WO2004079838A2

WO2004079838A2 - セパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法

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Publication number: WO2004079838A2
Application number: PCT/JP2004/002891
Authority: WO
Inventors: Kazuhiko Otsuka
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2004-09-16
Also published as: WO2004079838A3; US20060105213A1

Description

セパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法

明

技術分野

本発明は、発電を行う際の燃料電池装置の温度を略均一に維持することができるセパレータ、燃料電池装置及書び燃料電池装置の温度調整方法に関する。

背景技術

燃料電池は、例えば水素ガスの如き燃料ガスと空気に含まれる酸素ガスの如き酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されている。また、燃料電池は、発電セルを複数結合させることにより出力される電力量を高めることが可能である。例えば固体高分子電解質膜の両面に電極を形成してなる接合体を発電体とし、この発電体をセパレータで挟みこんで発電セルが形成される。さらに、このような発電セルが積層されたスタック構造を有する燃料電池本体を発電部とする燃料電池も開発されている。

燃料電池は水素と酸素の化学反応によって発電を行うため、電気化学的な反応による損失分や発電部を構成する材料の電気抵抗などによって発熱し、発電セルが積層されてなる燃料電池本体の温度が上昇する。燃料電池本体は、実質的に発電を行う発電部であり、発電部の温度上昇は安定した発電を行うためには好ましくない。例えば、固体高分子電解質膜とかかる固体高分子電解質膜を挟む電極とから構成される発電体を有する固体高分子型燃料電池においては、固体高分子電解質膜に含まれる水分量が温度上昇と共に減少し、ドライアップと呼ばれる不具合を招く場合がある。よって、固体高分子電解質膜に好適な水分を吸湿させた状態で安定した発電を行うためには、燃料電池本体とされる発電部から熱を外部へ放熱する技術が重要とされる。

このような問題点を改善するために各種技術開発が活発に行われており、スタック構造を有する発電部から熱を放熱するための技術として、スタック構造を有する発電部に配設された各セパレータに放熱フインを設けることにより放熱を行う技術が知られている（例えば特許文献 1 (特開平 1 0— 1 6 2 8 4 2号公報））。また、プレート型ヒートパイプにより発電部を冷却する技術も提案されている (例えば特許文献 2 (特開平 1 1一 2 1 4 0 1 7号公報）及ぴ 3 (特開 2 0 0 0— 3 5 3 5 3 6号公報） ) 。

しかしながら、特許文献 1により開示された技術によれば、発電体とこの発電体に直接接して挟み込むセパレータ本体部とで構成される発電セルにおいて、発電を行う際に生じる熱はセパレータ本体部に設けられた放熱フィンから外部に放熱されるだけでなく、セパレータ本体部の他の側縁部からも放熱される。さらに、発電セルで生じる熱はセパレータ本体部から放熱フィンに伝熱されるに止まらず、発電部の高さ方向、すなわちセパレータ本体部と発電体とが積層される積層方向にも伝熱される。したがって、スタック構造を有する発電部においては、発電時に発電部の上部、中央部及び下部で温度を比較した場合に、上述した積層方向に関する位置に応じて各部で温度が異なる場合がある。具体的には、積層方向に関して発電部の中央部に位置する発電セルの温度が他の発電セルより高くなり、発電部の上部及び下部を構成する発電セルの温度が低くなる傾向にある。このように、発電部の中央部から上部、発電部の中央部から下部に亘つて温度勾配が生じた状態で発電を行った場合には. 他の発電セルより温度が高い発電セル、特に発電部の中央付近に配設される発電セルにドライアップなどの不具合が生じ、発電部による安定した発電を行うことが困難となる場合がある。

また、特許文献 2， 3により開示された技術においても特許文献 1に記載された技術と同様に、発電部に配設される発電セルの位置に応じて発電セルの温度を調整する技術については言及されておらず、スタック構造を有する発電部について発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関して生じる温度勾配を改善し、発電部全体の温度を均一に維持しながら発電を行うことは難しい。

さらに、放熱フィンから効率良く放熱させるためには、放熱フィンと、放熱フィンの周辺に存在して放熱ブインを冷却する空気との間で熱が伝達されやすい環境条件を整えることが重要となる。さらに、放熱フィンからの放熱量は、放熱フィンのサイズや形状に応じて変動し、特に発電部を小型化する際には、効率良く放熱が行われるように放熱フィンのサィズゃ形状を設計することも重要となる。しかしながら、特許文献 1においては、発電部からの放熱を行う放熱フィンがアルミニゥムなどの金属材料で形成されていることや平板形状を有していることを述べるに止まっており、さらに放熱効率を高めることを可能とする放熱フィンの詳細な形状については言及されていない。

特許文献 2， 3により開示された技術によれば、熱を発電部の外部に放熱するための伝熱部材としてヒートパイプが用いられている。このようなヒートパイプが接続されたセパレータを備える燃料電池においては. 燃料電池の構造が複雑となり、燃料電池を小型化する際に支障をきたす場合がある。したがって、燃料電池から効率良く放熱して安定した発電を行うことが可能とされ、且つ燃料電池の小型化に十分対応することができる技術が求められている。

よって、本発明は上述の問題点を鑑み、スタック構造を備える発電部において、積層方向に関して発電セルが配設される位置に応じて各発電セルの温度が調整され、発電部全体の温度を略均一に維持しながら発電を行うことができるセパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法を提供することを目的とする。

また、本癸明は上述の如き問題点を鑑み、発電部からの放熱効率を高めることができると共に燃料電池を小型化することが可能であるセパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法を提供することを目的とする。発明の開示

本発明にかかるセパレータは、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセパレータであって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の断面積が、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関して、セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていることを特徴とする。本発明にかかるセパレータによれば、放熱部の断面積の大きさに応じて各セパレータ本体部から放熱部に伝わる熱量が異なることから、発電部全体の温度が均一となるように各セパレータ本体部から各放熱部に所定の熱量を伝えることができる。本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の断面積は、発電体とセパレータ本体部とが積層されてなる燃料電池本体において、積層方向に関して放熱部より外側に配設される放熱部の断面積より大きいことを特徴とする。このような放熱部によれば、発電体とセパレータ本体部とで構成される発電セルが配設される位置に応じて発電セルから放熱部に伝熱される伝熱量を調整することができ、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関して各発電セルの温度を略均一とすることが可能となる。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部は略平板状とされることを特徴とする。このような放熱部によれば、放熱部の断面積を設定する際に放熱部の所定の寸法を変更することにより正確に断面積を設定することができる。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の断面積は、放熱部の幅寸法、及ぴ厚み寸法のうち少なくとも一の寸法を変えることにより設定されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部の幅寸法、及ぴ厚み寸法のうち少なくとも一の寸法を変えることにより発電部全体の温度を均一にすることができるだけでなく、発電部全体の温度が略均一になるように放熱部の設計を容易に行うことができる。

本発明にかかるセパレータは、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセパレータであって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の表面積は、発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して、セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていることを特徴とする。本発明にかかるセパレータによれば、放熱部の表面積の大きさに応じて各放熱部から放熱される放熱量を調整し、発電部全体の温度が均一となるように各放熱部から所定の熱量を放熱することにより発電部の温度を略均一にすることができる本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の表面積は、発電体とセパレータ本体部とが積層されてなる燃料電池本体において、積層方向に関して放熱部より外側に配設される放熱部の表面積より大きいことを特徴とする。このような放熱部によれば、発電体とセパレータ本体部とで構成される発電セルが配設される位置に応じて放熱部から放熱される放熱量を調整することができ、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関して各発電セルの温度を略均一とすることが可能となる, 本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部は略平板状とされることを特徴とする。このような放熱部によれば、放熱部の表面積を設定する際に放熱部の所定の寸法を変更することにより正確に表面積を設定することができる。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の表面積は、放熱部の幅寸法、長さ寸法、及ぴ厚み寸法のうち少なくとも一の寸法を変えることにより設定されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、発電部全体の温度を均一にすることができるだけでなく、放熱部の幅寸法、長さ寸法、及び厚み寸法のうち少なくとも一の寸法を変えることより発電部全体の温度が略均一になるように放熱部の設計を容易に行うことができる。

本発明にかかるセパレータは、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセパレータであって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の熱放射率が、発電体とセパレ一タ本体部とが積層される積層方向に関して、セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていることを特徴とする。本発明にかかるセパレータによれば、放熱部の熱放射率の大きさに応じて各放熱部から放熱される放熱量を調整することができ、発電部全体の温度を略均一とすることができる。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の熱放射率は、発電体とセパレータ本体部とが積層されてなる燃料電池本体において、積層方向に関して放熱部より外側に配設される放熱部の熱放射率より大きいことを特徴とする。このような放熱部によれば、発電体とセパレータ本体部とで構成される発電セルが配設される位置に応じて放熱部から放熱される放熱量を調整することができ、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関して各発電セルの温度を略均一とすることが可能となる。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の熱放射率は、放熱部の表面の表面粗さを変えることにより設定されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部のサイズや外形などの設計を変更することなく放熱部からの放熱量を変えることが可能となる。

さらに、本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の熱放射率は、放熱部の表面に対する表面処理を変えることにより設定されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部のサイズや外形などの設計を変更することなく放熱部からの放熱量を変えることが可能となる。

本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と他発電体とを電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、セパレータは、発電体と接するセパレータ本体部と前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを有し、発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して隣り合う放熱部の間隔が、積層方向に関して放熱部が前記燃料電池本体に配設される位置の違いに応じて所要の間隔とされていることを特徴とする。本発明にかかる燃料電池装置によれば、隣り合う放熱部の間に流動する空気の流量が積層方向に関する放熱部の位置に応じて異なることにより放熱部から放熱される熱量を変えることが可能である。これにより、燃料電池本体全体の温度を均一にすることができ、安定した発電をおこなうことが可能となる。本発明にかかる燃料電池装置においては、燃料電池本体に供給される酸化用流体を各放熱部の間に流動させて放熱部からの放熱が行われることを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、燃料電池本体に酸化用流体を供給し、隣り合う放熱部の間に流動される酸化用流体の流量を調整することにより放熱部からの放熱量を変えることが可能となる。これにより、燃料電池本体全体の温度を均一にすることができ、安定した発電を行うことができる。

さらに、本発明にかかる燃料電池装置においては、所定の間隔は、積層方向に関して燃料電池本体の外側に位置して隣り合う放熱部の間隔ほど小さいことを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、燃料電池本体の中央部に比べて温度上昇が小さい外側の発電セルからの放熱量を抑制することにより燃料電池本体の全体の温度上昇を抑制すると共に燃料電池本体の温度を略均一にすることができる。

また、本発明にかかる燃料電池装置においては、セパレータ本体部の厚み寸法は、積層方向に関して燃料電池本体の外側に位置するセパレータ本体部ほど小さいことを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、各セパレータ本体部に同じ厚み寸法を有する放熱部を突設した場合には、隣り合うように配設されたセパレータ本体部の厚み寸法に応じて隣り合う放熱部の間隔が決まることとなり、燃料電池本体の外側に位置する放熱部ほど隣り合う放熱部との間隔が狭くなる。これにより、燃料電池本体の温度上昇を抑制され、さらに燃料電池本体の外側に位置する放熱部ほど放熱量が抑制されることにより燃料電池本体の全体の温度を均一にすることが可能となる。

また、本発明にかかる燃料電池装置においては、放熱部の厚み寸法と放熱部が突設されるセパレータ本体部の厚み寸法の差は、積層方向に関して燃料電池本体の外側ほど小さいことを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、隣り合うように配設されたセパレータ本体部について、各セパレータ本体部の厚み寸法とこれらセパレータ本体部に突設される放熱部の厚み寸法がそれぞれ異なる場合でも、放熱部の厚み寸法と放熱部が突設されるセパレータ本体部の厚み寸法の差に応じて隣り合う放熱部の間隔が決まることとなり、燃料電池本体の外側に位置する放熱部ほど隣り合う放熱部との間隔が狭くなる。これにより、電池本体の外側に位置する放熱部ほど放熱量が抑制され、発電セルが配設される位置に応じて放熱部からの放熱量が調整されて燃料電池本体の全体の温度を均一にすることができる。

本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と発電体に隣り合う発電体を電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、セパレータは、発電体と接するセパレータ本体部とセパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の断面積が、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関して前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていることを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、各セパレーク本体部から放熱部に伝わる伝熱量が調整され、燃料電池本体の全体の温度を均一に維持しながら安定した状態で発電を行うことができる。

