(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単セルを有するセルユニットとセパレータとが交互に複数積層された構造を有する燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、前記セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される連続する凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される連続する凸部とを備え、
前記一方の主面に配置される連続する凸部と前記他方の主面に配置される連続する凸部は、前記ガス流路に対し直交する断面において、前記セパレータ中心から等間隔で配置され、
前記セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部が、前記セパレータの積層方向において重なって配置されており、
前記セパレータは、前記セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凸部とを備え、
前記セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部の少なくとも一部が、前記セパレータの積層方向において前記単セルを除く前記セルユニットを挟むように配置されている
ことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部の少なくとも一部が、前記セパレータの積層方向において前記単セルと重なって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記一方の主面に配置される連続する凸部と前記他方の主面に配置される連続する凸部は、前記ガス流路に対し直交する断面において、前記セパレータ中心から交互に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記セパレータは、前記セパレータの一方の主面に配置される連続する凸部により形成され、かつ、前記他方の主面においてガス流路を形成するために配置される連続する凹部と、前記他方の主面に配置される連続する凸部により形成され、かつ、前記一方の主面においてガス流路を形成するために配置される連続する凹部とを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記一方の主面に配置される連続する凸部と凹部とで形成される前記ガス流路及び前記他方の主面に配置される連続する凸部と凹部とで形成される前記ガス流路のうち前記セパレータ中心を通るガス流路と、前記セパレータ中心に最も近い前記一方の主面又は他方の主面に配置される連続する凸部と前記一方の主面又は他方の主面に配置される連続する凹部との中間部とが、前記セパレータの積層方向において重なって配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凸部が、所定の間隔で配置されており、
前記セパレータの他方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凸部が、所定の間隔で配置されており、
前記一方の主面に配置される不連続な凸部と前記他方の主面に配置される不連続な凸部は、前記セパレータ中心に対する平面内回転において点対称の位置に、かつ、対応する凸部同士の突出方向が逆向きに配置され、
前記セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部が、前記セパレータの積層方向において重なって配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記セパレータは、前記セパレータの一方の主面に配置される不連続な凸部により形成され、かつ、前記他方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凹部と、前記他方の主面に配置される不連続な凸部により形成され、かつ、前記一方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凹部とを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記セパレータは、前記セパレータ中心に対する平面内回転において点対称な形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記セパレータは、１枚の板部材で形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記セルユニットは、電解質がアノードとカソードとで挟持された単セルと、多孔質金属からなる中央部及び前記中央部の周囲に設けられた金属からなる周囲部を有する金属支持部材と、絶縁部材とを有し、
前記アノードが前記電解質と前記中央部とで挟持された構造を有し、
前記絶縁部材が前記周囲部の前記カソード側に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記セパレータは、前記セパレータの外周縁部の少なくとも一部が前記周囲部の前記アノード側に接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック及び燃料電池スタック用セパレータに関する。さらに詳細には、本発明は、固体酸化物形燃料電池スタック及び固体酸化物形燃料電池スタック用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セパレータ自体を簡単且つ経済的に構成するとともに、同一のセパレータで電解質・電極接合体を挟持することができ、スタック全体の簡素化及び製造コストの削減を図ることが可能な燃料電池スタックが提案されている（特許文献１参照。）。【０００３】
燃料電池スタックは、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、第１セパレータ及び第２セパレータ間に配設される燃料電池を備え、複数の燃料電池が積層されている。第１セパレータ及び第２セパレータは、同一形状のセパレータ構造体を互いに反転させることによって構成されている。セパレータ構造体は、電解質・電極接合体を挟持するとともに、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス通路が設けられる挟持部と、反応ガスを反応ガス通路に供給するための反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される反応ガス供給部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００８−１０３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池スタックにおいては、積層方向において適切な荷重伝達ができないことがあり、また、構成部品にかかる押圧を均一にできないことがあるといった問題点があった。