(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セルと内部に反応用ガス通路を備えたセパレータとを交互に複数積層して燃料電池スタックが構成されると共に、当該燃料電池スタックを構成する積層体の外周部に、前記各セパレータのガス通路に連通すると共に積層方向に連通する燃料ガスマニホールドと酸化剤ガスマニホールドとが設けられ、前記セパレータが、中央部に前記発電セルが配設されるインターコネクト部を有すると共に、該インターコネクト部の外側に、該インターコネクト部の縁部より延出し且つそれぞれの端部が前記燃料ガスマニホールドおよび前記酸化剤ガスマニホールドに連結される一対のアーム部を有しており、しかも、当該各アーム部に前記積層方向に変位可能となる可撓性が付与されると共に、前記インターコネクト部と発電セルとの積層部分に積層方向の荷重が加えられた平板積層型の燃料電池において、
前記燃料電池スタックの積層方向の中段部分のセパレータと該セパレータに隣接する前記発電セルとの間に、前記セパレータのインターコネクト部と同様の導電性能と前記燃料電池スタックの発生する熱を外部に放出する放熱性能とを有する放熱体を介装し、この放熱体の内部に、該放熱体の前記セパレータとの接触面から該放熱体の前記発電セルとの接触面に至るガス通路を形成し、該放熱体の内部のガス通路を、前記セパレータの前記放熱体との接触面に開口するガス通路と連通させたことを特徴とする平板積層型の燃料電池。
【請求項２】
前記放熱体が、主にセル電流の経路となると共にスタック面方向のほぼ中央に位置することにより積層方向の荷重を支える柱状の支持部と、この支持部の上下両端に設けられて隣接するセパレータおよび発電セルとの接触を得る上下のフランジ部と、上下のフランジ部の間に配された放熱用のプレート部材とを備えており、前記柱状の支持部に前記ガス通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平板積層型の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池スタックの積層方向の中段部分のセパレータと該セパレータの下側に隣接する前記発電セルとの間に前記放熱体を介装し、この放熱体の内部のガス通路を、前記セパレータの前記放熱体との接触面に開口する酸化剤ガス用のガス通路と連通させたことを特徴とする請求項１または２に記載の平板積層型の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電セルとセパレータを交互に多数積層した平板積層型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を、両側から空気極層（カソード）と燃料極層（アノード）とで挟み込んだ構造の発電セルを、間に反応用ガス通路を備えるセパレータを介在させた状態で、多数積層して燃料電池スタックを構成すると共に、この燃料電池スタックの積層体に積層方向の荷重を付与した平板積層型の燃料電池が知られている。
【０００３】
図４は、従来の一般的な平板積層型の燃料電池の要部断面構成を示すものであり、図中符号１で示す部分が発電セルである。この発電セル１は、支持体となる固体電解質層２の一方の面に燃料極層３が、他方の面に空気極層４が一体に形成されたものである。
【０００４】
ここで、固体電解質層２は、高い酸素イオン伝導性を有するランタンガレート系（ＬａＧａＯ3系）材料が用いられていると共に、約２００μｍの厚さ寸法に形成されている。また、燃料極層３は、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＳＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、Ｎｉ−ＳＣＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４は、ＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で構成されている。ちなみに、燃料極層３および空気極層４は、それぞれ固体電解質層２の表面に２０〜３０μｍの厚さ寸法で形成されている。
