(57)【要約】【課題】射出成形によって精度良く製造可能な液体燃料形燃料電池のセパレータを提案すること。【解決手段】液体燃料形燃料電池２のセパレータ４４では、一体射出成形品であるセパレータ本体板１０１の表面に形成した空気供給溝１０６が、セパレータ本体板の外周側の矩形枠状部分１０３に形成した空気取り込み口１１４に連通している。空気取り込み口１１４は、アノード側矩形枠板１１１とカソード側矩形枠板１１２の間において、複数本の第１〜３連結リブ１１３ａ〜１１３ｃ、１１５、１１９で連結されているだけなので大きな断面積の空気取り込み口が得られ、空気を効率よく取り込むことができる。第１〜３連結リブ１１３ａ〜１１３ｃ、１１５、１１９を適切な配置間隔、幅および長さに設定することにより、成形時のヒケを防止あるいは抑制して、平坦度の高いセパレータを精度良く廉価に製造できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックの射出成形により製造された一体成形品である一定厚さの矩形輪郭のセパレータ本体板（１０１）を有し、
このセパレータ本体板（１０１）は、当該セパレータ本体板の外周縁側の部分を規定している矩形枠状部分（１０３）と、この矩形枠状部分（１０３）によって取り囲まれている矩形板部分（１０４）とを備え、
前記矩形板部分（１０４）の一方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の液体燃料供給溝（１０５）が平行に複数本形成されたアノード側表面であり、
前記矩形板部分（１０４）の他方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の空気供給溝（１０６）が格子状に形成されたカソード側表面であり、
矩形枠状部分（１０３）は、前記セパレータ本体板（１０１）の厚さ方向において一定の間隔で平行に対峙している一定厚さのアノード側矩形枠板部分（１１１）およびカソード側矩形枠板部分（１１２）と、これらの間を所定の間隔で厚さ方向に連結している複数本の第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）とを備え、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）は前記矩形板部分（１０４）に繋がっており、隣接する前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）の間が、前記空気供給溝（１０６）を前記セパレータ本体板（１０１）の四方の外周端面（１０１ａ〜１０１ｄ）から前記空気供給溝（１０６）に空気を取り込む空気取り込み口（１１４）となっており、
前記矩形枠状部分（１０３）における一方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第２連結リブ（１１５）が形成され、各第２連結リブ（１１５）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通している液体燃料供給穴（１１６）がそれぞれ形成されており、
各液体燃料供給穴（１１６）は、各第２連結リブ（１１５）内において前記矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に直交する方向に延びる後加工によって形成される連通穴（１１７）と、前記矩形板部分（１０４）を厚さ方向に貫通している貫通穴（１１８）とを介して、前記アノード側表面の前記液体燃料供給溝（１０５）に連通しており、
前記矩形枠状部分（１０３）における他方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第３連結リブ（１１９）がそれぞれ形成され、各第３連結リブ（１１９）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通しているセパレータ締結用のネジ穴（１２０）が形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）の表面が平坦面となるように前記セパレータ本体板（１０１）が射出成形されるように、前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）、前記第２連結リブ（１１５）および前記第３連結リブ（１１９）の幅、長さ、および配置間隔が設定されていることを特徴とする液体燃料形燃料電池（２）のセパレータ（４４）。
【請求項２】
射出成形により得られた前記セパレータ本体板（１０１）に後加工を施して形成した各第２連結リブ（１１５）内の前記連通穴（１１７）は、
前記セパレータ本体板（１０１）の前記外周端面（１０１ａ〜１０１ｄ）に露出している前記第２連結リブ（１１５）の外側端面（１１５ａ）から前記貫通穴（１１８）に達する横穴（１２１）を切削加工により形成し、当該横穴（１２１）における前記外側端面（１１５ａ）に露出している開口を封鎖することにより得られたものであることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料形燃料電池（２）のセパレータ（４４）。
