JP2008103212A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】筐体に配線用貫通孔を設ける必要がなく、簡単且つ経済的な構成で、良好な電圧測定を行うことを可能にする。
【解決手段】セパレータ２８は、燃料ガス供給連通孔３０を設ける第１燃料ガス供給部３６及び第２燃料ガス供給部６０と、前記第１燃料ガス供給部３６に第１橋架部３８を、前記第２燃料ガス供給部６０に第１橋架部６２を介して連結され、電解質・電極接合体２６を挟持し且つ燃料ガス供給孔５２が設けられる第１挟持部４０及び酸化剤ガス供給孔８０が設けられる第２挟持部６４と、前記第１挟持部４０に第２橋架部４２を、前記第２挟持部６４に第２橋架部６６を介して連結され、酸化剤ガス供給連通孔５４が形成される酸化剤ガス供給部５６を有する第１筐体部４４及び第２筐体部６８とを設ける。第２筐体部６８の外周部には、突起部８２ａ、８２ｂが設けられる。
【選択図】図３

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・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備えるとともに、前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックに関する。

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、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。

ところで、この種の燃料電池スタックでは、各燃料電池が所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。いずれかの燃料電池の発電性能が低下すると、この燃料電池の電圧（最低燃料電池電圧）に基づいた制御が必要になるからである。このため、通常、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置（セル電圧モニタ）に接続して、発電時の各燃料電池毎のセル電圧を検出する作業が行われている。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、図１４に示すように、エンドプレート１ａ、１ｂ間に複数のセル２が積層されている。セル２には、Ｌ字状の電圧測定端子３がセパレータと一体又は別体で接合され、前記電圧測定端子３が、図示しない電圧測定器に配線を介して接続されている。エンドプレート１ａ、１ｂ間は、四隅に固着された支持板４により積層方向に締め付け保持されている。

特開平１１−３３９８２８号公報（図１）

上記の特許文献１では、燃料電池スタックを実際に使用する際に、断熱等を考慮して前記燃料電池スタックをケース内に収納しなければならない。このため、電圧測定端子３に接続されている配線は、ケースを貫通して外部に取り出す必要があり、前記ケースには、配線取り出し口を形成しなければならず、加工コストが高騰するという問題がある。しかも、配線を通すための貫通孔には、シール材や断熱材が必要となり、コストがさらに高騰するという問題がある。

さらに、電圧測定端子３及び配線は、燃料電池スタックとケースとの間に配置されており、燃料電池スタックからの排ガスに曝されて劣化し易いという問題がある。特に、ＳＯＦＣに用いた場合には、排ガスが相当に高温となり、電圧測定端子３が、前記排ガスによって熱変形するおそれがある。これにより、変形した電圧測定端子３が隣接するセパレータの電圧測定端子３に接触し、セパレータの短絡が惹起され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、筐体に配線用貫通孔を設ける必要がなく、簡単且つ経済的な構成で、良好な電圧測定を行う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。

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・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備えるとともに、前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックに関するものである。

セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくともアノード電極又はカソード電極の電極面に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給するための反応ガス供給孔が設けられる挟持部と、前記挟持部に連結され、前記反応ガスを前記反応ガス供給孔に供給するための反応ガス供給通路が形成される橋架部と、前記橋架部に連結され、前記反応ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される反応ガス供給部と、前記セパレータの外周部を構成し、前記電解質・電極接合体を収容するための筐体部とを一体に設けている。

そして、筐体部の外周部には、電解質・電極接合体の発電により得られた電圧を取り出すための少なくとも１つの突起部が形成されている。

また、本発明では、セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、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供給孔及び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供給孔が設けられる挟持部と、前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第１反応ガス供給通路が形成される第１橋架部と、前記第１橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第１反応ガス供給通路に供給するための第１反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第１反応ガス供給部と、前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第２反応ガス供給通路が形成される第２橋架部と、前記第２橋架部に連結され、前記電解質・電極接合体を収容する筐体部と、前記筐体部に設けられるとともに、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第２反応ガス供給通路に供給するための第２反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第２反応ガス供給部とを一体に設けている。

