JP2006134598A - 燃料電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】電解質・電極接合体の外周部外方に排出される排ガスによる影響を回避することができ、簡単且つ経済的な構成で、発電効率を高めることを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、複数の電解質・電極接合体５６を一組のセパレータ５８で挟んで構成される。セパレータ５８を構成するプレート６２には、電解質・電極接合体５６の外周部に接触する略リング状の係止部８１が一体に成形される。係止部８１は、電解質・電極接合体５６のアノード電極５４の外周部に形成されるアノード傾斜面に接触し、前記アノード電極５４が排ガスに曝されることを阻止するガイド傾斜面８１ａを有する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体がセパレータ間に配設された燃料電池に関する。
通常、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した単セル（電解質・電極接合体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、所定数だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。
この種の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化（Ｏ2-）され、酸素イオンが電解質を通ってアノード電極側に移動する。一方、アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）やＣＯが供給されているために、このアノード電極において、酸素イオン、及び水素（又はＣＯ）が反応して水（又はＣＯ2）が生成される。その間に生じた電子は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。
例えば、特許文献１に開示されている固体電解質型燃料電池は、図２３に示すように、発電セル１とセパレータ２とを交互に積層している。発電セル１は、固体電解質層１ａと、この固体電解質層１ａの両面に配設される燃料極層１ｂ及び空気極層１ｃとを設けている。発電セル１と一対のセパレータ２との間には、導電性を有する多孔質の燃料極集電体３及び空気極集電体４が介装されている。
セパレータ２には、燃料供給通路５と空気供給通路６とが形成される。燃料供給通路５及び空気供給通路６は、セパレータ２の略中央部に延在しており、互いに異なる面から燃料極集電体３及び空気極集電体４に臨む燃料孔５ａ及び空気孔６ａに連通している。
このような構成において、燃料ガス（Ｈ2、ＣＯ等）は、燃料供給通路５を通ってセパレータ２の略中央から燃料極集電体３の中心に向かって吐出される。このため、燃料ガスは、燃料極集電体３内の気孔を通過して燃料極層１ｂの略中心に供給され、さらに図示しないスリットの案内作用下に前記燃料極層１ｂの略中心から外周縁に向かって放射状に流れる。
同時に、空気は、空気供給通路６を通ってセパレータ２の略中央から空気極集電体４の中心に向かって吐出される。従って、空気は、空気極集電体４内の気孔を通過して空気極層１ｃの略中心に供給され、さらに、図示しないスリットの案内作用下に前記空気極層１ｃの略中心から外周縁に向かって放射状に流れる。これにより、各発電セル１で発電が行われる。
特開２００２−２０３５７９号公報（図４）
ところで、上記の特許文献１では、燃料ガスは、燃料極層１ｂの略中心から外周縁に向かって流れる一方、空気は、空気極層１ｃの略中心から外周縁に向かって流れている。このため、発電セル１の外周部外方では、未反応の燃料ガスと空気とが混合して燃焼し、排ガスとして外部に排出される。その際、空気の供給流量は、燃料ガスの供給流量よりも多く設定されているため、排ガス中に酸素が残存しており、発電セル１の外周部がこの酸素に曝され易い。
ここで、燃料極層１ｂは、ニッケル（Ｎｉ）等の金属により構成されており、この燃料極層１ｂの外周部が酸化されてＮｉＯとなってしまう。さらに、酸素を含んだ排ガスが燃料極集電体３内を移動することによって、燃料極層１ｂのＮｉＯの還元が阻止されてしまう。ＮｉＯは、電気抵抗が高く、発電に使用するアノードの有効面積を減少させてしまうため、発電セル１全体の発電性能（効率）が低下するという問題がある。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、電解質・電極接合体の外周部外方に排出される排ガスによる影響を回避することができ、簡単且つ経済的な構成で、発電効率を高めることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体がセパレータ間に配設され、前記アノード電極の中心部から該アノード電極の外周部に向かって燃料ガスを供給する一方、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給し、使用後の燃料ガス及び酸化剤ガスが混在する排ガスを前記電解質・電極接合体の外周部外方に排出する燃料電池である。
そして、セパレータは、電解質・電極接合体外周部のアノード電極側に接触し、前記アノード電極が排ガスに曝されることを阻止するための係止部を一体に備えている。
また、係止部は、電解質・電極接合体の外方に向かってアノード電極側からカソード電極側に傾斜するガイド傾斜面を設けることが好ましい。電解質・電極接合体のアノード電極の外周部は、ガイド傾斜面に密着して所望の気密性を保持することができるからである。
さらに、電解質・電極接合体は、アノード電極の外周部にガイド傾斜面に当接するアノード傾斜面を設けるとともに、前記ガイド傾斜面の傾斜角度は、前記アノード傾斜面の傾斜角度よりも大きな角度に設定されることが好ましい。アノード電極と係止部とが密着することにより、排ガスが前記アノード電極の外周に回り込むことを防止できるからである。
さらにまた、係止部は、セパレータを部分的に折り曲げて構成されることが好ましい。簡単且つ経済的な構成で、アノード電極に排ガスが進入することを良好に阻止することが可能になるからである。
また、本発明では、セパレータに、電解質・電極接合体外周部のアノード電極側に接触し、前記アノード電極が排ガスに曝されることを阻止するための弾性変形可能な係止部材が固着されている。
さらに、セパレータは、１枚のプレートで構成されており、前記セパレータの一方の面には、アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路を形成する第１突起部が設けられるとともに、前記セパレータの他方の面には、カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路を形成する第２突起部が設けられることが好ましい。
