(57)【要約】【課題】放熱体の上下セパレータのアーム部の変形の追従性を高めることができて、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できる平板積層型の燃料電池を提供する。【解決手段】発電セル１とセパレータ７を交互に複数積層し、積層体の外周部にガスマニホールド１５、１６が設けられ、セパレータ７が中央部にインターコネクト部７ａを有すると共にその外側に可撓性のアーム部７ｂを有し、アーム部７ｂの先端がガスマニホールドに固定され、スタックの積層方向の中段部の上下セパレータのインターコネクト間に放熱体３０が挿入された平板積層型燃料電池において、放熱体３０の上面とその直上側のセパレータ７のインターコネクト部７ａの下面との間および放熱体３０の下面とその直下側のセパレータ７のインターコネクト部７ｂの上面との間に、接触抵抗抑制シート４０を上下面に配した上で発泡金属板４２をそれぞれ介在させた。【選択図】図１
2011204602.tif 000002
【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、更に、前記燃料電池スタックの積層方向の中段部分において互いに上下に隣接する上側の前記セパレータのインターコネクト部と下側のセパレータのインターコネクト部との間に、前記発電セルよりも積層方向における剛性の大なる介装体が挿入されている平板積層型の燃料電池において、
前記介装体の上面とその直上側のセパレータのインターコネクト部の下面との間、および、前記介装体の下面とその直下側のセパレータのインターコネクト部の上面との間に、接触抵抗抑制シートを上下面に配した上で発泡金属板をそれぞれ介在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】
前記介装体が、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体であ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】
前記放熱体が、主にセル電流の経路となると共に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セパレータとの接触を得る上下のフランジ部と、放熱用のプレート部材とで構成されており、前記放熱体の上側フランジ部の上面とその直上側のセパレータのインターコネクト部の下面との間、および、前記放熱体の下側フランジ部の下面とその直下側のセパレータのインターコネクト部の上面との間に、前記接触抵抗抑制シートを上下面に配した上で前記発泡金属板がそれぞれ介在させられていることを特徴とする請求項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２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３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の開発品の例を示しており、図３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４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２も併せて参照する。
【００１２】
図３に示す燃料電池スタック（平板積層型の燃料電池）１００は、図２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２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３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３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３および図４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４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５（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ても、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５（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、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、その上層が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。しかし、図３に示すような燃料電池スタック１００の場合が、途中の層に放熱体３０のような剛性条件の異なる部材（ここでは、放熱体３０以外のものもあり得るので「介装体」という）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５（ｂ）中のＤに示す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で示すように下層に追従して変位し難くなり、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。
【００３０】
本発明は、上記事情を考慮し、発電セルよりも積層方向における剛性が高い放熱体（介装体）がスタックの特定層間に挟まれていることで、スタックを構成する層間の剛性（可撓性）に差がある箇所が含まれている場合であっても、セパレータのアーム部の変形の追従性を高めることができて、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】
【００３１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、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、更に、前記燃料電池スタックの積層方向の中段部分において互いに上下に隣接する上側の前記セパレータのインターコネクト部と下側のセパレータのインターコネクト部との間に、前記発電セルよりも積層方向における剛性の大なる介装体が挿入されている平板積層型の燃料電池において、前記介装体の上面とその直上側のセパレータのインターコネクト部の下面との間、および、前記介装体の下面とその直下側のセパレータのインターコネクト部の上面との間に、接触抵抗抑制シートを上下面に配した上で発泡金属板をそれぞれ介在させたことを特徴とするものである。
【００３２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平板積層型の燃料電池において、前記介装体が、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体であることを特徴とするものである。