本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、セパレータは、発電体と接するセパレータ本体部と前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを有し、放熱部の表面積が、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向に関してセパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていることを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、放熱部から放熱される熱量が各放熱部で調整され、燃料電池本体の全体の温度を均一に維持しながら安定した状態で発電を行うことができる。

本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、セパレータは、発電体と接するセパレータ本体部とセパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを有し、放熱部の熱放射率が、発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関してセパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていることを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、放熱部のサイズゃ外形などの設計を変えることなく放熱部から放熱される熱量を調整することができるため、燃料電池本体の設計を変更することなく簡単に燃料電池本体全体の温度を略均一に維持することができる。

本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法は、発電体と、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体の温度を調整する燃料電池装置の温度調整方法であって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とによりセパレータを構成し、燃料電池本体を冷却するための冷却用流体を放熱部の周辺に流動させ、発電体とセパレータとが積層される積層方向に関して、放熱部が配設される位置の違いに応じて放熱部からの放熱量を調整することを特徴とする。このような燃料電池装置の温度調整方法によれば、スタック構造を有する燃料電池本体の温度が積層方向に関して略均一となるように放熱部からの放熱量が調整することができ、安定した発電を行うことができる。

本発明にかかるセパレータは、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセパレータであって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みは、放熱部の中央部の厚みに比べて薄いことを特徴とする。本発明にかかるセパレータによれば、放熱部から熱が伝達される冷却用流体が放熱部の周辺を流動する際の流れに対する抵抗を低減することが可能となり、放熱部の間に流動される冷却用流体の流量を殆ど低減させることがない。したがって、外部から一定の流量で供給される冷却用流体に応じた放熱量を確保することができる。本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部を冷却するための冷却用流体が放熱部の周辺に流動されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部から熱を受け取った冷却用流体を排出しながら新たな冷却用流体を放熱部の周辺に流動させることが可能となり、発電を行う際に常時十分な熱容量を有する冷却用流体に放熱することができ

O o

このようなセパレータにおいては、放熱部の縁部は、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向で隣り合うように位置する放熱部の間に冷却用流体が流れ込む入口側に臨むことを特徴とする。このようなセパレータによれば、冷却用流体を隣り合う放熱部の間に滑らかに流動させることが可能となる。したがって、隣り合う放熱部の間を狭めた場合でも冷却用流体の流量を低下させることがないため、放熱部からの放熱効率を殆ど低下させることがない。

また、このようなセパレータにおいては、放熱部の縁部は、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向で隣り合うように位置する放熱部の間から冷却用流体が流れ出る出口側に臨むことを特徴とする。このようなセパレータによれば、隣り合う放熱部の間の出口側で生じる圧力損失を低減することが可能となる。よって、隣り合う放熱部の間を狭めた場合でも冷却用流体の流量を低下させることがないため放熱効率を殆ど低下させることがない。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の緣部は、放熱部がセパレータ本体部の側縁部から突設されて延在される向きに沿って延在することを特徴とする。このようなセパレータによれば、冷却用流体が流動する際の圧力損失を放熱部の全体で低減することができ、放熱部の表面全体から効率良く放熱することができる。

本発明にかかるセパレータにおいては、縁部の断面はテーパー形状とされることを特徴とする。このようなセパレータによれば、冷却用流体の流動が放熱部の縁部によって殆ど阻害されることなく円滑に流動される。

このようなセパレータにおいては、中央部の断面は矩形状とされ、縁部は中央部の表面に対して傾斜した傾斜面を備えることを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部から中央部に亘つて冷却用流体が流動する際に冷却用流体を円滑に流動させることができ、放熱部の表面に沿って流動する冷却用流体と、隣り合う放熱部の間に流動する冷却用流体との干渉を抑制することができる。これにより、隣り合う放熱部の間に流動する冷却用流体の流量を低減させることなく、放熱効率を殆ど低下させることがない。

さらに、このようなセパレータにおいては、中央部の表面と傾斜面との境界は曲面とされることを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部と中央部を曲面によって滑らかに繋ぐことにより、冷却用流体を放熱部の表面に沿って隣り合う放熱部の間に滑らかに流動させることができる。

また、このようなセパレータにおいては、傾斜面と縁部の端面との境界は曲面とされることを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部の端面と傾斜面とを滑らかに繋ぐことにより、縁部によって冷却用流体の流動が阻害されることが殆どない。

さらにまた、このようなセパレータにおいては、中央部の表面と傾斜面との境界とされる曲面の曲率は、傾斜面と縁部の端面との境界とされる曲面の曲率より大きいことを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部の端面と縁部の主面との境界とされる曲面に沿って冷却用流体を滑らかに流動させることができる。さらに、隣り合う放熱部の間に流動する冷却用流体と、放熱部の表面に近い領域を流動する冷却用流体との干渉を抑制することもできる。

また、このようなセパレータにおいては、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向で放熱部が配設される位置の違いに応じて、中央部の表面と傾斜面との境界とされる曲面の曲率と、傾斜面と縁部の端面との境界とされる曲面の曲率とが所要の値となるように設定されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、積層方向に関して発電体及ぴセパレータ本体部の温度に応じて放熱部毎に冷却用流体の流量を調整することが可能であり、温度が上昇し易い発電体及びセパレータ本体部からの放熱量を他の発電体及ぴセパレータ本体部より高めておくことができる。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の縁部は、セパレータ本体部の側縁部から延在されるように設けられる放熱部の先端部であることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部が延在される向きと略直交する向きに冷却用流体が流動される際に、冷却用流体の流動が放熱部の先端部によって阻害されることが殆どなく、冷却用流体の流量を低下させることがない。

本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の表面は、放熱部を冷却するための冷却用流体の流動を阻害する抵抗を低減するように所要の表面粗さを有することを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部の形状だけでなく、放熱部の表面により冷却用流体の流量を調整することができ、隣り合う放熱部の間を狭めた場合でも十分な流量を確保して放熱を行うことができる。

本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、セパレータは、発電体と接するセパレータ本体部とセパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みが放熱部の中央部の厚みに比べて薄くなるように設定されていることを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、隣り合う放熱部の間に冷却用流体が流動される際に冷却用流体の流動を妨げることなく、十分な流量を確保することができる。さらに、燃料電池装置の小型化する際に、隣り合う放熱部の間に冷却用流体を流動させるための十分なスペースを確保することが困難な場合でも、冷却用流体の干渉を抑制することにより十分な流量を維持することができる, これにより、燃料電池本体の温度上昇を抑制しながら安定して発電を行うことができる。

本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法は、発電体と、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体の温度を調整する燃料電池装置の温度調整方法であって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とによりセパレータを構成し、放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みを放熱部の中央部の厚みに比べて薄くなるように設定し、燃料電池本体を冷却するための冷却用流体を前記放熱部の周辺に流動させることを特徴とする。このような燃料電池装置の温度調整方法によれば、冷却用流体の流動を阻害することなく円滑に流動させることができ、発電を行う際に熱を受け取った冷却用流体を排出しながら十分な熱容量を有する冷却用流体を隣り合う放熱部の間に常時取り込むことが可能となるよって、放熱部を介して燃料電池本体から十分に放熱することができ、温度上昇を抑制しながら安定した発電を行うことが可能となる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明にかかる燃料電池装置の構成を示す分解斜視図である _c 図 2 A乃至図 2 Dは、本発明にかかる燃料電池を構成する筐体の構造を示す構造図であって、図 2 Aは側面図、図 2 Bは他の側面を示す側面図、図 2 Cは端面図、図 2 Dは他の端面を示す端面図である。

図 3は、本発明の第 1実施例にかかる燃料電池装置を構成する発電部の概観を示す斜視図である。

図 4は、本発明の第 1実施例にかかる燃料電池装置を構成する発電部の一部を示す分解斜視図である。

図 5 A及び図 5 Bは、本発明にかかる燃料電池を構成するセパレータの基本的な構造を示す構造図であって、図 5 Aはセパレータの表面側の構造を示す平面図、図 5 Bは裏面側の構造を示す平面図である。

図 6は、本発明にかかる燃料電池装置に好適な発電部の一例を側面側からみた側面図である。

図 7は、図 6に示す発電部が備える放熱フィンを模式的に示した斜視断面図である。

図 8は、本発明にかかる燃料電池装置に好適な発電部の一例を側面側からみた側面図である。

図 9は、図 8に示す発電部が備える放熱フィンを模式的に示した斜視断面図である。

図 1 0は、本発明にかかる燃料電池装置に好適な発電部の一例を側面側からみた側面図である。図 1 1は、本発明にかかる燃料電池装置に好適な発電部の一例を側面側からみた側面図である。

図 1 2 A乃至図 1 2 Cは、本発明にかかるセパレータに好適な放熱フィンを模式的に示した断面図であり、図 1 2 Aは表面が平滑な放熱フィンの断面図であり、図 1 2 Cは表面の表面粗さが大きい放熱フインの断面図である。

図 1 3は、本発明の第 2実施例にかかる燃料電池装置を構成する発電部の概観を示す斜視図である。

図 1 4は、本発明の第 2実施例にかかる燃料電池装置を構成する発電部の一部を示す分解斜視図である。

図 1 5は、本発明にかかるセパレータの概観を示す斜視図である。

図 1 6は、同セパレータに設けられる放熱フィンの構造を示す断面図である。

図 1 7 A及ぴ図 1 7 Bは、同セパレータの構造を示す平面図であって. 図 1 7 Aはセパレータの表面側の構造を示す平面図、図 1 7 Bは裏面側の構造を示す平面図である。

図 1 8 A及ぴ図 1 8 Bは、放熱ブインの近傍を流れる空気の流れを説明する図であり、図 1 8 Aは断面形状が矩形状である放熱フィンの近傍における空気の流れを説明する図、図 1 8 Bは本発明にかかるセパレータに設けられる放熱フィンの近傍における空気の流れを説明する図である。

図 1 9は、本発明にかかるセパレータの別の例を示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置について説明する。本発明にかかるセパレータは放熱部に特徴を有し、さらに本発明にかかるセパレータにより構成される燃料電池本体、すなわち発電部を搭載する燃料電池装置は、放熱部の特徴を生かして発電部の温度を均一に維持しながら発電を行うことができる燃料電池装置である。

<第 1実施例 >

先ず、図 1乃至図 7を参照しながら本発明にかかるセパレータ及ぴ燃料電池装置の構成を説明する。図 1に示すように、燃料電池装置 1は、筐体 1 0、制御基板 2 0、発電部 7 0、冷却ファン 5 1、空気供給ファン 5 2， 5 3、水素パージパルプ 5 4、レギユレータ 5 5及ぴ手動バルブ 5 6を備える。また、燃料電池装置 1は、水素ガスを吸蔵させた水素吸蔵カートリッジ 6 0から供給される水素ガスを受け取り、発電を行う。図 1乃至図 2 Dに示すように、筐体 1 0は略直方体形状の外形を有し、燃料電池装置 1に搭載される各種機器を覆うように内部が空洞とされると共に底面が開放されている。筐体 1 0は排気口 1 1， 1 2及び 1 3、吸気口 1 4， 1 5を備え、筐体 1 0の上面の端部は排気口 1 1， 1 2， 1 3が形成された側面に向かう傾斜面とされる。図 2 Aに示すように、排気口 1 1 と排気口 1 2， 1 3とは筐体 1 0の側面に隣り合うように形成され、発電部 7 0を冷却するために燃料電池装置 1内で流動された空気と発電部 7 0による発電反応後の空気とが排気口 1 1， 1 2， 1 3からそれぞれ排出される。排気口 1 1は、発電部 7 0を構成するセパレータに設けられた放熱部から熱を放熱させるために、燃料電池装置 1から空気を排出する吐き出し口である。さらに、排気口 1 1は、筐体 1 0の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。排気口 1 2、 1 3は、発電部 7 0が発電を行った後の排気を排出するための吐き出し口とされる。排気口 1 2、 1 3は、筐体 1 0の側面に矩形状に開口し、排気口 1 1に沿って上下方向に複数形成されている。

図 2 Bに示したように、吸気口 1 4， 1 5は、筐体 1 0の排気口 1 1 及び排気口 1 2， 1 3が形成された筐体 1 0の側面と対面する側面に形成され、吸気口 1 4， 1 5から発電部 7 0を冷却するための空気と発電部 7 0による発電反応に供される酸素を含む空気とがそれぞれ燃料電池装置 1内に取り込まれる。吸気口 1 4は、発電部 7 0を構成するセパレ一タに設けられた放熱部から熱を放熱させるための空気を取り込むための取り込み口であり、筐体 1 0の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。吸気口 1 5は、発電部 7 0が発電を行う際に発電部 7 0に供給される空気が取り込まれるための取り込み口とされ、吸気口 1 4と同様に筐体 1 0の側面に略矩形状に開口し、吸気口 1 4に沿つて上下方向に複数形成されている。