【０００５】
さらに、燃料極層３の表面には、Ｎｉ基合金等の多孔質焼結金属板からなる燃料極集電体５が配設され、空気極層４の表面には、Ａｇ基合金等の多孔質焼結金属板からなる空気極集電体６が配設されている。
【０００６】
そして、発電セル１およびその両側に配設された燃料極集電体５、空気極集電体６が、セパレータ７によって挟み込まれることにより単セルが構成され、当該単セルが複数積層されることにより、燃料電池スタック（平板積層型の燃料電池）が構成されている。
【０００７】
この場合のセパレータ７は、発電セル１間を電気的に接続すると共に、発電セル１に対して水素リッチな燃料ガス（Ｈ2、ＣＯ等）および酸化剤ガス（空気）を供給する機能を有する板状体で、ステンレス等の金属によって形成されている。そして、このセパレータ７には、２系統の内部通路として、外周部から導入された燃料ガスを燃料極集電体５との対向面のほぼ中央部に位置する反応ガス吐出孔から吐出させる燃料ガス流路８と、別の外周部から導入された酸化剤ガス（空気）を空気極集電体６との対向面のほぼ中央部に位置する反応ガス吐出孔から吐出させる酸化剤ガス流路９とが形成されている。
【０００８】
このような構成の平板積層型の燃料電池は、上述した複数の発電要素を積層して構成される発電セル１を、セパレータ７、集電体５、６等の導電部材を介して多数積層した構造であるから、安定した電池性能を確保するために構成要素相互の優れた密着性が要求されており、例えば、スタックの上下端に配した固定板をボルト・ナットで一括に締め付けることにより、積層方向に荷重を掛けて、各構成要素を圧接させる構造が採られていることが多かった。
【０００９】
ところが、特に内部マニホールド構造（燃料電池スタックの内部にガス分配用のマニホールドを持つ構造）を採用する場合、スタックの平面方向中央の発電部分と、スタックの平面方向周縁部のマニホールド部分とで、積層される構成要素が異なるため、マニホールド部分と発電部分を締付板を用いて一括に上下より締め付けると、剛性の高いセパレータ板でその縁部と中央部が同じ変位量で締め付けられることから、双方の高さの違い等に起因して各部の締め付け力に過不足が生じ、結果として、各構成要素の密着性が損なわれたり、発電部分に過大な締め付け力が加わって発電セルが破損したりするなどの問題が起こることがあった。
【００１０】
そこで、そのような問題に鑑み、出願人は先に特許文献１により、スタックの外周部のマニホールド部分とスタックの中央部の発電部分の双方をそれぞれ好適な荷重にて締め付けできる好ましい平板積層型の燃料電池を提案している。またそれとは別に、出願人は先に特許文献２により、スタックの積層方向の中間段の上下に隣接するセパレータ間に、スタックで発生する熱を外部に放出するための放熱体を介在させた平板積層型の燃料電池も提案している。
【００１１】
図５は、特許文献１および特許文献２においてそれぞれ記載されている特徴的な技術内容を含んだ平板積層型の燃料電池の本出願人による先行開発品の例を示しており、図５中の左側の図は、燃料電池スタックの全体構成を示し、右側の図は、そのスタックの中間段の放熱体を介在させた部分の詳細を分解し拡大して示している。また、図６は、放熱体を介在させた段を中心にスタックの側方から見た概略的な部分側面図である。なお、以下の説明においては、細部について図４も併せて参照する。
【００１２】
図５に示す燃料電池スタック（平板積層型の燃料電池）１００は、図４に細部断面を示すように、固体電解質層２の両面に燃料極層３と空気極層４を配して構成された発電セル１と、燃料極層３の外側に配した燃料極集電体５と、空気極層４の外側に配した空気極集電体６と、各集電体５、６の外側に配したセパレータ７とで構成される単セル（図４に示す範囲のもの）を多数積層して構成されている。
【００１３】
