(57)【要約】      （修正有）【課題】安定して酸素を供給でき、強度や放熱性の点でもすぐれた燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】  燃料を供給する燃料供給部２と、外部から酸素を導入する酸素導入部６と、前記燃料供給部２から供給された前記燃料と、前記酸素導入部６から供給された酸素と、により電力を発生する発電部４と、前記燃料供給部２と前記発電部４と前記酸素導入部６とを収容するアノード側筐体部１４０と、前記酸素導入部６に面して前記アノード側筐体部１４０の上に設けられたカソード側筐体部１５０と、を備え、前記カソード側筐体部１５０は、厚みが一定の屈曲した板状片からなる凹凸と、前記凹凸の凸部先端よりも酸素導入部側に設けられた複数の開口と、を有することを特徴とする燃料電池を提供する。【選択図】図１
2006331927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を供給する燃料供給部と、
外部から酸素を導入する酸素導入部と、
前記燃料供給部から供給された前記燃料と、前記酸素導入部から供給された酸素と、により電力を発生する発電部と、
前記燃料供給部と前記発電部と前記酸素導入部とを収容するアノード側筐体部と、
前記酸素導入部に面して前記アノード側筐体部の上に設けられたカソード側筐体部と、
を備え、
前記カソード側筐体部は、厚みが一定の屈曲した板状片からなる凹凸と、前記凹凸の凸部先端よりも酸素導入部側に設けられた複数の開口と、を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記カソード側筐体部は、前記開口が形成された板状体の複数の箇所をその主面に対して略垂直方向に屈曲させた形状を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カソード側筐体部は、複数の不連続な切断線が互いに略平行に形成された板状体を前記切断線に対して略垂直且つ主面に対して略平行な方向に引き延ばした形状を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記カソード側筐体部に対向する前記酸素導入部の表面は、略平坦面とされ、
前記凹凸の前記凸部先端の前記酸素導入部側において、前記板状片と前記酸素導入部の前記表面との間には間隙が設けられてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記カソード側筐体部に対向する前記酸素導入部の表面は、前記凹凸に対応した凹凸面とされ、
前記凹凸の前記凸部先端の前記酸素導入部側において、前記板状片と前記酸素導入部の前記表面とは接触してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記複数の開口のそれぞれは、略四角形であり、
前記略四角形の各辺は、前記カソード側筐体部の外辺と略平行であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カソード側筐体部は、金属により形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記筺体は、酸素導入部側に開放され前記前記燃料供給部と前記発電部と前記酸素導入部とを収容する収容空間と、前記酸素導入部側の開放端から側方に突出する突起部と、を有し、
前記カソード側筐体部は、前記収容空間を被い、その周囲が前記突起部を回り込むように変形固定されてなることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、より詳細には、通気性、放熱性、機械的な強度などを具備する筐体を備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコン、小型オーディオプレーヤやワイヤレスヘッドセットなどの小型電子機器の電源として、メタノールなどを燃料とした燃料電池が実用化されつつある。このメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ:Direct Methanol Fuel Cell）は、 自発呼吸型の燃料電池であり、燃料としてのメタノールが毛細管現象や拡散現象等により、燃料極まで自発的に輸送する。そして、燃料極で発生した活性化した水素元素（以下、プロトン）及び電子と、電解質膜を介して空気側から取り込んだ酸素ガスとの間で電気化学反応が生じ、電力が発生する。（例えば、特許文献１および特許文献２）。 
【０００３】
このように、燃料電池は、発電のために酸素を必要とする。この酸素は、通常は、カソード側に設けられた複数の孔を介してセル内へ供給されるが、例えば、この孔が遮蔽物により塞がれてしまうと、酸素が供給不足になり、発電効率が低下する。  