さらにまた、セパレータは、互いに積層される第１及び第２プレートを備え、前記第１及び第２プレート間には、前記セパレータの一方の面に対向するアノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス通路と、前記セパレータの他方の面に対向するカソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路とが形成されることが好ましい。
また、セパレータは、互いに積層される第１、第２及び第３プレートを備え、前記第１プレートとアノード電極との間には、燃料ガスを供給する燃料ガス通路が形成され、前記第２プレートとカソード電極との間には、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が形成されるとともに、前記第１及び第２プレート間に配設される前記第３プレートにより、前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路とが仕切られることが好ましい。
本発明によれば、アノード電極の外周部が排ガスに曝されることがなく、発電に必要なアノード電極の有効面積を良好に確保することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、アノード電極全体を良好に使用することが可能になり、発電効率を有効に高めることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０が複数積層された燃料電池スタック１２の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池スタック１２の一部断面説明図である。燃料電池１０は、固体電解質型燃料電池であり、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。
図１に示すように、燃料電池スタック１２は、外周波形円板状の複数の燃料電池１０を矢印Ａ方向に積層するとともに、その積層方向両端には、エンドプレート１４ａ、１４ｂが配置され、複数、例えば、８本の締め付け用ボルト１６を介して一体的に締め付け保持される。燃料電池スタック１２の中心部には、円形の燃料ガス供給連通孔４４がエンドプレート１４ａを底部として矢印Ａ方向に形成される（図２参照）。
燃料ガス供給連通孔４４の周囲には、複数、例えば、４つの排ガス通路４６が、エンドプレート１４ｂを底部として矢印Ａ方向に形成される。エンドプレート１４ａ、１４ｂとターミナルプレート１８ａ、１８ｂとの間は、絶縁プレート２０ａ、２０ｂで絶縁されており、前記ターミナルプレート１８ａ、１８ｂからそれぞれ出力端子２２ａ、２２ｂが設けられる。各ボルト１６は、エンドプレート１４ａ、１４ｂに形成される複数の孔部２４ａ、２４ｂに挿入されるとともに、前記ボルト１６にナット２６が螺合することにより、積層されている各燃料電池１０に所望の締め付け力が付与される。
図３及び図４に示すように、燃料電池１０は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）５０の両面に、カソード電極５２及びアノード電極５４が設けられた電解質・電極接合体５６を備える。電解質・電極接合体５６は、比較的小径な円板状に形成される。
図５に示すように、アノード電極５４は、例えば、Ｎｉを構成材料とする多孔質材である。電解質・電極接合体５６は、アノード電極５４の外周部にアノード傾斜面５４ａを設けており、このアノード傾斜面５４ａは、傾斜角度θ１゜に設定される。アノード傾斜面５４ａは、最大で電解質５０との境界部位まで形成してもよい。
図３及び図４に示すように、複数、例えば、１６個の電解質・電極接合体５６を挟んで一組のセパレータ５８が配設されることにより、燃料電池１０が構成される。セパレータ５８の面内には、このセパレータ５８の中心部である燃料ガス供給連通孔４４と同心円上に８個の電解質・電極接合体５６が配列される内周側配列層Ｐ１と、この内周側配列層Ｐ１の外周に８個の電解質・電極接合体５６が配列される外周側配列層Ｐ２とが設けられる（図３参照）。
セパレータ５８は、互いに積層される複数、例えば、２枚のプレート６０、６２を備える。プレート６０、６２は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成されており、それぞれ波形外周部６０ａ、６２ａを設けている。
図６〜図８に示すように、プレート（第１プレート）６０の中央側には、燃料ガス供給連通孔４４及び４つの排ガス通路４６を設けるためのリブ部６３ａが形成される。プレート６０には、リブ部６３ａから内周部に沿って、各排ガス通路４６を周回する４つの内側突起部６４ａがプレート（第２プレート）６２側に膨出成形される。プレート６０の燃料ガス供給連通孔４４の周囲には、プレート６２から離間する方向（内側突起部６４ａとは反対方向）に突出する凸部６５ａが成形される。
プレート６０には、燃料ガス供給連通孔４４に対して放射状に外側突起部６６ａが設けられるとともに、内側突起部６４ａと前記外側突起部６６ａとの間には、燃料ガス分配通路６７ａを介して前記燃料ガス供給連通孔４４に連通する燃料ガス通路６７が形成される。この燃料ガス分配通路６７ａは、リブ部６３ａに沿って、すなわち、各排ガス通路４６を積層方向に交差するセパレータ面方向（矢印Ｂ方向）に横切って配置され、燃料ガス供給連通孔４４と燃料ガス通路６７とを連通する。
外側突起部６６ａは、それぞれ半径外方向に所定の距離だけ突出する複数の第１壁部６８ａ及び第２壁部７０ａを交互に設けている。図８に示すように、第１壁部６８ａは、先端を結ぶ仮想円が内周側配列層Ｐ１の中心線を形成し、この内周側配列層Ｐ１に沿って８個の電解質・電極接合体５６が配列される。第１壁部６８ａ間に第２壁部７０ａが設けられ、前記第２壁部７０ａの先端を通る仮想円により外周側配列層Ｐ２の中心線が形成される。この外周側配列層Ｐ２の中心線に沿って８個の電解質・電極接合体５６が配列される。
第１壁部６８ａ及び第２壁部７０ａの先端側周囲には、それぞれ３個の酸化剤ガス導入口７８がプレート６０を貫通して形成される。プレート６０には、内周側配列層Ｐ１及び外周側配列層Ｐ２に沿って配列される各電解質・電極接合体５６側に突出し、各電解質・電極接合体５６に接する第１ボス部８０が膨出成形される。
図６及び図８に示すように、プレート６０の波形外周部６０ａの内方近傍には、この波形外周部６０ａと同一形状を有しプレート６２から離間する方向に突出して第１周回凸部８３ａが成形される。プレート６０には、この第１周回凸部８３ａを挟んで両側に互いに対向して、外周突起部８５ａ及び内周突起部８７ａがそれぞれ所定の間隔離間して複数ずつ形成される。
図６、図７及び図９に示すように、プレート６２の中央側には、プレート６０のリブ部６３ａに対向してリブ部６３ｂが形成されるとともに、前記プレート６０側に突出して４つの内側突起部６４ｂが膨出成形される。プレート６２の燃料ガス供給連通孔４４の周囲には、プレート６０から離間する方向に突出する凸部６５ｂが成形される。プレート６０、６２が接合される際に、互いに逆方向に突出する凸部６５ａ、６５ｂ間に形成される空間部が、燃料ガス供給連通孔４４を構成する。