図 1、図 2 Cに示すように、筐体 1 0の一の端面には燃料電池装置 1 と外部との間で各種信号を送受信するための配線が通される接続孔 1 6 及び切り欠き部 1 7が形成されている。切り欠き部 1 7は接続孔 1 6が形成された端面の下側の一部に形成され、外部と燃料電池装置 1の内部との間で各種信号を送受信するための配線が切り欠き部 1 7に通される, また、図 2 Dに示すように、接続孔 1 6及び切り欠き部 1 7が形成された端面の反対側に位置する端面にも接続孔 1 6及ぴ切り欠き部 1 7と同様に配線などを通すための接続孔 1 8が形成されている。

図 1に示すように、制御基板 2 0は発電部 7 0の上側に配設され、燃料電池装置 1を構成する各種機器を制御するための制御回路が形成されている。制御回路の詳細については図中において詳細に示さないが、例えば冷却ファン 5 1、空気供給ファン 5 2， 5 3の駆動の制御、或いは水素パージバルブ 5 4の開閉動作の制御回路、発電部 7 0により出力される電圧を昇圧する D C / D Cコンパータの如き電圧.変換回路を制御基板 2 0に搭載することができる。さらにセンサにて検知された温度や湿度などの各種環境条件を取得することにより各種機器の駆動に関する指示を制御基板 2 0に実装された回路に行わせることもできる。また、本例の燃料電池装置 1においては燃料電池装置 1内に制御基板 2 0が配設されるが、制御基板 2 0は燃料電池装置 1の外部に配設されていても良く、例えば、燃料電池装置 1から駆動用の電力が提供される各種電子機器に制御基板 2 0を配設しておくこともできる。

次に、図 1、図 3乃至図 7を参照しながら、燃料電池本体とされる発電部 7 0の構造を説明する。

図 1及び図 3に示すように、発電部 7 0は略直方体形状を有し、基台 5 7に配設されている。発電部 7 0は、 9枚のセパレータ 7 1の間にそれぞれ発電体としての接合体 7 2が挟みこまれてなる発電セルから構成され、これら発電セルが 8個直列に接続された構造を有している。このような発電セルは 1素子で約 0 . 6 Vの電圧を出力することができるため、発電部 7 0の全体では 4 . 8 Vの電圧を出力することが可能である。発電部 7 0は、約 2 Aの電流を流すことが可能であり出力される電力は理想的には 9 . 6 Wとなるが、発電反応における発熱などによって実際の出力電力は理想的な出力電力の約 7割である約 6 . 7 Wとされる。しかしながら、接合体 7 2に含まれる水分量の調整や発電部 7 0への水素ガスの円滑な供給によりさらに出力電力を高めることができる。また、発電部 7 0を形成する発電セルは本例のように 8素子に限定するものではなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数の発電セルにより発電部 7 0を形成することもできる。発電部 7 0の側面 7 9には各セパレータ 7 1に形成された開口部 7 7が臨み. 発電部 7 0の側面 7 9の反対側の側面にも各開口部 7 7に対応するように開口部 4 0が形成されている。開口部 7 7 と、開口部 7 7が臨む側面 7 9と反対側の側面に臨む開口部 4 0を介して、発電部 7 0に対する空気の供給、及び排出が行われる。セパレータ 7 1は、セパレータ本体部 7 4と放熱フィン 7 3とから構成される。セパレータ本体部 7 4は接合体 7 2と積層される。放熱フィン 7 3は、セパレータ本体部 7 4の側緣部に設けられ、発電が行われる際に発電部 7 0の温度上昇を抑制するために放熱を行う。放熱フィン 7 3は、発電部 7 0の高さ方向、すなわちセパレータ 7 1 と接合体 7 2 とが積層される積層方向に配設される位置に応じてそれぞれ異なる幅寸法を有している。また、セパレータ本体部 7 4の側縁部からの長さ、すなわち放熱ブイン 7 3の長さ寸法は、発電部 7 0を構成する各放熱フィンについて同様の長さ寸法とされる。

また、図 1に示すように、発電部 7 0の側面 7 9に沿って、冷却ファン 5 1、空気供給ファン 5 2， 5 3が隣り合うように配設されている。冷却ファン 5 1は、放熱フィン 7 3の側面側から各放熱フィン 7 3の間に空気を流動させ、放熱フィン 7 3から放熱させる。また、空気供給フアン 5 2， 5 3は開口部 7 7に臨むように配設されており、開口部 7 7 を介して発電部 7 0内で空気を流動させる。

続いて、図 4乃至図 7を参照しながら発電部 7 0と、発電部 7 0を構成するセパレータ 7 1 の構造について詳細に説明する。

図 4に示すように、セパレータ 7 1により挟み込まれる接合体 7 2は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜 3 6及びかかる固体高分子電解質膜 3 6を両面から挟み込む電極 3 7から形成される。さらに、スタック構造を形成した際にセパレータ 7 1 と接合体 7 2 との間を封止する封止部材 3 5が接合体 7 2の周縁付近に配置されている。封止部材 3 5は、セパレータ 7 1 の周縁部と接合体 7 2の周縁部とを十分に絶縁することができる材質を用いれば良い。固体高分子電解質膜 3 6 としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。電極 3 7は、発電反応を促進するための白金の如き触媒が担持された電極を用いることもできる。発電部 7 0を構成する発電セルは 2 枚のセパレータ 7 1 とセパレータ 7 1に挟み込まれる接合体 7 2によつて形成され、例えば、図 4には直列に接続される 2つの発電セル 5 0が示されている。

図 5 A及び図 5 Bは、セパレータ 7 1 の構造を示す平面図である。セパレータ 7 1 の両面にはそれぞれ溝部 3 8， 4 3が形成されており、発電部 7 0を組み上げた際に溝部 4 3が接合体 7 2の燃料極と接し、溝部

3 8が接合体 7 2の空気極と接する。また、セパレータ 7 1には、溝部

4 3に接続された供給孔 4 2及び排出孔 4 1、溝部 4 3 と供給孔 4 2とを接続する接続部 4 5、溝部 4 3と排出孔 4 1 とを接続する接続部 4 6 が形成されている。また、溝部 3 8， 4 3が形成されるセパレータ本体部 7 4の側縁部には放熱ブイン 7 3が設けられている。

図 5 Aに示すように、溝部 4 3は、燃料ガスとされる水素ガスを接合体 7 2に供給するための面内流路とされる。溝部 4 3は発電反応の効率を高めるためにセパレータ 7 1 の表面内を蛇行するように形成されており、水素ガスが接合体 7 2の燃料極全体に供給されるような形状とされる。供給孔 4 2は、発電部 7 0の外部に設けられた水素吸蔵カートリツジ 6 0の如き水素ガス貯蔵部から溝部 4 3に水素ガスを供給する際の水素ガスの流路とされる。接続部 4 5は溝部 4 3 と供給孔 4 2とを接続し、溝部 4 3に水素ガスを供給する。また、接続部 4 6は溝部 4 3 と排出孔 4 1 とを接続し、溝部 4 3から発電反応後の水素ガスを排出する。本例のセパレータ 7 1においては、接続部 4 5， 4 6の断面積は各セパレータ 7 1 と,接合体 7 2とによりスタック構造を形成した際の溝部 4 3の断面積より小さくなるように形成され、例えば接続部 4 5， 4 6 の幅が溝部 4 3の幅より狭くなるように形成される。さらに、接続部 4 5の幅を接続部 4 6 の幅より狭くなるように形成し、溝部 4 3への水素ガスの入口側の幅を出口側の幅より狭くしておく。

供給孔 4 2及び排出孔 4 1は、スタック構造を形成した際に積層される各セパレータ 7 1の間で接続され、水素ガスを各セパレータ 7 1に供給する供給路と発電後の水素ガスを排出するための排出路を形成する。溝部 4 3に水が蓄積された際には、この排出路を水素パージパルプ 5 4 により大気開放して溝部 4 3に蓄積された水の供給路側と排出路側とに圧力差を生じさせ、この圧力差によって水を排出することができる。さらに、スタック構造を形成した際の任意のセパレータ 7 1の溝部 4 3に水が蓄積された場合でも、水が蓄積された溝部 4 3内にのみ瞬間的に圧力差を生じさせることが可能であり、水を排出し発電部 7 0に安定して水素ガスを供給することができる。

図 5 Bに示すように、溝部 3 8はセパレータ 7 1の溝部 4 3が形成された面の裏面側に形成され、酸素を含む空気を流すための流路とされる。溝部 3 8は、セパレータ 7 1の幅方向に延在するように形成されてセパレータ 7 1 の側面に開口する。さらに、溝部 3 8は、セパレータ 7 1の長手方向に沿って複数形成されている。また、溝部 3 8がセパレータ 7 1の側面にそれぞれ開口する開口部 7 7 , 4 0を介して酸素を含む空気が溝部 3 8に供給されて、排気される。開口部 7 7 , 4 0の幅は溝部 3 8の幅より大きめとされ、開口部 7 7， 4 0の側壁が溝部 3 8の側壁に対して傾斜したテーパー形状になるように開口部 7 7， 4 0をすることができる。このような開口部 7 7， 4 0によれば、溝部 3 8への空気の取りこみ又は溝部 3 8から空気を排出する際の空気に対する流路抵抗を低減することができ、溝部 3 8に円滑に空気を流動させることができる。また、開口部 7 7， 4 0の高さ方向に沿った開口幅が溝部 3 8の高さ寸法より大きめになるように開口部 7 7， 4 0を形成して、流路抵抗をさらに低減することが可能となる。図 6は、発電部 7 0を側面からみた側面図である。また、図 7は、発電部 7 0を構成するセパレータに設けられた放熱フィンの一部を模式的に示した斜視断面図である。なお、セパレータ 7 1を、発電部 7 0の上側から下側に向かって配設される位置に応じて順にセパレータ 7 1 a〜 7 1 i とし、同様に放熱フィン 7 3を放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i として説明する。

図 6に示すように、発電部 7 0は、セパレータ 7 1 a〜 7 1 i及びセパレータ 7 1 a〜 7 1 i に挟み込まれて発電セルを構成する接合体 7 2 から構成される。セパレータ 7 1 a〜 7 1 i には、接合体 7 2と直接接するセパレータ本体部 7 4の側縁部に放熱ブイン 7 3 a〜 7 3 iが設けられてレ、る。

セパレータ 7 1 a〜 7 1 i のセパレータ本体部 7 4の側面にはそれぞれ接合体 7 2に空気を供給するための開口部 7 7が複数形成されており発電部 7 0の側面側に配設された空気供給ファンから開口部 7 7に空気が供給される。また、発電部 7 0の側面に沿って空気供給ファンと隣り合うように配設される冷却ファンにより、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i の周辺に空気が流動されて放熱フィン 7 3 a〜 7 3 iから放熱される。放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i は、セパレータ 7 1 a〜 7 1 iに設けられたセパレータ本体部 7 4の側緣部から延在し、略平板形状とされる。放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i の長さ寸法、すなわち各セパレータ本体部 7 4 の側縁部から各放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i の先端までの長さは互いに略等しい。放熱フィン 7 3 a〜 7 3 iの厚み寸法も互いに略等しく、セパレータ 7 1 a〜 7 1 i のセパレータ本体部 7 4の厚み寸法も略等しい。放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i は、幅方向、すなわち図中奥行き方向に関して放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i の中心がセパレータ 7 1 a〜 7 1 i の中心と略一致するように各セパレータ 7 1 a〜 7 1 i のセパレータ本体部 7 4に設けられている。

図 7に示すように、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dの幅寸法 w 〜w₄については、セパレータ 7 1 a〜 7 1 iが積層される積層方向に沿って発電部 7 0の略中央に位置する放熱フィン 7 3 dの幅寸法 w ₄が最も大きく . 放熱フィン 7 3 dより上側、すなわち積層方向に沿って発電部 7 0の外側に位置する放熱フィンほど幅寸法が小さい。具体的には、幅寸法 _{W l} 〜w₄で比較すると、幅寸法 w₄が最も大きく、幅寸法 w ₃， w₂， _{W l}の順に外側に位置する放熱フィンの幅寸法ほど小さく設定されている。発電部 7 0を構成するセパレータのうち最も大きな幅寸法を有するのは、発電部 7 0のほぼ中央に位置する放熱フィン 7 3 eであり、放熱ブイン 7 3 e の下側に位置する放熱フィン 7 3 f 〜 7 3 iは外側ほど順に小さい幅寸法を有する。なお、本例では放熱フイン 7 3 e及ぴその下側に位置する放熱ブイン 7 3 f 〜 7 3 i についての詳細な説明は省略するが、放熱ブイン 7 3 a〜 7 3 dと同様に積層方向に関して幅寸法が設定されて放熱量が調整される。