【請求項３】
前記セパレータ本体板（１０１）の表面には導電性薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体燃料形燃料電池（２）のセパレータ（４４）。
【請求項４】
プラスチックの射出成形により製造された一体成形品である一定厚さの矩形輪郭のセパレータ本体板（１０１）を有し、
このセパレータ本体板（１０１）は、当該セパレータ本体板の外周縁側の部分を規定している矩形枠状部分（１０３）と、この矩形枠状部分（１０３）によって取り囲まれている矩形板部分（１０４）とを備え、
前記矩形板部分（１０４）の一方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の液体燃料供給溝（１０５）が平行に複数本形成されたアノード側表面であり、
前記矩形板部分（１０４）の他方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の空気供給溝（１０６）が格子状に形成されたカソード側表面であり、
矩形枠状部分（１０３）は、前記セパレータ本体板（１０１）の厚さ方向において一定の間隔で平行に対峙している一定厚さのアノード側矩形枠板部分（１１１）およびカソード側矩形枠板部分（１１２）と、これらの間を所定の間隔で厚さ方向に連結している複数本の第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）とを備え、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）は前記矩形板部分（１０４）に繋がっており、隣接する前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）の間が、前記空気供給溝（１０６）を前記セパレータ本体板（１０１）の四方の外周端面（１０１ａ〜１０１ｄ）から前記空気供給溝（１０６）に空気を取り込む空気取り込み口（１１４）となっており、
前記矩形枠状部分（１０３）における一方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第２連結リブ（１１５）が形成され、各第２連結リブ（１１５）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通している液体燃料供給穴（１１６）がそれぞれ形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）における前記アノード側矩形枠板部分（１１１）の表面には、前記液体燃料供給穴（１１６）から前記液体燃料供給溝（１０５）に至る液体燃料導入溝（１１７Ａ）が形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）における他方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第３連結リブ（１１９）がそれぞれ形成され、各第３連結リブ（１１９）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通しているセパレータ締結用のネジ穴（１２０）が形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）の表面が平坦面となるように前記セパレータ本体板（１０１）が射出成形されるように、前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）、前記第２連結リブ（１１５）および前記第３連結リブ（１１９）の幅、長さ、および配置間隔が設定されていることを特徴とする液体燃料形燃料電池（２）のセパレータ（４４Ａ）。
【請求項５】
前記液体燃料供給穴（１１６）は、その開口縁の一部が、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）における前記矩形板部分（１０４）との境界に接する位置に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体燃料形燃料電池（２）のセパレータ（４４Ｂ）。
【請求項６】
前記セパレータ本体板（１０１）の表面には導電性薄膜が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液体燃料形燃料電池（２）のセパレータ（４４Ａ、４４Ｂ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード側電極板およびカソード側電極板が電解質膜を挟み積層接着された構成の電極接合体がセパレータを介して積層され、セパレータに形成した空気供給穴からカソード側電極板に空気が供給され、セパレータに形成した燃料供給穴からアノード側電極板に燃料が供給される液体燃料形燃料電池に関し、特に、そのセパレータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来においては各種の燃料電池が提案されている。燃料電池は、電気化学反応を利用して電力を発生する装置であり、そのセルを構成する材料の種類にもよるが、様々な種類の物質が燃料として用いられている。例えば、メタノールやホルムアルデヒドのような有機物質が用いられている。