さらに、燃料電池スタックでは、セパレータが積層される際、互いに隣接するセパレータの突起部は、同一位相に配置されることが好ましい。各突起部からの配線を集中して纏めることができ、配線用スペースの狭小化が図られるからである。しかも、突起部を確認することにより、セパレータの積層数を把握することができ、前記セパレータの組み付け作業が簡素化されるとともに、前記セパレータの位置決め不良を有効に回避することが可能になるからである。

さらにまた、燃料電池スタックでは、セパレータが積層される際、互いに隣接する前記セパレータの突起部は、位相を異にして配置されることが好ましい。各突起部が積層方向に近接することがなく、前記突起部が変形しても、隣接する突起部に接触することを阻止し、短絡を有効に防止することができるからである。

また、燃料電池スタックでは、一方のセパレータに設けられた突起部と、他方のセパレータに設けられた突起部とが接続される電圧測定器を備えることが好ましい。セパレータの段毎の電圧測定が簡便になるからである。

さらに、燃料電池スタックでは、突起部は、筐体部の外周に互いに対角線上に位置して複数設けられることが好ましい。一つの突起部を電圧測定用の端子として使用するとともに、他の突起部をセパレータ位置決め用の部材として使用することができるからである。しかも、セパレータ同士を正確且つ容易に位置決めすることが可能になるからである。

さらにまた、燃料電池スタックでは、突起部は、筐体部の外周に互いに等角度間隔ずつ離間して複数設けられることが好ましい。また、一方のセパレータに設けられた１つの突起部と、他方のセパレータに設けられた１つの突起部とが接続される電圧測定器を備えるとともに、他の突起部は、セパレータ位置決め用部材を構成することが好ましい。セパレータ同士を正確且つ容易に位置決めすることが可能になるからである。

本発明では、セパレータと一体の筐体部が、燃料電池スタックの外周部を構成するとともに、この筐体部の外周部には、電解質・電極接合体の発電により得られた電圧を取り出す端子として、突起部が形成されている。従って、通常、燃料電池スタックを収容する筐体（ケーシング）に設けられている配線挿通用の貫通孔が不要になる。このため、貫通孔の形成作業の他、シール材や断熱材が不要になり、経済的である。

しかも、突起部や配線は、筐体部の外周部に設けられるため、発電反応による高温や排ガスに曝されることがない。これにより、突起部や配線は、腐食等の発生を良好に防止することができ、耐久性の向上が容易に図られ、電圧測定作業が効率的に遂行可能になるだけでなく、段毎の発電状況を容易に計測することができ、且つまた、故障位置を簡単に見つけ出すことができ、電圧測定に対する信頼性が向上する。

図１は、燃料電池１０が矢印Ａ方向に複数積層された本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック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、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。

燃料電池１０は、固体電解質型燃料電池であり、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池１０は、図３及び図４に示すように、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）２０の両面に、カソード電極２２及びアノード電極２４が設けられた電解質・電極接合体２６を備える。電解質・電極接合体２６は、円板状に形成される。

燃料電池１０は、図３に示すように、一対のセパレータ２８間に複数（例えば、４個）の電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ２８間には、このセパレータ２８の中心部である燃料ガス供給連通孔３０を中心にして等角度間隔ずつ離間し且つ前記燃料ガス供給連通孔３０と同心円上に４個の電解質・電極接合体２６が配置される。

セパレータ２８は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される第１プレート３２及び第２プレート３４を有する。第１プレート３２及び第２プレート３４は、互いに拡散接合、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。第１プレート３２及び第２プレート３４は、金属プレートに代えて、例えば、カーボンプレート等（接合方法は省略する）で構成してもよい。

図３及び図５に示すように、第１プレート３２は、中央部に積層方向（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（反応ガス供給連通孔）３０が形成される第１燃料ガス供給部（反応ガス供給部）３６を有する。この第１燃料ガス供給部３６から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する４つの第１橋架部３８を介し、比較的大径な第１挟持部４０が一体に設けられる。第１挟持部４０は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定されるとともに、各第１挟持部４０には、短尺な第２橋架部４２を介して環状の第１筐体部４４が一体に設けられる。