プレート６２には、外側突起部６６ａに対向しプレート６０側に突出する外側突起部６６ｂが設けられる。プレート６０、６２では、内側突起部６４ａ、６４ｂと外側突起部６６ａ、６６ｂとが互いに接合することにより、燃料ガス供給連通孔４４に燃料ガス分配通路６７ａを介して連通する燃料ガス通路６７が形成される。外側突起部６６ｂは、それぞれ半径外方向に所定の距離だけ突出する複数の第１壁部６８ｂ及び第２壁部７０ｂを交互に設けている。
プレート６２には、内周側配列層Ｐ１及び外周側配列層Ｐ２に沿って配列される各電解質・電極接合体５６側に突出し、各電解質・電極接合体５６に接する第２ボス部８６が膨出成形される。第２ボス部８６は、第１ボス部８０よりも径方向及び高さ方向の各寸法が小さく設定されている。プレート６２には、燃料ガス通路６７に連通する燃料ガス導入口８８が貫通形成される。
プレート６２には、内周側配列層Ｐ１及び外周側配列層Ｐ２に沿って、それぞれ８個の電解質・電極接合体５６の外周部に接触する略リング状の係止部８１が一体に成形される。図１０に示すように、係止部８１は、各電解質・電極接合体５６のアノード電極５４の外周部に形成されるアノード傾斜面５４ａに接触し、前記アノード電極５４が排ガスに曝されることを阻止する機能を有する。
図１１に示すように、係止部８１の内周面には、電解質・電極接合体５６の外方に向かってアノード電極５４側からカソード電極５２側に傾斜するガイド傾斜面８１ａが周回して設けられる。ガイド傾斜面８１ａの傾斜角度θ２゜は、アノード傾斜面５４ａの傾斜角度θ１゜と等しいか、あるいは大きな角度（θ１゜≦θ２゜）に設定される。
図６及び図９に示すように、プレート６２の波形外周部６２ａの内方近傍には、この波形外周部６２ａと同一形状を有しプレート６０から離間する方向に突出して第２周回凸部８３ｂが成形される。プレート６２には、この第２周回凸部８３ｂを挟んで両側に互いに対向して、外周突起部８５ｂ及び内周突起部８７ｂがそれぞれ所定の間隔離間して複数ずつ設けられる。
プレート６０とプレート６２との間には、内側突起部６４ａ、６４ｂと外側突起部６６ａ、６６ｂとの間に対応して燃料ガス通路６７が形成されるとともに、前記外側突起部６６ａ、６６ｂの外方に対応して酸化剤ガス通路８２が形成される（図１０参照）。この酸化剤ガス通路８２は、プレート６０に形成された酸化剤ガス導入口７８に連通する。
セパレータ５８には、図６に示すように、燃料ガス供給連通孔４４をシールするための絶縁シール９０が設けられる。この絶縁シール９０は、例えば、セラミックスの板材を配置する、あるいはセラミックスをプレート６０の凸部６５ａ又はプレート６２の凸部６５ｂに溶射することにより構成される。プレート６０、６２の第１及び第２周回凸部８３ａ、８３ｂは、互いに離間する方向に膨出成形されており、前記第１及び第２周回凸部８３ａ、８３ｂ間に形成される空間部を酸化剤ガス通路８２として構成している。第１周回凸部８３ａ又は第２周回凸部８３ｂには、セラミックス等の絶縁シール９２が介装あるいは溶射により設けられる。
図４及び図６に示すように、一方のセパレータ５８を構成するプレート６０と他方のセパレータ５８を構成するプレート６２とにより、電解質・電極接合体５６が挟持される。具体的には、電解質・電極接合体５６を挟んで互いに対向するプレート６０、６２には、第１ボス部８０及び第２ボス部８６が膨出成形されており、前記第１ボス部８０と前記第２ボス部８６とによって前記電解質・電極接合体５６が挟持される。
図１０に示すように、電解質・電極接合体５６と一方のセパレータ５８を構成するプレート６２との間には、燃料ガス通路６７から燃料ガス導入口８８を介して連通する燃料ガス供給流路９４が形成される。電解質・電極接合体５６と他方のセパレータ５８を構成するプレート６０との間には、酸化剤ガス通路８２から酸化剤ガス導入口７８を介して連通する酸化剤ガス供給流路９６が形成される。燃料ガス供給流路９４及び酸化剤ガス供給流路９６は、第２ボス部８６及び第１ボス部８０の各高さ寸法に応じて開口寸法が設定されている。燃料ガスの流量が酸化剤ガスの流量よりも少ないために、第２ボス部８６が第１ボス部８０よりも小さな寸法に設定されている。
図６に示すように、燃料ガス通路６７は、同一のセパレータ５８を構成するプレート６０、６２の凸部６５ａ、６５ｂ間に形成された燃料ガス供給連通孔４４に連通する。酸化剤ガス通路８２は、燃料ガス通路６７と同一の面上に形成されており、同一のセパレータ５８を構成するプレート６０、６２の第１及び第２周回凸部８３ａ、８３ｂ間を介して外部に開放されている。
各セパレータ５８は、積層方向に沿って第１及び第２ボス部８０、８６が電解質・電極接合体５６を挟持することにより、集電体として機能するとともに、プレート６０、６２の内側突起部６４ａ、６４ｂ及び外側突起部６６ａ、６６ｂが互いに接触することにより、各燃料電池１０が矢印Ａ方向に沿って直列的に接続されている。
図１及び図２に示すように、上記のように構成される燃料電池１０が矢印Ａ方向に積層されて、その積層方向両端にターミナルプレート１８ａ、１８ｂが配置される。ターミナルプレート１８ａ、１８ｂの外方には、絶縁プレート２０ａ、２０ｂを介装してエンドプレート１４ａ、１４ｂが積層される。このエンドプレート１４ａ、１４ｂには、プレート６０、６２の波形外周部６０ａ、６２ａが内方に湾曲する部分に対応して孔部２４ａ、２４ｂが形成される。孔部２４ａ、２４ｂにボルト１６の挿入される端部にナット２６が螺合することにより、積層されている各燃料電池１０に所望の締め付け力が付与されている。
このように構成される燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。
燃料電池１０を組み付ける際には、先ず、セパレータ５８を構成するプレート６０、６２が接合される。具体的には、図６に示すように、プレート６０、６２に一体成形されている内側突起部６４ａ、６４ｂ及び外側突起部６６ａ、６６ｂがろう付け等により固定されるとともに、リング状の絶縁シール９０が燃料ガス供給連通孔４４を周回して前記プレート６０又は前記プレート６２に、例えば、溶射によって設けられる。一方、プレート６０の第１周回凸部８３ａ又はプレート６２の第２周回凸部８３ｂに、波形状の絶縁シール９２が、例えば、溶射によって設けられる。
これにより、セパレータ５８が構成され、プレート６０、６２間には、同一面上に位置して燃料ガス通路６７と酸化剤ガス通路８２とが形成される。さらに、燃料ガス通路６７が燃料ガス分配通路６７ａを介して燃料ガス供給連通孔４４に連通する一方、酸化剤ガス通路８２がそれぞれの波形外周部６０ａ、６２ａ間から外部に開放されている。
次いで、セパレータ５８間に電解質・電極接合体５６が挟持される。図３及び図４に示すように、各セパレータ５８は、互いに対向する面、すなわち、プレート６０、６２間に内周側配列層Ｐ１に対応して８個の電解質・電極接合体５６が配置されるとともに、外周側配列層Ｐ２に沿って８個の電解質・電極接合体５６が配置される。