放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dの断面積 S 〜 S ₄は、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dの厚み寸法が等しいことから、幅寸法 w i〜 w ₄の大きさによって大きさが決まる。放熱フィン 7 3 a の断面積 S iが最も小さく、放熱フイン 7 3 b， 7 3 c , 7 3 dの順に断面積が大きくなるように各放熱フイン 7 3 a〜 7 3 dの幅寸法 w 〜 w ₄が調整されて放熱フイン 7 3 a 〜 7 3 dが設けられている。すなわち、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dについては、積層方向に沿って発電部 7 0の中央付近に位置する放熱フィン 7 3 dの断面積 S ₄が最も大きく、発電部 7 0の外側に向かって断面積 S 3 , S ₂， S の順に断面積が小さくなるように放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dの幅寸法 W i W が設定されている。

放熱フイン 7 3 a〜 7 3 dは、これら放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dがそれぞれ設けられたセパレータ 7 1 a〜 7 1 dのセパレータ本体部 7 4から熱を放熱させるための放熱部であり、放熱フィンの断面積が大きいほどセパレータ本体部 7 4から放熱フィンに伝わる熱量が大きくなる。したがって、積層方向について、発電部 7 0の中央付近に配設されるセパレータ 7 1 dのセパレータ本体部から放熱フィン 7 3 dに伝わる熱量を放熱フィン 7 3 dの外側に位置する放熱フィンより増大させる。セパレータ 7 1 a〜 7 1 dを有してなる発電セルにおいては、発電部 7 0の中央付近に配設されるセパレータが他のセパレータより温度が高くなる傾向にあり、セパレータは積層方向に関して発電部 7 0の外側に配設されるほど温度が低くなる傾向にある。よって、積層方向に関して、発電部 7 0の中央に近い位置に配設されるセパレータほど放熱ブインを介した伝熱量を他のセパレータより大きくすることにより、発電セルの温度上昇を抑制し、且つ各発電セルの温度を均一にすることが可能となる。セパレータ 7 1 e〜 7 1 i により構成される発電セルについても、同様に発電部 7 0の外側に位置する放熱フィンほど放熱フィンの断面積を小さく設定し、各発電セルから放熱フィンへ伝わる伝熱量を調整することができる。

また、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dの表面積は、放熱ブイン 7 3 a〜 7 3 dの厚み寸法が等しいことから、幅寸法 wュ〜 w ₄の大きさによって大きさが決まる。放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dについては、発電部 7 0の最も上側に位置する放熱フィン 7 3 a の表面積が最も小さく、放熱フィン 7 3 bから 7 3 dの順に表面積が大きくなるように各放熱フィン 7 3 a 〜 7 3 dの幅寸法 _{W l}〜w ₄が設定されている。すなわち、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dについては、積層方向に沿って発電部 7 0の中央付近に位置する放熱フィン 7 3 dの表面積が最も大きく、発電部 7 0の外側に位置する放熱フィン 7 3 c〜 7 3 a の表面積が発電部 7 0の外側に向かつて順に小さくなるように放熱フィン 7 3 a〜 7 3 dの幅寸法が設定されていることになる。

発電を行う際にセパレータ 7 1 dが他のセパレータ 7 1 a〜 7 1 cに比べて温度が高くなる傾向にあり、発電部 7 0の外側に位置するセパレータほど温度が低くなる傾向にある。よって、積層方向に関して、発電部 7 0の中央に近い位置に配設されるセパレータほど表面積を大きく設定して放熱フィンを介した放熱量を他のセパレータより大きくすることにより、を発電セルの温度上昇を抑制し、且つ積層方向に関して発電部 7 0の内部で生じる温度勾配を低減して各発電セルの温度を均一にすることが可能となる。

発電部 7 0を構成し、セパレータ 7 1 e〜 7 1 i と接合体 7 2とからなる下部は、発電部 7 0が基台 5 7に配設されていることによりセパレータ 7 1 a〜 7 1 dと接合体 7 2からなる発電部 7 0 の上部と若干伝熱量及び放熱量が異なると考えられるが、放熱ブイン 7 3 a〜 7 3 dと同様に放熱ブイン 7 3 e〜 7 3 i の幅寸法を発電部 7 0の中央から下側に位置する放熱フィンほど小さく設定する。このように放熱フィン 7 3 e 〜 7 3 i に伝わる伝熱量及び各放熱フィンを介して放熱される放熱量を発電部 7 0の下側ほど小さくすることにより発電部 7 0の全体の温度を略均一に維持することができる。

また、放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i の断面積を放熱フィン 7 3 a〜 7 3 iが配設される位置に応じて設定することにより、各セパレータ本体部 7 4から放熱フィン 7 3 a〜 7 3 i に伝えられる伝熱量及ぴ放熱フィン 7 3 a〜 7 3 iからの放熱量を調整し、発電部 7 0の全体の温度上昇を抑制することができると共に発電部 7 0の温度を略均一とすることができる。このように発電時の温度が略均一とされる発電部 7 0によれば、特定の発電セルの温度が他の発電セルより高くなることなく、安定した発電を行うことが可能となる。

放熱フィン 7 3 a 〜 7 3 iは平板形状を有していることから、放熱フインの幅寸法を所要の値に設定することにより、精度良く、且つ容易に断面積及び表面積を設定して伝熱量及び放熱量を調整することができる _t 次に、図 8及び図 9を参照しながら、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置の別の例について説明する。図 8は、発電部 8 0を側面側からみた側面図であり、図 9は、発電部 8 0を構成する放熱フィンのー部を模式的に示した斜視断面図である。本例にかかる燃料電池装置は、燃料電池装置 1 と略同様の構成を有することから、燃料電池装置の全体の構成についての説明は省略する。なお、本例にかかる燃料電池装置においては、発電部 8 0を構成する放熱フィン 8 3 a 〜 8 3 iに特徴を有する。

図 8に示すように、発電部 8 0は、発電部 8 0の上側から下側に向かつて順に配設されるセパレータ 8 1 a 〜 8 1 i のそれぞれに設けられている放熱フィン 8 3 a 〜 8 3 i の厚み寸法 t 〜 t ₉に特徴を有しており、セパレータ 8 1 a 〜 8 1 i と接合体 8 2 とが積層される積層方向に関して、放熱フィン 8 3 a 〜 8 3 i の位置に応じて厚み寸法 t i〜 t ₉は所要の値とされている。また、セパレータ 8 1 a 〜 8 1 iの側面にはそれぞれ空気を接合体 8 2に供給するための開口部 8 5が複数形成されている。

セパレータ 8 1 a 〜 8 1 i を構成するセパレータ本体部 8 4の厚み寸法は互いに等しく、放熱フィン 8 3 a 〜 8 3 i の厚み寸法 t 〜 t ₉は、積層方向に沿って発電部 8 0の外側に位置する放熱フィンほど小さい値に設定される。具体的には、発電部 8 0の中央付近に配設されるセパレータ 8 1 eに設けられた放熱フィン 8 3 e の厚み寸法 t ₅が、放熱フィン 8 3 e の上側及び下側に位置する放熱フィンの厚み寸法より大きな値とされる。放熱ブイン 8 3 e の上側に位置する放熱フィン 8 3 c， 8 3 dの厚み寸法 t ₃， t ₄は互いに等しく、さらに上側に位置する放熱フィン 8 3 a， 8 3 b の厚み寸法 t t ₂も互いに等しい。また、厚み寸法 t ₃， t ₄に対して厚み寸法 t t ₂は小さい値とされる。放熱フィン 8 3 e の上側に位置する放熱フィンと同様に、放熱フィン 8 3 e の下側に位置する放熱フィン 8 3 f , 8 3 _§の厚み寸法 1: ₆， t ₇は互いに等しく、さらに下側に位置する放熱フィン 8 3 h， 8 3 i の厚み寸法 t ₈， t ₉も互いに等しい。また、厚み寸法 t ₆， t ₇に対して厚み寸法 t ₈， t ₉は小さい値とされる。放熱フィン 8 3 a〜 8 3 iの幅寸法 Wは放熱フィン 8 3 a〜 8 3 iで全て等しく、放熱フィン 8 3 a 〜 8 3 i の長さ寸法も全て等しい。

このように、積層方向に沿って、発電部 8 0の中央から外側に向かつて順に位置する放熱フィンの厚み寸法を小さくすることにより、各放熱フィンの断面積が発電部 8 0の中央か外側に向かって小さい値とされる ₍ また、放熱ブイン 8 3 e の厚み寸法 t ₅を他の放熱フィンより大きく設定し、発電部 8 0の外側に配設される放熱フィンの厚み寸法を順に小さく設定してもよい。

図 9を参照しながら、発電部 8 0の上部に位置する放熱フィン 8 3 a 〜 8 3 eの断面積の関係について説明する。なお、放熱フィン 8 3 a〜 8 3 e の断面積をそれぞれ S 丄丄〜 S i ₅とする。放熱フイン 8 3 a 〜 8 3 e の幅寸法 Wは等しいため、断面積 S i〜 S ₅は厚み寸法 t 〜 t ₅ により決まり、断面積 S ₅が最も大きく、他の放熱フィン 8 3 a〜 8 3 dの断面積 S ^〜 3 ₁₄は断面積 S ₁₅より小さい値とされる。また、断面積 S _{1 3}， S ₁₄は互いに等しい値とされると共に、断面積 S い S _{1 2} も互いに等しい値とされる。断面積 S ₃， S ₁₄に比べて、断面積 S い S ₂は小さい値とされる。発電部 8 0の中央付近に配設され、発電部 8 0において最も温度上昇が大きい傾向を有するセパレータ 8 1 eに設けられる放熱フィン 8 3 e の断面積 S！ ₅を他の放熱フィン 8 3 a〜 8 3 eの断面積 S _{1 ]L}〜 S ₁₄より大きめにし、他のセパレータに比べてセパレータ 8 1 eのセパレータ本体部 8 4からの伝熱量を高めることができる。さらに、放熱フィン 8 3 eに封して上側に位置する放熱フィン 8 3 c， 8 3 aの断面積 S ₃， S！ iが順に小さい値とされていることにより、放熱フィン 8 3 c， 8 3 aがそれぞれ設けられたセパレータ 8 1 c , 8 1 aのセパレータ本体部 8 4からの伝熱量をセパレータ 8 1 eに対して外側に位置する放熱フィンほど伝熱量を抑制することができる。

このように、積層方向に関して、セパレータ 8 1 a〜 8 1 iが配設される位置に応じて各セパレータ 8 1 a〜 8 1 i のセパレータ本体部 8 4 から放熱フイン 8 3 a〜 8 3 iへの伝熱量が調整されていることによりセパレータが配設される位置に関係なく、これらセパレータをそれぞれ備える発電セルの温度を均一に維持しながら発電部 8 0に発電を行わせることが可能となる。特に、発電部 8 0において、発電部 8 0の外側に配設されるセパレータほど順に伝熱量が小さくなるように放熱フィンの厚み寸法を小さくすることにより、温度が上昇し易い傾向にある中央部に位置する放熱ブイン 8 3 eの伝熱量を他の放熱フィンより大きくすることができる。これにより、発電部 8 0の設計を変更することなく、簡単に発電部 8 0の温度を均一に維持しながら発電を行うことができる。また、発電部 8 0を構成する放熱フィン 8 3 a〜 8 3 i の厚み寸法 t i〜 t ₉を調整することにより放熱ブイン 8 3 a〜 8 3 i の表面積を放熱フィン 8 3 a〜 8 3 iが配設される位置に応じて調整することができる。各セパレータ本体部 8 4から放熱フイン 8 3 a〜 8 3 i に伝わる熱は放熱フィン 8 3 a〜 8 3 i の表面から外部に放熱されることから、放熱フィンの表面積が大きいほど放熱量は大きくなる。