第１挟持部４０のアノード電極２４に接触する面には、前記アノード電極２４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４６を形成する複数の突起部４８が設けられる。突起部４８は、集電部を構成する。第１挟持部４０の略中央には、燃料ガス供給連通孔３０側に偏心しアノード電極２４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供給孔５２が形成される。

第１筐体部４４は、酸化剤ガスを後述する酸化剤ガス供給通路７８に供給するための酸化剤ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）５４が積層方向に形成される酸化剤ガス供給部（反応ガス供給部）５６を有する。第１筐体部４４には、複数のボルト挿入用孔部５８が所定角度間隔ずつ離間して設けられる。燃料ガス供給連通孔３０、第１橋架部３８、第１挟持部４０、第２橋架部４２及び酸化剤ガス供給連通孔５４は、セパレータ面方向に沿って直線上に配置される。

図３及び図６に示すように、第２プレート３４は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０が形成される第２燃料ガス供給部（反応ガス供給部）６０を有する。この第２燃料ガス供給部６０から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する４つの第１橋架部６２を介して比較的大径な第２挟持部６４が一体に設けられる。第２挟持部６４は、第１挟持部４０と同様に、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定されるとともに、各第２挟持部６４には、短尺な第２橋架部６６を介して環状の第２筐体部６８が一体に設けられる。

第２燃料ガス供給部６０の第１燃料ガス供給部３６と接合される面には、燃料ガス供給連通孔３０に連通する複数の溝部７０が、前記燃料ガス供給連通孔３０を中心にして放射状に形成される。各溝部７０は、周溝７２に一体に連通するとともに、前記周溝７２には、４本の燃料ガス供給通路（反応ガス供給通路）７４が連通する。各燃料ガス供給通路７４は、各第１橋架部６２から各第２挟持部６４の中央部近傍に延在し、第１プレート３２の燃料ガス供給孔５２に対応して終端する。

第２筐体部６８には、酸化剤ガス供給連通孔５４が積層方向に形成される酸化剤ガス供給部５６と、ボルト挿入用孔部５８とが設けられる。この第２筐体部６８の第１筐体部４４に接合される面には、酸化剤ガス供給連通孔５４から供給される酸化剤ガスを充填するための充填室７６が形成される。

充填室７６は、各第２橋架部６６から各第２挟持部６４の中央部近傍まで延在する酸化剤ガス供給通路（反応ガス供給通路）７８に連通する。酸化剤ガス供給通路７８の先端には、第２挟持部６４を貫通する酸化剤ガス供給孔８０が連通する。

第２筐体部６８の外周部には、電解質・電極接合体２６の発電により得られた電圧を取り出すための少なくとも１つ、例えば、２つの突起部８２ａ、８２ｂが互いに対角線上に設けられる。

第１プレート３２には、複数の突起部４８が、例えば、エッチングにより形成されるとともに、第２プレート３４には、溝部７０、周溝７２、燃料ガス供給通路７４、充填室７６及び酸化剤ガス供給通路７８が、例えば、エッチングにより形成される。

図３に示すように、第２プレート３４のカソード電極２２に向かう面には、変形可能な弾性通路部、例えば、導電性フェルト部材（金属フェルト等の導電性不織布）８４が配設される。このフェルト部材８４により、第２挟持部６４とカソード電極２２との間には、酸化剤ガス通路８６が形成される。なお、フェルト部材８４に代えて、メッシュ部材（金属メッシュ等の導電性織布）、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル又はプレスエンボスメタル等を採用してもよい。電解質・電極接合体２６の外周部には、反応後の燃料ガス及び酸化剤ガスを排ガスとして排出するための排ガス通路８８が設けられる。

図７に示すように、各セパレータ２８間には、燃料ガス供給連通孔３０をシールするための第１絶縁シール９０と、酸化剤ガス供給連通孔５４をシールするための第２絶縁シール９２とが設けられる。第１絶縁シール９０及び第２絶縁シール９２は、シール性が高く、硬質で潰れ難い、例えば、地殻成分系素材、硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材等が使用される。また、第２絶縁シール９２は、熱エネルギの拡散を阻止する断熱部材であることが好ましい。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０の積層方向一端に、略円板状の第１エンドプレート９４ａが配置されるとともに、積層方向他端に、隔壁９５を介装して小径且つ略円板状の複数の第２エンドプレート９４ｂと、大径且つ略リング状の固定リング９４ｃとが配置される。隔壁９５は、排ガスが燃料電池１０の外部に拡散することを阻止する機能を有する一方、第２エンドプレート９４ｂは、各電解質・電極接合体２６の積層位置に対応して４つ配設される。