その際、各電解質・電極接合体５６の配置位置には、係止部８１が設けられており、前記係止部８１に前記電解質・電極接合体５６の外周部が保持される。係止部８１の内方には、互いに近接する方向に突出して第１及び第２ボス部８０、８６が形成されており、前記第１及び第２ボス部８０、８６によって電解質・電極接合体５６が挟持される（図６参照）。
このため、図１０に示すように、電解質・電極接合体５６のカソード電極５２とプレート６０との間には、酸化剤ガス導入口７８を介して酸化剤ガス通路８２に連通する酸化剤ガス供給流路９６が形成される。一方、電解質・電極接合体５６のアノード電極５４とプレート６２との間には、燃料ガス導入口８８を介して燃料ガス通路６７に連通する燃料ガス供給流路９４が形成される。さらに、セパレータ５８間には、反応後の燃料ガス及び酸化剤ガスを混合して燃料ガス供給連通孔４４に導くための排出通路１０６が形成される。
上記のように組み付けられた燃料電池１０が矢印Ａ方向に積層されて、燃料電池スタック１２が組み立てられる（図１及び図２参照）。
そこで、燃料電池スタック１２を構成するエンドプレート１４ｂの燃料ガス供給連通孔４４に燃料ガス（例えば、水素含有ガス）が供給されるとともに、前記燃料電池スタック１２の外周部側から加圧された酸化剤ガスである酸素含有ガス（以下、空気ともいう）が供給される。燃料ガス供給連通孔４４に供給された燃料ガスは、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池１０を構成するセパレータ５８内の燃料ガス分配通路６７ａに導入される（図６参照）。
図４に示すように、燃料ガスは、外側突起部６６ａ、６６ｂを構成する第１壁部６８ａ、６８ｂ及び第２壁部７０ａ、７０ｂに沿って燃料ガス通路６７を移動し、それぞれの先端部から燃料ガス導入口８８を介して燃料ガス供給流路９４に導入される。燃料ガス導入口８８は、各電解質・電極接合体５６のアノード電極５４の中心位置に対応して設けられており、燃料ガス供給流路９４に導入された燃料ガスは、前記アノード電極５４の中心部から外周に向かって流動する（図１０参照）。
一方、各燃料電池１０の外周側から供給される酸化剤ガスは、各セパレータ５８のプレート６０、６２間に形成されている酸化剤ガス通路８２に供給される。この酸化剤ガス通路８２に供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口７８から酸化剤ガス供給流路９６に導入され、電解質・電極接合体５６のカソード電極５２の中心部から外周に沿って流動する（図４及び図１０参照）。
従って、各電解質・電極接合体５６では、アノード電極５４の中心部から外周に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極５２の中心部から外周に向かって酸化剤ガスが供給される。その際、酸素イオンが電解質５０を通ってアノード電極５４に移動し、化学反応により発電が行われる。
ここで、各電解質・電極接合体５６は、第１及び第２ボス部８０、８６により挟持されており、前記第１及び第２ボス部８０、８６が集電体として機能する。このため、各燃料電池１０は、矢印Ａ方向（積層方向）に電気的に直列に接続されて出力端子２２ａ、２２ｂ間に出力を取り出すことができる。また、複数の電解質・電極接合体５６のうちのいずれかの電解質・電極接合体５６が断線した際にも、残りの電解質・電極接合体５６で通電することが可能であり、発電の信頼性を向上させることができる。
一方、各電解質・電極接合体５６の外周に移動した反応後の燃料ガス及び酸化剤ガスが混在する排ガスは、セパレータ５８間に形成される排出通路１０６を介して前記セパレータ５８の中心部側に移動する。セパレータ５８の中心部近傍には、排ガスマニホールドを構成する４つの排ガス通路４６が形成されており、排ガスがこの排ガス通路４６から外部に排出される。
その際、酸化剤ガスは、通常、各電解質・電極接合体５６に対して空気過剰状態で供給されており、前記電解質・電極接合体５６の外周で未反応の燃料ガスを混在して燃焼した後、酸素が残存している。この酸素を含有する排ガスにより、電解質・電極接合体５６の外周部、特にアノード電極５４の外周部が曝されるため、前記アノード電極５４の外周部が酸化され易い。
この場合、第１の実施形態の電解質・電極接合体５６では、図１０及び図１１に示すように、セパレータ５８を構成するプレート６２に略リング状の係止部８１が一体成形されており、この係止部８１が、電解質・電極接合体５６の外周部に接触している。このため、電解質・電極接合体５６の外周から排出される排ガスがアノード電極５４の外周に回り込むことがなく、前記アノード電極５４が前記排ガスに曝されることを良好に阻止することができる。
さらに、係止部８１の内周面には、ガイド傾斜面８１ａが設けられており、このガイド傾斜面８１ａに電解質・電極接合体５６の外周部が当接している。従って、電解質・電極接合体５６の外周部と係止部８１とが密着して所望の気密性を保持し、前記係止部８１により排ガスがアノード電極５４の外周部に回り込むことを防止することが可能になる。
その際、電解質・電極接合体５６では、アノード電極５４の外周部にアノード傾斜面５４ａが形成されるとともに、前記アノード傾斜面５４ａの傾斜角度θ１°は、ガイド傾斜面８１ａの傾斜角度θ２°と等しいか、あるいは小さな角度に設定されている（図１１参照）。
すなわち、傾斜角度θ１°が傾斜角度θ２°と等しい場合、アノード傾斜面５４ａとガイド傾斜面８１ａとが略全面で接触するため、アノード電極５４が排ガスに曝されることを可及的に阻止することができる。一方、傾斜角度θ１°が傾斜角度θ２°より小さな角度に設定される場合、アノード傾斜面５４ａとガイド傾斜面８１ａとの接触部位（接点）は、電解質５０に近接した部位に設けられる。このため、アノード電極５４の外周部が排ガスに曝されることを可及的に阻止することが可能になる。これにより、アノード電極５４の有効面積を良好に確保することができるという効果が得られる。また、係止部８１は、プレート６２に一体成形されており、セパレータ５８全体を簡単且つ経済的に構成することができる。
なお、アノード傾斜面５４ａは、図５に示すように、最大で電解質５０との境界部位までの範囲に形成されており、カソード電極５２が係止部８１に接触することはない。このため、係止部８１を介してアノード電極５４とカソード電極５２とが短絡することを阻止することが可能になる。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１２０が複数積層された燃料電池スタック１２２の概略斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０及び燃料電池スタック１２と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。また、以下に説明する第３の実施形態でも同様に、その詳細な説明は省略する。