【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、積層方向において適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧を均一にし得る燃料電池スタック及び燃料電池スタック用セパレータ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】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、セルユニットを挟持する２つのセパレータにおける所定の凸部をセパレータの積層方向において重ねて配置することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、積層方向において適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧を均一にし得る燃料電池スタック及び燃料電池スタック用セパレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタックの分解した状態の模式的な斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した固体酸化物形燃料電池スタックの組み立てた状態のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式的な断面図である。
【図３】図３は、図１に示したセパレータの一方の主面の概略を示す平面図である。
【図４】図４は、図１に示したセパレータの他方の主面の概略を示す平面図である。
【図５】図５は、図３に示したセパレータの連続する凸部の配置の一例を示す模式的な断面図である。
【図６】図６は、セパレータの連続する凸部の配置の他の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、セパレータの連続する凸部の配置のさらに他の一例を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、図３に示したセパレータの包囲線ＶＩＩＩで囲んだ部分の概略を示す斜視図である。
【図９】図９は、図３に示したセパレータの包囲線ＩＸで囲んだ部分の概略を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図３に示したセパレータの包囲線Ｘで囲んだ部分の概略を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック及び固体酸化物形燃料電池スタック用セパレータについて図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
まず、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタックについて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタックの分解した状態の模式的な斜視図である。また、図２は、図１に示した固体酸化物形燃料電池スタックの組み立てた状態のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式的な断面図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック１は、単セル１１を有するセルユニット１０とセパレータ２０とが交互に複数積層された構造を有する。
【００１３】
なお、詳しくは後述するセパレータ２０のカソード１１３側は、外周縁部２０Ｃにおいてシール材３０によりシールされている。また、シール材３０としては、例えば、絶縁性を有する酸化物など従来公知のものを用いることができる。
【００１４】
そして、セルユニット１０は、単セル１１を有し、さらに、単セル１１を支持する金属支持部材１２を有する。このようなセルユニット１０は、一般に、メタルサポートセルと呼ばれる。また、セルユニット１０は、必要に応じて配設される、絶縁部材１３、ガス透過集電部材１４を有する。
【００１５】
また、単セル１１は、例えば、イットリウム安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体で構成される電解質１１１と、アノード１１２と、カソード１１３とを有し、電解質１１１がアノード１１２とカソード１１３とで挟持された構造を有する。
【００１６】
さらに、金属支持部材１２は、多孔質金属からなる中央部１２１及び中央部１２１の周囲に設けられた金属からなる周囲部１２２を有し、アノード１１２の電解質１１１と反対側に中央部１２１が配設されている。つまり、アノード１１２は電解質１１１と多孔質金属からなる中央部１２１とで挟持されている。また、セパレータ２０の外周縁部２０Ｃの少なくとも一部は、金属支持部材１２の周囲部１２２のアノード１１２側における接合部４０より接合されている。接合部４０は、例えば溶接などにより形成される。つまり、セパレータ２０のアノード１１２側は、外周縁部２０Ｃの少なくとも一部において接合部４０によりシールされている。
【００１７】
また、絶縁部材１３は、周囲部１２２のカソード１１３側に配設されている。絶縁部材１３は、例えば、カソード１１３側の周囲部１２２に絶縁材料を塗布するなど従来公知の方法で配設することができる。なお、周囲部１２２のカソード１１３側において、セパレータ２０が近接する位置にも絶縁部材１３が配設されている。
【００１８】
さらに、ガス透過集電部材１４としては、特に限定されるものではないが、例えば、エキスパンドメタルなど適用することができ、カソード１１３の電解質１１１と反対側に配設される。
【００１９】
また、図３は、図１に示したセパレータの一方の主面の概略を示す平面図である。なお、図１及び図２中の上側であって、カソード側を示すものである。さらに、図４は、図１に示したセパレータの他方の主面の概略を示す平面図である。なお、図１及び図２中の下側であって、アノード側を示すものである。なお、上述したものと同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００２０】
図３及び図４に示すように、セパレータ２０は、セパレータ２０の一方の主面２０ａにおいてガス流路Ｇを形成するために所定間隔で配置される連続する凸部２１と、他方の主面２０ｂにおいてガス流路Ｇを形成するために所定間隔で配置される連続する凸部２２とを備えている。
【００２１】
そして、セパレータ２０は、セパレータ２０の一方の主面２０ａにおいてガス流路Ｇを形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部２３と、他方の主面２０ｂにおいてガス流路Ｇを形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部２４とを備えている。
【００２２】
また、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される不連続な凸部２３と他方の主面２０ｂに配置される不連続な凸部２４は、セパレータ中心Ｃに対する平面内回転において点対称な位置に、かつ、対応する不連続な凸部２３，２４同士の突出方向が逆向きに配置されている。