また、燃料電池は、発電に伴い二酸化炭素（以下、ＣＯ２）ガスが副生成物として発生する。このＣＯ２ガスは、通常は筐体に設けられたガス排出孔から排出されるが、その排出速度が律速になると、セル内部が加圧される。このため、筐体の強度が弱いと変形する場合がある。  
またさらに、燃料電池においては、発電に伴う電気化学反応により熱が発生する。この熱の放出が不十分であると、燃料電池本体の温度が上昇する。
【特許文献１】特開２０００−１０６２０１号公報
【特許文献２】特開２００１−２１６７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、安定して酸素を供給でき、強度や放熱性の点でもすぐれた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】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
燃料を供給する燃料供給部と、
外部から酸素を導入する酸素導入部と、
前記燃料供給部から供給された前記燃料と、前記酸素導入部から供給された酸素と、により電力を発生する発電部と、
前記燃料供給部と前記発電部と前記酸素導入部とを収容するアノード側筐体部と、
前記酸素導入部に面して前記アノード側筐体部の上に設けられたカソード側筐体部と、
を備え、
前記カソード側筐体部は、厚みが一定の屈曲した板状片からなる凹凸と、前記凹凸の凸部先端よりも酸素導入部側に設けられた複数の開口と、を有することを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、安定して酸素を供給でき、強度や放熱性の点でもすぐれた燃料電池を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の基本構成を表す概略断面図である。  
すなわち、本実施形態の燃料電池は、アノード側筐体部１４０の中に、燃料供給部２と、発電部４と、酸素導入部６と、がこの順に積層された構造を有する。そして、アノード側筐体部１４０の上部にはカソード側筐体部１５０が設けられて筐体が構成され、その内部の各要素が機械的な衝撃や外力などから保護されている。
【０００８】
燃料供給部２は、メタノールなどの燃料を発電部４に供給する部分であり、その下面あるいは側面などには燃料供給口１０が設けられている。燃料供給口１０には、メタノールなどの液体燃料が充填されたタンクなどが接続され、燃料供給口１０を介して液体燃料が燃料供給部２に供給される。  
一方、酸素導入部６は、矢印Ａで表したように、外部から酸素を取り入れて発電部４に供給する部分である。酸素を酸素導入部６に導入するため、カソード側筐体部１５０には、図示しない開口を設けて、十分に良好な通気性を確保する必要がある。  
発電部４は、これら燃料と酸素との電気化学反応により電力を発生する。なお、これら各要素の具体的な構造については、後に詳述する。
【０００９】
そして、本実施形態においては、カソード側筐体部１５０が、厚みが一定の屈曲した板状片からなる凹凸と、この凹凸の凸部先端よりも下に設けられた複数の開口と、を有する形状に形成されている。より具体的には、カソード側筐体部１５０は、例えば、板状体を凹凸状に加工した形態を有する。この凹凸には、通気のための複数の開口が設けられている。このようにすると、カソード側筐体部１５０の通気性を確保でき、放熱性にも優れ、軽量で十分な機械的強度が得られる。
【００１０】
以下、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。  
図２は、本発明にかかるカソード側筐体部１５０の第１の具体例の構造を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、カソード側筐体部１５０の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線断面の一部を表す模式図である。
【００１１】
また、図３は、本具体例のカソード側筐体部の模式平面図である。
【００１２】
本具体例のカソード側筐体部１５０は、複数の４角錐状体が面内に平行に整列するように形成されており、これに４角錐状体の各斜面には、空気を導入するための開口１５０Ｈが設けられている。つまり、カソード側筐体部１５０は、厚みが一定の屈曲した板状片１５０Ｓからなる複数の４角錐状体からなる凹凸を有する。そして、この凹凸の凸部先端よりも下に設けられた複数の開口１５０Ｈを有する。
【００１３】
４角錐状体の底辺の長さａ及びｂは、例えば、それぞれ２ミリメートル〜２０ミリメートル程度とすることができる。また、開口１５０Ｈの開口率は、平面的にみて２０〜７０パーセント程度とすることができる。
【００１４】
