JPWO2016147799A1 - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

この燃料電池では、セルホルダ（４０）には、セルホルダ（４０）の枠内に流入するための流入路（４４）が設けられており、流入路（４４）内には、絶縁部（５０）および第１シール部材（６０）を支持するための凸状の支持部（３４）が設けられている。

Description

この発明は、燃料電池に関に関する。

従来、特開２０１３−６５４９７号公報に開示されるような燃料電池が知られている。特開２０１３−６５４９７号公報に記載の燃料電池には、単電池セルと、単電池セルの燃料極側および空気極側にそれぞれ設けられる一対のインターコネクタとが設けられている。また、一対のインターコネクタの間には、単電池セルを取り囲むように、セルホルダ、絶縁部、および、ガスシール用セパレータが設けられている。ガスシール用セパレータは、絶縁部および単電池セルに跨るように設けられており、単電池セルの燃料極側と空気極側とを遮断するように構成されている。

ここで、ガスシール用セパレータが、比較的厚みの小さい金属箔から形成されている場合、ガスシール用セパレータが、波打つように変形するという不都合があった。そこで、特開２０１３−６５４９７号公報に記載の燃料電池では、ガスシール用セパレータの両表面に酸化チタンをコーティングすることにより、波打つような変形を抑制している。

特開２０１３−６５４９７号公報

しかしながら、特開２０１３−６５４９７号公報に記載の燃料電池では、ガスシール用セパレータ（シール部材）の両表面に酸化チタンをコーティング（加工）する必要がある。すなわち、特殊なシール部材を用いる必要がある。そこで、シール部材に加工を施すことなく、シール部材が波打つように変形するのを抑制することが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、シール部材に加工を施すことなく、シール部材が波打つように変形するのを抑制することが可能な燃料電池を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による燃料電池では、発電ユニットは、少なくとも１つの面にカソードが形成されたセルと、セルの外側を取り囲むように設けられる枠状のセルホルダと、セルホルダの表面上に設けられる絶縁部と、セルのカソードには接触しないように、セルと、絶縁部とに跨るように設けられる第１シール部材とを備え、セルホルダには、外周側に設けられる燃料ガス用マニホールドから燃料ガスがセルホルダの枠内に流入するための流入路が設けられており、流入路内には、絶縁部および第１シール部材を支持するための凸状の支持部が設けられている。

この発明の一の局面による燃料電池では、上記のように、流入路内に、絶縁部および第１シール部材を支持するための凸状の支持部を設ける。これにより、絶縁部が流入路側に垂れるように変形するのが抑制されるので、絶縁部と第１シール部材との間に隙間が生じることが抑制される。その結果、第１シール部材に加工を施すことなく、第１シール部材が波打つように変形するのを抑制することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、セルには、カソードが形成される面とは反対側の面にアノードが形成され、発電ユニットは、セルのアノードに電気的に接続されるアノード接続部と、セルのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とをさらに備え、凸状の支持部は、枠状のセルホルダの流入路に対応するアノード接続部上に設けられており、アノード接続部上に設けられた凸状の支持部が、流入路内を介して絶縁部および第１シール部材を支持するように構成されている。このように構成すれば、枠状のセルホルダとアノード接続部とを積層することにより、容易に、凸状の支持部を枠状のセルホルダの流入路内に配置することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、凸状の支持部は、平面視において、略円形形状を有する。このように構成すれば、凸状の支持部を長円形状に形成する場合に比べて、流入路に対する凸状の支持部の専有面積を小さくすることができるので、流入路における燃料ガスが流入可能な領域が小さくなるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、凸状の支持部の先端部分は、略球面形状、または、角部が丸みを有する略円錐台形状に形成されている。このように構成すれば、凸状の支持部の先端部分が尖った形状を有する場合と異なり、絶縁部が傷つくのを抑制することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、凸状の支持部は、１つの流入路に対して、複数設けられている。このように構成すれば、流入路が比較的大きい場合に、絶縁部および第１シール部材を安定した状態で支持することができる。