【００２３】
さらに、セパレータ２０は、セパレータ中心Ｃに対する平面内回転において点対称な形状を有する。つまり、セパレータ２０の中央に発電領域部２０Ａを有し、発電領域部２０Ａの外側に拡散領域部２０Ｂを有し、拡散領域部２０Ｂの外側に一方の主面２０ａ及び他方の主面２０ｂを連通する複数の貫通孔（２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）を有する。なお、複数の貫通孔（２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）がセパレータ中心Ｃに対する平面内回転において点対称の位置に配置されていることは言うまでもない。
【００２４】
ここで、「セパレータ中心Ｃ」とは、例えば、セパレータの積層方向視における外形形状の重心を意味する。
【００２５】
なお、セパレータ２０の一方の主面２０ａにおいて、貫通孔２０ｃがカソードガスの供給に利用され、貫通孔２０ｅがカソードガスの排出に利用される。つまり、貫通孔２０ｃから供給されたカソードガスは、図３中矢印Ｚで示すように、拡散領域部２０Ｂ、発電領域部２０Ａ及び拡散領域部２０Ｂを通って、貫通孔２０ｅから排出される。なお、貫通孔２０ｄ及び２０ｆは、図示しないシール材でシールされている（図１参照。）。
【００２６】
また、セパレータ２０の他方の主面２０ｂにおいて、貫通孔２０ｄがアノードガスの供給に利用され、貫通孔２０ｆがアノードガスの排出に利用される。つまり、貫通孔２０ｄから供給されたアノードガスは、図４中矢印Ｙで示すように、拡散領域部２０Ｂ、発電領域部２０Ａ及び拡散領域部２０Ｂを通って、貫通孔２０ｆから排出される。なお、貫通孔２０ｃ及び２０ｅは、図示しないシール材でシールされている。
【００２７】
さらに、図５は、図３に示したセパレータの連続する凸部の配置の一例を示す模式的な断面図である。なお、上述したものと同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００２８】
図５に示すように、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２は、ガス流路Ｇに対し直交する断面において、セパレータ中心Ｃから等間隔で配置されている。
【００２９】
そして、セルユニット（図５中においては、単セル１１及び金属支持部材の中央部１２１である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の連続する凸部２１，２２が、セパレータ２０，２０の積層方向において重なって配置されている。
【００３０】
また、セルユニット（図５中においては、単セル１１及び金属支持部材の中央部１２１である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の連続する凸部２１，２２の全部が、セパレータ２０，２０の積層方向において単セル１１と重なって配置されている。
【００３１】
さらに、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２は、ガス流路Ｇに対し直交する断面において、セパレータ中心Ｃから交互に配置されている。
【００３２】
また、セパレータ２０は、セパレータ２０の他方の主面２０ｂにおいてガス流路Ｇを形成するために配置される連続する凹部２６と、セパレータ２０の一方の主面２０ａにおいてガス流路Ｇを形成するために配置される連続する凹部２５とを備えている。なお、連続する凹部２５は、セパレータ２０の他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２により形成されている。また、連続する凹部２６は、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１により形成されている。
【００３３】
さらに、所定のガス流路Ｇと所定の中間部ＣＬとが、セパレータ２０，２０の積層方向において重なって配置されている。
【００３４】
ここで、「所定のガス流路Ｇ」とは、例えば、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と凹部２５とで形成されるガス流路Ｇ及び他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２と凹部２６とで形成されるガス流路Ｇのうちセパレータ中心Ｃを通るガス流路を意味する。
【００３５】
また、「所定の中間部ＣＬ」とは、例えば、セパレータ中心Ｃに最も近い一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と一方の主面２１ａに配置される連続する凹部２５との中間部、又はセパレータ中心Ｃに最も近い他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２と他方の主面２１ｂに配置される連続する凹部２６との中間部、を意味する。
【００３６】
さらに、セパレータ２０は、１枚の板部材で形成されている。このようなセパレータは、例えば、ステンレス鋼などの金属板からプレス成形によって成形することができる。
【００３７】
また、図６は、図５と同様の位置におけるセパレータの連続する凸部の配置の他の一例を示す模式的な断面図である。なお、上述したものと同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００３８】
図６に示すように、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２は、ガス流路Ｇに対し直交する断面において、セパレータ中心Ｃから等間隔で配置されている。
【００３９】
そして、セルユニット（図６中においては、単セル１１及び金属支持部材の中央部１２１である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の連続する凸部２１，２２が、セパレータ２０，２０の積層方向において重なって配置されている。
【００４０】
また、セルユニット（図６中においては、単セル１１及び金属支持部材の中央部１２１である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の連続する凸部２１，２２の全部が、セパレータ２０，２０の積層方向において単セル１１と重なって配置されている。
【００４１】
さらに、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２は、ガス流路Ｇに対し直交する断面において、セパレータ中心Ｃから交互に配置されている。
【００４２】
また、セパレータ２０は、１枚の板部材で形成されている。このようなセパレータは、例えば、ステンレス鋼などの金属板から機械加工などによって成形することができる。
【００４３】
さらに、図７は、図５と同様の位置におけるセパレータの連続する凸部の配置のさらに他の一例を示す模式的な断面図である。なお、上述したものと同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００４４】