このようなカソード側筐体部１５０は、複数の開口１５０Ｈが設けられた厚み０．２ミリメートル〜１ミリメートル程度の板状体を、凹凸状に形成することにより得られる。具体的には、平板状の板状体をプレスなどの方法で凹凸状に加工してもよく、あるいは、射出成形などの方法により凹凸状体を形成してもよい。その材料としては、例えば、ステンレスや鉄などの金属や、プラスチックあるいは樹脂などの有機材料を用いることができる。
【００１５】
図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池の具体的な構造を例示する概略断面図である。  すなわち、本具体例の燃料電池は、保液シート２０と、多孔質膜３０と、燃料極側集電体４０と、燃料側ガス拡散層５０と、燃料極６０と、電解質板７０と、酸化剤極８０と、酸化剤側ガス拡散層９０と、酸化剤側集電体１００と、保湿シート１１０と、をこの順に積層させた構造を有する。これらの要素は、複数のセルＣを構成し、これらセルＣは、アノード側筐体部１４０により保護されている。そして、アノード側筐体部１４０の側面に燃料供給口１０が設けられている。燃料供給口１０には、メタノールなどの液体燃料が充填されたタンクなどが接続され、燃料供給口１０を介して液体燃料が保液シート２０に供給される。
【００１６】
次に、本具体例の燃料電池における発電メカニズムについて説明する。  
まず、燃料極６０側は、次式（１）により表されるメタノールと水の電気化学反応に基づく半反応により、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを発生させる。
ＣＨ３ＯＨ(l)＋Ｈ２Ｏ(l)  →  ＣＯ２(g)↑＋６Ｈ＋＋６ｅ−  （１）
ここで、メタノールは毛細管現象をドライビングフォースとして保液シート２０の中を自発的に移動し、燃料極側集電体４０に設けられた開口（図示せず）を通り、燃料側ガス拡散層５０を経由して燃料極６０に供給される。
【００１７】
これに対応して、酸化剤極８０側においては、保湿シート１１０から燃料電池系内に酸素を取り込み、次式（２）より表される半反応により、大気中の酸素（Ｏ２）ガスを燃料側からのＨ＋とｅ−と、電気化学反応を行うことで、発電が生じる。  
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ                  （２）
なお、この電気化学反応により生じた水（Ｈ２Ｏ）は、電解質板７０を透過し、燃料極６０へ移動し、再度、（１）の半反応において、燃料として、再利用することができる。
【００１８】
そして、以上説明した燃料電池の各要素は、アノード側筐体部１４０に収納され、その上部は、図２に例示したように空気を系内に取り込むための複数の開口を有するカソード側筐体部１５０が設けられている。アノード側筐体部１４０は、例えば、プラスチックや樹脂などからなり、上方が開放した筺状に形成されている。ここで、カソード側筐体部１５０は、アノード側筐体部１４０の上部の開放端の周囲に形成された突起部１４０Ａを回り込むように嵌め合うことができる。このようにすると、上部が開口した筺体１４０の中に燃料電池の各要素を収容し、しかる後に、カソード側筐体部１５０を被せてその周囲を嵌め合うことができ、組立が容易となる。
【００１９】
図５は、比較例のカソード側筐体部を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、カソード側筐体部１５０の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線断面の一部を表す模式図である。
【００２０】
本比較例のカソード側筐体部１５０は、平坦な平板状に形成され、複数の開口１５０Ｈが設けられている。しかし、このように、カソード側筐体部１５０を平板状に形成すると、遮蔽物により開口１５０Ｈが塞がれやすく、また、機械的な強度や放熱性の点でも改良の余地がある。
【００２１】
図６は、比較例のカソード側筐体部に遮蔽物が接触した状態を例示する模式断面図である。  
カソード側筐体部１５０が平板状であると、遮蔽物２００が接触した時に、開口１５０Ｈが塞がれやすくなる。開口１５０Ｈが塞がれると、燃料電池に酸素が供給されず、発電出力が低下する。
【００２２】
例えば、燃料電池を携帯電話の中に装填した時に、携帯電話の収容部の内壁が燃料電池のカソード側筐体部の表面に接触した状態となる場合がありうる。このような場合、携帯電話の内壁が遮蔽物２００として作用し、カソード側筐体部１５０の開口１５０Ｈを塞ぐおそれがある。また、通気性や放熱性を考慮して、燃料電池のカソード側筐体部を機器の表面に露出させる構造も考えられる。このような場合に、機器の表面に露出したカソード側筐体部の上に、例えば、本などを載せたり、あるいは使用者が手などを載せたりすることもありうる。このような場合も、これら本や手などが遮蔽物２００として作用し、カソード側筐体部１５０の開口１５０Ｈを塞ぐおそれがある。  
