合剤、例えばポリテトラフルオロエチレン（［
）　ｕｐｏｎｔ社から商標名Ｔｅｆ１ｏｎにて市販され
てる）とから形成される。疎水性テフロン結合剤は生成
水を露玉状にし、従って水の膜の形成が防止され、酸素
は多孔質シー］〜の孔を通って拡散しカソードに達する
。カソードで形成される生成水は孔を洪水することなく
多孔質シート２１を通過し得る。この点に関連して本出
願人に譲渡された米国特許第４．２１５．．１８３号を
参照されたい。この特許には、このような防湿性のカー
ボン紙でできた集電素子ならびにその製造方法が記載さ
れている。防湿性のカーボン紙層２１を加熱および加圧
によりカソードおよび膜の表面に結合しＣ１一体の多層
組立体を形成するのが好ましい。

レバレータ１２上にもっとも明確に図示されているよう
に、円筒形酸素入ロマニボルド２２がセパレータの頂部
の貯月２３内に配置され（いる。

マニホルド２２はセパレータの頂部に沿って延在する酸
素流れチ１７ンネル２４と連通し−Ｃいる。マニホルド
２２の通路は酸素入口ボア２５と連通している。酸素は
ボア２５から貯井２３に、次いでチＶンネル２４に流れ
、次いで下向きにセパレータの表面に沿って流れる。セ
パレータの表面には流れの場を区画づる突起やくぼみ２
６が多数ある。

複数のスペーサ***部２７が突起２６より高く延在し、
酸化剤（オキシダント）用の複数の流れの場を区画し−
Ｃいる。流れているＭ”ＪＲはカソード室１５内で、膜
１１に結合された防湿性の電流導通シートおよびカソー
ドと接触する。両極性セパレータ１２および１３には水
素入口２８もあり、ここから水素をアノード室１４に導
入する。各セパレータの冷却水人口および出口マニホル
ド２９を介して、冷に１水は両極性セパレータ１２およ
び１３の内部冷却水室に流れる。

両極性セパレータ１２の側面の破断部からよくわかるよ
うに、セパレータはエンボス（＝Ｊきのカソード側の流
れの場区画プレート３０、くぼみまたはエンボス付きの
アノード側プレー１〜３１およびこれらを支持する長方
形フレーム３２よりなる。

フレーム３２は金属製、例えばニオブ製どするか、また
は非導電性物質、例えばポリスルホン製とすることがｅ
きる。フレーム３２とプレート３０および３１とを組合
せて内部冷却液室を区画している。くぼみの付いた冷却
液の流れの場を区画するインサー１−３３が内部冷却液
室内に配置され、室の両側に異なる冷却液の流量を与え
て、アノードプレートをカソードプレートより強く冷却
する。

従って、ヒル膜のアノード側はカソード側より低温に維
持される。この結果、膜のカソード側からアノード側へ
の水の逆拡散が生じ、これによりイオン流による膜の水
和水の除去に起因するアノード側の乾燥を補償する。

膜の不活性な縁部の適当な穴ｔよ冷却液、Ｈ２および０
２流れマニホルドと心合わせされ゛（いる。

不活性な躾の縁部にはシリコーン接着剤が塗布され、膜
およびセパレータは適当な金属製端板（図示甘ず）によ
り一緒に締付けられＣいる。端板の弁イ４き入口導管は
燃料、酸化剤および冷却液マニホルドと連通し、ガスを
個々のセル室に流入させまた冷却液を両極性レバレータ
中に流入させ得るようになっている。

膜は１）ｕｐｏｎｔ社から商品名Ｎａｔｉｏｎにて販売
されているタイプのパーフルオＯスルホン酸カチオン交
換膜とするのが好ましい。このような膜ではフルオロカ
ーボンの主鎖にスルホン酸官能基が結合し、これら官能
基がイオン交換部位として作用する。