図７に示すように、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２は、ガス流路Ｇに対し直交する断面において、セパレータ中心Ｃから等間隔で配置されている。
【００４５】
そして、セルユニット（図７中においては、単セル１１及び金属支持部材の中央部１２１である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の連続する凸部２１，２２が、セパレータ２０，２０の積層方向において重なって配置されている。
【００４６】
また、セルユニット（図７中においては、単セル１１及び金属支持部材の中央部１２１である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の連続する凸部２１，２２の全部が、セパレータ２０，２０の積層方向において単セル１１と重なって配置されている。
【００４７】
さらに、セパレータ２０は、１枚の板部材で形成されている。このようなセパレータは、例えば、ステンレス鋼などの金属板から機械加工などによって成形することができる。
【００４８】
また、図８は、図３に示したセパレータの包囲線ＶＩＩＩで囲んだ部分の概略を示す斜視図である。さらに、図９は、図３に示したセパレータの包囲線ＩＸで囲んだ部分の概略を示す斜視図である。また、図１０は、図３に示したセパレータの包囲線Ｘで囲んだ部分の概略を示す斜視図である。
【００４９】
図３、図４、図８〜図１０に示すように、セルユニット１０を挟持する２つのセパレータ２０，２０の不連続な凸部２３，２４が、セパレータ２０，２０の積層方向において重なって配置されている。
【００５０】
そして、セルユニット（図１０においては、絶縁部材１３である。）を挟持する２つのセパレータ２０，２０の不連続な凸部２３，２４が、セパレータ２０，２０の積層方向において単セル１１を除くセルユニットにおける絶縁部材１３と重なって配置されている。
【００５１】
また、セパレータ２０は、セパレータ２０の他方の主面２０ｂにおいてガス流路Ｇを形成するために配置される不連続な凹部２８と、セパレータ２０の一方の主面２０ａにおいてガス流路Ｇを形成するために配置される不連続な凹部２７とを備えている。なお、不連続な凹部２７は、セパレータ２０の他方の主面２０ｂに配置される不連続な凸部２４により形成されている。また、不連続な凹部２８は、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される不連続な凸部２３により形成されている。
【００５２】
上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１）〜（３）の構成を有することにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。
【００５３】
（１）セパレータが、セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される連続する凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される連続する凸部とを備えている。
（２）一方の主面に配置される連続する凸部と他方の主面に配置される連続する凸部が、ガス流路に対し直交する断面において、セパレータ中心から等間隔で配置されている。
（３）セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部が、セパレータの積層方向において重なって配置されている。
【００５４】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００５５】
また、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（４）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となり、セルユニット、特に、単セルにかかる押圧を均一にすることができる。
【００５６】
（４）セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部の少なくとも一部が、セパレータの積層方向において単セルと重なって配置されている。
【００５７】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部の少なくとも一部が、セパレータの積層方向において単セルと重なって配置されている構成とすることにより、特に、単セルにかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００５８】
さらに、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（５）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧を均一にすることができるだけでなく、適切なガス流路を確保することができる。
【００５９】
（５）一方の主面に配置される連続する凸部と他方の主面に配置される連続する凸部が、ガス流路に対し直交する断面において、セパレータ中心から交互に配置されている。
【００６０】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、一方の主面に配置される連続する凸部と他方の主面に配置される連続する凸部が、ガス流路に対し直交する断面において、セパレータ中心から交互に配置されている構成とすることにより、適切なガス流路を確保することができる。また、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００６１】
また、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（６）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができるだけでなく、より適切なガス流路を確保することができる。
【００６２】
（６）セパレータは、他方の主面においてガス流路を形成するために配置される連続する凹部と、一方の主面においてガス流路を形成するために配置される連続する凹部とを備えている。なお、他方の主面の連続する凹部は、セパレータの一方の主面に配置される連続する凸部により形成されている。また、一方の主面の連続する凹部は、他方の主面に配置される連続する凸部により形成されている。
【００６３】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、他方の主面においてガス流路を形成するために配置される所定の連続する凹部と、一方の主面においてガス流路を形成するために配置される所定の連続する凹部とを備えている構成とすることにより、通常、圧縮されて組み付けられるセパレータにバネ機能を持たせることができる。これにより、より適切なガス流路を確保することができるとともに、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００６４】