第１エンドプレート９４ａ及び固定リング９４ｃは、セパレータ２８のボルト挿入用孔部５８に連通する複数の孔部９６を有する。孔部９６からボルト挿入用孔部５８に挿入されるボルト９８及び前記ボルト９８に螺合するナット１００を介し、セパレータ２８の第１筐体部４４及び第２筐体部６８が第１エンドプレート９４ａに締め付け固定される。

第１エンドプレート９４ａには、燃料ガス供給連通孔３０に連通する単一の燃料ガス供給パイプ１０２と、各酸化剤ガス供給連通孔５４に連通する４本の酸化剤ガス供給パイプ１０４と、排ガス通路８８に連通する４本の排ガス排出パイプ１０５とが設けられる。

第１エンドプレート９４ａは、複数のボルト９８、ナット１０８ａ、１０８ｂ及び板状カラー部材１１０を介して支持プレート１１２が固定される。支持プレート１１２と第１エンドプレート９４ａとの間には、第１燃料ガス供給部３６及び第２燃料ガス供給部６０に締め付け荷重を付与する第１荷重付与部１１４と、酸化剤ガス供給部５６に締め付け荷重を付与する第２荷重付与部１１６と、各電解質・電極接合体２６に締め付け荷重を付与する第３荷重付与部１１８とが設けられる。

第１荷重付与部１１４は、燃料ガス供給連通孔３０から燃料ガスが漏れることを阻止するために燃料電池１０の中央部（第１燃料ガス供給部３６及び第２燃料ガス供給部６０の中央部）に配置される押圧部材１２０を備え、この押圧部材１２０は、４つの第２エンドプレート９４ｂの配列中心近傍に位置して前記燃料電池１０に隔壁９５を介して押圧する。押圧部材１２０には、第１受け部材１２２ａ及び第２受け部材１２２ｂを介して第１スプリング１２４が配置される。第２受け部材１２２ｂには、第１押圧ボルト１２６の先端が当接する。第１押圧ボルト１２６は、支持プレート１１２に形成された第１ねじ孔１２８に螺合するとともに、第１ナット１３０を介して位置調整可能に固定される。

第２荷重付与部１１６は、孔部９６からボルト挿入用孔部５８に挿入されるボルト９８と、前記ボルト９８に螺合するナット１００とを備え、酸化剤ガス供給部５６から酸化剤ガスが漏れることを阻止する機能を有する。

第３荷重付与部１１８は、第２エンドプレート９４ｂに各電解質・電極接合体２６に対応して配置される第３受け部材１３２ａを備える。第３受け部材１３２ａは、ピン１３４を介して第２エンドプレート９４ｂに位置決め支持される。第３受け部材１３２ａに第２スプリング１３６の一端が当接する一方、前記第２スプリング１３６の他端が第４受け部材１３２ｂに当接する。第４受け部材１３２ｂには、第２押圧ボルト１３８の先端が当接する。第２押圧ボルト１３８は、支持プレート１１２に形成された第２ねじ孔１４０に螺合するとともに、第２ナット１４１を介して位置調整可能に固定される。

図１及び図２に示すように、第１エンドプレート９４ａと第２エンドプレート９４ｂとには、燃料電池スタック１２で発生する全電流を測定するための電流計１４２が抵抗１４３を介して接続される。

図１に示すように、矢印Ａ方向に積層される燃料電池１０に設けられている突起部８２ａに配線１４４ａ、１４４ｂを介して電圧計（電圧測定器）１４６が接続される。この電圧計１４６では、１段目の燃料電池１０と２段目の燃料電池１０との間の電圧、前記２段目の燃料電池１０と３段目の燃料電池１０との間の電圧、さらに４段目の燃料電池１０以降の電圧を、順次、測定する。これにより、各燃料電池１０間の電圧が、所定の電圧か否かを検出することができる。なお、所定数の燃料電池１０毎に電圧を測定してもよい。