【０００３】
一般的な燃料電池では、その燃料極(アノード)に対して効率良く水素を供給できるように、燃料を直接に燃料極に供給する前に燃料改質器に通して改質している。燃料を直接にセルの燃料極に供給して酸化するシステムとしては、特許文献１に開示されているような、ダイレクトメタノール形燃料電池が知られている。また、本願出願の発明者は、特許文献２、３において、液体燃料を用いて常温下で発電を行う発電モジュールを提案している。
【特許文献１】特開２００４−３４２５３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５７４０５号公報
【特許文献３】特開２００７−２２０３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に開示の燃料電池のセパレータは炭素と熱硬化性樹脂との混合物の成形品である。また、空気供給溝が形成されているセパレータの表面の外周縁に沿って４枚の当て板を取り付けて、空気供給溝の出口部分を覆うようにしている。４枚の当て板をセパレータの表面に位置決めして積層しているので、組み付け作業が煩雑であり、精度良く４枚の当て板を組み付けることができない場合もある。これに対して、特許文献２、３においては、空気供給溝の外周縁部分を封鎖状態の空気供給穴とすることにより、仕切り板（セパレータ）を単一の部品から形成している。よって、複数の部品の組み付けが不要であり、特許文献１における不具合が発生しない。
【０００５】
特許文献２、３に開示の仕切り板（セパレータ）は、例えば、チタンなどの金属板を切削加工して製造することが考えられる。金属板の切削加工により製造した場合には、空気供給溝、燃料供給溝を備えた一定厚さの仕切り板を得ることができるが、製造に時間が掛り、製造コストも高い、という問題点がある。
【０００６】
そこで、プラスチックの射出成形によりセパレータを一体成形することが考えられる。しかしながら、空気供給溝および燃料供給溝を備えたセパレータを射出成形した場合には、一定厚さのセパレータを精度良く製造することが困難である。セパレータの各部分に厚さのばらつきがあると、空気および燃料の供給を効率良く行うことができず、発電効率が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、射出成形によって精度良く製造可能な液体燃料形燃料電池のセパレータを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の液体燃料形燃料電池のセパレータは次のように構成されていることを特徴としている。なお、括弧内の符号は、後述の実施の形態における対応する部位に付与したものであるが、本発明を実施の形態に限定することを意図したものではない。
【０００９】
すなわち、本発明のセパレータ（４４）は、
プラスチックの射出成形により製造された一体成形品である一定厚さの矩形輪郭のセパレータ本体板（１０１）を有し、
このセパレータ本体板（１０１）は、当該セパレータ本体板（１０１）の外周縁側の部分を規定している矩形枠状部分（１０３）と、この矩形枠状部分（１０３）によって取り囲まれている矩形板部分（１０４）とを備え、
前記矩形板部分（１０４）の一方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の液体燃料供給溝（１０５）が平行に複数本形成されたアノード側表面であり、
前記矩形板部分（１０４）の他方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の空気供給溝（１０６）が格子状に形成されたカソード側表面であり、
矩形枠状部分（１０３）は、前記セパレータ本体板（１０１）の厚さ方向において一定の間隔で平行に対峙している一定厚さのアノード側矩形枠板部分（１１１）およびカソード側矩形枠板部分（１１２）と、これらの間を所定の間隔で厚さ方向に連結している複数本の第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）とを備え、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）は前記矩形板部分（１０４）に繋がっており、隣接する前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）の間が、前記空気供給溝（１０６）を前記セパレータ本体板（１０１）の四方の外周端面（１０１ａ〜１０１ｄ）から前記空気供給溝（１０６）に空気を取り込む空気取り込み口（１１４）となっており、
前記矩形枠状部分（１０３）における一方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第２連結リブ（１１５）が形成され、各第２連結リブ（１１５）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通している液体燃料供給穴（１１６）がそれぞれ形成されており、