【００３３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載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セパレータとの接触を得る上下のフランジ部と、放熱用のプレート部材３とで構成されており、前記放熱体の上側フランジ部の上面とその直上側のセパレータのインターコネクト部の下面との間、および、前記放熱体の下側フランジ部の下面とその直下側のセパレータのインターコネクト部の上面との間に、前記接触抵抗抑制シートを上下面に配した上で前記発泡金属板がそれぞれ介在させられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１に記載の発明においては、燃料電池スタックの中間段に、発電セルよりも積層方向における剛性の大なる介装体が挿入されている場合であっても、その介装体の上下のセパレータと介装体との間に、柔軟に潰れる性質を持った発泡金属板が挿入されているので、それらの発泡金属板が柔軟に変形することによって、介装体の上下のセパレータのアーム部を、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。従って、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、発泡金属板を上下のセパレータと介装体との間に挿入するだけでは、セパレータ〜発泡金属板〜介装体の各接触面間の接触抵抗が増大するおそれがあるが、発泡金属板の上下面には接触抵抗抑制シート（例えば、銀シート）を配しているので、接触抵抗抑制シートがセパレータと介装体の表面を覆うことにより表面の酸化低減を図ることができ、それにより、発泡金属板とセパレータ間、および、発泡金属板と介装体間の接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明においては、介装体として放熱体をスタックの中間段に単数または複数挿入している場合、放熱体を挿入している層でセパレータが２枚重なることにより、その層だけセパレータのアーム部の剛性が全体で勝り、セパレータのアーム部の追従性が他の層に対して悪くなる可能性があったが、放熱体とその上下のセパレータ間に柔軟に潰れる性質を持った発泡金属板を挿入しているので、その可能性を解消することができる。また、発泡金属板の上下面には接触抵抗抑制シート（例えば、銀シート）を配しているので、接触抵抗の増大も抑制することができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明においては、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セパレータとの接触を得る上下のフランジ部と、放熱用のプレート部材とで構成されており、放熱体の上側フランジ部の上面とその直上側のセパレータのインターコネクト部の下面との間、および、放熱体の下側フランジ部の下面とその直下側のセパレータのインターコネクト部の上面との間に、接触抵抗抑制シートを上下面に配した上で発泡金属板がそれぞれ介在させられているので、放熱体を挟んだ部分が大きな剛性を持つことになるが、放熱体とその上下のセパレータのインターコネクト部との間に、上下面に接触抵抗抑制シートを配した発泡金属板を介在させているので、発泡金属板が柔軟に変形することによって、放熱体の上下のセパレータのアーム部を、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、結果的に、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させることができるし、発泡金属板を配したことによる、発泡金属板とセパレータ間および発泡金属板と放熱体間の接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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、（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。
【図２】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３】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４】図３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５】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】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図１を参照して説明する。
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２〜図４を用いて先に説明したものとほとんど同じであり、異なる点、即ち、特徴点は、図１（ａ）に示すように、放熱体３０の上側フランジ部３１（図３参照）の上面とその直上側のセパレータ７のインターコネクト部７ａの下面との間、および、放熱体３０の下側フランジ部３２（図３参照）の下面とその直下側のセパレータ７のインターコネクト部７ａの上面との間に、接触抵抗抑制シートである銀シート４０を上下面に配した上で、銀製の発泡金属板４２をそれぞれ介在させたことである。発泡金属板４２は、多孔質焼結金属板とも言われるもので、３次元網目構造を持ち、柔軟に潰れる性質を持っている。その他の構成については、同様であるので説明を省略する。
【００３９】
このような発泡金属板４２を介在させた場合、次の効果を得ることができる。
即ち、放熱体３０を燃料電池スタック１００の中間段に単数または複数挿入している場合、放熱体３０を挿入している層でセパレータ７が２枚重なることにより、その層だけセパレータ７のアーム部７ｂの剛性が全体で勝り、セパレータ７のアーム部７ｂの追従性が他の層に対して悪くなる可能性があったが、放熱体３０とその上下のセパレータ７間に柔軟に潰れる性質を持った発泡金属板４２を挿入していることにより、発泡金属板４２が柔軟に変形することによって、放熱体３０の上下のセパレータ７のアーム部７ｂを、他の層のセパレータ７のアーム部７ｂに追従して変位しやすくすることができ、結果的に、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させることができる。また、発泡金属板４２を上下のセパレータ７と放熱体３０との間に挿入するだけでは、上側セパレータ７〜発泡金属板４２〜放熱体３０〜発泡金属板４２〜下側セパレータ７の各接触面間の接触抵抗が増大するおそれがあるが、発泡金属板４２の上下面には接触抵抗抑制シート（銀シート）４０を配しているので、接触抵抗抑制シート４０がセパレータ７と放熱体３０の表面を覆うことにより表面の酸化低減を図ることができ、それにより、発泡金属板４２とセパレータ７間、および、発泡金属板４２と放熱体３０間の接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、介装体が放熱体である場合について述べたが、熱電対を組み込んだ部材が特定の層に挿入されている場合や他の介装体を組み込んだ層がスタック中に存在する場合も、同様の問題が起こる可能性があるので、そのような場合にも、本発明は適用することができる。また、放熱体が組み込まれている場合も、形状やタイプは問わない。
【符号の説明】
【００４１】
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
１００  燃料電池スタック
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
３０  放熱体（介装体）
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）
４２  発泡金属板
【図１】
2011204602.tif 000003
【図２】
2011204602.tif 000004
【図４】
2011204602.tif 000005
【図５】
2011204602.tif 000006
【図３】
2011204602.tif 000007