これらの場合、比較例のカソード側筐体部１５０においては、開口１５０Ｈが塞がれやすく、燃料電池の発電出力が低下するおそれがある。
【００２３】
これに対して、本実施形態によれば、遮蔽物２００が接触した状態においても通気性を確保できる。  
図７は、本実施形態のカソード側筐体部に遮蔽物が接触した状態を表す模式図である。  本実施形態によれば、カソード側筐体部を凹凸状に形成し、その斜面あるいは底面に開口１５０Ｈを形成することにより、遮蔽物２００が接触した状態においても、通気性を確保できる。つまり、複数の４角錐状体の頂点で遮蔽物２００を支えるため、４角錐状体の各斜面に設けられた複数の孔は塞がれることなく、酸素を下方の保湿シート１１０へ安定的に供給することが可能である。その結果として、遮蔽物２００が接触した状態においても燃料電池に酸素を供給することができ、発電出力の低下を防ぐことができる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、燃料電池の放熱性も確保できる。すなわち、燃料電池では、上記（１）式や（２）式により表される電気化学反応に伴って熱が生ずる。従って、この熱を効率よく放出することが必要とされる。  
これに対して、本実施形態によれば、カソード側筐体部１５０を凹凸の板状体に形成することにより、カソード側筐体部１５０の表面積を増加させ、その放熱効率を向上させることができる。またさらに、図７に表したように遮蔽物２００が接触した状態においても通気性が確保されるので、空気を媒介した放熱経路を確保できる。  
またさらに、後に詳述するように、保湿シート１１０の表面形状をカソード側筐体部１５０に合わせて凹凸状に形成した場合には、保湿シート１１０の表面積が拡大するので、放熱面積が増加するという効果も得られる。
【００２５】
一方、本実施形態によれば、カソード側筐体部１５０を凹凸状に形成することにより、重量を増やすことなく機械的強度を向上させることもできる。すなわち、燃料電池に外力が加わった場合や、燃料電池の内圧が変動した場合に、カソード側筐体部１５０の変形を抑制することができる。  
例えば、燃料電池は、その内圧が上昇する場合があり得る。すなわち、上記（１）式に表した電気化学反応により発生した二酸化炭素ガス（ＣＯ２）は、多孔質膜３０を介して、直径約１０マイクロメートル〜数ミリメートル程度のガス排出孔１３０から燃料電池の系外へ排出される。しかし、ガス排出孔１３０からのガス排出速度が律速になると、ＣＯ２ガスは、電解質板７０の下側の空間に滞留し、加圧して電解質板７０を上方に押し上げる圧力Ｐ（図４参照）を与える。すると、カソード側筐体部１５０にこの圧力が加わり、上方に変形させる応力が作用する。
【００２６】
これに対して、本実施形態によれば、カソード側筐体部１５０を凹凸状の板状体に形成することにより、カソード側筐体部１５０を肉厚にすることなく、その変形を抑制することができる。この効果については、後に実施例を参照して詳述する。  
また、図２及び図３に表した具体例においては、四角形状の開口１５０Ｈの各辺が、カソード側筐体部１５０の外辺に対して平行な方向とされている。このようにすると、開口１５０Ｈを燃料電池のセルＣの形状と整合させることができる。その結果として、セルＣにそれぞれ設けられている酸化剤極８０に対してより、むらなく均一に確実に酸素を供給することができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態にかかるカソード側筐体部１５０の作用について説明した。
【００２８】
次に、本実施形態の燃料電池を構成する主要部の材料の具体例について説明する。  
まず、燃料供給口１０は熱可塑性ポリエステル、保液シート２０はナイロン繊維、多孔質膜３０は厚さ２００マイクロメートルのシリコーンゴムシートによりそれぞれ形成することができる。  また、燃料極６０は、白金族元素の単体金属（例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏａ、Ｐｄ等）や白金属元素を有する合金などを用いて形成することができ、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ合金を用いることが望ましいが、これには限定されない。また、燃料極６０の材料として、炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を用いることもできる。  
電解質板７０には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物などを用いることができるが、これらには限定されない。一方、酸化剤極８０には、白金族元素の単体金属（例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金など、炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を使用することもできる。