各液体燃料供給穴（１１６）は、各第２連結リブ（１１５）内において前記矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に直交する方向に延びる後加工によって形成される連通穴（１１７）と、前記矩形板部分（１０４）を厚さ方向に貫通している貫通穴（１１８）とを介して、前記アノード側表面の前記液体燃料供給溝（１０５）に連通しており、
前記矩形枠状部分（１０３）における他方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第３連結リブ（１１９）がそれぞれ形成され、各第３連結リブ（１１９）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通しているセパレータ締結用のネジ穴（１２０）が形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）の表面が平坦面となるように前記セパレータ本体板（１０１）が射出成形されるように、前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）、前記第２連結リブ（１１５）および前記第３連結リブ（１１９）の幅、長さ、および配置間隔が設定されていることを特徴としている。
【００１０】
ここで、射出成形により得られた前記セパレータ本体板（１０１）に後加工を施して形成した各第２連結リブ内の前記連通穴（１１７）は、前記セパレータ本体板（１０１）の前記外周端面（１０１ａ〜１０１ｄ）に露出している前記第２連結リブ（１１５）の外側端面から前記貫通穴（１１８）に達する横穴を切削加工により形成し、当該横穴における前記外側端面に露出している開口を封鎖することにより、得ることができる。
【００１１】
また、前記セパレータ本体板（１０１）の表面に導電性薄膜を形成して、セパレータに導電性を付与することがのぞましい。
【００１２】
この構成のセパレータにおいては、外部からセパレータの液体燃料供給口に供給された液体燃料が、セパレータ内部の連通穴および貫通穴を通ってアノード側表面に形成されている液体燃料供給溝に供給される。アノード側表面は電極接合体のアノード側電極板に対峙する面であるので、液体燃料供給溝に供給された液体燃料がアノード側電極板に供給される。一方、セパレータの外周端面に開口している空気取り込み口から導入される空気は、カソード側表面に形成されている空気供給溝に供給される。カソード側表面は電極接合体のカソード側電極板に対峙する面であるので、空気供給溝に供給された空気がカソード側電極板に供給される。この結果、電解質膜を挟み積層されているアノード側電極およびカソード側電極間で発生する電気化学反応により電極接合体が発電する。
【００１３】
次に、本発明のセパレータ（４４Ａ）は、後加工による穴開け作業を省略するために、
プラスチックの射出成形により製造された一体成形品である一定厚さの矩形輪郭のセパレータ本体板（１０１）を有し、
このセパレータ本体板（１０１）は、当該セパレータ本体板（１０１）の外周縁側の部分を規定している矩形枠状部分（１０３）と、この矩形枠状部分によって取り囲まれている矩形板部分（１０４）とを備え、
前記矩形板部分（１０４）の一方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の液体燃料供給溝（１０５）が平行に複数本形成されたアノード側表面であり、
前記矩形板部分（１０４）の他方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の空気供給溝（１０６）が格子状に形成されたカソード側表面であり、
矩形枠状部分（１０３）は、前記セパレータ本体板（１０１）の厚さ方向において一定の間隔で平行に対峙している一定厚さのアノード側矩形枠板部分（１１１）およびカソード側矩形枠板部分（１１２）と、これらの間を所定の間隔で厚さ方向に連結している複数本の第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）とを備え、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）は前記矩形板部分（１０４）に繋がっており、隣接する前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）の間が、前記空気供給溝（１０６）を前記セパレータ本体板（１０１）の四方の外周端面（１０１ａ〜１０１ｄ）から前記空気供給溝（１０６）に空気を取り込む空気取り込み口（１１４）となっており、
前記矩形枠状部分（１０３）における一方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第２連結リブ（１１５）が形成され、各第２連結リブ（１１５）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通している液体燃料供給穴（１１６）がそれぞれ形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）における前記アノード側矩形枠板部分（１１１）の表面には、前記液体燃料供給穴（１１６）から前記液体燃料供給溝（１０５）に至る液体燃料導入溝（１１７Ａ）が形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）における他方の対角線方向の両端部分には、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）および前記カソード側矩形枠板部分（１１２）の間を連結している第３連結リブ（１１９）がそれぞれ形成され、各第３連結リブ（１１９）には、当該矩形枠状部分（１０３）の厚さ方向に貫通しているセパレータ締結用のネジ穴（１２０）が形成されており、