また、燃料電池スタック１００の外周付近の内部には、スタック積層方向（縦方向）に延びる燃料ガスマニホールド１５と酸化剤ガスマニホールド１６とが形成されており、燃料ガスマニホールド１５には各セパレータ７の燃料ガス通路８が連通し、酸化剤ガスマニホールド１６には各セパレータ７の酸化剤ガス通路９が連通している。そして運転時には、各マニホールド１５、１６に外部から供給された燃料ガスと酸化剤ガス（空気）が導入され、各反応用ガスが、各セパレータ７の各ガス通路８、９を介して燃料極集電体５側と空気極集電体６側に吐出され、これら集電体５、６の内部を拡散・移動して各発電セル１の各電極に誘導され、発電反応を生じさせる。
【００１４】
ここで使用しているセパレータ７は、図５に示すように、厚さ数ｍｍの略方形状のステンレス板で構成されており、上述した発電セル１、各集電体５、６が積層される平面中央のインターコネクト部７ａと、この中央のインターコネクト部７ａの外周縁部よりそれぞれ該外周縁部に隙間を持って沿うように延出してインターコネクト部７ａの対向縁部を２箇所で支持する一対の細長帯状のアーム部７ｂとを有している。そして各アーム部７ｂの先端部（他端）７ｃに、セパレータ７を積層した状態において、燃料ガスマニホールド１５および酸化剤ガスマニホールド１６をそれぞれ構成するための板厚方向に貫通するガス孔７ｄが形成されている。
【００１５】
一方のアーム部７ｂのガス孔７ｄは、当該アーム部７ｂに形成された内部通路（図示略）を通してインターコネクト部７ａの燃料ガス通路８に連通し、他方のアーム部７ｂのガス孔７ｄは、当該アーム部７ｂに形成された内部通路（図示略）を通してインターコネクト部７ａの酸化剤ガス通路９に連通しており、各々のガス孔７ｄからこれらのガス通路８、９を通して、各発電セル１の各電極面に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することができるようになっている。
【００１６】
このような構成のセパレータ７を含む単セルを、セパレータ７のアーム部７ｂの先端部７ｃ間に絶縁性のマニホールドリング１１、１２を介在させて順次積層すると共に、この積層体の上下両端にセパレータ７よりもサイズの大きい四角形の上締付板２１と下締付板２２を配設し、これら上締付板２１と下締付板２２を、マニホールド１５、１６を構成する２カ所の角部近辺において、ボルト（タイロッド）・ナット２３や座板２４などを用いて締め付けることで、その締め付け荷重により、各アーム部７ｂの先端部７ｃのガス孔７ｄと各マニホールドリング１１、１２を機械的に密着・接合させている。そして、この密着・接合により、マニホールドリング１１、１２と各セパレータ７の各ガス孔７ｄが積層方向に連通して、スタック内部に、積層方向に延びるガスシール性に優れた燃料ガスマニホールド１５と酸化剤ガスマニホールド１６とが形成されている。なお、図５中の符号２５、２６で示すものは、上下締付板２１、２２に形成された、燃料ガスマニホールド１５および酸化剤ガスマニホールド１６の流入出口である。
【００１７】
また、上締付板２１の中央部には、発電セル１の外径より大きい丸孔２８が設けられており、この丸孔２８内に絶縁部材を介して錘２９が載置されており、この錘２９による荷重で、セパレータ７の平面中央（インターコネクト部７ａ）が積層方向に押圧され、単セルを構成する複数の発電要素が相互に密着させられて一体的に固定されている。なお、セパレータ７間に介在されている燃料極集電体５と空気極集電体６はスポンジ状の多孔質焼結金属であるから、錘２９の荷重でこれらスポンジ状部材が弾性変形し、上下セパレータ７の間にある程度の弾力を持って圧接・挟持された状態となっている。このように、錘２９による荷重を積層体（発電セル１）への加重手段とした場合、熱サイクルにおけるスタック構成部材（発電セル１、集電体５、６、セパレータ７）の熱膨張や収縮に左右されず、発電セル１に常に一定の面圧を付与することができるため、各セル電圧にバラ付きの生じない安定した電池性能（出力電力）を確保することができる。
【００１８】