【００２９】
また、保湿シート１１０としては、例えば、厚み５００マイクロメートルのポリエチレン製多孔質フィルムを用いることができる。この場合、フィルムの透気度は、例えば２秒／１００ｃｍ３程度で、透湿度は４０００ｇ／ｍ２・２４ｈ程度とすることができる。  
また、この燃料電池の外形寸法は、例えば、長さ３０ミリメートル×幅２０ミリメートル×厚さ５ミリメートル程度の板状とすることができる。  
以上、本実施形態に用いることができる燃料電池の具体的な材料について説明した。
【００３０】
次に、本実施形態において用いることができるカソード側筐体部１５０の他の具体例について説明する。  
図８は、本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第２の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、カソード側筐体部１５０の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線断面の一部を表す模式図である。
【００３１】
本具体例においては、カソード側筐体部１５０は、一方向（Ａ−Ａ線方向）に沿って凹凸状に形成されている。このようにしても、通気性、放熱性、機械的な強度などを改善することが可能である。また、一方向のみに凹凸状に加工する場合、プレスなどによる加工が容易となり、製造上も有利である。
【００３２】
図９は、本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第３の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、カソード側筐体部１５０の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線断面の一部を表す模式図である。
【００３３】
本具体例においても、第２具体例と同様に、カソード側筐体部１５０は、一方向（Ａ−Ａ線方向）に沿って凹凸状に形成されている。ただし、凹部（保湿シートに近い側）においてもＢ−Ｂ線方向に支持部（板状片）１５０Ｓが延在している。このようにすると、カソード側筐体部１５０の強度をさらに向上させることができる。
【００３４】
図１０は、本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第４の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、カソード側筐体部１５０の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線断面の一部を表す模式図である。
【００３５】
また、図１１は、このカソード側筐体部１５０の模式平面図である。  
本具体例においては、第１具体例（図２及び図３）と同様に、カソード側筐体部１５０は、複数の４角錐状体を平行配置した凹凸形状を有する。ただし、開口１５０Ｈの向きが、第１具体例とは異なる。すなわち、本具体例においては、四角形状の開口１５０Ｈの各辺が、カソード側筐体部１５０の外辺に対して略４５度傾斜した方向とされている。このようにしても、通気性、放熱性、機械的強度の向上などの効果を得ることができる。
【００３６】
ここで、本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の凹凸の断面形状は、図２（ｂ）及び（ｃ）などに例示したものは限定されない。  
図１２乃至図１５は、本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の凹凸の断面形状を例示する模式図である。  
すなわち、本実施形態においては、図１２あるいは図１３に例示したように、凹凸の断面が曲面状となるように形成してもよい。またさらに、図１４に例示したように、曲面状と平面状の凹凸を混在させてもよい。
【００３７】
一方、本実施形態においては、凹凸の高さをカソード側筐体部１５０の前面に亘って均一にする必要はなく、例えば、図１５に表したように、凹凸の高さを不均一にしてもよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、図１４及び図１５に例示したように、カソード側筐体部１５０の直下の部材（例えば、保湿シート１１０）の表面形状を、カソード側筐体部１５０に合わせて凹凸状に形成してもよい。このようにすると、保湿シート１１０の表面積を増やすことができる。その結果として、保湿シート１１０の空気との接触面積を増加させ、酸素の供給量を増加・安定化させることができる。
【００３９】
ただし、本実施形態においては、図１６に例示したように、保湿シート１１０の表面を平坦にした場合にも、凹凸状に形成されたカソード側筐体部１５０との間に空間Ｓが形成されるので、空気の流通が確保され、酸素を安定的に供給することができる。