前記矩形枠状部分（１０３）の表面が平坦面となるように前記セパレータ本体板（１０１）が射出成形されるように、前記第１連結リブ（１１３ａ〜１１３ｃ）、前記第２連結リブ（１１５）および前記第３連結リブ（１１９）の幅、長さ、および配置間隔が設定されていることを特徴としている。
【００１４】
ここで、前記液体燃料供給穴（１１６）は、その開口縁の一部が、前記アノード側矩形枠板部分（１１１）における前記矩形板部分（１０４）との境界に接する位置に形成されていることが望ましい。このようにすれば、液体燃料供給穴（１１６）の開口縁の一部が、矩形板部分（１０４）に形成されている液体燃料供給溝（１０５）に連通した状態にすることができる。したがって、液体燃料導入溝（１１７Ａ）の長さを短くでき、実質的に当該溝を省略できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の液体燃料形燃料電池のセパレータは、プラスチックを射出成形することにより得られた一体成形品からなるセパレータ本体板を備えている。セパレータ本体板の一方の表面には空気供給溝が形成され、他方の表面には液体燃料供給溝が形成されており、空気供給溝は、セパレータ本体板の外周側の矩形枠状部分の内部に形成した空気取り込み口に連通している。
【００１６】
空気取り込み口は、一定の間隔で対峙する状態に成形したアノード側矩形枠板とカソード側矩形枠板の間に形成されている。これらの間は、所定の間隔で配置した所定幅および所定長さの第１連結リブと、液体燃料供給穴および連通穴（あるいは燃料導入溝）形成用の第２連結リブと、ネジ穴形成用の第３連結リブによって連結されているだけなので、大きな断面積の空気取り込み口が得られる。よって、空気を効率よく取り込むことができ、発電効率を高めるために有利である。
【００１７】
また、厚肉の矩形枠状部分に、部分的に、空気取り込み穴、液体燃料供給穴、連通穴、ネジ穴などを形成する場合には、射出成形における溶融樹脂の固化時に、厚肉の部分にヒケが発生し、矩形枠状部分を平坦面となるように成形することができない。本発明では、第１連結リブを適切な配置間隔、幅および長さに設定することにより、成形時のヒケを防止あるいは抑制して、平坦度の高いセパレータを精度良く製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した液体燃料形燃料電池システムの実施の形態を説明する。
【００１９】
(全体構成)
図１は本発明を適用した液体燃料形燃料電池システムを示す概略構成図である。液体燃料形燃料電池システム１は、液体燃料形燃料電池２と、当該液体燃料形燃料電池２により発生した直流電流を蓄えるとともに、交流電流に変換して出力可能なコントローラ３とを有している。
【００２０】
液体燃料形燃料電池２は、発電モジュール４と、当該発電モジュール４に水素発生用の液体燃料を供給するための液体燃料循環系５と、発電モジュール４に空気(酸素)を供給するための送風機６と、液体燃料形燃料電池内部を冷却するための冷却ファン７と、送風機６、冷却ファン７および液体燃料循環系５のポンプを駆動するための内部電源８とを備えている。コントローラ３は、電気二重層コンデンサなどからなる複数の二次電池９と、直流電流を交流電流に変換するためのインバータ１０とを備えており、液体燃料形燃料電池２の発電電流がリレー１１を介して各二次電池９に充電され、二次電池９からはリレー１２を介してインバータ１０に電流が供給されるようになっている。
【００２１】
液体燃料としては、純水９５〜９８重量％に、有機物質を５〜２重量％溶解させたものが使用される。有機物質としては、柑橘類などの植物の精製油、トウモロコシや穀物類の発酵アルコールなどを用いることができる。
【００２２】
液体燃料形燃料電池２の液体燃料循環系５は、循環タンク１３と、この循環タンク１３に蓄えられている液体燃料を発電モジュール４を経由して循環させるための液体燃料循環路１４と、この液体燃料循環路１４に沿って液体燃料を循環させるための循環ポンプ１５とを備えている。また、液体燃料形燃料電池筐体１６に配置した注入口１７から液体燃料を供給可能なメインタンク１８を備えている。循環タンク１３内の液体燃料が所定量以下になると、供給ポンプ１９が駆動されて、メインタンク１８から循環タンク１３に液体燃料が補給されるようになっている。さらに、回収タンク２０を備えており、発電モジュール４から空気と共に回収される液体燃料が当該回収タンク２０に溜まり、ここから、必要に応じて、液体燃料形燃料電池筐体１６に配置した排水出口２１から排出される。また、回収タンク２０に回収された液体燃料を、供給ポンプ２２によって循環タンク１３の側に戻すことが可能となっている。