燃料電池１２０は、図１３及び図１４に示すように、一対のセパレータ１２８間に複数、例えば、８個の電解質・電極接合体５６を挟んで構成される。セパレータ１２８間には、このセパレータ１２８の中心部である燃料ガス供給連通孔１３０と同心円上に８個の電解質・電極接合体５６が配列される。
セパレータ１２８は、図１３に示すように、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ１２８は、中央部に燃料ガス供給連通孔１３０を形成する第１小径端部１３２を有する。この第１小径端部１３２から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する複数の第１橋架部１３４を介して比較的大径な円板部１３６が一体的に設けられる。
図１３及び図１４に示すように、隣り合う円板部１３６は、スリット１３８を介して互いに分離されるとともに、それぞれ両側の円板部１３６に向かって突出する突片部１４０ａ、１４０ｂを有する。互いに隣り合う突片部１４０ａ、１４０ｂ間には、空間部１４２が形成され、この空間部１４２には、邪魔板部材１４４が配設される。各邪魔板部材１４４は、空間部１４２に沿って延在するように積層方向に設置されている。
各円板部１３６のアノード電極５４に接触する面１３６ａには、前記アノード電極５４の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路１４６を形成する第１突起部１４８が設けられる。各円板部１３６のカソード電極５２に接触する面１３６ｂには、前記カソード電極５２の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路１５０を形成する第２突起部１５２が設けられる。
図１５及び図１６に示すように、第１及び第２突起部１４８、１５２は、互いに同軸に形成されており、前記第１突起部１４８はリング状突起を構成するとともに、前記第２突起部１５２は山状突起を構成する。第１及び第２突起部１４８、１５２は、複数形成されており、前記第１突起部１４８の高さＨ１と、前記第２突起部１５２の高さＨ２とは、Ｈ１＜Ｈ２の関係に設定される。酸化剤ガス通路１５０の容積を燃料ガス通路１４６の容積よりも大きくするためである。
円板部１３６には、電解質・電極接合体５６の外周部に接触する係止部材１５３が、例えば、ろう付け等により固着される。係止部材１５３は、弾性変形可能な金属材で構成されており、略リング状を有するとともに、開放側先端部には、電解質・電極接合体５６のアノード電極５４の外周部に当接する湾曲面１５３ａが設けられる。電解質・電極接合体５６は、係止部材１５３に保持される際、湾曲面１５３ａが弾性変形して前記電解質・電極接合体５６を構成するアノード電極５４の外周面が気密に保持される。
図１３及び図１４に示すように、円板部１３６には、アノード電極５４の中央側から燃料ガス通路１４６に燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口１５４が形成される。燃料ガス導入口１５４の位置は、燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力によって決められ、例えば、円板部１３６の中心位置、あるいは、前記円板部１３６の中心に対して酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）上流側に偏心した位置に設定される。
セパレータ１２８のカソード電極５２に対向する面には、通路部材１５６が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路部材１５６は、中央部に燃料ガス供給連通孔１３０を形成する第２小径端部１５８を備える。この第２小径端部１５８から放射状に８本の第２橋架部１６０が延在するとともに、各第２橋架部１６０は、セパレータ１２８の第１橋架部１３４から円板部１３６の燃料ガス導入口１５４まで固着される。
通路部材１５６の接合面において、第２小径端部１５８には、燃料ガス供給連通孔１３０に連通して複数のスリット１６２が放射状に形成される。このスリット１６２には、第２小径端部１５８を周回してろう材の流れを防止し、且つ、燃料ガスの流れを均一にするための凹部１６４が連通する。第１及び第２橋架部１３４、１６０間には、燃料ガス供給連通孔１３０からスリット１６２及び凹部１６４を介して燃料ガス通路１４６に連通する燃料ガス供給通路１６６が形成される。各通路部材１５６は、第２橋架部１６０が積層方向（矢印Ａ方向）の荷重に対して該積層方向に弾性変形可能なように断面湾曲形状に構成される。
図１５及び図１６に示すように、酸化剤ガス通路１５０は、電解質・電極接合体５６の外周端部と円板部１３６の外周端部との間から矢印Ａ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部１６８に連通する。この酸化剤ガス供給部１６８は、各円板部１３６の突片部１４０ａ、１４０ｂ間に設けられている。突片部１４０ａ、１４０ｂにある空間部１４２に設置された邪魔板部材１４４によって酸化剤ガス供給部１６８以外から酸化剤ガスは進入できない。
各セパレータ１２８間には、図１６に示すように、燃料ガス供給連通孔１３０をシールするための絶縁シール１６９が設けられる。絶縁シール１６９は、例えば、マイカ材やセラミック材で形成されている。燃料電池１２０には、円板部１３６の内方に位置して積層方向に延在する排ガス通路１６７が形成される。
図１２に示すように、燃料電池スタック１２２は、複数の燃料電池１２０の積層方向両端に円板状のエンドプレート１７０ａ、１７０ｂを配置するとともに、締め付けボルト１７２及びナット１７４を介して積層方向に締め付け保持される。エンドプレート１７０ａの中心部に燃料ガス供給口１７６が形成され、この燃料ガス供給口１７６が各燃料電池１２０の燃料ガス供給連通孔１３０に連通する。
エンドプレート１７０ａには、燃料ガス供給口１７６を中心とする仮想円に沿って、すなわち、各電解質・電極接合体５６に対応して、８個の円形開口部１８０が形成される。各円形開口部１８０には、燃料ガス供給口１７６に向かって突出する矩形開口部１８２が連通するとともに、前記矩形開口部１８２の一部が排ガス通路１６７に重なっているため、矩形開口部１８２から排ガスが排出される。
このように構成される燃料電池スタック１２２の動作について、以下に説明する。
燃料電池１２０を組み付ける際には、先ず、図１３に示すように、セパレータ１２８のカソード電極５２に向かう面に通路部材１５６が接合される。このため、セパレータ１２８と通路部材１５６との間には、燃料ガス供給連通孔１３０に連通する燃料ガス供給通路１６６が形成されるとともに、前記燃料ガス供給通路１６６が燃料ガス導入口１５４から燃料ガス通路１４６に連通する（図１５参照）。セパレータ１２８には、燃料ガス供給連通孔１３０を周回してリング状の絶縁シール１６９が設けられる。