具体的には、発電部 8 0の上部について、放熱フィン 8 3 a の表面積が最も小さく、放熱フィン 8 3 b， 8 3 c , 8 3 dの順に表面積が大きくなるように各放熱フィンが各セパレータ本体部 8 4に設けられているすなわち、発電部 8 0の最も上側に位置する放熱フィン 8 3 aからの放熱量が最.も小さく、発電部 8 0の略中央に位置する放熱フィン 8 3 dの放熱量が最も大きなものとなる。これにより、発電部 8 0が発電を行う際に、他のセパレータより温度が高くなる傾向にあるセパレータ 8 1 d からの放熱量を他のセパレータに比べて大きくし、セパレータ 8 1 dにより構成される発電セルの温度上昇を抑制することができる。

放熱フィン 8 3 a〜 8 3 cの表面積が積層方向に沿った位置に応じて調整されていることにより放熱量を調整し、セパレータ 8 1 a〜 8 1 d の温度を均一にすることが可能となる。発電部 8 0の下部についても上部と同様に、発電部 8 0の外側に位置する放熱フィンほど表面積が小さく放熱量が抑制されている。放熱フィン 8 3 a〜 8 3 iは平板形状を有していることから断面形状が矩形状とされ、放熱ブイン 8 3 a〜 8 3 i の幅寸法或いは厚み寸法を所要の値に設定することにより、精度良く、且つ容易に表面積を設定して放熱量を調整することも可能である。

なお、発電部 8 0においては、例えば放熱フィン 8 3 a、 8 3 bのように放熱フィンが 2枚一組で同じ厚み寸法を有しているが、発電部 8 0 の発電条件に応じて各放熱フィンの厚み寸法を、出力電力、発電部 8 0 のサイズ、及び発電部 8 0を構成する材料の熱伝導率などを考慮して発電部 8 0の温度が均一となるように所要の値にすることもできる。

次に、図 1 0を参照しながら、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置のさらに別の例について説明する。図 1 0は、発電部 9 0を側面側からみた側面図である。なお、本例にかかる燃料電池装置も燃料電池装置 1 と略同様の構成を有していることから、発電部 9 0について詳細に説明する。発電部 9 0は発電部 7 0と略同様の構造を有し、放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i に特徴を有する。

図 1 0に示すように、発電部 9 0は、上側から順にセパレータ 9 1 a 〜 9 1 iが積層され、各セパレータ 9 1 a〜 9 1 i の間にそれぞれ接合体 9 2が挟み込まれて構成される。セパレータ 9 1 a〜 9 1 i に設けられる放熱フィン 9 3 a〜 9 3 iは幅寸法が等しい値とされる。発電部 9 0は発電部 7 0と略同様の構造を有し、発電部 9 0を構成するセパレータ 9 1 a〜 9 1 i に設けられている放熱フイン 9 3 a〜 9 3 i の長さ寸法 L 1〜： L 9は、積層方向に関して所要の値とされる。特に、発電部 9 0を構成するセパレータ 9 1 a〜 9 1 i の中で最も温度上昇が高い傾向とされ、発電部 9 0の中央に配設されるセパレータ 9 1 eに設けられた放熱フィン 9 3 eの長さ寸法が最も大きいものとされる。セパレータ 9 1 e の上側及ぴ下側に位置する放熱フィンは、放熱フィン 9 3 eより長さ寸法が小さいものとされる。なお、長さ寸法 L 6〜 L 9は、順に L 4 〜し 1 と等しく、図中には示していない。

さらに具体的に説明すると、放熱ブイン 9 3 eに沿って略平行に各セパレータ本体部 9 4の側縁部から延在するように設けられた放熱フィン 9 3 a〜 9 3 dは、放熱フィン 9 3 a〜 9 3 dの順に長さ寸法 L 1〜 L 4が大きな値とされる。放熱フィン 9 3 e の下側に位置する放熱フィン 9 3 f 〜 9 3 i の長さ寸法 L 6〜 L 9は放熱フィン 9 3 eの長さ寸法 L 5より小さく、さらに長さ寸法 L 6〜L 9の順に小さい値とされる。したがって、放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i について、放熱フイン 9 3 e の表面積が最も大きく、放熱フィン 9 3 e の上側に配設される放熱フィン 9 3 a〜 9 3 dの表面積は、放熱フイン 9 3 d〜 9 3 aの順に大きな値とされる。また、放熱フィン 9 3 e の下側に配設される放熱フィン 9 3 f 〜 9 3 i の表面積は、放熱フイン 9 3 f 〜 9 3 i の順に大きな値とされる。

このような放熱フイン 9 3 a〜 9 3 iがそれぞれ設けられたセパレータ 9 1 a〜 9 1 iで発電部 9 0を構成することにより、セパレータ 9 1 a〜 9 1 iで構成される発電セルからの放熱量が放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i の表面積により調整され、積層方向について発電部 9 0の温度を均 —に維持しながら発電を行うことができる。放熱フィンの長さ寸法の組み合わせは、発電部 9 0を略均一な温度に維持することができれば如何なる組み合わせでも良く、本例の長さ寸法の組み合わせに限定されないことは勿論である。

ここで、放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i の厚み寸法 t 〜 t ₉が互い等しい場合、放熱フィン 9 3 a〜 9 3 iの幅寸法が互いに等しレ、ことにより断面積が均一とされ、放熱ブイン 9 3 a〜 9 3 i の断面積が一様とされる。断面積が一様な状態で放熱フイン 9 3 a〜 9 3 iの長さ寸法のみを各放熱フィンで互いに異なる寸法とした場合、放熱フィン内部の熱抵抗によりセパレータ本体部 9 4の側縁部から放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i の先端まで熱が伝わる割合が不均一となる。したがって、放熱フィンの表面積を大きめに調整しても表面積を増大させた相当分の放熱量を得ることができない場合がある。

そこで、放熱フイン 9 3 a〜 9 3 i の厚み寸法 t _t , - t _{1 9}を調整することにより各放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i の表面積を調整して、熱抵抗を調整し、伝熱量を調整する。例えば、放熱フィン 9 3 eの厚み寸法 t _{1 5}を最も厚くなるように調整して熱抵抗を低減し、さらに放熱フィン 9 3 eの上側や下側、すなわち発電部 9 0の中央から外側に位置する放熱フィンの厚み寸法を小さく調整する。本例の発電部 9 0においては、一例として t _sを最も厚く調整し、放熱フィン 9 3 eの上側及び下側に位置する放熱フィンの厚み寸法を発電部の外側に位置するほど順に小さくする。このように、放熱フィン 9 3 a〜 9 3 i における熱抵抗を調整し、積層方向に関して放熱フィン 9 3 a〜 9 3 iが配設される位置に応じて表面積を設定することにより、発電部 9 0の各部の温度が略一定となるように発電部 9 0の温度を調整することができる。

次に、図 1 1を参照しながら、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置のさらに別の例について説明する。なお、本例にかかる燃料電池装置も燃料電池装置 1 と略同様の構成を有していることから、発電部 1 0 0についてのみ詳細に説明する。発電部 1 0 0は発電部 7 0と略同様の構造を有し、放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の間隔に特徴を有する。図 1 1は、発電部 1 0 0を側面側からみた側面図である。図 1 1に示すように、発電部 1 0 0は発電部 7 0と略同様の構造を有するが、接合体 1 0 2とセパレータ 1 0 1 a〜 1 0 1 i とが積層される積層方向に関して隣り合う放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の間隔が、積層方向に関して放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の位置に基づいて所定の間隔とされている。また、発電部 1 0 0は発電部 7 0と略同様の構造を有し、空気を接合体 1 0 2に供給するための開口部 1 0 5が各セパレータ 1 0 1 a〜 1 0 1 iを構成するセパレータ本体部 1 0 4の側面に複数形成されている。

発電部 1 0 0は、セパレータ 1 0 1 a〜 1 0 1 i とこれらセパレータ 1 0 1 a〜 1 0 1 i の間にそれぞれ接合体 1 0 2を挟み込んで構成される。セパレータ 1 0 1 a〜： L 0 1 i には、それぞれ放熱フィン 1 0 3 a 〜 1 0 3 iがセパレータ本体部 1 0 4の側縁部に設けられている。発電部 1 0 0の上側から積層方向に沿って隣り合う放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の間隔を順に d 〜 d ₈とする。

図 1乃至図 7を参照しながら説明した発電部 7 0と同様に、発電部 1 0 0には発電部 1 0 0の側面側から空気が供給され、各放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の間を空気が流動する。放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の間を流動する空気には、放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 iから熱が伝達され、空気が装置の外部に排出されると共に熱が排熱される。

間隔 dュ〜 d ₈は、発電部 1 0 0の中央付近に位置して隣り合う放熱フィンほど大きな間隔とされ、発電部 1 0 0の外側に向かって小さい間隔とされる。例えば、発電部 1 0 0においては、発電部 1 0 0の略中央に配設されて隣り合う放熱フィン 1 0 3 e， 1 0 3 f の間隔 d ₅が最も大きく、上側に向かって間隔 d ₄， d 3 , d ₂，の順に小さい間隔とされる。また、発電部 1 0 0の下側に位置する放熱フィン 1 0 3 f 〜 1 0 3 i において、隣り合う放熱フィンの間の間隔 d ₆〜 d ₈は、間隔 d ₆， d ₇, d ₈の順に小さい間隔とされる。よって、間隔 d d sの大きさに応じて、各放熱フィンの間で流動する空気の流量が異なり、発電部 1 0 0について温度が上昇し易い発電セルを構成するセパレークに設けられた放熱フィンからの放熱量を他の放熱フィンより高めることができる _c さらに、間隔 d ₁〜d ₄は間隔 d ₅より小さく、間隔 d ₂〜d ₄の順で隣り合う放熱フィンの間の間隔が大きくなるように調整される。放熱フィン 1 0 3 e の下側の位置する放熱フィン 1 0 3 卜 1 0 3 i のそれぞれ隣り合う放熱フィンの間の間隔 d ₆〜d ₈は、間隔 d ₅より小さく、且つ間隔 d ₆〜 d ₈の順に小さいものとされる。このような発電部 1 0 0においては、放熱フィン 1 0 3 e， 1 0 3 f の間の間隔 d ₅を流れる空気の流量が最も大きく、間隔 d ₄〜 dェの順に空気の流量が小さくなる。さらに、間隔 d ₆〜 d ₈の大きさに合わせて、間隔 d ₆〜d ₈を流動する空気の流量が小さくなる。

すなわち、放熱フィン 1 0 3 a〜 1 0 3 iから放熱される放熱量は、空気の流量、すなわち間隔 dェ〜 d _Rの大きさに応じて調整されることになり、発電部 1 0 0の中央に配置する放熱フィン 1 0 3 d， 1 0 3 e力、らの放熱量が他の放熱フィンからの放熱量より大きなものとされる。

さらに、発電部 1 0 0の外側ほど空気の流量が小さくなるように間隔 d i d sが設定されていることにより、発電時に温度が高くなり易い発電部 1 0 0の中央に配設される発電セルほど他の発電セルに比べて放熱量を高められており発電部 1 0 0の積層方向に沿って温度を略均一とすることが可能となる。

間隔 dェ〜 d ₈は、各セパレータ本体部 1 0 4の厚み寸法や放熱フィンの厚み寸法を所要の値にして調整することができる。例えば、セパレータ 1 0 1 a〜l 0 1 i のセパレータ本体部 1 0 4の厚み寸法を均一とし. 厚み寸法が調整された放熱フィンをそれぞれのセパレータ本体部 1 0 4 に設けることにより間隔 d丄〜 d ₈を調整することができる。また、セパレータ 1 0 1 a〜 1 0 1 iは、セパレータ本体部 1 0 4の下面と放熱フイン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の下面とがそれぞれ面一とされていることから. セパレータ本体部 1 0 4の厚み寸法と放熱フイン 1 0 3 a〜 1 0 3 i の厚み寸法の差を調整するだけで所要の間隔 d i〜 d ₈を備える発電部 1 0 0を構成することができる。

図 1乃至図 1 1を参照しながら、放熱フィンの外形寸法を調整することにより、放熱フィンの断面積、表面積、或いは隣り合う放熱フィンの間の間隔を調整して温度を略均一される発電部、及ぴセパレータについて説明したが、これら外形寸法は上述した例における組み合わせに限定されず、放熱フィンの幅寸法、長さ寸法、厚み寸法及ぴセパレータ本体部の厚み寸法を組み合わせて調整し、発電部に配設されるセパレータの位置に応じて所要の放熱量及び伝熱量を確保できる放熱フィンを形成すれば良いことは勿論である。