また、各セパレータ７は、各アーム部７ｂが積層方向に変位可能となる所定の可撓性を有しているため、セパレータ７に掛かる積層方向の荷重を、マニホールド１５、１６部分とインターコネクト部７ａとにはっきりと分離することができ、これにより、マニホールド１５、１６部分とインターコネクト部分７ａの高さの差異等を吸収して、双方を好適荷重にてそれぞれに締め付けることが可能となる。
【００１９】
例えば、燃料電池スタック１００に加える積層方向の錘２９による荷重（スタック中央部のセパレータ７のインターコネクト部７ａに対する荷重）は、スタック構成部材の破損等を考慮して各発電要素の電気的接触性を確保できる必要最小限に設定することが好ましく、数ｋｇｆ程度の荷重に設定されている。一方、各マニホールド１５、１６部分に加える荷重は、マニホールド１５、１６部分のシール性を確保するため、数百ｋｇｆ程度に設定されているのが現状である。
【００２０】
ところで、上記した平板積層型の燃料電池スタック１００では、積層数が増えるにつれて、スタック中段部のセル温度（セパレータ温度）がスタック端部のセル温度に比べて極端に高くなる傾向が出ることが分かっている。これは、燃料電池スタック１００が積層構造であるため、両端部に比べて中段部の放熱性が悪く、発電時のジュール熱をセル外に発散し難くなっていることに主に起因している。燃料電池スタック１００の積層方向に温度差が生じると、高温部においては流通ガスの濃度が低下し、各発電セルへの反応用ガスの等流配が崩れるため、セル電圧の不均一が生じることになる。多数の発電セルを直列に接続して構成される燃料電池スタックでは、各発電セルにこのような電圧の不均一が生じていると、燃料電池のトータル出力が一部の低電圧セルにより制限されることになり、効率的な発電が行えない可能性が出てくる。
【００２１】
そのため、図５および図６に示す燃料電池スタック１００では、スタック積層方向の中段部分の任意箇所における上下に隣接するセパレータ７間に、スタックで発生する熱を外に放出する目的で放熱体３０を配設している。
【００２２】
この放熱体３０は、熱伝導性に優れる金属にて構成されており、例えば、図６に示すように、円柱状の支持部３５と、この支持部３５の周側面より放射状に突設した複数枚の放熱用プレート部材（放熱フィン）３６と、支持部３５の上下両端に設けた上側フランジ部３１および下側フランジ部３２とを備えており、支持部３５が燃料電池スタック１００の面方向のほぼ中央に位置するように配設されている。
【００２３】
上側のフランジ部３１と下側のフランジ部３２は、上下に隣接するセパレータ７とセパレータ７の間に一体的に密接した状態で配設されることにより、隣接セパレータ７との良好な電気的接触が得られるようになっている。この際、図７（ａ）に示すように、放熱体３０とセパレータ７との接触抵抗を減らすために、放熱体３０とセパレータ７の接触面間には銀シート（接触抵抗抑制シート）４０を介在させている。
【００２４】
また、支持部３５は、主にセル電流の経路となると共に、上側フランジ部３１に加わる積層方向の荷重を支える。この支持部３５をスタック面方向のほぼ中央部に配置することにより、発電セル１の中央部に集中して積層方向に流れるスタック電流を効率良く次段の発電セル１に中継することができる。支持部３５は中実であっても、中空であってもよく、中空の場合は、例えば、中空部に生じる熱溜まりを外部に逃がすための多数の孔が周壁に設けられているのがよい。また、放熱フィン３６が支持部３５を中心に放射状に設けられていることにより、放熱フィン３６の周辺において排ガスの流動性を良好にできるため、放熱フィン３６による放熱効果の向上も期待できる。
【００２５】
このように、放熱体３０をセパレータ７とセパレータ７の間に一体的に密接した状態で配設した場合、スタック内部の温度が相対的に高くなり易いスタック中段部において発電セル１からのジュール熱を隣接セパレータ７の全面より熱伝導して、放熱フィン３６より効率良く放熱することができる。その結果、スタック中段部の温度をスタック上下段部の温度に近づくように、積層方向の全体に亘って温度差を低下させることができ、これにより、スタック積層方向の温度分布の均一化を図ることができ、各発電セル１における電圧分布を抑えることができると共に、スタック全体の温度を発電反応温度に適した所定の温度範囲に維持することが可能となる。よって、一部の低電圧セルに規制されない効率的な発電が行えるようになると共に、高温下で生じ易い熱応力による各電極層３、４の剥離等、発電セル１の破損を防止でき、燃料電池の耐久性（熱サイクル特性）を向上することができる。