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。

図１に示すように、第１エンドプレート９４ａに接続されている燃料ガス供給パイプ１０２から燃料ガス供給連通孔３０には、燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給パイプ１０４から酸化剤ガス供給部５６には、酸素含有ガスである空気が供給される。

燃料ガス供給連通孔３０に供給された燃料ガスは、図４及び図７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１０を構成するセパレータ２８の第２プレート３４に形成された溝部７０から周溝７２を介して各燃料ガス供給通路７４に供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路７４に沿って移動した後、第１プレート３２に形成された燃料ガス供給孔５２から燃料ガス通路４６に導入される。

燃料ガス供給孔５２は、各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の略中心位置に対応して設けられている。従って、燃料ガスは、燃料ガス供給孔５２からアノード電極２４に供給され、このアノード電極２４の略中心部から外周部に向かって燃料ガス通路４６を流動する。

一方、酸化剤ガス供給部５６に供給される空気は、第１プレート３２の第１筐体部４４と第２プレート３４の第２筐体部６８との間に設けられる充填室７６に一旦充填される。この充填室７６には、酸化剤ガス供給通路７８が連通しており、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス供給通路７８に沿って第１挟持部４０及び第２挟持部６４の中心側に移動する。

第２挟持部６４の中心近傍には、酸化剤ガス供給孔８０が連通するとともに、前記酸化剤ガス供給孔８０は、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の略中心位置に対応して設けられている。これにより、空気は、図７に示すように、酸化剤ガス供給孔８０からカソード電極２２に供給され、このカソード電極２２の略中心部から外周部に向かってフェルト部材８４に形成された酸化剤ガス通路８６を流動する。

従って、各電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４の略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２２の略中心部から外周部に向かって空気が供給され、発電が行われる。そして、発電に使用された燃料ガス及び空気は、排ガスとして各電解質・電極接合体２６の外周部から排ガス通路８８に排気される。

この場合、第１の実施形態では、セパレータ２８に第１筐体部４４及び第２筐体部６８が一体に設けられており、前記セパレータ２８の外形形状が、燃料電池１０全体の外形寸法となっている。そして、第２筐体部６８の外周部には、電解質・電極接合体２６の発電により得られた電圧を取り出す端子として突起部８２ａ（又は８２ｂ）が形成されている。

従って、通常、燃料電池スタックを収容するケーシングに設けられている配線挿通用の貫通孔が不要になる。これにより、ケーシングに対する貫通孔の形成作業や、この貫通孔にシール材や断熱材を装着する作業が不要になる。このため、作業全体の効率化が図られるとともに、経済的であるという効果が得られる。

しかも、第１筐体部４４及び第２筐体部６８は、燃料電池１０から排出される排ガスが前記燃料電池１０の外部に拡散することを阻止する遮蔽部材、及び熱エネルギの拡散を阻止する断熱部材としての機能を有している。従って、第２筐体部６８の外周部に設けられている突起部８２ａ、８２ｂ及び配線１４４ａ、１４４ｂは、燃料電池１０の発電反応による高温や排ガスに曝されることがない。これにより、突起部８２ａ、８２ｂ及び配線１４４ａ、１４４ｂは、腐食等の発生を良好に防止することができ、耐久性の向上が容易に図られ、電圧測定作業が効率的に遂行可能になる。

さらに、突起部８２ａ、８２ｂ及び配線１４４ａ、１４４ｂに腐食が発生しないことから、セパレータ２８の段毎の発電状況を容易に計測することができる。しかも、電圧が低下したセパレータ２８の段数を特定する等、故障位置を簡単に見つけ出すことができ、電圧測定に対する信頼性が向上する。

さらにまた、第１の実施形態では、第２筐体部６８の外周部に対角位置に対応して突起部８２ａ、８２ｂが設けられている。このため、例えば、一方の突起部８２ａを電圧測定用の端子として使用する一方、他方の突起部８２ｂをセパレータ２８の位置決めとして使用することができる。