【００２３】
一方、発電モジュール４で発生した直流電流は、整流器２３を介して、内部電源８およびコントローラ３に出力される。コントローラ３への電力供給路には起動スイッチ２４が配置されており、起動スイッチ２４をオンにすると、内部電源８からリレー２５を介して、各ポンプ１５、１９、２２、送風機６および冷却ファン７に電力が供給され、これらの駆動が開始するようになっている。発電モジュール４の発電状態が安定化した後は、コントローラ３の側への発電電流の供給が開始される。コントローラ３は発電電流を二次電池９に蓄えると共に、インバータ１０を介して直流電流を交流電流に変換して、当該コントローラ３の出力端子２６に接続されている負荷側の装置(図示せず)に交流電流の供給を開始する。
【００２４】
(発電モジュール)
図２は発電モジュール４を示す斜視図であり、図３は発電モジュール４の分解斜視図である。これらの図を参照して説明すると、発電モジュール４は、一対の集電板４５と、複数枚のセパレータ４４と、複数枚の電極接合体４２を備えている。電極接合体４２は、アノード側電極板４７およびカソード側電極板４８が電解質膜４６を挟み積層接着された構成となっている。アノード側電極板４７は、矩形枠状のガスケット４７ａの枠内に配置された矩形の電極板であり、カソード側電極板４８も、矩形枠状のガスケット４８ａの枠内に配置された矩形の電極板である。
【００２５】
この構成の複数枚の電極接合体４２が、セパレータ４４を挟み、直列接続されている。また、両端に位置する各電極接合体(図示せず)は、それぞれセパレータ４４を挟み、各集電板４５に接続されている。さらに、矩形の枠状のガスケット４３が電極接合体４２と、両側のセパレータ４４との間にそれぞれ挟まれて、これらの間が液密状態とされている。以下に、各部分の構成を詳細に説明する。
【００２６】
まず、電極接合体４２のアノード側電極板４７は、ゼオライト、コーラルサンドおよびカーボンブラックの微粒子粉末の焼結体に白金が担持された電極板である。他方のカソード側電極板４８は、ゼオライトおよびカーボンブラックの微粒子粉末の焼結体にルテニウムが担持された電極板である。
【００２７】
締め付け板４１、電極接合体４２、各ガスケット４３、各セパレータ４４、および各集電板４５には、それらの対角線方向の一対の角部分に、それらの厚さ方向に貫通して延びる位置決め穴４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａが形成されている。これらの位置決め穴４１ａ〜４４ａには不図示の位置決めピンが通されて、これらが整列状態で積層されている。また、各締め付け板４１には複数のボルト穴４１ｂが形成されており、これらに通した締結ボルト４９によって、これらが積層状態で一体化されている。
【００２８】
一方の締め付け板４１、電極接合体４２、各ガスケット４３、各セパレータ４４および各集電板４５の対角線方向の他方の一対の角部分には、それらの厚さ方向に貫通して延びる一対の液体燃料供給口４１ｃ、４２ｃ、４３ｃ、液体燃料供給穴１１６、および液体燃料供給口４５ｃが形成されている。液体燃料は、例えば、一方の締め付け板４１の外側表面において、上側の液体燃料供給口４１ｃに接続されている液体燃料供給管５０を介して供給され、下側の液体燃料供給口４１ｃに接続されている液体燃料供給管５０を介して排出される。
【００２９】
集電板４５は、矩形の本体板部分の上端面の一方の端から一定幅で上方に端子板部分４５ｄが延びた形状とされている。本例では二枚の集電板４５は同一形状のものであり、逆向きに配置されている。
【００３０】
（セパレータ）
図４はセパレータのカソード側表面を示す平面図、左側の端面図、下側の端面図、および栓を示す説明図であり、図５はセパレータのアノード側表面を示す背面図である。これらの図を主に参照してセパレータ４４の構造を説明する。セパレータ４４はセパレータ本体板１０１から形成されており、このセパレータ本体板１０１には、その表面を覆う状態に導電性薄膜が形成されている。セパレータ本体板１０１はプラスチックの射出成形により製造された一体成形品である一定厚さの矩形輪郭の板である。導電性薄膜は、導電性素材を蒸着、溶射などの方法によって、セパレータ本体板１０１の表面に積層したものである。導電性薄膜を形成する代わりに、導電性素材が混合された導電性のプラスチック素材を用いてセパレータ本体板１０１を射出成形して、セパレータ本体板１０１に導電性を付与することも可能である。
【００３１】
セパレータ本体板１０１は、当該セパレータ本体板１０１の外周縁側の部分を規定している矩形枠状部分１０３と、この矩形枠状部分１０３によって取り囲まれている矩形板部分１０４とを備えている。内側の矩形板部分１０４の一方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の液体燃料供給溝１０５が例えば横方向Ｘに平行に複数本形成されているアノード側表面であり、矩形板部分１０４の他方の表面は、一定深さで一定幅の矩形断面の空気供給溝１０６が相互に直交する横方向Ｘおよび縦方向Ｙに格子状に形成されたカソード側表面である。空気供給溝１０６は液体燃料供給溝１０５に比べて、その幅および深さが大きい。