この場合、好ましくは、複数の凸状の支持部の間の隙間の幅は、凸状の支持部が突出する方向に直交する方向の凸状の支持部の幅よりも大きい。このように構成すれば、複数の凸状の支持部の間の隙間の幅が小さくなることに起因して、燃料ガスの流入に対する抵抗が大きくなるのを抑制することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、セルホルダと、絶縁部との間に設けられる第２シール部材をさらに備え、凸状の支持部の突出高さは、セルホルダの厚みと、第２シール部材の厚みとを加算した厚み以下になるように構成されている。このように構成すれば、凸状の支持部の突出高さが、セルホルダの厚みと第２シール部材の厚みとを加算した厚みよりも大きくなることに起因して、凸状の支持部が絶縁部を過度に上方に押し上げて、第１シール部材と絶縁部との間などに隙間が生じるのを抑制することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、発電ユニットは、セルのアノードに電気的に接続されるアノード接続部と、セルのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とをさらに備え、アノード接続部と、積層される別の発電ユニットのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とは、一体的に形成されて、隣接する発電ユニットを分離するためのセパレータを兼ねており、凸状の支持部は、セパレータをプレス加工することにより形成されている。このように構成すれば、アノード接続部とカソード接続部とが一体的に形成されることにより、燃料電池を構成する部品の点数を少なくすることができる。また、凸状の支持部を、セパレータをプレス加工することにより形成することにより、セパレータとは別個に設けられる凸状の支持部をセパレータに取り付ける場合と比べて、燃料電池を構成する部品の点数を少なくすることができる。また、プレス加工により、容易に、凸状の支持部を形成することができる。

この場合、好ましくは、プレス加工することにより形成されている凸状の支持部の裏側には凹部が形成されており、セパレータの凹部近傍の部分には、セパレータの外周側に設けられる空気用マニホールドから凹部に流入する空気をセパレータの外部に逃がすための逃がし通路が設けられている。このように構成すれば、凹部の周囲の接合が甘くなるなどの異常時に、空気用マニホールドから凹部を介して、空気が燃料ガスに混合することを、逃がし通路により抑制することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、第１シール部材の表面には、ガラス系接合材が配置されている。このように構成すれば、第１シール部材と絶縁部との接合強度をガラス系接合材により高めることができる。

本発明によれば、上記のように、シール部材に加工を施すことなく、シール部材が波打つように変形するのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による燃料電池の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池の模式的な断面図（図６の３００−３００線に沿って燃料電池を切断した時の断面図）である。 本発明の第１実施形態による燃料電池の模式的な断面図（図６の４００−４００線に沿って燃料電池を切断した時の断面図）である。 本発明の第１実施形態による燃料電池のセルの平面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池のセパレータの平面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池のセパレータにセルホルダを積層した状態の斜視図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池のセルホルダの平面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池の絶縁部の平面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池のセル押さえの平面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池の集電プレートおよび集電プレート外枠の平面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池のプレスホルダの平面図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池のカソード／アノード接合体の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池のセパレータにセルホルダを積層した状態の斜視図である。 本発明の第１および第２実施形態の変形例による燃料電池の凸状の支持部の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（燃料電池の構成）
図１〜図１１を参照して、第１実施形態による燃料電池１００の構成について説明する。なお、燃料電池１００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。また、燃料電池１００は、発電ユニット１０を複数積層することにより構成されている。なお、以下では、１つの発電ユニット１０の構成について説明する。なお、図２および図３は、各構成要素を見やすくするために、Ｚ方向の大きさ（厚み）を大きく強調して記載している模式的な断面図である。

図１に示すように、発電ユニット１０には、セル２０、セパレータ３０、セルホルダ４０、絶縁部５０、セル押さえ６０、集電プレート７０（集電プレート外枠７１）、プレスホルダ８０が設けられている。なお、セル押さえ６０は、本発明の「第１シール部材」の一例である。

図２および図４に示すように、セル２０は、アノード２１、固体電界質層２２、カソード２３を含む。なお、セル２０は、少なくとも１つの面（Ｚ１方向側の面）にカソード２３が形成され、カソード２３が形成される面とは反対側の面（Ｚ２方向側の面）にアノード２１が形成されている。また、アノード２１は、固体電界質層２２のＺ２方向側表面の略全面上に設けられている。カソード２３は、固体電界質層２２のＺ１方向側の表面の一部上に設けられている。また、アノード２１のＺ２方向側には、ガス拡散板２４およびアノード側集電部材２５が配置されている。

また、図２に示すように、セパレータ３０は、ガス拡散板２４およびアノード側集電部材２５を介して、セル２０のアノード２１に電気的に接続されるように配置されている。具体的には、セパレータ３０のＺ１方向側の表面３０ａが、ガス拡散板２４およびアノード側集電部材２５を介して、アノード２１に電気的に接続されている。なお、表面３０ａは、本発明の「アノード接続部」の一例である。