【００２６】
なお、放熱体３０の上側フランジ部３１と接する上側のセパレータ７は、その下面側に発電セル１がないので、酸化剤ガス吐出孔の無いタイプのものが使用されている。また、放熱体３０の下側フランジ部３２と接する下側のセパレータ７は、その上面側に発電セル１がないので、燃料ガス吐出孔の無いタイプのものが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００８−２１８２７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２２０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
ところで、上述の燃料電池スタック１００のように、セパレータ７を、発電部分であるインターコネクト部７ａと可撓性を有するアーム部７ｂとに区分して形成し、それぞれインターコネクト部７ａとアーム部７ｂの先端部７ｃの支持固定条件を異ならせている場合、運転に伴う発電時の高温条件下において、高温荷重下のクリープ変形により集電体５、６の厚さが減少してスタックの高さが減少した際に、セパレータ７のアーム部７ｂが弾性変形することによって、インターコネクト部７ａが、マニホールド１５、１６のある部分よりも低い位置に変位してくるようになる。例えば、最初は図７（ａ）のような状態であっても、運転の経過に従って、中央のインターコネクト部７ａが、マニホールド１５、１６のある部分よりも低い位置に変位するようになり、セパレータ７のアーム部７ｂがそれに応じて撓む。
【００２９】
このように積層体の中央部（セパレータ７のインターコネクト部７ａがある部分）が変位する際、中間段に放熱体３０が介装されていない場合は、各層のセパレータ７のアーム部７ｂの先端部７ｃが固定されていても、アーム部７ｂの弾性（積層方向における剛性）の条件が全層で揃っていると見なせるので、下層部が低い位置に変位して行っても、それより上層部が柔軟に追従して変位することによって、問題は生じることがない。
【００３０】
しかし、図５に示す燃料電池スタック１００のように、途中の層に放熱体３０が介装されている場合は、実質的に図中Ａで示す範囲、即ち、上側のセパレータ７〜放熱体３０〜下側のセパレータ７までの範囲が、一体の部品（セパレータ相当品）としての剛性を示すことになる。つまり、上下２枚のセパレータ７のアーム部７ｂの弾性が足し算で発揮されることになる（２枚のセパレータ７のアーム部７ｂが他の層の２倍の剛性を発揮することになる）ので、放熱体３０の下面のセパレータ７の更にその下層のセパレータ７（放熱体３０の下面のセパレータ７との間に発電セル１を挟んでいるセパレータ）のアーム部７ｂが、図７（ｂ）中の矢印Ｄで示す部分のように変形した場合に、その上層のセパレータ７のアーム部７ｂが、図中Ｂで示すように下層の変位に追従し難くなり、結果的に大きな潰れ箇所Ｃが下層の単セル平面内に局所的に発生し、平面バランスの欠如により、発電性能に問題を生じる可能性があることが分かった。
【００３１】
また、そのような問題とは別に、放熱体３０の上下に２枚のセパレータ７が配されているのは、部品のダブりと見ることもでき、部品点数がそれだけ増えることにもなっていた。また、放熱体３０は、隣接するセパレータ７との接触面を通して熱を受け、その熱を外に放出するものであるが、更なる放熱性の向上により、一層の小型化や薄型化が望まれている現状もあった。
【００３２】
本発明は、上記事情を考慮し、スタックの中間段に放熱体が挟まれている場合であっても、各層のセパレータのアーム部の変形の追従性を揃えることができ、それにより、運転の経過に伴う発電セルに対する局部的な潰れ箇所を生じることなく、バランスの良い発電性能を発揮することができると共に、セパレータの使用枚数の削減と放熱体の一層の放熱性能の向上を図ることのできる平板積層型の燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