【００３２】
外側の矩形枠状部分１０３は、セパレータ厚さ方向Ｚにおいて一定の間隔で平行に対峙している一定厚さのアノード側矩形枠板部分１１１およびカソード側矩形枠板部分１１２と、これらの間を所定の間隔で厚さ方向Ｚに連結している複数本の第１連結リブ１１３ａ〜１１３ｃとを備えている。アノード側矩形枠板部分１１１は内側の矩形板部分１０４に繋がっている。また、隣接する各第１連結リブ１１３ａ〜１１３ｃの間が、セパレータ本体板１０１の四方の外周端面１０１ａ〜１０１ｄから空気供給溝１０６に空気を取り込む広幅の空気取り込み口１１４となっている。
【００３３】
また、矩形枠状部分１０３において、その一方の対角線方向の両端部分には、同一形状のアノード側矩形枠板部分１１１およびカソード側矩形枠板部分１１２の間を連結している第２連結リブ１１５が形成されている。２本の第２連結リブ１１５を貫通する状態に、矩形枠状部分１０３の両端部分には、厚さ方向Ｚに貫通している液体燃料供給穴１１６がそれぞれ形成されている。
【００３４】
各液体燃料供給穴１１６は、各第２連結リブ１１５内において厚さ方向Ｚに直交するＹ方向に延びる後加工によって形成される連通穴１１７、および、矩形板部分１０４を厚さ方向Ｚに貫通している貫通穴１１８を介して、アノード側表面の液体燃料供給溝１０５に連通している。
【００３５】
さらに、矩形枠状部分１０３における他方の対角線方向の両端部分には、アノード側矩形枠板部分１１１およびカソード側矩形枠板部分１１２の間を連結している第３連結リブ１１９がそれぞれ形成されている。これら２本の第３連結リブ１１９を貫通する状態に、矩形枠状部分１０３の両端部分には、厚さ方向に貫通しているセパレータ締結用のネジ穴１２０がそれぞれ形成されている。
【００３６】
ここで、図４から分かるように、第１連結リブ１１３ａは、矩形枠状部分１０３における各辺において、それぞれ左右対称の状態に形成された６本のリブであり、第１連結リブ１１３ｂは、矩形枠状部分１０３における一方の対角線方向の両側の角部分に形成されたリブであり、第１連結リブ１１３ｃは、他方の対角線方向の両側の角部分に形成されたリブである。第１連結リブ１１３ａは、その外側の端が、アノード側矩形枠板部分１１１、カソード側矩形枠板部分１１２の外周端面１０１ａ〜１０１ｄよりも僅かに後退した位置にあり、その内側の端が空気供給溝１０６を仕切っている突起部分に繋がっている。第１連結リブ１１３ｂは、第３連結リブ１１９を内側から取り囲むように直交する状態に形成されており、その外周端は、アノード側矩形枠板部分１１１、カソード側矩形枠板部分１１２の外周端に一致している。第１連結リブ１１３ｃは、アノード側矩形枠板部分１１１およびカソード側矩形枠板部分１１２の角部分の外周端を封鎖する状態に形成したＹ方向に延びる部分と、この部分から内側に直角に折れ曲がってＸ方向に延びる部分とを備えたＬ形のリブである。
【００３７】
次に、射出成形により得られたセパレータ本体板１０１に後加工を施して形成した第２連結リブ１１５内の連通穴１１７は、セパレータ本体板１０１の外周端面に露出している第２連結リブ１１５の外側端面１１５ａから貫通穴１１８に達するＹ方向に延びる横穴１２１を切削加工により形成し、当該横穴１２１における外側端面に露出している開口を、相補的な形状の栓１２３（図４（ｄ）参照）によって封鎖することにより得られたものである。
【００３８】
図６は液体燃料の流れを示す説明図である。この図に示すように、発電モジュール４では、セパレータ４４、ガスケット４３、電極接合体４２および他方のガスケット４３に形成されている液体燃料供給穴１１６、液体燃料供給口４３ｃ、４２ｃ、４３ｃを通って、次段のセパレータ４４の液体燃料供給穴１１６に液体燃料が供給され、ここから、セパレータ内部の連通穴１１７および貫通穴１１８を通ってアノード側表面に形成されている液体燃料供給溝１０５に供給される。アノード側表面は電極接合体４２のアノード側電極板４７に対峙する面であるので、液体燃料供給溝１０５に供給された液体燃料がアノード側電極板４７に供給される。当該セパレータ４４の液体燃料供給溝１０５に沿って流れる液体燃料は、下側の貫通穴１１８、連通穴１１７を通って下側の液体燃料供給穴１１６に排出され、ここから、液体燃料供給口４３ｃ、４２ｃ、４３ｃおよび液体燃料供給穴１１６を通って戻り、外部に排出される。
【００３９】
一方、セパレータ４４の外周端面１０１ａ〜１０１ｄに開口している空気取り込み口１１４から導入される空気は、カソード側表面に形成されている空気供給溝１０６に供給される。カソード側表面は電極接合体４２のカソード側電極板４８に対峙する面であるので、空気供給溝１０６に供給された空気がカソード側電極板１８に供給される。この結果、電解質膜４６を挟み積層されているアノード側電極４７およびカソード側電極４８の間で発生する電気化学反応により電極接合体４２が発電する。
【００４０】
この構成の発電モジュール４では、セパレータ４４およびガスケット４３を挟み、直列接続される電極接合体４２の枚数を増やすことにより、発電容量を簡単に増加させることができる。
【００４１】