ここで、第１実施形態では、セパレータ３０のＺ１方向側の表面３０ａが、セル２０のアノード２１に電気的に接続されるとともに、セパレータ３０のＺ２方向側の表面３０ｂが、Ｚ２方向側に積層される別の発電ユニット１０のカソード２３に電気的に接続されるように構成されている。すなわち、セル２０のアノード２１に電気的に接続される部分と、カソード２３に接続される部分とが一体的に形成されて、隣接する発電ユニット１０を分離するためのセパレータ３０を兼ねている。また、セパレータ３０は、たとえば、ステンレス鋼により形成されている。なお、表面３０ｂは、本発明の「カソード接続部」の一例である。

また、図５に示すように、セパレータ３０には、プレス加工により、Ｘ方向に沿って延びるように設けられる複数の溝部３１が設けられている。また、セパレータ３０には、２つの燃料ガス流入口３２ａおよび３２ｂと、１つの燃料ガス流出口３２ｃとが設けられている。そして、燃料ガス流入口３２ａおよび３２ｂから流入した燃料ガスが、溝部３１を介して、燃料ガス流出口３２ｃから流出する。

また、セパレータ３０には、２つの空気流入口３３ａおよび３３ｂと、１つの空気流出口３３ｃとが設けられている。そして、燃料ガスは、セパレータ３０のＺ１方向側の表面３０ａ上を、Ｘ１方向側からＸ２方向側に流れ、空気は、セパレータ３０のＺ２方向側の表面３０ｂ上を、Ｘ２方向側からＸ１方向側に流れるように構成されている。すなわち、燃料ガスと空気とが対向するように流れる（カウンターフロー）ように構成されている。

ここで、第１実施形態では、枠状のセルホルダ４０の流入路４４（図６参照）に対応するセパレータ３０の表面３０ａ上には、絶縁部５０およびセル押さえ６０を支持するための凸状の支持部３４が設けられている。具体的には、図６に示すように、セパレータ３０にセルホルダ４０を積層した状態で、凸状の支持部３４は、セパレータ３０の後述する流入路４４内に設けられる（配置される）。そして、セパレータ３０の表面３０ａ上に設けられた凸状の支持部３４が、セルホルダ４０の流入路４４内を介して絶縁部５０およびセル押さえ６０をＺ２方向側から支持する（図２参照）ように構成されている。また、凸状の支持部３４は、セルホルダ４０の流入路４４内に加えて、流出路４５内を介して絶縁部５０およびセル押さえ６０をＺ２方向側から支持するように構成されている。また、凸状の支持部３４は、流入路４４（流出路４５内）を流れる燃料ガスを整流する機能を有する。

また、第１実施形態では、図５に示すように、凸状の支持部３４は、平面視において、略円形形状を有する。また、図２に示すように、凸状の支持部３４の先端部分３４ａは、略球面形状に形成されている。

また、第１実施形態では、図５および図６に示すように、凸状の支持部３４は、セパレータ３０の１つの流入路４４（流出路４５）に対して、複数設けられている。具体的には、凸状の支持部３４は、燃料ガス流入口３２ａおよび３２ｂの近傍に、それぞれ、Ｙ方向に沿うように、２つずつ設けられている。また、凸状の支持部３４は、１つの燃料ガス流出口３２ｃの近傍に、Ｙ方向に沿うように、４つ設けられている。ここで、図３に示すように、複数の凸状の支持部３４の間の隙間の幅Ｗ１は、凸状の支持部３４が突出する方向（Ｚ方向）に直交する方向（水平方向）の凸状の支持部３４の幅Ｗ２よりも大きい。

また、第１実施形態では、凸状の支持部３４は、セパレータ３０をプレス加工することにより形成されている。具体的には、凸状の支持部３４は、セパレータ３０がＺ１方向側に突出するようにプレス加工されることにより形成されている。なお、プレス加工することにより形成されている凸状の支持部３４の裏側には凹部３５が形成されている。そして、空気流入口３３ａおよび３３ｂと、空気流出口３３ｃとの近傍には、Ｙ方向に沿って、複数の凹部３５が形成されている。この複数の凹部３５は、セパレータ３０がＺ２方向側に突出するようにプレス加工されることにより形成されている。