さらに、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（７）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができるだけでなく、より適切なガス流路を確保することができる。
【００６５】
（７）所定のガス流路と、所定の中間部とが、セパレータの積層方向において重なって配置されている。なお、「所定のガス流路」とは、一方の主面に配置される連続する凸部と凹部とで形成されるガス流路及び他方の主面に配置される連続する凸部と凹部とで形成されるガス流路のうちセパレータ中心を通るガス流路である。また、「所定の中間部」とは、セパレータ中心に最も近い一方の主面又は他方の主面に配置される連続する凸部と一方の主面又は他方の主面に配置される連続する凹部との中間部である。
【００６６】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、他方の主面においてガス流路を形成するために配置される所定の連続する凹部と、一方の主面においてガス流路を形成するために配置される所定の連続する凹部とを備えている構成とすることにより、通常、圧縮されて組み付けられるセパレータにバネ機能を持たせることができる。これにより、より適切なガス流路を確保することができるとともに、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、所定のガス流路と、所定の中間部とがセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、各単セルを挟持する凸部の数を同じにすることができる。これにより、単セルにかかる押圧をより均一にすることができるとともに、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００６７】
また、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（８）〜（１０）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。
【００６８】
（８）セパレータが、セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部とを備えている。
（９）一方の主面に配置される不連続な凸部と他方の主面に配置される不連続な凸部が、セパレータ中心に対する平面内回転において点対称の位置に、かつ、対応する不連続な凸部同士の突出方向が逆向きに配置されている。
（１０）セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部が、セパレータの積層方向において重なって配置されている。
【００６９】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、一方の主面に配置される不連続な凸部と他方の主面に配置される不連続な凸部が、セパレータ中心に対する平面内回転において点対称の位置に、かつ、対応する不連続な凸部同士の突出方向が逆向きに配置されている構成とすることにより、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。つまり、セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けすることによって、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部が、セパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。また、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００７０】
さらに、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１１）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。
【００７１】
（１１）セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部の少なくとも一部が、セパレータの積層方向において単セルを除くセルユニットと重なって配置されている。
【００７２】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、一方の主面に配置される不連続な凸部と他方の主面に配置される不連続な凸部が、セパレータ中心に対する平面内回転において点対称の位置に、かつ、対応する不連続な凸部同士の突出方向が逆向きに配置されている構成とすることにより、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。つまり、セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けすることによって、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部が、セパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部が、セパレータの積層方向において単セルを除くセルユニットと重なって配置されている構成とすることにより、特に、単セルを除くセルユニットにかかる押圧をより均一にすることができる。さらに、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００７３】
また、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１２）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。
【００７４】
（１２）セパレータは、他方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凹部と、一方の主面においてガス流路を形成するために配置される不連続な凹部とを備えている。なお、他方の主面に配置される不連続な凹部は、セパレータの一方の主面に配置される不連続な凸部により形成されている。また、一方の主面に配置される不連続な凹部は、他方の主面に配置される不連続な凸部により形成されている。