電極は白金族金属触媒粒子および重合体結合剤粒子の結
合集合体とづるのが好ましい。触媒粒子は白金黒ま１＝
は他の白金族金属の粒子または白金族金属の酸化物とす
るのがよい。重合体結合剤は疎水性結合剤、例えばポリ
テトラフルオＵエチレンとするのが好ましい。触媒粒子
および重合体結合剤粒子の混合物を薄いチタン箔上にの
け、膜の片側を箔上の混合物に重ねる。熱と圧力を３〜
５分間加えることにより粒子はｈにまた膜に結合して気
体および液体透過性の電極を形成層る。この際の圧力は
厳密なものではなく、４００〜１００Ｑｐｓｉの範囲と
することができ、８００　ｐｓｉ　とづるのが好適であ
る。温度も厳密なものではなく、２００〜６００℃の範
囲で変えることができ、この範囲の上限は重合体結合剤
粒子が触媒粒子と一緒に焼結される温度以上であるのが
好ましい。温度範囲の下限は人体２５０℃前後で、この
あたりの温度で接着が不確かになる。

第２図に内部冷ＦＪＩされた両極性セパレータ１２の酸
化剤側、即ちカソード側を示寸。カソード流れプレート
３０は市販の純ニオブで製造するのが好ましく、厚さ５
ミルとＪるのがよい。アノード流れプレー］・（第２図
に図示せず）は、ジルコニウムが水素による跪化の抵抗
に優れているのでジルコニウムで製造するのが好ましい
が、伯の金属、例えばニオブを使用することもできる。

ニオブの水素脆化抵抗はジルコニウム稈良くないのぐジ
ルコニウムが最適である。

１ｉｆ２素人ロマニホルド２２が貯月２３内に位置し、
レバレータ１２の上端に沿って延在りる酸素分配チ１１
ンネル２４と連通している。複数個の***部２７が流れ
の場に沿って延在し、酸素の流れをカソード側の流れの
場の表面にかつほず平行な通路に流れさける区画リブと
して機能リ−る。即ち、***部２７は流れの場を区画す
る突起２６より高く、複数個の酸化剤用通路を確立づる
。突起またはエンボス２６は半球状、卵形または菱形と
することができる。酸素用の流れ通路が電極表面全体に
ねたつでＭ「立されさえ一す−れば、突起の形状は重要
ではない。

酸素出口マニホルド３５がセパレータアセンブリの下部
の同様の貯＋４３６に位置し、プレートの下端に沿って
延在する酸素出口分配チャンネル３７と連通している。

入口および出口マニホルドには複数個の通路が設けられ
、これら通路が中央ボアと連通して、酸素を入ロマニ小
ルド２２からカソード側の流れの場の表面に流づととも
に、過剰の酸素および生成水を出口マニホルド３５を経
て取り出１ことができる。

水素人口マニホルド２８ａ３よび出口マニホルド３４が
セパレータの互に反対側の角に位置し、レバレータのア
ノード側の流れの場（図示せず）に水素燃料の流れを確
立する。

極めて純粋な水素を使用する場合には水素出口マニホル
ドなしですませてもよい。排出づ″る必要のある不活性
物が実質的に蓄積しないからである。

電池の水素ガスマニホルドへの入口（図示せず）は圧力
応答弁Ｃ制御されており、該弁は水素がセル内で消費さ
れるにつれて一層多量の水素を供給するように作動する
。

冷却液人口Ｊ５よび出口マニホルド２９は、第４図から
明らかなように、冷却液の流れの場を区画するインサー
ト３３を含む内部冷ｋＩ液室と連通している。

第３図は第２図の３−３線方向に見た断面図であり、両
極性レバレータ１２および１３およびこれらの間に配置
されて燃料セル１０を形成り−る膜１１の一部分を示づ
。ヒバレータ１２のカン−ドブレート３０　Ｊｊよびア
ノードプレー１−３１が内部冷Ｎｌ液室を画成し、この
室内には、くぼみのあるチタン製の冷１１液の流れの場
を区画覆るインサート３３が保持されている。アノード
プレー１〜３１上の突起３９は、股１１の片側に結合さ
れたアノード電極４０に密着したカーボン紙リポ−１へ
（図示せず）に接触リ−る。レバレータ１３のカソード
プレー１〜３０上の突起２６は、膜１１の反対側に結合
されたカンード１９に直接接触した多孔質の防湿性黒鉛
シート２１に接触りる。