また、第１実施形態では、セパレータ３０の凹部３５近傍の部分には、セパレータ３０の外周側に設けられる空気流入口３３ａおよび３３ｂから凹部３５に流入する空気をセパレータ３０の外部に逃がすための切欠き３６ａ〜３６ｄが設けられている。なお、切欠き３６ａ〜３６ｄは、本発明の「逃がし通路」の一例である。切欠き３６ａおよび切欠き３６ｂは、それぞれ、空気流入口３３ａおよび３３ｂと、燃料ガス流出口３２ｃとの間にＸ方向に沿って延びるように形成されている。また、切欠き３６ｃおよび切欠き３６ｄは、それぞれ、燃料ガス流入口３２ａおよび３２ｂと、空気流出口３３ｃとの間にＸ方向に沿って延びるように形成されている。

また、図２に示すように、枠状のセルホルダ４０は、セル２０の外側を取り囲むように設けられている。具体的には、図７に示すように、セルホルダ４０の中央部に開口部４１が設けられており、開口部４１内にセル２０が配置されるように構成されている。なお、セルホルダ４０は、たとえば、ステンレス鋼により形成されている。

また、セルホルダ４０には、２つの燃料ガス流入口４２ａおよび４２ｂと、１つの燃料ガス流出口４２ｃとが設けられている。また、セルホルダ４０には、２つの空気流入口４３ａおよび４３ｂと、１つの空気流出口４３ｃとが設けられている。ここで、第１実施形態では、枠状のセルホルダ４０には、外周側（Ｘ１方向側）に設けられる燃料ガス流入口４２ａおよび４２ｂから燃料ガスがセルホルダ４０の枠内に流入するための流入路４４が設けられている。そして、図６に示すように、セパレータ３０の凸状の支持部３４は、流入路４４内に設けられる（配置される）ように構成されている。また、２つの燃料ガス流入口４２ａおよび４２ｂと流入路４４とは連通しており、空気流出口４３ｃを取り囲むように構成されている。なお、燃料ガス流入口４２ａおよび４２ｂは、本発明の「燃料ガス用マニホールド」の一例である。また、空気流入口４３ａおよび４３ｂは、本発明の「空気用マニホールド」の一例である。

また、枠状のセルホルダ４０には、燃料ガス流出口４２ｃに連通する流出路４５が設けられている。そして、図６に示すように、セパレータ３０の凸状の支持部３４は、流出路４５内に設けられる（配置される）ように構成されている。

また、図７に示すように、セパレータ３０の凹部３５に対応する位置（またはその近傍）に、凹部３５に流入する空気をセルホルダ４０の外部に逃がすための切欠き４６ａ〜４６ｃが設けられている。切欠き４６ａおよび４６ｂは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されている。また、切欠き４６ｃは、略Ｕ字形状に形成されている。また、切欠き４６ａおよび４６ｂは、セパレータ３０の切欠き３６ａおよび３６ｂに連通している。また、切欠き４６ｃは、セパレータ３０の切欠き３６ｃおよび３６ｄに連通している。

そして、流入路４４から流入した燃料ガスが、セル２０の端面に衝突して下方側（Ｚ２方向側）に進路を変えた後、セルホルダ４０のＺ２方向側の面に沿って、セパレータ３０の溝部３１内を移動する。そして、燃料ガスは、セル２０のＸ２方向側において、上方側（Ｚ１方向側）に進路を変えた後、燃料ガス流出口４２ｃから流出する。

また、図７に示すように、セルホルダ４０の表面上には、ホルダシール４８が設けられている。ホルダシール４８は、セルホルダ４０の燃料ガス流入口４２ａおよび４２ｂ、燃料ガス流出口４２ｃ、および、開口部４１を取り囲むように設けられている。また、ホルダシール４８は、セルホルダ４０の空気流入口４３ａおよび４３ｂをそれぞれ取り囲むとともに、空気流出口４３ｃを取り囲むように設けられている。なお、ホルダシール４８は、本発明の「第２シール部材」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図２に示すように、ホルダシール４８は、セルホルダ４０と絶縁部５０との間に設けられ、凸状の支持部３４の突出高さｈは、セルホルダ４０の厚みとホルダシール４８の厚みとを加算した厚みｔ以下になるように構成されている。具体的には、凸状の支持部３４の突出高さｈと厚みｔとは、等しくなる（ｈ＝ｔ）ように構成されている。また、セルホルダ４０と絶縁部５０との間に配置される前のホルダシール４８の厚みは、セルホルダ４０と絶縁部５０との間の隙間の間隔よりも大きい。