これにより、セパレータ１２８が構成され、前記セパレータ１２８間には、８個の電解質・電極接合体５６が挟持されて燃料電池１２０が得られる。図１３及び図１４に示すように、各セパレータ１２８には、互いに対向する面１３６ａ、１３６ｂ間に電解質・電極接合体５６が配置され、各アノード電極５４の中央部に燃料ガス導入口１５４が配置される。
上記の燃料電池１２０が矢印Ａ方向に複数積層され、積層方向両端にエンドプレート１７０ａ、１７０ｂが配置される。図１２に示すように、エンドプレート１７０ａ、１７０ｂは、締め付けボルト１７２とナット１７４とにより保持され、燃料電池スタック１２２が構成される。
そこで、燃料ガスは、第１及び第２橋架部１３４、１６０間を燃料ガス供給通路１６６に沿って移動し、円板部１３６に形成された燃料ガス導入口１５４から燃料ガス通路１４６に導入される。燃料ガス導入口１５４は、各電解質・電極接合体５６のアノード電極５４の略中心位置、あるいは該中心位置から酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）上流側に偏心した位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口１５４からアノード電極５４の中央側に供給され、燃料ガス通路１４６に沿って該アノード電極５４の外周部に向かって移動する（図１６参照）。
一方、各燃料電池１２０の外周側に設けられている酸化剤ガス供給部１６８に供給される酸化剤ガスは、電解質・電極接合体５６の外周端部と円板部１３６の外周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、酸化剤ガス通路１５０に送られる。図１５及び図１６に示すように、酸化剤ガス通路１５０では、電解質・電極接合体５６のカソード電極５２の一方の外周端部（セパレータ１２８の外周端部）側から他方の外周端部（セパレータ１２８の中央部側）に向かって酸化剤ガスが流入する。
従って、電解質・電極接合体５６では、アノード電極５４の電極面の中心側から外周側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極５２の電極面の一方向（矢印Ｂ方向）に向かって酸化剤ガスが供給される（図１６参照）。その際、酸素イオンが電解質５０を通ってアノード電極５４に移動し、化学反応により発電が行われる。
この場合、第２の実施形態では、図１５及び図１６に示すように、電解質・電極接合体５６を構成するアノード電極５４の外周部が、円板部１３６に固着されている係止部材１５３の湾曲面１５３ａに弾発的に摺接している。このため、アノード電極５４の外周部は、電解質・電極接合体５６の外周側に排出される排ガスに曝されることがなく、前記アノード電極５４の有効面積を確保することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、発電効率を有効に高めることが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池２２０が複数積層された燃料電池スタック２２２の概略斜視説明図である。
燃料電池２２０は、図１８〜図２０に示すように、一組のセパレータ２２８間に電解質・電極接合体５６を挟んで構成される。セパレータ２２８は、第１及び第２プレート２３０、２３２と、前記第１及び第２プレート２３０、２３２間に配設される第３プレート２３４とを備える。第１〜第３プレート２３０、２３２及び２３４は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成され、前記第３プレート２３４の両面に、前記第１プレート２３０と前記第２プレート２３２とが、例えば、ろう付けにより接合される。
図１８に示すように、第１プレート２３０は、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２３６が形成される第１小径端部２３８を備え、この第１小径端部２３８には、幅狭な橋架部２４０を介して比較的大径な第１円板部２４２が一体的に設けられる。
第１円板部２４２のアノード電極５４に接触する面には、多数の第１凸部２４４が外周縁部近傍から中心部にわたって設けられるとともに、前記第１円板部２４２の外周縁部には、略リング状凸部２４６が設けられる。第１凸部２４４及び略リング状凸部２４６は、集電部を構成する。第１円板部２４２の中央には、アノード電極５４の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口２４８が形成される。なお、第１凸部２４４は、略リング状凸部２４６と同一平面内に複数の凹部を形成することによって構成してもよい。
図２１及び図２２に示すように、第１プレート２３０の略リング状凸部２４６の端部が湾曲状に折り曲げられて、湾曲係止部２４９が一体成形される。この湾曲係止部２４９は、略リング状に周回しており、内側の開放端部が電解質・電極接合体５６を構成するアノード電極５４の外周部に弾発的に摺接する。
第２プレート２３２は、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔２５０が形成される第２小径端部２５２を備える。この第２小径端部２５２には、幅狭な橋架部２５４を介して比較的大径な第２円板部２５６が一体的に設けられる。
第２円板部２５６は、電解質・電極接合体５６のカソード電極５２に接する面に、複数の第２凸部２５８が面内全面にわたって形成される。第２凸部２５８は、集電部を構成する。第２円板部２５６の中央部には、酸化剤ガスをアノード電極５４の略中央部に向かって供給するための酸化剤ガス導入口２６０が形成される。
第３プレート２３４は、燃料ガス供給連通孔２３６が形成される第３小径端部２６２と、酸化剤ガス供給連通孔２５０が形成される第４小径端部２６４とを備える。第３及び第４小径端部２６２、２６４は、幅狭な橋架部２６６、２６８を介して比較的大径な第３円板部２７０と一体的に構成される。第３円板部２７０は、第１及び第２円板部２４２、２５６と同一直径に設定される。
第３プレート２３４の第１プレート２３０に向かう面において、第３小径端部２６２には、燃料ガス供給連通孔２３６に連通する複数のスリット２７２が放射状に形成され、このスリット２７２には、前記第３小径端部２６２を周回して凹部２７４が連通する。凹部２７４は、スリット２７２と該凹部２７４の内側にろう材が流れることを防止する。燃料ガス供給連通孔２３６からスリット２７２を介して橋架部２６６及び第３円板部２７０の面内に燃料ガス通路２７６が形成される（図２０参照）。第３円板部２７０には、複数の第３凸部２７８が形成され、この第３凸部２７８は、燃料ガス通路２７６の一部を構成する。
第３プレート２３４の第２プレート２３２に接する面において、第４小径端部２６４には、酸化剤ガス供給連通孔２５０に連通する複数のスリット２８０が放射状に形成されるとともに、前記スリット２８０には、凹部２８２が連通する（図１８及び図２１参照）。凹部２８２は、スリット２８０と該凹部２８２の内側にろう材が流れることを防止する。酸化剤ガス供給連通孔２５０からスリット２８０を介して第３円板部２７０には、酸化剤ガス通路２８４が形成され、この酸化剤ガス通路２８４は、前記第３円板部２７０の周縁部によって閉塞される。