冷却液の流れの場区画インザート３３はチタンで形成覆
るのが好ましく、多数の半球状突起３８を含み、これら
突起３８がセパレータの両側に冷却液の流れ通路を区画
リ−る。球形突起３８の中空側は水を収集−りる作用を
なし、従って中空側に沿った流れは突起の反対側に沿っ
た流れより静がである。この結果、セパレータアセンブ
リの両側での冷却度に差がぐきる。冷ｆＪｌ液の流れ区
画インサートは室フレームに固定されてｄ３らず、アノ
ード札 して保持されている。

前述したように、種々の流れ分配プレー１〜は、エンボ
ス加工した厚さ５ミルのジルコニウム、ニオブまたはチ
タンシー１〜月から形成される。種々のくぼみの深さお
よび間隔は、種々の反応物質おＪ、び冷却液に望ましい
流速および賀吊流れの関数である。従って、アノード分
配プレーｈ　Ｊ′３よびカソード分配プレートの突起は
、例えば、間隔８０ミル、深さ１０ミルとすることがで
きる。他方、冷Ｎ１液の流れ分配プレートの突起は、冷
却液の物質移動量の方が反応物質ガスよりはるかに大き
いので、深さ３０ミル、間隔２５０ミルとＪることがで
きる。図面から明らかなように、突起は食違い配列され
ており、実際の間隔は各流体に望ましい流れパターンに
よって決まる。これらのくぼみの高さ、間隔および形状
は両極性レバレータカー１〜リツジの表面および内部双
方に所望の流れパターンを達成りるように変えることが
ひき、また形状も半球形ひある必要はないことが当業者
にとって自明であろう。

第４図は燃料ガス供給マニホルドの断面図であり、この
マニホルドを経て水素を膜および両極性レバレータの１
方のプレー１〜により形成されたアノード室に導入覆る
。カソード側流れ分配プレート３０ｉＪ３よびアノード
側流れ分配プレート３１はポリスルホン製フレーム３２
上に延び、端部同士が溶接されＣいる。フレーム３２Ｊ
３よび金属製流れ分配プレー］・３０および３１は、フ
レームの上面および下面に重ねられた一Ｉｅｆｌｏｎ−
シリコーンガスケット４１により分離されている。水素
供給マニホルドボタン４２の頂部はカソードプレート３
０と同一平面にある。プレートおよびセル膜の周縁部分
は周縁部分上のシリコーン接着剤とともに、漏れ止めシ
ールを形成し、水素がカソード室に漏れ出るのを防止す
る。アノード側プレートでは、貯１１または凹所４３が
、第１図に示した酸素分配チャンネルと同様にアノード
側流れ分配プレートの頂部に沿って延在する分配チャン
ネルと連通づる。マニホルドボタンは貯月４３内に延在
し、中央ボア４５に連通づる複数個の横り向通路４４を
有（る。水素は通路４４を通って針材４３およびアノー
ド側流れプレー１〜の頂部に沿つで延在する水素分配チ
１７ンネル中に流入し、従って水素はアノード側流れプ
レート表面上に均一に分配される。

水素出口マニホルドも同様のｉ造のもので、余った水素
が流れの場の底部に沿って水平に延在りろ水平水素分配
チャンネル中に流入し、次いで貯井内に位置する出口マ
ニホルド中に流入づる。出口マニホルド、の水平通路を
通って残りの水素がセルから抜は出る。しかし、前述し
たように、燃料として純粋な水素を使用し不活性物の濃
度を低く１れば、出口マニホルドなしてすまづことがで
きる。