セパレータ４４は、プラスチックを射出成形することにより得られた一体成形品からなるセパレータ本体板１０１を備えている。セパレータ本体板１０１の一方の表面には空気供給溝１０６が形成され、他方の表面には液体燃料供給溝１０５が形成されており、空気供給溝１０６は、セパレータ本体板１０１の外周側の矩形枠状部分１０３に形成した空気取り込み口１１４に連通している。
【００４２】
空気取り込み口１１４は、一定の間隔で対峙する状態に成形したアノード側矩形枠板１１１とカソード側矩形枠板１１２の間に形成されている。これらの間は、基本的に、所定の間隔で配置した所定幅および所定長さの第１連結リブ１１３ａ〜１１３ｃと、液体燃料供給穴１１６および連通穴１１７を形成するための第２連結リブ１１５と、ネジ穴１２０を形成するための第３連結リブ１１９によって連結されているだけなので、大きな断面積の空気取り込み口１１４が得られる。よって、空気を効率よく取り込むことができ、発電効率を高めるために有利である。
【００４３】
また、厚肉の矩形枠状部分に、部分的に、空気取り込み穴、液体燃料供給穴、連通穴、ネジ穴などを形成する場合には、射出成形における溶融樹脂の固化時に、厚肉の部分にヒケが発生し、矩形枠状部分を平坦面となるように成形することができない。しかしながら、本例では、第１〜３連結リブ１１３ａ〜１１３ｃ、１１５、１１９を適切な間隔、幅および長さに設定することにより、成形時のヒケを防止あるいは抑制して、平坦度の高いセパレータ４４を精度良く製造できる。
【００４４】
次に、図７は、上記のセパレータ４４の改変例を示す説明図である。このセパレータ４４Ａの基本構成はセパレータ４４と同一であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４５】
セパレータ４４Ａでは、射出成形後の後加工（穴開け加工）を省略するために、連通穴１１７、貫通穴１１８の代わりに、液体燃料導入溝１１７Ａを備えている。すなわち、矩形枠状部分１０３におけるアノード側矩形枠板部分１１１の表面には、液体燃料供給穴１１６から液体燃料供給溝１０５に至る液体燃料導入溝１１７Ａが形成されている。液体燃料導入溝１１７Ａは、射出成形時に形成されたものである。この場合には、液体燃料は、液体燃料供給穴１１６から液体燃料導入溝１１７Ａを通って、液体燃料供給溝１０５に供給される。
【００４６】
ここで、図８（ａ）に示すセパレータ４４Ｂでは、矩形枠状部分１０３と矩形板部分１０４の境界１０４ａに、液体燃料供給穴１１６の開口縁が接するように、当該液体燃料供給穴１１６が形成されている。このようにすると、液体燃料導入溝１１７Ａを極僅かの部位に形成するだけでよい。また、図８（ｂ）に示すように、液体燃料供給穴１１６の開口縁の一部が境界１０４ａに接する状態に、当該液体燃料供給穴１１６を形成すれば、液体燃料導入溝１１７Ａを省略できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用した液体燃料形燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図１の液体燃料形燃料電池システムの発電モジュールを示す斜視図である。
【図３】図２の発電モジュールの分解斜視図である。
【図４】図３のセパレータのカソード側表面を示す平面図、左側の端面図、下側の端面図、および、栓を示す説明図である。
【図５】図３のセパレータのアノード側表面を示す背面図である。
【図６】発電モジュールにおける液体燃料の流れを示す説明図である。
【図７】セパレータの別の例を示す説明図である。
【図８】液体燃料供給穴を異なる位置に形成した例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    液体燃料形燃料電池システム
２    液体燃料形燃料電池
３    コントローラ
４    発電モジュール
４１  締め付け板
４１ｃ、４２ｃ、４３ｃ、４５ｃ  液体燃料供給口
４２  電極接合体
４３  ガスケット
４４、４４Ａ、４４Ｂ  セパレータ
４５  集電板
４６  電解質膜
４７  アノード側電極板
４８  カソード側電極板
１０１  セパレータ本体板
１０１ａ〜１０１ｄ  外周端面
１０３    矩形枠状部分
１０４    矩形板部分
１０４ａ  境界
１０５    液体燃料供給溝
１０６    空気供給溝
１１１    アノード側矩形枠板部分
１１２    カソード側矩形枠板部分
１１３ａ〜１１３ｃ  第１連結リブ
１１４    空気取り込み口
１１５    第２連結リブ
１１６    液体燃料供給穴
１１７    連通穴
１１７Ａ  液体燃料導入溝
１１８    貫通穴
１１９    第３連結リブ
１２０    ネジ穴
１２１    横穴
１２３    栓
【図１】
2010113918.tif 000003
【図２】
2010113918.tif 000004
【図３】
2010113918.tif 000005
【図４】
2010113918.tif 000006
【図５】
2010113918.tif 000007
【図６】
2010113918.tif 000008
【図７】
2010113918.tif 000009
【図８】
2010113918.tif 000010