次に図 1 2 A乃至図 1 2 Cを参照しながら、本発明にかかるセパレータ及ぴ燃料電池装置のさらに別の例について説明する。なお、本例にかかる燃料電池装置も燃料電池装置 1 と略同様の構成を有し、さらに本例の燃料電池装置に搭載される発電部も発電部 7 0 と略同様の構造を有する。本例のセパレータ及ぴ発電部においては、放熱フィンの表面に特徴を有することから、放熱フィンの表面について詳細に説明し、燃料電池装置及び発電部の詳細な構成の説明については省略する。

図 1 2 A乃至図 1 2 Cは、本例にかかる発電部を構成しセパレータと接合体とが積層される積層方向に関して位置する放熱フィンの一部の断面を示す断面図である。本例のセパレータ及ぴ燃料電池装置によれば、放熱フィンの表面粗さ、或いは表面処理の違いにより発電部のサイズや設計を変更することなく、発電部の温度を略均一に維持することができな

図 1 2 A乃至図 1 2 Cに示すように、放熱ブイン 1 1 3 a〜 1 1 3 c は本例にかかる燃料電池装置に搭載される発電部を構成するセパレータに設けられる放熱フィンであり、放熱フィン 1 1 3 aは積層方向に関して発電部の略中央付近に位置し、放熱フィン 1 1 3 b， 1 1 3 cは順に放熱フィン 1 1 3より発電部の外側に位置する。また、放熱フイン 1 1 3 a〜 1 1 3 cの幅寸法、長さ寸法及ぴ厚み寸法は等しい。図 1 2 Aに示される放熱フィン 1 1 3 a の表面 1 1 4 aが略平滑とされているのに対して、図 1 2 Bで示される放熱フィン 1 1 3 b の表面 1 1 4 bは凹凸が大きく、表面粗さが大きい。さらに、図 1 2 Cで示される放熱フィン 1 1 3 cの表面 1 1 4 cは表面 1 1 4 bより表面粗さが大きい。放熱フイン 1 1 3 a〜 1 1 3 c の表面積は、放熱フィンの外形寸法、すなわち幅寸法、厚み寸法及び長さ寸法によって算出される表面積と等しくなるが、表面 1 1 4 a〜 1 1 4 cの表面粗さが異なることから実質的な表面積は異なる。具体的には、放熱フィン 1 1 3 bの表面積は、放熱フィン 1 1 3 aの表面積より実質的には大きく、放熱ブイン 1 1 3 bの外形寸法により算出した表面積に比べて、実質的な表面積を大きくすることができる。同様に放熱フィン 1 1 3 cの表面積は放熱フィン 1 1 3 bの表面積より実質的は大きくなる。よって、同じ外形寸法を有する放熱フィンでも、表面粗さが大きい放熱ブインほど実質的な表面積を大きくすることができ表面積の大きさに応じて放熱量を増大させることができる。さらに、表面粗さを大きくすることで、熱放射率を高めることができる。すなわち、放熱フィン 1 1 3 a〜 1 1 3 cは、積層方向に関して配設される位置の違いに応じて熱放射率を所要の値とすることができる。したがって、本例の場合、発電部の外側に配設される放熱フィンほど熱放射率を小さく設定し、発電部全体が均一な温度となるよう各放熱フィンからの放熱量を調整することができる。

このように表面粗さが異なる放熱フィンが設けられたセパレータを発電部の所要の位置に配設することにより、各放熱フィンからの放熱量を他のセパレータより高めることができる。すなわち、発電部の温度を略均一になるように所要の表面粗さを有する放熱フィンを配置すれば良い, 例えば、発電部の略中央に配設される発電セルを構成するセパレータに表面粗さが大きい放熱フィンを設け、外側に位置する放熱フィンの表面粗さを小さく調整することにより、積層方向に沿って発電部の温度を略均一としながら発電を安定して行うことができる。また、放熱フィンの外形寸法を調整することがないため、発電部のサイズや設計を変更することが不要となる。

また、放熱フィンの表面処理によって放熱ブインの熱放射率を調整することもできる。例えば、各放熱フィンの表面に異なるめっき加工に行い、めっきされためっき膜の熱放射率の違いを利用することもできる。また、これに限定されず、熱放射率を調整することができる表面処理であれば、如何なる表面処理でも放熱ブインに対して行うことができる。これにより、各放熱フィンからの放熱量を調整することができ、積層方向に沿って発電部の温度を略均一としながら発電を安定して行うことが可能となる。よって、表面粗さを調整する場合と同様に、放熱フィンの外形寸法を調整することがないため、発電部のサイズゃ設計を変更することが不要となる。

さらに、本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法によれば、放熱フィンの周辺に空気を流動させながら放熱を行う際に、放熱フィンが配設される位置の違いに応じて放熱量を調整することが可能であり、スタック構造を有する発電部の温度を略均一となるようにして発電を行うことができる。具体的には、放熱フィンの表面積、断面積、隣り合う放熱フィンの間隔及び放熱フィンの熱放射率を所要の値に設定して放熱量を調整することが可能となる。

<第 2実施例 >

図 1、図 1 3乃至図 1 9を参照しながら本発明にかかるセパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法について説明する。燃料電池装置 1は第 1実施例で図 1に示した燃料電池装置と同様の構成である。

図 1及ぴ図 1 3を参照しながら、図 3で記載した発電部 7 0とは異なる構成の発電部 1 3 0の構造について説明する。図 1 3は、発電部 1 3 0の斜視図である。図 1 3の発電部 1 3 0は図 3に示す発電部 7 0に対応するものである。

図 1及ぴ図 1 3に示すように、発電部 1 3 0は略直方体形状を有し、基台 5 7に配設される。発電部 1 3 0は、 9枚のセパレータ 1 3 1の間にそれぞれ発電体としての接合体 1 3 2が挟みこまれてなる発電セルから構成され、これら発電セルが 8個直列に接続された構造を有している。このような発電セルは 1素子で約 0. 6 Vの電圧を出力することができるため、発電部 1 3 0の全体では 4. 8 Vの電圧を出力することが可能である。発電部 1 3 0は、約 2 Aの電流を流すことが可能であり出力される電力は理想的には 9. 6Wとなるが、発電反応における発熱などによって実際の出力電力は理想的な出力電力の約 7割である約 6. 7 Wとされる。しかしながら、接合体 1 3 2に含まれる水分量の調整や発電部 1 3 0への水素ガスの円滑な供給によりさらに出力電力を高めることができる。また、発電部 1 3 0を形成する発電セルは本例のように 8素子に限定するものではなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数の発電セルにより発電部 1 3 0を形成することもできる。発電部 1 3 0の側面 1 3 9には各セパレータ 1 3 1に形成された開口部 1 34が臨み、後述するように発電部 1 3 0の側面 1 3 9の反対側の側面にも各開口部 1 34に対応するように開口部 1 4 0が形成されている。開口部 1 3 4と、開口部 1 34が臨む側面 1 3 9 と反対側の側面に臨む開口部 1 4 0を介して、発電部 1 3 0に対する空気の供給、及び排出が行われる。

また、図 1及ぴ図 1 3に示すように、発電部 1 3 0の側面 1 3 9に沿つて、冷却ファン 5 1、空気供給ファン 5 2， 5 3が隣り合うように配設されている。発電部 1 3 0を構成するセパレータ 1 3 1は、セパレータ 1 3 1の間に発電体としての接合体 1 3 2を挟み込むように積層され. 接合体 1 3 2を接するセパレータ本体部 1 3 1 aの側縁部には放熱フィン 1 3 3が設けられている。放熱フィン 1 3 3は、略矩形状の断面形状を有する中央部 1 7 2 と、略テーパー形状の断面形状を有する縁部 1 7 1から構成される。縁部 1 7 1はセパレータ 1 3 1 と接合体 1 3 2とが積層される積層方向で隣り合う放熱フィン 1 3 3の間に空気が流動される際の入口側と出口側とにそれぞれ臨む。冷却ファン 5 1は、放熱フィン 1 3 3の側面側から各放熱ブイン 1 3 3の間に空気を流動させ、放熱フィン 1 3 3から放熱させる。冷却ファン 5 1が放熱フィン 1 3 3から熱が伝達された空気を排出し、 +分な熱容量を有する空気が装置外部から放熱フィン 1 3 3の間に供給されることにより、放熱フィン 1 3 3の間に空気が流動する。縁部 1 7 1の断面形状が略テーパー形状であることから、縁部 1 7 1の断面形状が矩形状である場合に比べて空気の流動を円滑に行うことができる。なお、図 1 3に示す発電部 1 3 0は、図 1 に示した発電部 7 0の最も上側に配設される絶縁部材を取り除いた状態を示している。

このように、冷却ファン 5 1が放熱フィン 1 3 3の間に強制的に空気を流動させることにより、放熱フィン 1 3 3からの放熱効率を殆ど低下させることなく、発電部 1 3 0の温度上昇を抑制して安定した発電を発電部 1 3 0に行わせることが可能となる。さらに、本例にかかる発電部 1 3 0が備える放熱フィン 1 3 3 の縁部 1 7 1 の断面形状が略テーパー形状であることから、冷却ファン 5 1により放熱フィン 1 3 3の間に給排気される空気の流量を低下させることが殆どない。さらに、発電部 1 3 0が出力する出力電力により冷却ファン 5 1及び空気供給フアン 5 2 5 3を駆動させる場合には、発電部 1 3 0による発電と、冷却ファン 5 1及び空気供給ファン 5 2， 5 3の駆動とを安定して行うことができ、冷却ファン 5 1 の電力損失を抑制すると共に発電部 1 3 0及び各種機器が搭載された燃料電池装置 1 の全体を安定して駆動させることができる, 続いて、図 1 4乃至図 1 7 Bを参照しながら発電部 1 3 0と、発電部 1 3 0を構成するセパレータ 1 3 1 の構造についてさらに詳細に説明する。図 1 4は発電部 1 3 0の分解斜視図、図 1 5 はセパレータ 1 3 1 の斜視図、図 1 6 は放熱フィン 1 3 3 の断面図、図 1 7はセパレータ 1 3 1の平面図である。

図 1 4に示すように、発電部 1 3 0は、セパレータ 1 3 1 と接合体 1 3 2とが積層されてなる発電セル 1 5 0が複数積層されたスタック構造を有する。発電部 1 3 0を構成する発電セル 1 5 0は 2枚のセパレータ 1 3 1 とセパレータ 1 3 1に挟み込まれる接合体 1 3 2によって形成され、例えば、図 1 4には直列に接続される 2つの発電セル 1 5 0が示されている。

セパレータ 1 3 1は、表面に溝部 1 4 3が設けられたセパレータ本体部 1 3 1 a とセパレータ本体部 1 3 1 aの側縁部に設けられた放熱フィン 1 3 3から構成される。セパレータ本体部 1 3 1 aにより挟み込まれる接合体 1 3 2は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜 1 3 6及び固体高分子電解質膜 1 3 6を両面から挟み込む電極 1 3 7から形成される。さらに、スタック構造を形成した際にセパレータ本体部 1 3 1 a と接合体 1 3 2との間を封止する封止部材 1 3 5が接合体 1 3 2の周縁付近に配置されている。封止部材 1 3 5は、セパレータ 1 3 1 a の周縁部と接合体 1 3 2の周縁部とを十分に絶縁することができる材質を用いれば良い。固体高分子電解質膜 1 3 6 としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。電極 1 3 7は、発電反応を促進するための白金の如き触媒が担持された電極を用いることもできる。

図 1 5に示すように、セパレータ 1 3 1は、溝部 1 4 3が設けられたセパレータ本体部 1 3 1 a と、セパレータ本体部 1 3 1 a の側縁部に設けられた放熱フィン 1 3 3から構成される。放熱フィン 1 3 3の縁部 1 7 1は、空気の流れに対して略垂直に対面する端面 1 7 3 と、放熱フィン 1 3 3の中央部 1 7 2の表面に対して傾斜した傾斜面 1 7 4とを有し縁部 1 7 1の断面形状は略テーパー形状とされる。一方の縁部 1 7 1は、積層方向に沿って隣り合う放熱フィン 1 3 3の間に流動する空気の入口側に臨み、他方の縁部 1 7 1が空気の出口側に臨む。縁部 1 7 1の表面のうち上側と下側にそれぞれ臨む傾斜面 1 7 4は、セパレータ本体部 1 3 1 aの側縁部から放熱フィン 1 3 3の先端部まで延在されており、放熱フィン 1 3 3全体で空気に対する抵抗を低減することができる。