【００４０】
一方、本実施形態においては、カソード側筐体部１５０の上に、保護シートを設けてもよい。  
図１７は、保護シートを設けた燃料電池を表す一部拡大断面図である。  
保護シート１６０としては、例えば、有機材料からなるフィルムやシールなどを用いることができる。また、保護シート１６０に開口１６０Ｈを設けておけば、通気性や放熱性も確保できる。また、保護シート１６０として、多孔質状のフィルムや織物状の材料を用いた場合も、通気性や放熱性の確保が容易となる。
【００４１】
図１８は、本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第５の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、カソード側筐体部１５０の斜視図であり、同図（ｂ）はその一部拡大図である。
【００４２】
本具体例においても、厚みが一定の屈曲した板状片１５０Ｓからなる凹凸が形成されている。そして、これら凹凸の凸部先端よりも下に設けられた複数の開口１５０Ｈが設けられている。
【００４３】
本具体例においては、いわゆる「エキスパンド・メタル」を用いることができる。すなわち、一枚の金属板に、複数の不連続な切断線を互いに略平行に形成し、この金属板を切断線に対して略垂直且つ主面に対して略平行な方向に引き延ばすことにより、図示したような形態の「エキスパンド・メタル」を形成できる。
【００４４】
このようなカソード側筐体部１５０を用いた場合も、図１乃至図１７に関して前述したものと同様に、通気性、放熱性、機械的な強度の確保などの効果を得ることができる。
【００４５】
以下、本発明の実施例について説明する。    
本発明者は、図２及び図３に関して前述した第１の具体例のカソード側筐体部１５０と、比較例のカソード側筐体部のそれぞれについて、加圧された状態を評価した。具体的には、ＦＥＭ法（Finite Element Method）によって構造解析を行い、応力分布から最大変形量を算出し、その値を評価した。ここで、本実施例で行った構造解析の詳細な条件は、以下の如くである。
【００４６】
構造解析は、MSC.Software社製のＭａｒｃ２００５（商標名）にて行った。また、その境界条件としては、カソード側筐体部１５０の外周を３次元方向から固定し、凸面の裏面から略垂直方向へ圧力を加えた状態とし、その際の応力分布はモノトーン色の濃淡で表し、荷重が大きい程薄く、小さいほど濃くなるよう表示した。また、最大変形量は、変形前後のカソード側筐体部１５０の最表面を測定した。
【００４７】
（第１の実施例）
図１９は、第１の実施例のカソード側筐体部１５０を表す模式斜視図である。  
本実施例のカソード側筐体部１５０においては、４角錐状体の底辺の各辺の長さをそれぞれ４ミリメートルとし、４角錐状体の高さは２ミリメートルとした。カソード側筐体部１５０のサイズは、２０ミリメートル×２０ミリメートルとし、その開口率はおよそ２５パーセントとした。また、カソード側筐体部１５０の材料はステンレスとし、その厚みは０．３ミリメートルとした。その物性値として、ヤング率２００ＧＰａ、ポアソン比０．３とした。
【００４８】
また、比較例として、同様の材料、厚み及び開口率を有する平板状のカソード側筐体部を想定した。  
図２０は、比較例についての解析結果を表し、図２１は、第１実施例についての解析結果をそれぞれ表す模式図である。  
まず、比較例について以下に説明する。２４００ＧＰａの圧力を面内に均一に印加した場合、比較例のカソード側筐体部では、図２０に表したように、中央付近において変形が顕著となり、最大で４．７ミリメートルの変形が生ずることが分かった。
【００４９】
これに対して、本実施例のカソード側筐体部１５０の場合、図２１に表したように、最大の変形量は０．９ミリメートルであり、比較例の１／５に抑制できることが判明した。つまり、本実施例によれば、カソード側筐体部１５０を凹凸状の板状体に形成することにより、肉厚にすることなく、機械的な強度を大幅に向上させることができる。その結果として、例えば、燃料電池の中に二酸化炭素ガスが滞留して内圧が上昇したような場合でも、カソード側筐体部１５０の変形を抑制できる。
【００５０】
（第２の実施例）
図２２は、第２の実施例のカソード側筐体部１５０を表す模式斜視図である。  
本実施例のカソード側筐体部１５０においても、第１実施例と同様の形状、開口率、材料、厚みとした。ただし、カソード側筐体部１５０のサイズは、４０ミリメートル×４０ミリメートルとした。比較例としては、同様の材料、厚み、開口率を有する４０ミリメートル×４０ミリメートルの平板状のカソード側筐体部を想定した。そして、これら第２実施例及び比較例のカソード側筐体部に対して、０．４５ＭＰａの圧力を均一に印加した。  