第１プレート２３０が第３プレート２３４の一方の面にろう付けされることにより、第１及び第３プレート２３０、２３４間には、燃料ガス供給連通孔２３６に連通する燃料ガス通路２７６が設けられる。第１プレート２３０の橋架部２４０と第３プレート２３４の橋架部２６６とが接合されて燃料ガス通路部材が構成されるとともに、この燃料ガス通路部材内には、燃料ガス通路２７６を構成する燃料ガス分配通路２７６ａが形成される（図２０参照）。
この燃料ガス通路２７６は、第１及び第３円板部２４２、２７０間に該第１円板部２４２を挟んでアノード電極５４の電極面を覆い、且つ燃料ガスが供給されることにより前記第１円板部２４２を前記アノード電極５４に圧接可能な燃料ガス圧力室２８６を構成する（図２０及び図２１参照）。
第２プレート２３２が第３プレート２３４にろう付けされることにより、第２及び第３プレート２３２、２３４間には、酸化剤ガス供給連通孔２５０に連通する酸化剤ガス通路２８４が形成される（図２１参照）。第２プレート２３２の橋架部２５４と第３プレート２３４の橋架部２６８とが接合されて酸化剤ガス通路部材が構成されるとともに、この酸化剤ガス通路部材内には、酸化剤ガス通路２８４を構成する酸化剤ガス分配通路２８４ａが形成される。
この酸化剤ガス通路２８４は、第２及び第３円板部２５６、２７０間に該第２円板部２５６を挟んでカソード電極５２の電極面を覆い、且つ酸化剤ガスが供給されることにより前記第２円板部２５６を前記カソード電極５２に圧接可能な酸化剤ガス圧力室２８８を構成する（図２０及び図２１参照）。
各セパレータ２２８間には、燃料ガス供給連通孔２３６をシールするための絶縁シール２８９ａが設けられるとともに、酸化剤ガス供給連通孔２５０をシールするための絶縁シール２８９ｂが設けられる。絶縁シール２８９ａ、２８９ｂは、例えば、マイカ材やセラミック材で形成されている。
図１７に示すように、燃料電池スタック２２２は、複数の燃料電池２２０の積層方向両端にエンドプレート２９０ａ、２９０ｂを配置する。エンドプレート２９０ａもしくはエンドプレート２９０ｂは、締付ボルト２９８と電気的に絶縁される。エンドプレート２９０ａには、燃料電池２２０の燃料ガス供給連通孔２３６に連通する第１配管２９２と、酸化剤ガス供給連通孔２５０に連通する第２配管２９４とが接続される。エンドプレート２９０ａ、２９０ｂには、燃料ガス供給連通孔２３６の上下両側及び酸化剤ガス供給連通孔２５０の上下両側にボルト孔２９６が形成される。各ボルト孔２９６に締付ボルト２９８が挿入され、各締付ボルト２９８の先端にナット２９９が螺合することによって、燃料電池スタック２２２が締め付け保持される。
このように構成される燃料電池スタック２２２の動作について、以下に説明する。
図１８に示すように、燃料電池２２０を組み付ける際には、先ず、セパレータ２２８を構成する第１プレート２３０が第３プレート２３４の一方の面に接合されるとともに、第２プレート２３２が前記第３プレート２３４の他方の面に接合される。このため、セパレータ２２８内には、第３プレート２３４に仕切られて燃料ガス供給連通孔２３６に連通する燃料ガス通路２７６と、酸化剤ガス供給連通孔２５０に連通する酸化剤ガス通路２８４とが独立して形成される（図１９及び図２１参照）。
さらに、第１及び第３円板部２４２、２７０間には、燃料ガス圧力室２８６が形成される一方、第２及び第３円板部２５６、２７０間には、酸化剤ガス圧力室２８８が形成される（図２２参照）。
次いで、セパレータ２２８と電解質・電極接合体５６とが交互に積層され、積層方向両端にエンドプレート２９０ａ、２９０ｂが配置される。エンドプレート２９０ａもしくはエンドプレート２９０ｂは、締付ボルト２９８と電気的に絶縁される。エンドプレート２９０ａ、２９０ｂの各ボルト孔２９６には、締付ボルト２９８が挿入され、前記締付ボルト２９８の先端にナット２９９が螺合することによって、燃料電池スタック２２２が構成される（図１７参照）。
そこで、エンドプレート２９０ａに接続されている第１配管２９２から燃料ガス供給連通孔２３６に燃料ガスが供給されるとともに、前記エンドプレート２９０ａに接続された第２配管２９４から酸化剤ガス供給連通孔２５０に酸化剤ガスが供給される。
燃料ガス供給連通孔２３６に供給された燃料ガスは、図２０に示すように、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池２２０を構成するセパレータ２２８内の燃料ガス通路２７６に供給される。燃料ガスは、燃料ガス通路２７６に沿って第１及び第３円板部２４２、２７０間に形成された燃料ガス圧力室２８６に導入され、複数の第３凸部２７８間を移動して第１円板部２４２の中央部に形成される燃料ガス導入口２４８に導入される。
燃料ガス導入口２４８は、各電解質・電極接合体５６のアノード電極５４の中心位置に対応して設けられている。このため、燃料ガスは、図２２に示すように、燃料ガス導入口２４８からアノード電極５４に供給され、該アノード電極５４内を中心部から外周部に向かって流動する。
一方、酸化剤ガス供給連通孔２５０に供給される酸化剤ガスは、図２１に示すように、セパレータ２２８内の酸化剤ガス通路２８４を移動し、第２及び第３円板部２５６、２７０間の酸化剤ガス圧力室２８８に供給される。さらに、酸化剤ガスは、第２円板部２５６の中心位置に設けられる酸化剤ガス導入口２６０に導入される。
酸化剤ガス導入口２６０は、各電解質・電極接合体５６のカソード電極５２の中心位置に対応して設けられている。このため、酸化剤ガスは、図２２に示すように、酸化剤ガス導入口からカソード電極５２に供給され、該カソード電極５２の中心部から外周部に向かって流動する。
従って、各電解質・電極接合体５６では、アノード電極５４の中心部から外周部に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極５２の中心部から外周部に向かって酸化剤ガスが供給され、発電が行われる。そして、発電に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、排ガスとして第１〜第３円板部２４２、２５６及び２７０の外周部から排気される。
この場合、第３の実施形態では、第１プレート２３０の外周端部を折り曲げて湾曲係止部２４９が一体成形され、この湾曲係止部２４９を介して電解質・電極接合体５６を構成するアノード電極５４の外周部が弾発的に摺接している。このため、電解質・電極接合体５６の外周部に排出される排ガスが、この電解質・電極接合体５６を構成するアノード電極５４の外周部に回り込むことがない。これにより、簡単且つ経済的な構成で、発電効率を有効に高めることができる等、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第１〜第３の実施形態では、それぞれ係止部８１、係止部材１５３及び湾曲係止部２４９を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、これらの３つの構成を第１〜第３の実施形態に選択的に採用することができる。また、第３の実施形態では、第１プレート２３０の端部を内側に折り曲げて構成しているが、この第１プレート２３０の外周端縁部の一部を切り欠いて折り曲げることも可能である。