図 1 6を参照しながら、放熱フィン 1 3 3についてさらに詳細に説明する。放熱フィン 1 3 3の中央部 1 7 2の断面形状は略矩形状とされ、中央部 1 7 2の上面及ぴ下面はセパレータ本体部 1 3 1 aの上面及び下面に対して略平行とされる。放熱フィン 1 3 3の縁部 1 7 1の断面形状は略テーパー形状とされ、縁部 1 7 1は、空気の流れに略垂直に対面する端面 1 7 3 と、端面 1 7 3 と中央部 1 7 2の上面及び下面とをそれぞれ繋ぐ傾斜面 1 7 4とを有する。端面 1 7 3 と傾斜面 1 7 4とは曲面 1 7 5により繋がれ、傾斜面 1 7 4と中央部 1 7 2の上面及ぴ下面とは曲面 1 7 6により繋がれ、端面 1 7 3から中央部 1 7 2の上面及ぴ下面に亘つて連続した放熱フィン 1 3 3の表面が形成されている。曲面 1 7 6 の曲率 Rは曲面 1 7 5の曲率 r より大きくなるように設定されている。隣り合う放熱フィン 1 3 3の間において、空気の流れの入口側に臨む縁部 1 7 1の断面形状が略テーパー形状であることにより、断面形状が矩形状とされる場合に比べて空気の流れに対する圧力損失、すなわち空気を流れ難くする抵抗を低減することができる。すなわち、冷却ファン 5 1により一定の出力で空気を流動する際に、実質的に放熱フィン 1 3 3 の間に流れる空気の流量を低下させることが殆どない。よって、冷却フアン 5 1の駆動するための電力が一定の状態で、実質的に放熱フィンの間を流れる空気の流量を一定に維持しながら、これら空気を介して放熱フィン 1 3 3から放熱を行うことが可能となり、発電部 1 3 0の温度を一定に維持しながら安定した発電を行うことができる。また、曲面 1 7 6の曲率 Rと曲面 1 7 5の曲率 rは、積層方向で放熱ブイン 1 3 3が配設される位置の違いに応じて所要の値に設定され、積層方向で空気の流れに対する抵抗を設定することもできる。積層方向で空気に対する抵抗が異なることにより、各放熱フィン 1 3 3からの放熱量を調整することができ、発電部 1 3 0における温度勾配を低減し、発電部 1 3 0全体の温度を略均一にすることができる。また、放熱フィン 1 3 3の表面の表面粗さを調整し、放熱フィン 1 3 3の表面に沿って流れる空気に対する抵抗を低減することにより、隣り合う放熱フィン 1 3 3の間に流れる空気の流量を維持することもできる。

図 1 7 A及び図 1 7 Bは、セパレータ 1 3 1の構造を示す平面図である。セパレータ本体部 1 3 1 aの両面にはそれぞれ溝部 1 3 8， 1 4 3 が形成されており、発電部 1 3 0を組み上げた際に溝部 1 4 3が接合体 1 3 2の燃料極と接し、溝部 1 3 8が接合体 1 3 2の空気極と接する。また、セパレータ本体部 1 3 1 aには、溝部 1 4 3に接続された供給孔 1 4 2及び排出孔 1 4 1、溝部 1 4 3 と供給孔 1 4 2とを接続する接続部 1 4 5、溝部 1 4 3と排出孔 1 4 1 とを接続する接続部 1 4 6が形成されている。また、溝部 1 3 8， 1 4 3が形成されるセパレータ本体部 1 3 1 aの側縁部に放熱フィン 1 3 3が設けられている。

図 1 7 Aに示すように、溝部 1 4 3は、燃料ガスとされる水素ガスを接合体 1 3 2に供給するための面内流路とされる。溝部 1 4 3は発電反応の効率を高めるためにセパレータ本体部 1 3 1 aの表面内を蛇行するように形成されており、水素ガスが接合体 1 3 2の燃料極全体に供給されるような形状とされる。供給孔 1 4 2は、発電部 1 3 0の外部に設けられた水素吸蔵カートリッジ 6 0の如き水素ガス貯蔵部から溝部 1 4 3 に水素ガスを供給する際の水素ガスの流路とされる。接続部 1 4 5は溝部 1 4 3 と供給孔 1 4 2とを接続し、溝部 1 4 3に水素ガスを供給する。また、接続部 1 4 6は溝部 1 4 3 と排出孔 1 4 1 とを接続し、溝部 1 4 3から発電反応後の水素ガスを排出する。本例にかかるセパレータ 1 3 1においては、接続部 1 4 5， 1 4 6の断面積はセパレータ 1 3 1 と接合体 1 3 2とによりスタック構造を形成した際の溝部 1 4 3の断面積より小さくなるように形成され、例えば接続部 1 4 5， 1 4 6の幅が溝部 1 4 3の幅より狭くなるように形成される。さらに、接続部 1 4 5の幅を接続部 1 4 6 の幅より狭くなるように形成し、溝部 1 4 3への水素ガスの入口側の幅を出口側の幅より狭くしておく。

供給孔 1 4 2及び排出孔 1 4 1は、スタック構造を形成した際に積層される各セパレータ 1 3 1の間で接続され、水素ガスを各セパレータ 1 3 1に供給する供給路と発電後の水素ガスを排出するための排出路を形成する。溝部 1 4 3に水が蓄積された際には、この排出路を水素パージバルブ 5 4により大気開放して溝部 1 4 3に蓄積された水の供給路側と排出路側とに圧力差を生じさせ、この圧力差によって水を排出することができる。さらに、スタック構造を形成した際の任意のセパレータ 1 3 1の溝部 1 4 3に水が蓄積された場合でも、水が蓄積された溝部 1 4 3 内にのみ瞬間的に圧力差を生じさせることが可能であり、水を排出し発電部 1 3 0に安定して水素ガスを供給することができる。

図 1 7 Bに示すように、溝部 1 3 8はセパレータ本体部 1 3 1 a の溝部 1 4 3が形成された面の襄面側に形成され、酸素を含む空気を流すための流路とされる。溝部 1 3 8 は、セパレータ 1 3 1 の幅方向に延在するように形成されてセパレータ本体部 1 3 1 a の側面に開口する。さらに、溝部 1 3 8は、セパレータ本体部 1 3 1 a の長手方向に沿って複数形成されている。また、溝部 1 3 8がセパレータ本体部 1 3 1 a の側面にそれぞれ開口する開口部 1 3 4， 1 4 0を介して酸素を含む空気が溝部 1 3 8に供給されて、排気される。開口部 1 3 4， 1 4 0の幅は溝部 1 3 8の幅より大きめとされ、開口部 1 3 4， 1 4 0の側壁が溝部 1 3 8の側壁に対して傾斜したテーパー形状になるように開口部 1 3 4， 1 4 0をすることができる。このような開口部 1 3 4， 1 4 0によれば、溝部 1 3 8への空気の取りこみ又は溝部 1 3 8から空気を排出する際の空気に対する流路抵抗を低減することができ、溝部 1 3 8に円滑に空気を流動させることができる。また、開口部 1 3 4， 1 4 0の高さ方向に沿った開口幅が溝部 1 3 8の高さ寸法より大きめになるように開口部 1 3 4 , 1 4 0を形成して、流路抵抗をさらに低減することが可能となる。続いて、図 1 8 A及び図 1 8 Bを参照しながら、放熱ブインの間を流れる空気の流動状態について説明する。図 1 8 A及び図 1 8 Bは放熱フイン周辺における空気の流動状態を説明する図である。図 1 8 Aは、略矩形状とされる断面形状を有する放熱フィン 1 8 0が一定間隔で配置され、これら放熱ブイン 1 8 0の間における空気の流動状態を説明する図であり、図 1 8 Bは発電部 1 3 0を構成する放熱フィン 1 3 3の間における空気の流動状態を説明する図である。

図 1 3 Aに示すように、セパレータ本体部 1 8 1の側縁部に設けられた放熱フィン 1 8 0の間における空気の流れは、図中矢印で示した空気の流れ A, B， Cの 3つに分類することができる。空気の流れ Aは、放熱フィン 1 8 0にぶつかることなくそのまま放熱フィン 1 8 0の間のスペースに流れ込む空気の流れである。空気の流れ Aは、放熱フィン 1 8 0からの放熱量の大部分に寄与する空気の流れである。空気の流れ Bは、放熱フィン 1 8 0の端面 1 8 0 aにより流れの向きが曲げられた空気の流れであり、放熱フィン 1 8 0 と平行に流動する空気の流れに対面する端面 1 8 0 aにより空気の流れが曲げられたものである。

空気の流れ Bは、放熱フィン 1 8 0の端面 1 8 0 aによって流れが阻害されて流れが曲げられ、空気が放熱フィン 1 8 0の間のスペースに流れ込む。空気の流れ Bは、空気の流れ Aと干渉し、空気の流れ Aに沿つて流れる空気の流量が減少する。特に、放熱フィン 1 8 0の間のスぺースを狭めるほど空気の流れ A， Bの干渉の度合いが大きくなり、空気の流れ Aに沿って流れる空気の流量が減少する割合も增大する。放熱フィン 1 8 0の間のスペースを流れる空気の流量が減少した場合、放熱フィン 1 8 0からの放熱量が減少し、発電部の温度上昇を効率良く抑制することが困難となる。

さらに、放熱フィン 1 8 0の間を流れる空気の出口側においては、渦状に空気が流れる空気の流れ Cが発生する。空気の流れ Cは、放熱フィン 1 8 0の間のスペースに比べて広いスペースに空気が流れ出る際に生じ、特に放熱フィン 1 8 0の間のスペースの幅が狭いほど生じ易い。すなわち、燃料電池装置を小型化するために放熱フィンの間のスペースを狭めるほど空気の流れ Cは生じ易くなる。空気の流れ Cは、放熱フィン 1 8 0の間のスペースから流れ出る空気の流れ Aを妨げ、これにより空気の流れ Aの流量が減少する。

放熱ブイン 1 8 0からの放熱量は空気の流れ Aによるところが大きく空気の流れ Aによる流量を十分に確保することが重要となる。空気の流れ B， Cによる空気の流れ Aの流量が減少することは、発電部の温度調整の範囲を狭めることに繋がる。よって、このような空気の流れ B， C を抑制することが空気の流量を制御して発電部の温度を調整するためには重要となる。

図 1 8 Bに示すように、本例の放熱フィン 1 3 3によれば、図 1 8 A に示す空気の流れ B， Cを殆ど生じることなく、空気の流れ Aによる空気の流量を十分に確保することが可能となる。既に述べたように放熱フイン 1 3 3の縁部の断面形状は略テーパー形状とされ、放熱ブイン 1 3 3の縁部から中央部に亘つて緩やかに放熱フィンの間のスペースが狭められている。したがって、放熱フィン 1 3 3の間のスペース、すなわち空気の流路が滑らかに狭められていることにより、空気の入口側においては、空気の流れ Bに相当する空気の流れ B 'が滑らかに放熱ブインの間のスペースに流れ込んで空気の流れ Aと合流する。また、空気の出口側においては放熱フィン 1 3 3の中央部 1 7 2力、ら縁部 1 7 1に亘つて空気の流路が緩やかに広がるため、空気の流れ Cに相当する空気の流れ C ' は渦状の流れを殆ど生じることなく、空気は放熱フィンの間のスペースから外側に滑らかに流れ出る。

このように、放熱フィンの縁部の断面形状をテーパー形状とし、さらに空気の流れに臨むそれぞれの面の境界を曲面にすることにより放熱フィンの間のスペースにおける圧力損失を低減することができ、空気を滑らかに流動させることが可能となる。したがって、放熱フィンの間のスペースに供給される空気の流量を精度良く制御することができ、これにより放熱フィンからの放熱量を調整して発電部の温度調整を精度良く行うことができる。さらに、発電部を小型化する際にも冷却ファンの出力を抑制しながら所要の流量で空気を流動させることができ、安定した発電を行うために必要とされる電力を抑制しながら、発電を行うことが可能である。したがって、燃料電池装置を小型、且つ発電を行う際の消費電力が抑制された装置とすることができる。