【００７５】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セパレータの一方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部と、他方の主面においてガス流路を形成するために所定間隔で配置される不連続な凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、一方の主面に配置される不連続な凸部と他方の主面に配置される不連続な凸部が、セパレータ中心に対する平面内回転において点対称の位置に、かつ、対応する不連続な凸部同士の突出方向が逆向きに配置されている構成とすることにより、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。つまり、セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けすることによって、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットを挟持する２つのセパレータの不連続な凸部が、セパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。また、他方の主面においてガス流路を形成するために配置される所定の不連続な凹部と、一方の主面においてガス流路を形成するために配置される所定の不連続な凹部とを備えている構成とすることにより、通常、圧縮されて組み付けられるセパレータにバネ機能を持たせることができる。これにより、より適切なガス流路を確保することができるとともに、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。
【００７６】
さらに、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１３）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。
【００７７】
（１３）セパレータは、セパレータ中心に対する平面内回転において点対称な形状を有する。
【００７８】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けすることによって、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。また、燃料電池スタック全体の簡素化や製造コストの低減を実現し得るという利点もある。
【００７９】
また、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１４）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。
【００８０】
（１４）セパレータが、１枚の板部材で形成されている。
【００８１】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けすることによって、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、セルユニットなどの構成部品にせん断応力がかかりにくいという利点もある。また、燃料電池スタック全体の簡素化や製造コストの低減を実現し得るという利点もある。
【００８２】
さらに、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１５）〜（１７）の構成を有することが好ましい。このような構成であっても、積層方向における適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。
【００８３】
（１５）セルユニットは、電解質がアノードとカソードとで挟持された単セルと、多孔質金属からなる中央部及び中央部の周囲に設けられた金属からなる周囲部を有する金属支持部材と、絶縁部材とを有する。
（１６）アノードが電解質と中央部とで挟持された構造を有する。
（１７）絶縁部材が周囲部のカソード側に配置されている。
【００８４】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、単セルがユニット化されているため、組み付ける際の部品点数を少なくすることができる。これにより、燃料電池スタック全体の製造コストの低減を実現し得るという利点がある。
【００８５】
また、上述したように、燃料電池スタックは、以下の（１８）の構成を有することが好ましい。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、セルユニットの構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。
【００８６】
（１８）セパレータは、セパレータの外周縁部の少なくとも一部が周囲部のアノード側に接合されている。
【００８７】
つまり、セパレータの一方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部と他方の主面にセパレータ中心から等間隔で配置される連続する凸部とを備える構成とすることにより、セルユニットなどの構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部がセパレータの積層方向において重なって配置されている構成とすることにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となる。さらに、単セルがユニット化されているため、組み付ける際の部品点数を少なくすることができる。これにより、燃料電池スタック全体の製造コストの低減を実現し得るという利点がある。また、セパレータの外周縁部の少なくとも一部が周囲部のアノード側に接合されている構成とすることにより、特に別部品を用いることなく、平面内におけるセパレータのずれを抑制することができる。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができるとともに、燃料電池スタック全体の簡素化や製造コストの低減を実現し得るという利点もある。
【００８８】
なお、上述した固体酸化物形燃料電池スタック１においては、他方の主面２０ｂにおいて、貫通孔２０ｄからアノード側に燃料ガス（例えば、水素、炭化水素系燃料などであり、必要に応じて水を含んでいてもよい。）が供給され、一方の主面２０ａにおいて、貫通孔２０ｃからカソード側に酸化剤ガス（例えば、酸素、空気などである。）が供給されることにより、発電が行われる。
【００８９】
次に、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック用セパレータについて詳細に説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００９０】
図３〜図５、図８〜図１０に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック用セパレータ２０は、一方の主面２０ａに配置される所定の連続する凸部２１と、他方の主面２０ｂに配置される所定の連続する凸部２２と、他方の主面２０ｂに配置される所定の連続する凹部２６と、一方の主面２０ａに配置される所定の連続する凹部２５とを備えている。なお、他方の主面２０ｂに配置される連続する凹部２６は、一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１により形成されている。また、一方の主面２０ａに配置される連続する凹部２５は、他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２により形成されている。
【００９１】
そして、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２は、ガス流路Ｇに対し直交する断面において、セパレータ中心Ｃから等間隔で配置されている。