また、図２に示すように、絶縁部５０は、セルホルダ４０の表面上（Ｚ１方向側）に設けられている。なお、絶縁部５０は、マイカ（雲母）から構成されている。また、図８に示すように、絶縁部５０には、セル２０が配置される開口部５１、燃料ガス流入口５２ａおよび５２ｂ、燃料ガス流出口５２ｃ、空気流入口５３ａおよび５３ｂ、および、空気流出口５３ｃが設けられている。

また、図２に示すように、セル押さえ６０は、セル２０のカソード２３には接触しないように、セル２０と、絶縁部５０とに跨るように設けられている。なお、セル押さえ６０は、たとえば、ステンレス箔からなる。また、図９に示すように、セル押さえ６０の中央部には、平面視において、セル２０の大きさよりも小さい開口部６１が設けられている。そして、開口部６１の大きさが、セル２０の大きさよりも小さいことにより、セル押さえ６０が、セル２０と、絶縁部５０とに跨るように設けられる。また、セル押さえ６０の外周側には、燃料ガス流入口６２ａおよび６２ｂ、燃料ガス流出口６２ｃ、空気流入口６３ａおよび６３ｂ、および、空気流出口６３ｃが設けられている。

また、第１実施形態では、図２に示すように、セル押さえ６０の表面（両面）には、ガラス系接合材６４が配置されている。図９に示すように、ガラス系接合材６４は、開口部６１、燃料ガス流入口６２ａおよび６２ｂ、燃料ガス流出口６２ｃ、空気流入口６３ａおよび６３ｂ、空気流出口６３ｃを、それぞれ取り囲むように設けられている。

また、図２に示すように、セル２０のカソード２３の表面上（Ｚ１方向側）には、集電プレート７０が配置されている。また、集電プレート７０を取り囲むように、集電プレート外枠７１が設けられている。なお、集電プレート７０と集電プレート外枠７１とは、１枚の板材を加工することにより、同時に形成されている。また、集電プレート７０と集電プレート外枠７１とは、たとえば、ステンレス鋼により形成されている。

また、図１０に示すように、集電プレート外枠７１の外周側には、燃料ガス流入口７２ａおよび７２ｂ、燃料ガス流出口７２ｃ、空気流入口７３ａおよび７３ｂ、および、空気流出口７３ｃが設けられている。

また、図２に示すように、集電プレート外枠７１の表面上（Ｚ１方向側）には、プレスホルダ８０が配置されている。プレスホルダ８０は、たとえば、ステンレス鋼により形成されている。また、図１１に示すように、プレスホルダ８０の中央部には、集電プレート７０が露出するように開口部８１が設けられている。また、プレスホルダ８０の外周側には、燃料ガス流入口８２ａおよび８２ｂ、燃料ガス流出口８２ｃ、空気流入口８３ａおよび８３ｂ、および、空気流出口８３ｃが設けられている。

また、プレスホルダ８０には、セパレータ３０（Ｚ１方向側に積層される別の発電ユニット１０のアノード２１に電気的に接続されるセパレータ３０）の凹部３５に流入する空気をセパレータ３０の外部に逃がすための切欠き８４ａ〜８４ｃが設けられている。切欠き８４ａ〜８４ｃは、セパレータ３０の凹部３５に対応する位置に設けられている。