次に、図 1 9を参照しながら、本発明にかかるセパレータの別の例について説明する。図 1 9は、セパレータの構造を示す斜視図である。セパレータ 1 9 1は、セノ、°レータ本体部 1 9 1 a と放熱フィン 1 9 3 と力、ら構成され、セパレータ本体部 1 9 1 a はセパレータ本体部 1 3 1 a とほぼ同様の構造を有する。セパレータ本体部 1 9 1 a の表面には燃料とされる水素ガスを発電体に供給するための溝部 1 9 8が設けられ、裏面側には発電体に空気を供給するための溝部が形成されている。放熱フィン 1 9 3の縁部 2 0 1は、空気の流れに対して略垂直に対面する端面 2 0 3 と、放熱フィン 1 9 3の中央部 2 0 2の表面に対して傾斜した傾斜面 2 0 4とを有し、縁部 2 0 1 の断面形状は略テーパー形状とされる。一方の縁部 2 0 1は、スタック構造を有する発電部を構成する際に隣り合うように配設される放熱ブイン 1 9 3の間に流動する空気の入口側に臨み、他方の縁部 2 0 1が空気の出口側に臨む。縁部 2 0 1 の傾斜面 2 0 4は、セパレータ本体部 1 9 1 a の側縁部から放熱フィン 1 9 3 の先端部まで延在され、放熱フィン 1 9 3の縁部 2 0 1 の全体に形成されている。また、セパレータ本体部 1 9 1 aの側縁部と略平行に延在し、放熱フィン 1 9 3 の先端部 2 0 5の断面形状も、縁部 2 0 1 の断面形状と同様に略テーパー形状を有する。本例にかかるセパレータ 1 9 1によれば、縁部 2 0 1 の断面形状が略テーパー形状を有している場合に比べて、放熱ブイン 1 9 3の間のスペースにおける空気の流れに対する抵抗をさらに低減することができ、放熱フィン 1 9 3の先端部 2 0 5 とされる縁部の近傍において空気の円滑に流すことが可能となる。流れに対する抵抗を低減することが可能となる。よって、燃料電池本体とされる発電部をセパレータ 1 9 1 と発電体とを積層して形成した場合に積層方向に一定の間隔を有して配設される放熱フィン 1 9 3の全体に空気を流動させた際の抵抗を低減することでき、放熱フィン 1 9 3から熱を伝えられる空気の流量を常時十分に確保することができる。すなわち、空気を一定の流量で流すことができることから、空気の流量に応じて放熱フィン 1 9 3から放熱される放熱量を調整することができ、発電部の温度調整を精度良く行うことができる。

また、本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法によれば、上述した放熱フィン 1 3 3、或いは放熱フィン 1 9 3を備えるセパレータによりスタック構造を有する発電部を構成し、空気を放熱フィンの周辺に流動させ、放熱フィンの間のスペースにおいて円滑に入れ替わる空気に対して放熱することができ、冷却ファンによって流量を調整することにより放熱量を調整することができる。したがって、発電部の温度調整を精度良く行うことができる。さらに、冷却ファンの出力を上げることなく空気の流量を一定に維持することができ、冷却ファン、及び燃料電池装置に搭載される各種機器を発電部から供給される電力によって駆動させる場合には、駆動電力の損失の低減にも繋がる。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明にかかるセパレータ及ぴ燃料電池装置によれば、燃料電池本体とされる発電部がスタック構造を有する場合でも、セパレータと接合体とが積層される積層方向に関して発電部に温度勾配を生じさせることなく、発電部全体を略均一な温度に維持しながら安定して発電を行うことができる。

さらに、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、セパレータの外形寸法を変更することなく各放熱フィンによる放熱量を調整することができ、発電部のサイズゃ設計を変更することなく、発電時に温度が略均一とされる燃料電池装置を提供することが可能となる。このようなセパレータ及ぴ燃料電池装置によれば、燃料電池装置から駆動電力を受け取って駆動される各種電子機器に小型の燃料電池装置を搭載することも可能となる。

また、本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法によれば、放熱フィンの周辺に空気を流動させ、流動される空気に放熱される放熱量を放熱フィンが配設される一の違いに応じて調整することにより、スタック構造を有する発電部の積層方向に関する温度勾配を抑制し、発電部全体の温度を均一に維持しながら安定した発電を行うことができる。さらに、空気の流動に対する抵抗を低減することができ、スタック構造を有する燃料電池本体に設けられる放熱フィンの間に円滑に空気を流動させることができる。したがって、放熱フィンの間に流れる空気の流量を精度良く制御することが可能となり、空気の流量に応じて放熱フィンからの放熱量を精度良く調整することができる。これにより、燃料電池本体とされる発電部を冷却して温度調整することができる。

さらにまた、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、燃料電池装置に搭載される各種機器を駆動するための駆動電力を発電部から供給する場合には、これら機器の消費電力を低減することができ、燃料電池装置全体の発電効率を向上させることが可能となる。

また、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、冷却ファンなどによって空気の流量を精度良く制御することができることから空気の流量に応じて精度良く発電部の温度を調整できると共に温度の調整範囲を流量に応じて広げることが可能となる。

さらに、本発明にかかるセパレータ及ぴ燃料電池装置によれば、燃料電池装置を小型.化する際に放熱ブインの間のスペースが狭められた場合でも、放熱フィンの間のスペースに十分な流量で空気を流動させることができる。したがって、放熱ブインからの放熱量を増大させることも可能であり、放熱量の増大分に応じて、放熱フィンの小型化してさらなる燃料電池装置の小型化に繋げることも可能となる。

Claims

1 . 発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセノヽ。レータであって、

請

前記発電体と接するセパレータ本体部と、

前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、

の

前記放熱部の断面積が、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して、前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていること '

を特徴とするセパレータ。

2 . 前記放熱部の断面積は、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層されてなる燃料電池本体において、前記積層方向に関して前記放熱部より外側に配設される放熱部の断面積より大きいこと

を特徴とする請求項 1記載のセパレータ。

3 . 前記放熱部は略平板状とされること

を特徴とする請求項 1記載のセパレータ。

4 . 前記放熱部の断面積は、前記放熱部の幅寸法、及び厚み寸法のうち少なくとも一の寸法を変えることにより設定されること

を特徴とする請求項 1記載のセパレータ。

5 . 発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセノレータであって、

前記発電体と接するセパレータ本体部と、

前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、前記放熱部の表面積は、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して、前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていること

を特徴とするセパレータ。

6 . 前記放熱部の表面積は、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層されてなる燃料電池本体において、前記積層方向に関して前記放熱部より外側に配設される放熱部の表面積より大きいこと

を特徴とする請求項 5記載のセパレータ。

7 . 前記放熱部は略平板状とされること

を特徴とする請求項 5記載のセパレータ。

8 . 前記放熱部の表面積は、前記放熱部の幅寸法、長さ寸法、及び厚み寸法のうち少なくとも一の寸法を変えることにより設定されることを特徴とする請求項 5記載のセパレータ。

9 . 発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセパレータであって、

前記発電体と接するセパレータ本体部と、

前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、前記放熱部の熱放射率が、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して、前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていること

を特徴とするセパレータ。

1 0 . 前記放熱部の熱放射率は、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層されてなる燃料電池本体において、前記積層方向に関して前記放熱部より外側に配設される放熱部の熱放射率より大きいこと

を特徴とする請求項 9記載のセパレータ。

1 1 . 前記放熱部の熱放射率は、前記放熱部の表面の表面粗さを変えることにより設定されること

を特徴とする請求項 9記載のセパレータ。

1 2 . 前記放熱部の熱放射率は、前記放熱部の表面に対する表面処理を変えることにより設定されること

を特徴とする請求項 9記載のセパレータ。

1 3 . 発電体と他発電体とを電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、

前記セパレータは、前記発電体と接するセパレータ本体部と前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを有し、

前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して隣り合う放熱部の間隔が、前記積層方向に関して前記放熱部が前記燃料電池本体に配設される位置の違いに応じて所要の間隔とされていること特徴とする燃料電池装置。

1 4 . 前記燃料電池本体に供給される酸化用流体を各放熱部の間に流動させて前記放熱部からの放熱が行われること

を特徴とする請求項 1 3記載の燃料電池装置。

1 5 . 前記所要の間隔は、前記積層方向に関して前記燃料電池本体の外側に位置して隣り合う放熱部の間隔ほど小さいこと

を特徴とする請求項 1 3記載の燃料電池装置。

1 6 . 前記セパレータ本体部の厚み寸法は、前記積層方向に関して前記燃料電池本体の外側に位置するセパレータ本体部ほど小さいことを特徴とする請求項 1 3記載の燃料電池装置。

1 7 . 前記放熱部の厚み寸法と前記放熱部が突設されるセパレータ本体部の厚み寸法の差は、前記積層方向に関して前記燃料電池本体の外側ほど小さいこと

を特徴とす δ請求項 1 3記載の燃料電池装置。

1 8 . 発電体と前記発電体に隣り合う発電体を電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、前記セパレータは、前記発電体と接するセパレータ本体部と前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、

前記放熱部の断面積が、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていること

を特徴とする燃料電池装置。

1 9 . 発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、

前記放熱部の表面積が、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていること

を特徴とする燃料電池装置。

2 0 . 発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータを積層してなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、

前記放熱部の熱放射率が、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向に関して前記セパレータ本体部が配設される位置の違いに応じて異なるように設定されていること

を特徴とする燃料電池装置。

2 1 . 発電体と、前記発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体の温度を調整する燃料電池装置の温度調整方法であって、

前記発電体と接するセパレータ本体部と、前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とにより前記セパレータを構成し、

前記燃料電池本体を冷却するための冷却用流体を前記放熱部の周辺に流動させ、

前記発電体と前記セパレータとが積層される積層方向に関して、前記放熱部が配設される位置の違いに応じて前記放熱部からの放熱量を調整すること

を特徴とする燃料電池装置の温度調整方法。

2 2 . 発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセ/《レークであって、

前記発電体と接するセパレータ本体部と、

前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、前記放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みは、前記放熱部の中央部の厚みに比べて薄いこと

を特徴とするセパレータ。

2 3 . 前記放熱部を冷却するための冷却用流体が前記放熱部の周辺に流動されること

を特徴とする請求項 2 2記載のセパレータ。

2 4 . 前記放熱部の縁部は、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向で隣り合うように位置する前記放熱部の間に前記冷却用流体が流れ込む入口側に臨むこと

を特徴とする請求項 2 3記載のセパレータ。

2 5 . 前記放熱部の縁部は、前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向で隣り合うように位置する前記放熱部の間から前記冷却用流体が流れ出る出口側に臨むこと

を特徴とする請求項 2 3記載のセパレータ。

2 6 . 前記放熱部の縁部は、前記放熱部が前記セパレータ本体部の側縁部から突設されて延在される向きに沿って延在することを特徴とする請求項 2 2記載のセパレータ。

2 7 . 前記縁部の断面はテーパー形状とされること

を特徴とする請求項 2 2記載のセパレータ。

2 8 . 前記中央部の断面は矩形状とされ、前記縁部は前記中央部の表面に対して傾斜した傾斜面を備えること

を特徴とする請求項 2 7記載のセパレータ。

2 9 . 前記中央部の表面と前記傾斜面との境界は曲面とされることを特徴とする請求項 2 8記載のセパレータ。

3 0 . 前記傾斜面と前記縁部の端面との境界は曲面とされることを特徴とする請求項 2 8記載のセパレータ。

3 1 . 前記中央部の表面と前記傾斜面との境界とされる曲面の曲率は、前記傾斜面と前記縁部の端面との境界とされる曲面の曲率より大きいこと

を特徴とする請求項 2 8記載のセパレータ。

3 2 . 前記発電体と前記セパレータ本体部とが積層される積層方向で前記放熱部が配設される位置の違いに応じて、前記中央部の表面と前記傾斜面との境界とされる曲面の曲率と、前記傾斜面と前記縁部の端面との境界とされる曲面の曲率とが所要の値となるように設定されることを特徴とする請求項 2 8記載のセパレータ。

3 3 . 前記放熱部の縁部は、前記セパレータ本体部の側縁部から延在されるように設けられる前記放熱部の先端部であること

を特徴とする請求項 2 2記載のセパレータ。

3 4 . 前記放熱部の表面は、前記放熱部を冷却するための冷却甩流体の流動を阻害する抵抗を低減するように所要の表面粗さを有することを特徴とする請求項 2 2記載のセパレータ。

3 5 . 発電体と、前記発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であつて、

前記セパレータは、前記発電体と接するセパレータ本体部と前記セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、

前記放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みが前記放熱部の中央部の厚みに比べて薄くなるように設定されていること

を特徴とする燃料電池装置。

3 6 . 発電体と、前記発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体の温度を調整する燃料電池装置の温度調整方法であって、

前記放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みを前記放熱部の中央部の厚みに比べて薄くなるように設定し、

前記燃料電池本体を冷却するための冷却用流体を前記放熱部の周辺に流動させること

を特徴とする燃料電池装置の温度調整方法。