第５図にセパレータおよび酸素出口マニホルド３５の断
面図を示す。酸素入ロマニボルドと出口マニホルドの構
造は同一である。円筒形マニホルドは貯月３６内に配置
され、カソード側流れ分配プレートの底部に沿って水平
に延在づる酸化剤収集ブートンネル３７ど連通する。マ
ニホルドの中央ボア６２は複数個の通路６３を通して貯
Ｊ１３６と連通し、従って余分４【酸素および生成水は
ボアに流入してヒルから抜り出る。マニホルド３５はア
ノード側の流れの揚分配部々Ａの表面と同一平面をなし
、従って、セルを組立て、膜層縁部をシリコーン接着剤
でフレームに接着したとき、酸素や生成水がアノード空
胴に逃げ出ることがない。

第６図に内部冷却液室と連通する水の人口マニホルド２
９の断面図を承り。このマニホルドは中央ボア７０およ
び複数個の通路７１を右し、これら通路を介してフレー
ム３２、カソード側流れ分配プレー１〜３０おＪ：びア
ノード側流れ分配プレート３１により区画された室の内
部と連通ずる。冷却液の流れ分配インサート３３はプレ
ー１〜３０および３１間に保持され、冷ｈｌ液の流れを
制御してセパレータの両側での冷却度に差をつける。水
の入口マニホルドの１ｍは、両極性レバレータの反対側
の角の水の出口マニホルドの構造と同一である。

要するに、本発明によれば、複数個の内部冷却される両
極性の反応物質の流れ分配兼セパレータ素子が隣接づる
燃料セルの膜に接ｒ、された電極間に配置された新規な
電池構造が提供される。両極性レバレータに流れる冷却
液はレバレータの両側に温度差を生じ、この温度差によ
り個々の燃料ヒルのアノード電極およびカソード電極間
に温度差が生じ、かくして燃料／水素反応物質が消費さ
れるアノード電極が水／酸化剤カソード電極Ｊ、り低温
になる。この結果、水のカソード側からアノード側への
逆拡散によって、７１１８２束による水和水の除去に基
づく膜の水素側の乾燥が最小限に抑制される。この独特
の幹１成が、膜の水素側の乾燥を最小限に抑えることに
よりセルの動作を最適化するだ【）でなく、セルおよび
両極性レバレータを高い装填密度で集合するのに極めて
有効であることを確かめた。