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの一部断面説明図である。 前記燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池の動作を示す一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池を構成する電解質・電極接合体の断面図である。 前記燃料電池スタックの一部省略断面図である。 前記燃料電池を構成するセパレータの分解斜視説明図である。 前記セパレータを構成する一方のプレートの正面説明図である。 前記セパレータを構成する他方のプレートの正面説明図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 係止部と前記電解質・電極接合体とが離間した状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池の分解斜視説明図である。 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの断面図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図ある。 前記燃料電池の燃料ガス供給連通孔近傍の拡大断面図である。 前記燃料電池の酸化剤ガス供給連通孔近傍の拡大断面図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 特許文献１に係る燃料電池の断面説明図である。
符号の説明
１０、１２０、２２０…燃料電池 １２、１２２、２２２…燃料電池スタック
４４、１３０、２３６…燃料ガス供給連通孔
４６、１６７…排ガス通路 ５０…電解質
５２…カソード電極 ５４…アノード電極
５４ａ…アノード傾斜面 ５６…電解質・電極接合体
５８、１２８、２２８…セパレータ
６０、６２、２３０、２３２、２３４…プレート
６７、１４６、２７６…燃料ガス通路
７８、２６０…酸化剤ガス導入口 ８１…係止部
８１ａ…ガイド傾斜面 ８２、１５０、２８４…酸化剤ガス通路
８８、１５４、２４８…燃料ガス導入口
９４…燃料ガス供給流路 ９６…酸化剤ガス供給流路
１４８、１５２…突起部 １５３…係止部材
１５３ａ…湾曲面 １５６…通路部材
１６８…酸化剤ガス供給部 ２４９…湾曲係止部
２５０…酸化剤ガス供給連通孔

Claims (8)

  1. 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体がセパレータ間に配設され、前記アノード電極の中心部から該アノード電極の外周部に向かって燃料ガスを供給する一方、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給し、使用後の燃料ガス及び酸化剤ガスが混在する排ガスを前記電解質・電極接合体の外周部外方に排出する燃料電池であって、
    前記セパレータは、電解質・電極接合体外周部の前記アノード電極側に接触し、前記アノード電極が前記排ガスに曝されることを阻止するための係止部を一体に備えることを特徴とする燃料電池。
  2. 請求項１記載の燃料電池において、前記係止部は、前記電解質・電極接合体の外方に向かって前記アノード電極側から前記カソード電極側に傾斜するガイド傾斜面を設けることを特徴とする燃料電池。
  3. 請求項２記載の燃料電池において、前記電解質・電極接合体は、前記アノード電極の外周部に前記ガイド傾斜面に当接するアノード傾斜面を設けるとともに、
    前記ガイド傾斜面の傾斜角度は、前記アノード傾斜面の傾斜角度よりも大きな角度に設定されることを特徴とする燃料電池。
  4. 請求項１記載の燃料電池において、前記係止部は、前記セパレータを部分的に折り曲げて構成されることを特徴とする燃料電池。
  5. 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体がセパレータ間に配設され、前記アノード電極の中心部から該アノード電極の外周部に向かって燃料ガスを供給する一方、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給し、使用後の燃料ガス及び酸化剤ガスが混在する排ガスを前記電解質・電極接合体の外周部外方に排出する燃料電池であって、
    前記セパレータには、電解質・電極接合体外周部の前記アノード電極側に接触し、前記アノード電極が前記排ガスに曝されることを阻止するための弾性変形可能な係止部材が固着されることを特徴とする燃料電池。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、１枚のプレートで構成されており、
    前記セパレータの一方の面には、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路を形成する第１突起部が設けられるとともに、
    前記セパレータの他方の面には、前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路を形成する第２突起部が設けられることを特徴とする燃料電池。
  7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、互いに積層される第１及び第２プレートを備え、
    前記第１及び第２プレート間には、前記セパレータの一方の面に対向する前記アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス通路と、
    前記セパレータの他方の面に対向する前記カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路と、
    が形成されることを特徴とする燃料電池。
  8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、互いに積層される第１、第２及び第３プレートを備え、
    前記第１プレートと前記アノード電極との間には、燃料ガスを供給する燃料ガス通路が形成され、
    前記第２プレートと前記カソード電極との間には、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が形成されるとともに、
    前記第１及び第２プレート間に配設される前記第３プレートにより、前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路とが仕切られることを特徴とする燃料電池。

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