その際、互いに隣接する燃料電池１０では、各突起部８２ａ同士の位相を９０°（又は１８０°）毎にして配置することができる。従って、電圧測定用の端子として使用される各突起部８２ａ同士は、積層方向に隣接することがなく、例えば、前記突起部８２ａが変形しても、隣接する突起部８２ａに接触することがなく、短絡を確実に防止することが可能になる。

さらにまた、２つの突起部８２ａ、８２ｂを設けるため、突起部８２ｂを介して位置決め固定した状態で積層することによって、セパレータ２８が回転することがなく、各燃料電池１０を正確且つ確実に位置決めすることができる。しかも、例えば、突起部８２ｂの数を計数することによって、燃料電池１０の積層数を容易に把握することが可能になる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池１６０の分解斜視図であり、図９は、前記燃料電池１６０の動作を説明する概略断面説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０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〜第５の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１６０を構成するセパレータ１６２は、第１プレート１６４と第２プレート１６６とを備える。第１プレート１６４を構成する第１挟持部４０は、電解質・電極接合体２６に接触する面を平坦面に構成するとともに、この面には、アノード電極２４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４６を形成し且つ前記アノード電極２４に密着する導電性フェルト部材（金属フェルト等の導電性不織布）１６７が配設される（図８及び図９参照）。なお、導電性フェルト部材に代えて、メッシュ部材（金属メッシュ等の導電性織布）、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル又はプレスエンボスメタル等を採用してもよい。

第２プレート１６６を構成する第２挟持部６４は、カソード電極２２に接触する面に、酸化剤ガス通路８６を形成する複数の突起部１６８が設けられる。突起部１６８は、例えば、エッチングにより形成される。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池１７０の分解斜視図であり、図１１は、前記燃料電池１７０の動作を説明する概略断面説明図である。

燃料電池１７０を構成するセパレータ１７２は、第１プレート１７４と第２プレート１７６とを備える。第１プレート１７４を構成する第１挟持部４０のアノード電極２４に接触する面には、燃料ガス通路４６を形成する複数の突起部４８が設けられる。第２プレート１７６を構成する第２挟持部６４のカソード電極２２に接触する面に、酸化剤ガス通路８６を形成する複数の突起部１６８が設けられる。

このように、第２の実施形態及び第３の実施形態では、第２筐体部６８の外周部に突起部８２ａ、８２ｂが設けられるため、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記の第１及び第２の実施形態を併合し、酸化剤ガス通路８６を形成するフェルト部材（金属フェルト等の導電性不織布）８４と、燃料ガス通路４６を形成するフェルト部材（金属フェルト等の導電性不織布）１６７とを用いてもよい。なお、フェルト部材８４、１６７に代えて、メッシュ部材（金属メッシュ等の導電性織布）、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル又はプレスエンボスメタル等を採用してもよい。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池１８０の分解斜視図である。

燃料電池１８０を構成するセパレータ１８２は、第１プレート３２と第２プレート１８４とを備える。第２プレート１８４を構成する第２筐体部６８の外周部には、単一の突起部８２が設けられる。

このように構成される第４の実施形態では、先ず、１段目のセパレータ１８２が突起部８２を基準にして位置決めされた後、２段目のセパレータ１８２は、前記突起部８２から９０°位相をずらした位置に突起部８２を位置決めして積層される。さらに、３段目以降のセパレータ１８２は、同様にそれぞれ前段のセパレータ１８２に設けられる突起部８２から９０°ずつ位相をずらして積層される。

その際、各突起部８２を基準にしてセパレータ１８２が積層されるため、前記セパレータ１８２の方向を誤認することがなく、正確な位置決め作業が遂行される。しかも、セパレータ１８２の積層段数も容易に把握することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第４の実施形態では、実質的に第１の実施形態の構成を採用しているが、第２及び第３の実施形態の構成に用いることもできる。以下の第５の実施形態においても同様である。

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池１９０の分解斜視図である。

燃料電池１９０を構成するセパレータ１９２は、第１プレート３２と第２プレート１９４とを備える。第２プレート１９４を構成する第２筐体部６８の外周部には、複数、例えば、４つの突起部８２ａ〜８２ｄが等角度間隔ずつ離間して設けられる。