請求項１の発明は、発電セルと内部に反応用ガス通路を備えたセパレータとを交互に複数積層して燃料電池スタックが構成されると共に、当該燃料電池スタックを構成する積層体の外周部に、前記各セパレータのガス通路に連通すると共に積層方向に連通する燃料ガスマニホールドと酸化剤ガスマニホールドとが設けられ、前記セパレータが、中央部に前記発電セルが配設されるインターコネクト部を有すると共に、該インターコネクト部の外側に、該インターコネクト部の縁部より延出し且つそれぞれの端部が前記燃料ガスマニホールドおよび前記酸化剤ガスマニホールドに連結される一対のアーム部を有しており、しかも、当該各アーム部に前記積層方向に変位可能となる可撓性が付与されると共に、前記インターコネクト部と発電セルとの積層部分に積層方向の荷重が加えられた平板積層型の燃料電池において、前記燃料電池スタックの積層方向の中段部分のセパレータと該セパレータに隣接する前記発電セルとの間に、前記セパレータのインターコネクト部と同様の導電性能と前記燃料電池スタックの発生する熱を外部に放出する放熱性能とを有する放熱体を介装し、この放熱体の内部に、該放熱体の前記セパレータとの接触面から該放熱体の前記発電セルとの接触面に至るガス通路を形成し、該放熱体の内部のガス通路を、前記セパレータの前記放熱体との接触面に開口するガス通路と連通させたことを特徴とするものである。
【００３４】
請求項２の発明は、請求項１の平板積層型の燃料電池において、前記放熱体が、主にセル電流の経路となると共にスタック面方向のほぼ中央に位置することにより積層方向の荷重を支える柱状の支持部と、この支持部の上下両端に設けられて隣接するセパレータおよび発電セルとの接触を得る上下のフランジ部と、上下のフランジ部の間に配された放熱用のプレート部材とを備えており、前記柱状の支持部に前記ガス通路が形成されていることを特徴とするものである。
【００３５】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の平板積層型の燃料電池において、前記燃料電池スタックの積層方向の中段部分のセパレータと該セパレータの下側に隣接する前記発電セルとの間に前記放熱体を介装し、この放熱体の内部のガス通路を、前記セパレータの前記放熱体との接触面に開口する酸化剤ガス用のガス通路と連通させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１の発明においては、放熱体を上下のセパレータの間に挿入するのではなく、交互に積層されているセパレータと発電セルの間に挿入し、その放熱体自体に、セパレータのガス通路を通って来た反応ガスを発電セルに向けて供給するガス通路を形成しているので、今まで放熱体の上下に２枚あったセパレータを１枚に省略することができる。従って、放熱体を介在させた層についても、他の層と同様に、１枚のセパレータのアーム部だけの剛性に依存した柔軟性を持たせることができ、他の層のセパレータのアーム部に追従して変位しやすくすることができる。そのため、運転の経過に伴う発電セルに対する局部的な潰れ箇所を生じることなく、バランスの良い発電性能を長期にわたり発揮することができるようになる。また、放熱体の内部にガスが流通することになるので、そのガスによる冷却効果により、放熱体の放熱性能の一層の向上を図ることができる。なお、この種の燃料電池においては当然のことであるが、発電セルの上下面には多孔質金属板よりなる集電体を配置するのが普通であるので、放熱体の下側のフランジ部が直接接触するのは集電体ということになる。また、放熱体とセパレータや集電体との接触面の抵抗値の増大が心配な場合は、接触面に銀シートなどの接触抵抗抑制シートを介在させるのがよい。
【００３７】