また、図２に示すように、プレスホルダ８０の表面上（Ｚ１方向側）には、Ｚ１方向側に積層される別の発電ユニット１０のアノード２１に電気的に接続されるセパレータ３０が配置されている。そして、セパレータ３０の溝部３１の下面と、集電プレート７０とが接触する（導通する）ように構成されている。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、流入路４４内に、絶縁部５０およびセル押さえ６０を支持するための凸状の支持部３４を設ける。これにより、絶縁部５０が流入路４４側に垂れるように変形するのが抑制されるので、絶縁部５０とセル押さえ６０との間に隙間が生じることが抑制される。その結果、セル押さえ６０に加工を施すことなく、シール部材が波打つように変形するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、凸状の支持部３４は、枠状のセルホルダ４０の流入路４４に対応するセパレータ３０の表面３０ａ上に設けられており、セパレータ３０の表面３０ａ上に設けられた凸状の支持部３４が、流入路４４内を介して絶縁部５０およびセル押さえ６０を支持するように構成する。これにより、枠状のセルホルダ４０とセパレータ３０（表面３０ａ）とを積層することにより、容易に、凸状の支持部３４を枠状のセルホルダ４０の流入路４４内に配置することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、凸状の支持部３４を、平面視において、略円形形状を有するように構成する。これにより、凸状の支持部３４を長円形状に形成する場合に比べて、流入路４４に対する凸状の支持部３４の専有面積を小さくすることができるので、流入路４４における燃料ガスが流入可能な領域が小さくなるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、凸状の支持部３４の先端部分３４ａを、略球面形状に形成する。これにより、凸状の支持部３４の先端部分が尖った形状を有する場合と異なり、絶縁部５０が傷つくのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、凸状の支持部３４を、１つの流入路４４に対して、複数設ける。これにより、流入路４４が比較的大きい場合に、絶縁部５０およびセル押さえ６０を安定した状態で支持することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、複数の凸状の支持部３４の間の隙間の幅Ｗ１を、凸状の支持部３４が突出する方向に直交する方向の凸状の支持部３４の幅Ｗ２よりも大きくする。これにより、複数の凸状の支持部３４の間の隙間の幅Ｗ１が小さくなることに起因して、燃料ガスの流入に対する抵抗が大きくなるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、セルホルダ４０と、絶縁部５０との間にホルダシール４８を設けて、凸状の支持部３４の突出高さｈを、セルホルダ４０の厚みと、ホルダシール４８の厚みとを加算した厚みｔ以下になるように構成する。これにより、凸状の支持部３４の突出高さｈが、セルホルダ４０の厚みとホルダシール４８の厚みとを加算した厚みｔよりも大きくなることに起因して、凸状の支持部３４が絶縁部５０を過度に上方に押し上げて、セル押さえ６０と絶縁部５０との間などに隙間が生じるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、セパレータ３０の表面３０ａと、積層される別の発電ユニット１０のカソード２３に電気的に接続されるセパレータ３０の表面３０ｂとは、一体的に形成されて、隣接する発電ユニット１０を分離するためのセパレータ３０を兼ねており、凸状の支持部３４を、セパレータ３０をプレス加工することにより形成する。これにより、セパレータ３０の表面３０ａとセパレータ３０の表面３０ｂとが一体的に形成されることにより、燃料電池１００を構成する部品の点数を少なくすることができる。また、凸状の支持部３４を、セパレータ３０をプレス加工することにより形成することにより、セパレータ３０とは別個に設けられる凸状の支持部３４をセパレータ３０に取り付ける場合と比べて、燃料電池１００を構成する部品の点数を少なくすることができる。また、プレス加工により、容易に、凸状の支持部３４を形成することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、プレス加工することにより形成されている凸状の支持部３４の裏側には凹部３５が形成されており、セパレータ３０の凹部３５近傍の部分に、セパレータ３０の外周側に設けられる空気流入口３３ａおよび３３ｂから凹部３５に流入する空気をセパレータ３０の外部に逃がすための切欠き３６ａ〜３６ｄを設ける。これにより、凹部３５の周囲の接合が甘くなるなどの異常時に、空気流入口３３ａおよび３３ｂから凹部３５を介して、空気が燃料ガスに混合することを、切欠き３６ａ〜３６ｄにより抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、セル押さえ６０の表面に、ガラス系接合材６４を配置する。これにより、セル押さえ６０と絶縁部５０（集電プレート外枠７１）との接合強度をガラス系接合材６４により高めることができる。

［第２実施形態］
（燃料電池の構成）
図１２〜図１４を参照して、第２実施形態による燃料電池１１０の構成について説明する。第２実施形態による燃料電池１１０は、上記燃料ガスと空気とが対向するように流れていた（カウンターフロー）第１実施形態と異なり、燃料ガスと空気とが交差するように流れる（クロスフロー）。また、燃料電池１１０は、発電ユニット１２０を複数積層することにより構成されている。なお、以下では、１つの発電ユニット１２０の構成について説明する。

図１２に示すように、第２実施形態による燃料電池１１０（発電ユニット１２０）では、下方側（Ｚ２方向側）から、カソード／アノード接合体１３０、ガス拡散板１４０、アノード側集電部材１４１、セル１４２、絶縁部１５０、および、セル押さえ１６０がこの順で積層されている。なお、セル押さえ１６０は、本発明の「第１シール部材」の一例である。

また、図１３に示すように、カソード／アノード接合体１３０では、集電プレート１３１、カソードプレート１３２、セパレータ１３３、アノードプレート１３４、および、セルホルダ１３５がこの順で積層されている。なお、第２実施形態では、上記セパレータ３０がアノード２１およびカソード２３に接続される部分を兼ねていた第１実施形態と異なり、カソードプレート１３２、セパレータ１３３およびアノードプレート１３４がそれぞれ別個に設けられている。なお、カソードプレート１３２およびアノードプレート１３４は、それぞれ、本発明の「カソード接続部」および「アノード接続部」の一例である。