このように構成される第５の実施形態では、第２筐体部６８の外周部に複数の突起部８２ａ〜８２ｄが等角度間隔ずつ離間して設けられている。従って、例えば、１つの突起部８２ａを電圧測定用の端子として使用するとともに、他の突起部８２ｂ〜８２ｄを選択的にセパレータ位置決め用の部材として利用することができる。これにより、セパレータ１９２同士を正確且つ容易に位置決めするとともに、積層段数の把握が容易になされる等、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る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、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する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。 セパレータを構成する第１プレートの説明図である。 前記セパレータを構成する第２プレートの説明図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 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スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 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４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 特許文献１の燃料電池スタックの概略斜視説明図である。

符号の説明

１０、１６０、１７０、１８０、１９０…燃料電池
１２…燃料電池スタック ２０…電解質
２２…カソード電極 ２４…アノード電極
２６…電解質・電極接合体
２８、１６２、１７２、１８２、１９２…セパレータ
３０…燃料ガス供給連通孔
３２、３４、１６４、１６６、１７４、１７６、１８４、１９４…プレート
３６、６０…燃料ガス供給部
３８、４２、６２、６６…橋架部 ４０、６４…挟持部
４４、６８…筐体部 ４６…燃料ガス通路
４８、８２、８２ａ〜８２ｄ、１６８…突起部
５２…燃料ガス供給孔 ５４…酸化剤ガス供給連通孔
５６…酸化剤ガス供給部 ７４…燃料ガス供給通路
７６…充填室 ７８…酸化剤ガス供給通路
８０…酸化剤ガス供給孔 ８４、１６７…フェルト部材
８６…酸化剤ガス通路 ８８…排ガス通路
９０、９２…絶縁シール ９４ａ、９４ｂ…エンドプレート
１１２…支持プレート １１４、１１６、１１８…荷重付与部
１４２…電流計 １４４ａ、１４４ｂ…配線
１４６…電圧計

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・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備えるとともに、前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくとも前記アノード電極又は前記カソード電極の電極面に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給するための反応ガス供給孔が設けられる挟持部と、
   前記挟持部に連結され、前記反応ガスを前記反応ガス供給孔に供給するための反応ガス供給通路が形成される橋架部と、
   前記橋架部に連結され、前記反応ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される反応ガス供給部と、
   前記セパレータの外周部を構成し、前記電解質・電極接合体を収容するための筐体部と、
   を一体に設けるとともに、
   前記筐体部の外周部には、前記電解質・電極接合体の発電により得られた電圧を取り出すための少なくとも１つの突起部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 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・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備えるとともに、前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、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供給孔及び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供給孔が設けられる挟持部と、
   前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第１反応ガス供給通路が形成される第１橋架部と、
   前記第１橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第１反応ガス供給通路に供給するための第１反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第１反応ガス供給部と、
   前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第２反応ガス供給通路が形成される第２橋架部と、
   前記第２橋架部に連結され、前記電解質・電極接合体を収容する筐体部と、
   前記筐体部に設けられるとともに、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第２反応ガス供給通路に供給するための第２反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第２反応ガス供給部と、
   を一体に設けるとともに、
   前記筐体部の外周部には、前記電解質・電極接合体の発電により得られた電圧を取り出すための少なくとも１つの突起部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータが積層される際、互いに隣接する前記セパレータの前記突起部は、同一位相に配置されることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータが積層される際、互いに隣接する前記セパレータの前記突起部は、位相を異にして配置されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記セパレータに設けられた前記突起部と、他方の前記セパレータに設けられた前記突起部とが接続される電圧測定器を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
6. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記突起部は、前記筐体部の外周に互いに対角線上に位置して複数設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
7. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記突起部は、前記筐体部の外周に互いに等角度間隔ずつ離間して複数設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
8. 請求項６又は７記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記セパレータに設けられた１つの前記突起部と、他方の前記セパレータに設けられた１つの前記突起部とが接続される電圧測定器を備えるとともに、
   他の突起部は、セパレータ位置決め用部材を構成することを特徴とする燃料電池スタック。

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