【００９２】
また、所定のガス流路Ｇと所定の中間部ＣＬとがセパレータ２０の積層方向において重なって配置されている。なお、「所定のガス流路Ｇ」とは、例えば、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される連続する凸部２１と凹部２５とで形成されるガス流路Ｇ及び他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２２と凹部２６とで形成されるガス流路Ｇのうちセパレータ中心Ｃを通るガス流路Ｇを意味する。また、「所定の中間部ＣＬ」とは、例えば、セパレータ中心Ｃに最も近い一方の主面２０ａ又は他方の主面２０ｂに配置される連続する凸部２１，２２と一方の主面２０ａ又は他方の主面２０ｂに配置される連続する凹部２５，２６との中間部を意味する。
【００９３】
このような燃料電池スタック用セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けて、燃料電池スタックを組み立てることによって、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部をセパレータの積層方向において重ねて配置することができる。これにより、積層方向における適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧を均一にすることができる。また、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。
【００９４】
また、セパレータ２０は、一方の主面２０ａに配置される所定の不連続な凸部２３と、他方の主面２０ｂに配置される所定の不連続な凸部２４と、他方の主面２０ｂに配置される所定の不連続な凹部２８と、一方の主面２０ａに配置される所定の不連続な凹部２７とを備えていることが好ましい。なお、不連続な凹部２７は、セパレータ２０の他方の主面２０ｂに配置される不連続な凸部２４により形成されている。また、不連続な凹部２８は、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される不連続な凸部２３により形成されている。
【００９５】
さらに、セパレータ２０の一方の主面２０ａに配置される不連続な凸部２３と他方の主面２０ｂに配置される不連続な凸部２４は、セパレータ中心Ｃに対する平面内回転において点対称な位置に、かつ、対応する不連続な凸部２３，２４同士の突出方向が逆向きに配置されていることが好ましい。
【００９６】
このような燃料電池スタック用セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けて、燃料電池スタックを組み立てることによって、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部をセパレータの積層方向において重ねて配置することができる。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。
【００９７】
また、セパレータ２０は、セパレータ中心Ｃに対する平面内回転において点対称な形状を有することが好ましい。つまり、セパレータ２０の中央に発電領域部２０Ａを有し、発電領域部２０Ａの外側に拡散領域部２０Ｂを有し、拡散領域部２０Ｂの外側に一方の主面２０ａ及び他方の主面２０ｂを連通する複数の貫通孔（２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）を有する。なお、複数の貫通孔（２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）がセパレータ中心Ｃに対する平面内回転において点対称の位置に配置されていることは言うまでもない。
【００９８】
ここで、「セパレータ中心Ｃ」とは、例えば、セパレータの積層方向視における外形形状の重心を意味する。
【００９９】
このような燃料電池スタック用セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けて、燃料電池スタックを組み立てることによって、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部をセパレータの積層方向において重ねて配置することができる。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、燃料電池スタック全体の簡素化や製造コストの低減を実現し得るという利点もある。
【０１００】
さらに、セパレータ２０は、１枚の板部材で形成されていることが好ましい。
【０１０１】
このような燃料電池スタック用セパレータをセパレータ中心に対する平面内１８０度回転させながらセルユニットを介して組み付けて、燃料電池スタックを組み立てることによって、セルユニットを挟持する２つのセパレータの連続する凸部をセパレータの積層方向において重ねて配置することができる。これにより、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となり、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、燃料電池スタックとしての平面度をより向上させることができる。これにより、構成部品にかかる押圧をより均一にすることができる。また、積層方向におけるより適切な荷重伝達が可能となる。さらに、燃料電池スタック全体の簡素化や製造コストの低減を実現し得るという利点もある。このようなセパレータは、例えば、ステンレス鋼などの金属板からプレス成形によって成形することができる。
【０１０２】
以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【０１０３】
例えば、上述した燃料電池スタック及び燃料電池スタック用セパレータの好適形態における構成は、適宜組み合わせて採用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  固体酸化物形燃料電池スタック
１０  セルユニット
１１  単セル
１１１  電解質
１１２  アノード
１１３  カソード
１２  金属支持部材
１２１  中央部
１２２  周囲部
１３  絶縁部材
１４  ガス拡散集電部材
２０  セパレータ
２０Ａ  発電領域部
２０Ｂ  拡散領域部
２０Ｃ  外周縁部
２０ａ  一方の主面
２０ｂ  他方の主面
２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ  貫通孔
２１，２２  連続する凸部
２３，２４  不連続な凸部
２５，２６  連続する凹部
２７，２８  不連続な凹部
３０  シール材
４０  接合部
Ｃ  セパレータ中心
ＣＬ  中間部
【図１】
0006607471.tif 000002
【図２】
0006607471.tif 000003
【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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