また、燃料電池１１０では、燃料ガスは、アノードプレート１３４の上面（Ｚ１方向側）を、Ｘ方向に沿って流れるように構成されている。また、空気は、カソードプレート１３２（溝部１３２ａ）を、Ｙ方向に沿って流れるように構成されている。これにより、燃料電池１１０では、燃料ガスと空気とが交差するように流れる（クロスフロー）。

また、図１３に示すように、アノードプレート１３４の外周側には、３つの燃料ガス流入口１３４ａと、３つの燃料ガス流出口１３４ｂとが設けられている。そして、燃料ガス流入口１３４ａの近傍と、燃料ガス流出口１３４ｂの近傍とには、それぞれ、複数の凸状の支持部１３４ｃが設けられている。なお、凸状の支持部１３４ｃは、アノードプレート１３４をプレス加工することにより形成されている。

また、セルホルダ１３５の外周側には、燃料ガス流入口１３５ａと、燃料ガス流出口１３５ｂとが設けられている。また、セルホルダ１３５には、燃料ガス流入口１３５ａと、燃料ガス流出口１３５ｂとにそれぞれ連通するように、流入路１３６ａと、流出路１３６ｂとが設けられている。そして、図１４に示すように、アノードプレート１３４とセルホルダ１３５とが積層された状態で、流入路１３６ａ内および流出路１３６ｂ内を介して、凸状の支持部１３４ｃにより、絶縁部１５０およびセル押さえ１６０が支持されるように構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および実施例は、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、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池以外の燃料電池である、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）などでもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、凸状の支持部がセパレータ（アノードプレート）に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、セパレータ（アノードプレート）とは別個に設けられる凸状の支持部を、セパレータ（アノードプレート）と絶縁部との間に挟み込むようにしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、凸状の支持部の先端部分が略球面形状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１５に示す変形例による燃料電池２００の凸状の支持部２０１のように、支持部２０１の先端部分２０１ａが、角部が丸みを有する略円錐台形状に形成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、凸状の支持部が、１つの流入路に対して、複数設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、流入路の幅が比較的小さい場合には、凸状の支持部を、１つの流入路に対して１つ設けてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、凸状の支持部が、セパレータ（アノードプレート）をプレス加工することにより形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、凸状の支持部を、プレス加工以外の方法により形成してもよい。

また、上記第１実施形態では、セパレータが、アノードに電気的に接続される部分とカソードに電気的に接続される部分とを兼ねている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２実施形態のように、アノードに電気的に接続される部分（アノードプレート）と、カソードに電気的に接続される部分（カソードプレート）と、隣接する発電ユニットを分離するためのセパレータを別個に設けてもよい。

また、上記第１実施形態では、凸状の支持部の突出高さが、セルホルダの厚みとホルダシールの厚みとを加算した厚みと等しくなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、凸状の支持部の突出高さが、セルホルダの厚みとホルダシールの厚みとを加算した厚みよりも小さくなるように構成されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、本発明の逃がし通路として切欠きを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の逃がし通路として溝部を用いてもよい。

１０、１２０ 発電ユニット
２０、１４２ セル
２１ アノード
２３ カソード
３０ セパレータ
３０ａ 表面（アノード接続部）
３０ｂ 表面（カソード接続部）
３４、１３４ｃ 支持部
３４ａ、２０１ａ 先端部分
３５ 凹部
３６ａ〜３６ｄ 切欠き（逃がし通路）
４０、１３５ セルホルダ
４２ａ、４２ｂ 燃料ガス流入口（燃料ガス用マニホールド）
４３ａ、４３ｂ 空気流入口（空気用マニホールド）
４４、１３６ａ 流入路
４８ ホルダシール（第２シール部材）
５０、１５０ 絶縁部
６０、１６０ セル押さえ（第１シール部材）
６４ ガラス系接合材
１００、１１０、２００燃料電池
１３２ カソードプレート（カソード接続部）
１３４ アノードプレート（アノード接続部）

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、凸状の支持部は、平面視において、円形形状を有する。このように構成すれば、凸状の支持部を長円形状に形成する場合に比べて、流入路に対する凸状の支持部の専有面積を小さくすることができるので、流入路における燃料ガスが流入可能な領域が小さくなるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、凸状の支持部の先端部分は、球面形状、または、角部が丸みを有する円錐台形状に形成されている。このように構成すれば、凸状の支持部の先端部分が尖った形状を有する場合と異なり、絶縁部が傷つくのを抑制することができる。