図２３は、比較例についての解析結果を表し、図２４は、第２実施例についての解析結果をそれぞれ表す模式図である。  
比較例のカソード側筐体部では、図２３に表したように、最大で１．５１ミリメートルの変形が生ずることが分かった。
【００５１】
これに対して、本実施例のカソード側筐体部１５０の場合、図２４に表したように、最大の変形量は０．４４ミリメートルであり、比較例の１／３．５に抑制できることが判明した。つまり、本実施例においても、カソード側筐体部１５０を凹凸状の板状体に形成することにより、肉厚にすることなく、機械的な強度を大幅に向上させることができることが判明した。
【００５２】
以上、具体例を限定しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明の燃料電池は、これらの具体例には限定されない。例えば、カソード側筐体部１５０の形状、板厚み、材質、開口面積、開口率、等の各要素について、当業者が適宜変更したものであっても、本発明の主要を有する限りにおいて、本発明の範囲に包含される。
【００５３】
また、本発明の燃料電池を構成する各要素の材質、サイズ、形状、配置関係などについては、当業者が適宜変更を加えたものであっても、本発明の要旨を包含する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の基本構成を表す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるカソード側筐体部の第１の具体例の構造を表す模式図である。
【図３】図３は、第１具体例のカソード側筐体部の模式平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池の具体的な構造を例示する概略断面図である。
【図５】比較例のカソード側筐体部を表す模式図である。
【図６】比較例のカソード側筐体部に遮蔽物が接触した状態を例示する模式断面図である。
【図７】本実施形態のカソード側筐体部に遮蔽物が接触した状態を表す模式図である。
【図８】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第２の具体例を表す模式図である。
【図９】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第３の具体例を表す模式図である。
【図１０】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第４の具体例を表す模式図である。
【図１１】カソード側筐体部１５０の模式平面図である。
【図１２】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の凹凸の断面形状を例示する模式図である。
【図１３】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の凹凸の断面形状を例示する模式図である。
【図１４】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の凹凸の断面形状を例示する模式図である。
【図１５】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の凹凸の断面形状を例示する模式図である。
【図１６】保湿シート１１０の表面を平坦にした場合を例示する模式断面図である。
【図１７】保護シートを設けた燃料電池を表す一部拡大断面図である。
【図１８】本実施形態におけるカソード側筐体部１５０の第５の具体例を表す模式図である。
【図１９】第１の実施例のカソード側筐体部１５０を表す模式斜視図である。
【図２０】比較例についての解析結果を表す模式図である。
【図２１】第１実施例についての解析結果をそれぞれ表す模式図である。
【図２２】第２の実施例のカソード側筐体部１５０を表す模式斜視図である。
【図２３】比較例についての解析結果を表す模式図である。
【図２４】第２実施例についての解析結果をそれぞれ表す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
２ 燃料供給部
４ 発電部
６ 酸素導入部
１０ 燃料供給口
２０ 保液シート
３０ 多孔質膜
４０ 燃料極側集電体
５０ 燃料側極ガス拡散層
６０ 燃料極
７０ 電解質板
８０ 酸化剤極
９０ 酸化剤極集電体
１００ 酸化剤側集電体
１１０ 保湿シート
１３０ ガス排出孔
１４０ アノード側筐体部
１５０ カソード側筐体部
１５０Ｓ  板状片
１５０Ｈ  開口
１６０ 保護シート
１６０Ｈ 開口
２００ 遮蔽物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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