請求項２の発明においては、放熱体が、主にセル電流の経路となると共にスタック面方向のほぼ中央に位置することにより積層方向の荷重を支える柱状の支持部と、この支持部の上下両端に設けられて隣接するセパレータおよび発電セルとの接触を得る上下のフランジ部と、上下のフランジ部の間に配された放熱用のプレート部材とを備えており、柱状の支持部に発電セルに反応ガスを送り込むためのガス通路が形成されているので、セパレータの放熱体のフランジ部との接触面の中央部にガス吐出孔を設けてあれば、セパレータと放熱体のフランジ部を順番に積層するだけで、セパレータ側のガス通路と放熱体側のガス通路とを互いに連通させることができるし、放熱体の柱状の支持部に設けたガス通路を通じて、発電セルの平面中央部に向けて反応ガスを供給することができる。
【００３８】
請求項３の発明においては、スタックの中段部分のセパレータとその下側に隣接する発電セルとの間に放熱体を介装し、放熱体の内部のガス通路を、セパレータの放熱体との接触面に開口する酸化剤ガス用のガス通路と連通させたので、放熱体に酸化剤ガスを流すことができて、その酸化剤ガスにより放熱体の温度を低めることができる。従って、放熱体の放熱性能の向上が図れることによって、従来よりも小型、薄型、軽量の放熱体とすることができるし、また、放熱体の挿入個数を減らすことも可能となる。また、放熱体に流通させる反応ガスは酸化剤ガス（空気）なので、一部を意図的に漏らして放熱体の冷却に積極的に利用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の燃料電池における放熱体を介在させた段を中心にスタックの側方から見た概略的な部分側面図であり、燃料ガスの流れと酸化剤ガス（空気）の流れを示す図である。
【図２】実施形態の燃料電池における放熱体を介在させた段を中心とするスタックの部分分解斜視図である。
【図３】図２に示した部分の組立状態を示す斜視図である。
【図４】従来の一般的な平板積層型の燃料電池の要部断面構成を示す図である。
【図５】本出願人が先に開発した平板積層型の燃料電池の例を示す図であり、左側の図は燃料電池スタックの全体構成を示し、右側の図はそのスタックの中間段の放熱体を介在させた部分の詳細を分解し拡大して示している。
【図６】図５における前記放熱体を介在させた段を中心にスタックの側方から見た概略的な部分側面図である。
【図７】放熱体を介在させた段を中心にスタックの側方から見た概略的な部分側面図であり、（ａ）は運転を開始する前の最初の状態を示す図、（ｂ）は運転を開始して所定の試験時間を経過した後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は実施形態の燃料電池における放熱体を介在させた段を中心にスタックの側方から見た概略的な部分側面図であり、燃料ガスの流れと酸化剤ガス（空気）の流れを示す図、図２は同燃料電池における放熱体を介在させた段を中心とするスタックの部分分解斜視図、図３は図２に示した部分の組立状態を示す斜視図である。
【００４１】
本実施形態の平板積層型の燃料電池の基本的な構成は、図４〜図６を用いて先に説明したものとほぼ同じであり、異なる点、即ち、特徴点は、放熱体３０を、先行開発品（図５および図６参照）のように燃料電池スタック１００の積層方向の中段部分のセパレータ７とセパレータ７の間に挿入するのではなく、図１〜図３に示すように、放熱体１３０を、特定段の上側のセパレータ７とその下側に積層された発電セル１との間に介装し、しかも、この放熱体１３０の内部に、当該放熱体１３０の上側セパレータ７との接触面から当該放熱体１３０の発電セル１との接触面に至るガス通路１３７を形成し、当該放熱体１３０の内部のガス通路１３７を、上側のセパレータの放熱体１３０との接触面に開口する酸化剤ガス用のガス通路９と連通させたことである。
【００４２】