上記一の局面による燃料電池において、好ましくは、発電ユニットは、セルのアノードに電気的に接続されるアノード接続部と、セルのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とをさらに備え、アノード接続部と、積層される別の発電ユニットのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とは、一体的に形成されて、隣接する発電ユニットを分離するためのセパレータを兼ねており、凸状の支持部は、セパレータに一体的に設けられている。このように構成すれば、アノード接続部とカソード接続部とが一体的に形成されることにより、燃料電池を構成する部品の点数を少なくすることができる。また、凸状の支持部を、セパレータをプレス加工することにより形成することにより、セパレータとは別個に設けられる凸状の支持部をセパレータに取り付ける場合と比べて、燃料電池を構成する部品の点数を少なくすることができる。また、プレス加工により、容易に、凸状の支持部を形成することができる。

この場合、好ましくは、凸状の支持部の裏側には凹部が形成されており、セパレータの凹部近傍の部分には、セパレータの外周側に設けられる空気用マニホールドから凹部に流入する空気をセパレータの外部に逃がすための逃がし通路が設けられている。このように構成すれば、凹部の周囲の接合が甘くなるなどの異常時に、空気用マニホールドから凹部を介して、空気が燃料ガスに混合することを、逃がし通路により抑制することができる。

Claims (10)

1. 発電ユニットを複数積層することにより構成される燃料電池であって、
   前記発電ユニットは、
   少なくとも１つの面にカソードが形成されたセルと、
   前記セルの外側を取り囲むように設けられる枠状のセルホルダと、
   前記セルホルダの表面上に設けられる絶縁部と、
   前記セルの前記カソードには接触しないように、前記セルと、前記絶縁部とに跨るように設けられる第１シール部材とを備え、
   前記セルホルダには、外周側に設けられる燃料ガス用マニホールドから燃料ガスが前記セルホルダの枠内に流入するための流入路が設けられており、
   前記流入路内には、前記絶縁部および前記第１シール部材を支持するための凸状の支持部が設けられている、燃料電池。
2. 前記セルには、前記カソードが形成される面とは反対側の面にアノードが形成され、
   前記発電ユニットは、
   前記セルの前記アノードに電気的に接続されるアノード接続部と、
   前記セルのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とをさらに備え、
   前記凸状の支持部は、枠状の前記セルホルダの前記流入路に対応する前記アノード接続部上に設けられており、
   前記アノード接続部上に設けられた前記凸状の支持部が、前記流入路内を介して前記絶縁部および前記第１シール部材を支持するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記凸状の支持部は、平面視において、略円形形状を有する、請求項１に記載の燃料電池。
4. 前記凸状の支持部の先端部分は、略球面形状、または、角部が丸みを有する略円錐台形状に形成されている、請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記凸状の支持部は、１つの前記流入路に対して、複数設けられている、請求項１に記載の燃料電池。
6. 複数の前記凸状の支持部の間の隙間の幅は、前記凸状の支持部が突出する方向に直交する方向の前記凸状の支持部の幅よりも大きい、請求項５に記載の燃料電池。
7. 前記セルホルダと、前記絶縁部との間に設けられる第２シール部材をさらに備え、
   前記凸状の支持部の突出高さは、前記セルホルダの厚みと、前記第２シール部材の厚みとを加算した厚み以下になるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池。
8. 前記発電ユニットは、
   前記セルのアノードに電気的に接続されるアノード接続部と、
   前記セルのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とをさらに備え、
   前記アノード接続部と、積層される別の発電ユニットのカソードに電気的に接続されるカソード接続部とは、一体的に形成されて、隣接する発電ユニットを分離するためのセパレータを兼ねており、
   前記凸状の支持部は、前記セパレータをプレス加工することにより形成されている、請求項１に記載の燃料電池。
9. プレス加工することにより形成されている前記凸状の支持部の裏側には凹部が形成されており、
   前記セパレータの前記凹部近傍の部分には、前記セパレータの外周側に設けられる空気用マニホールドから前記凹部に流入する空気を前記セパレータの外部に逃がすための逃がし通路が設けられている、請求項８に記載の燃料電池。
10. 前記第１シール部材の表面には、ガラス系接合材が配置されている、請求項１に記載の燃料電池。

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