本発明をその好適実施例に関連しＣ図示し説明したが、
本発明はいかなる意味でもこれらに限定されず、使用づ
る種々の構成要素や実７ｉｌ！ｉづ−る種々の工程に種
々の変更を加えることができ、これらも本発明の範囲内
に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組込んだ燃料電池の幾つかのセルを示
す分解図、 第２図は両極性冷却液セパレータの酸素の流れを区画り
−る側の立面図、 第３図は第２図の３−３線方向に見て冷ｆＪＩ室および
冷却′ａ流れインサー１〜を示す断面図、第４図は第２
図の４−４線方向に見て水素入口マニホルドを示す断面
図、 第５図は第２図の５−５線方向に見て酸素出口マニホル
ドを示−り断面図、そしＣ 第６図は第２図の６−６線方向に見て冷却液入口マニホ
ルドを示づ断面図である。 １０・・・・・・セル、 １１．１６．１８・・・・・・膜、 １２．１３・・・・・・セパレータ、 １４・・・・・・アノード室、 １５・・・・・・カソード至、 １　９　・・・　・・・　フッ　ノ　−　ド　、２２．
３５・・・・・・酸素人口、出口マニホルド、２６・・
・・・・アノードブレート突起、２７・・・・・・***
部、 ２８．３４・・・・・・水素入口、出口マニホルド、２
９・・・・・・水入口、出口マニホルド、３０・・・・
・・カソードプレート、 ３１・・・・・・アノードブレート、 ３２・・・・・・フレーム、 ３３・・・・・・冷却液分配インナート、３８・・・・
・・インサート突起、 ３９・・・・・・カソードプレート突起、４０・・・・
・・アノード電極。 特許出願人 ピネラル・エレク１〜リック・カンパニイ代理人　（７
６３０）　　生　沼　徳　二Ｒグ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くども２個の隣接燃料セルを具える燃料電池にお
   いて、各燃料セルが ａ）水和イオン交換膜、 ｂ）前記膜の両側に密接したアノードおよびカソード電
   極、 Ｃ）各セルのアノードに燃料ガスを、カソードに酸化剤
   ガスを供給する手段、および ｄ）前記膜の両側に温度差を与えて膜のアノード電４１
   １＋側をカソード電極側より低温に維持する手段よりな
   ることを特徴とりる燃料電池。 ２、少くとｂ２個の直列に接続した隣接燃料セルを具え
   る燃料電池において、各燃料セルがａ）水和イオン交換
   膜、 ｂ）前記ＩＩ！の両側に密接したアノードおよびカソー
   ド電極、 Ｃ）各ヒルのアノードに燃料ガスを、カソードに酸化剤
   ガスを供給する手段、 ｄ）隣接セルのアノードおよびカソード雪積に接触りる
   突起を有する両極性レバレータ手段、および ｅ）前記セル膜のアノード側をカソード側より強く冷却
   する手段を含み、水を膜を横切ってセル膜のアノード側
   に拡散さける手段よりなることを特徴とづる燃料電池。 ３、電気的に密接したアノードＪ３よびカソードを有す
   る膜を有するタイプの、少くとも２個の隣接燃料ヒルを
   具える燃料電池にＪ３い−Ｃ１ａ）各セルのアノード電
   極に燃料ガスを、カソード電極に酸化剤ガスを供給ツる
   手段、およびｂ）前記膜のアノード側の温度をカソード
   側より低温に維持してアノード側の乾燥を最小限に抑制
   する手段を具え、該温度差維持手段が隣接セルの電極間
   に配置され前記電極に接触でる突起を有する温度差をも
   って冷却される導電性両極性ロバレータを含み、該両極
   性セパレータの低温側が１つのセルの膜に接触したアノ
   ードに接触し、仙の側が隣りのセルの７３ソードに接触
   し、かくし−ｃ金膜の両側に温度差を与えることを特徴
   とする燃お１電池。 ４、前記ロバレータが内部室を有し、さらに冷ＩＪＩ液
   の流れを前記内部室に案内して室の両側を異なる温度に
   冷ＩＪＩする手段を具える特１ｉｆｆ請求の範囲第３項
   記載の燃料電池。 ５、前記両極性レバレータの室の両側での冷却液の流れ
   が異なる特許請求の範囲第３項記載の燃料電池。 ６、前記両極性レバレータの冷却室に、室の両側に沿っ
   て異なる流量を与える流れ案内手段ぷ設けられた特許請
   求の範囲第４項記載の燃料電池。 ７、電気化学セルの電極に接触する突起が表面に設りら
   れた導電性壁部材を具える、電気化学セル用導電性両極
   性セパレータにおいて、前記壁部材がレバレータの内部
   冷却液室を区画し、さらにａ）前記室の内部と連通して
   冷却液の導入および排出を行う手段、および ｂ）前記内部室内に配置され、室の両壁に沿って流れる
   冷却液の流量に差を与えて両極性セパレータの両側を温
   度差を生ずるように冷７．Ｉｌ−！Ｊる手段を具えるこ
   とを特徴とする電気化学セル用導電性両極性セパレータ
   。 ８、前記室内の冷却液の流量に差を与える手段が片側に
   突起を反対側にくぼみを右りるブレー１〜を含む特許請
   求の範囲第６項記載の内部冷Ｎ１両１４ｉ性セパレータ
   。