この場合、放熱体１３０は、セパレータ７のインターコネクト部７ａと同様の導電性能と燃料電池スタックの発生する熱を外部に放出する放熱性能とを有するものであり、主にセル電流の経路となると共にスタック面方向のほぼ中央に位置することにより積層方向の荷重を支える柱状の支持部３５と、この支持部３５の上下両端に設けられて隣接するセパレータ７および発電セル１との接触を得る上下のフランジ部３１、３２と、上下のフランジ部３１、３２の間に配された放熱用のプレート部材３６とを備えている。そして、前記柱状の支持部３５の中心部にガス通路１３７が形成され、この放熱体１３０の内部のガス通路１３７が、上側のセパレータ７の放熱体１３０との接触面の中央部に開口する酸化剤ガス用のガス通路９と連通している。
【００４３】
なお、この種の燃料電池においては、当然のことであるが、発電セル１の上下面には多孔質金属板よりなる集電体（図１〜図３では図示省略）が配置されており、放熱体１３０の下側のフランジ部３２が直接接触するのは集電体ということになる。また、放熱体１３０とセパレータ７や集電体との接触面の抵抗値の増大が心配な場合は、図１に示すように、セパレータ７と放熱体１３０との接触面に銀シートなどの接触抵抗抑制シート４０を介在させるのがよい。
【００４４】
このように、放熱体１３０（３０）を、図５および図６に示す先行開発品のように上下のセパレータ７の間に挿入するのではなく、交互に積層されているセパレータ７と発電セル１の間に挿入し、その放熱体１３０自体に、セパレータ７のガス通路９を通って来た反応ガスを発電セル１に向けて供給するガス通路１３７を形成しているので、今まで放熱体１３０（３０）の上下に２枚あったセパレータ７を１枚に省略することができる。つまり、図１において、Ａ’で示す範囲（上側セパレータ７から放熱体１３０までの範囲）が実質的に１枚のセパレータ相当の役目を果たすことになる。従って、放熱体１３０を介在させた層についても、他の層と同様に、１枚のセパレータ７のアーム部７ｂだけの剛性（可撓性）に依存した柔軟性を持たせることができ（図１のＡ’の範囲には、図７のＡの範囲とは違って、セパレータ７が１枚しか含まれないので）、他の層のセパレータ７のアーム部７ｂの変位に追従しやすくすることができる。そのため、運転の経過に伴う発電セル１に対する局部的な潰れ箇所を生じることなく、バランスの良い発電性能を長期にわたり発揮できるようになる。
【００４５】
また、放熱体１３０の内部にガスが流通することになるので、そのガスによる冷却効果により、放熱体１３０の放熱性能の一層の向上を図ることができ、その結果、先行開発品よりも小型、薄型、軽量の放熱体１３０とすることが可能になるし、また、放熱体１３０の挿入個数を減らすことも可能になる。また、放熱体１３０に流通させる反応ガスが酸化剤ガス（空気）なので、一部を意図的に漏らして、放熱体１３０の冷却に積極的に利用することも可能となる。
【００４６】
また、放熱体１３０のスタック面方向のほぼ中央に位置する柱状の支持部３５に、発電セル１に反応ガスを送り込むためのガス通路１３７を形成しているので、セパレータ７の放熱体１３０との接触面の中央部にガス吐出孔（酸化剤ガス用のガス通路９の開口）を設けてあれば、セパレータ７と放熱体１３０のフランジ部３１を順番に積層するだけで、セパレータ７側の酸化剤ガス用のガス通路９と放熱体１３０側のガス通路１３７とを互いに容易に連通させることができるし、放熱体１３０の柱状の支持部３５に設けたガス通路１３７および集電体を通じて、発電セル１の平面中央部に向けて反応ガスを確実に供給することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  発電セル
７  セパレータ
７ａ  インターコネクト部
７ｂ  アーム部
７ｃ  先端部
８  燃料ガス通路
９  酸化剤ガス通路
１５  燃料ガスマニホールド
１６  酸化剤ガスマニホールド
３１  上側フランジ
３２  下側フランジ
３５  支持部
３６  放熱用プレート部材（放熱フィン）
４０  接触抵抗抑制シート（銀シート）
１００  燃料電池スタック
１３０  放熱体
１３７  ガス通路
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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