(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、締め付け荷重を良好に緩和するとともに、効率的な発電を行うことを可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、電解質・電極接合体２６がそれぞれ１枚のプレートである一対のセパレータ２８間に配設される。セパレータ２８は、複数の円板部３６を備え、前記円板部３６の両面には、電解質・電極接合体２６のアノード電極２４及びカソード電極２２に接して燃料ガス通路４６及び酸化剤ガス通路５０を形成する第１及び第２突起部４８、５２が設けられる。第１及び第２突起部４８、５２は互いに異形状に構成される。両突起部４８、５２は、同軸であることが好ましい。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、一対のセパレータ間に配設される燃料電池であって、
前記セパレータの第１面には、前記電解質・電極接合体との間に第１空間部を形成するための複数の第１突起部が設けられるとともに、
前記セパレータの第２面には、前記電解質・電極接合体との間に第２空間部を形成するための複数の第２突起部が設けられ、
前記第１及び第２突起部は、互いに異形状に構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１空間部は、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路を形成する一方、
前記第２空間部は、前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路を形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記第１突起部は、前記アノード電極に接触する一方、
前記第２突起部は、前記カソード電極に接触することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１及び第２突起部は、環状突起と山状突起との組み合わせで構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池において、前記第１突起部の高さは、前記第２突起部の高さよりも小さいことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項４又は５記載の燃料電池において、前記山状突起は、前記環状突起が突出することに伴って陥没した凹部内に配設されることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１突起部と前記第２突起部とが互いに同軸であることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、１枚のプレートで構成され、
前記第１及び第２突起部は、前記プレートにプレス成形されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、１枚のプレートで構成され、
前記第１及び第２突起部は、前記プレートにエッチング成形されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、１枚のプレートで構成され、
前記第１及び第２突起部は、前記プレートに切削加工によって成形されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、一対のセパレータ間に配設される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（単セル）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、単セルとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化され、酸化物イオン（Ｏ2-）が電解質を通ってアノード電極側に移動する。アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）やＣＯが供給されているために、このアノード電極において、酸化物イオン及び水素（又はＣＯ）が反応して水（又はＣＯ2）が生成される。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００４】
この種の燃料電池では、積層方向の寸法を減少させるために、セパレータの厚さを小さくするとともに、部品点数を削減すること等を目的として、種々の提案がなされている。例えば、図１７に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池用セパレータ１は、薄いシート状のセパレータ本体２と、前記セパレータ本体２の片面に一体成形された多数の第１の微細突起３と、前記セパレータ本体２の他面に一体成形された多数の第２の微細突起４とを有している。セパレータ１と燃料極５との間には、第１の微細突起３を介して燃料ガス通路６が形成される一方、前記セパレータ１と空気極７との間には、第２の微細突起４を介して酸化剤ガス通路８が形成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７５４０８号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、セパレータ１の両面に多数の第１の微細突起３と第２の微細突起４とが互いに逆方向に膨出して設けられている。このため、セパレータ１と電解質・電極接合体９とに積層方向に締め付け荷重が付与される際、第１の微細突起３及び第２の微細突起４の高さが締め付け方向に対して寸法誤差を有していても、その寸法誤差をセパレータ１で吸収できず、前記セパレータ１に歪みが発生し易い。これにより、電解質・電極接合体９に損傷等が惹起し、効率的な発電が遂行されないという問題がある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、電解質・電極接合体に締め付け荷重が集中することを良好に緩和するとともに、効率的な集電を行うことが可能な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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池は、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、一対のセパレータ間に配設されている。セパレータの一方の面（第１面）には、電解質・電極接合体との間に第１空間部を形成するための複数の第１突起部が設けられるとともに、前記セパレータの他方の面（第２面）には、前記電解質・電極接合体との間に第２空間部を形成するための複数の第２突起部が設けられている。そして、第１及び第２突起部は、互いに異形状に構成されている。
【０００９】
また、第１空間部は、アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路を形成する一方、第２空間部は、カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路を形成することが好ましい。
【００１０】
さらに、第１突起部は、アノード電極に接触する一方、第２突起部は、カソード電極に接触することが好ましい。
【００１１】
さらにまた、第１及び第２突起部は、環状突起と山状突起との組み合わせで構成されることが好ましい。
【００１２】
ここで、山状突起を、環状突起が突出することに伴って陥没した凹部内に配設することが好ましい。これにより、電解質・電極接合体に締め付け荷重を効率的に伝達することができる。また、ガス通路の容積が過度に小さくなることが回避されるので圧損が過度に上昇することが回避され、このために発電反応を促進させることができる。
【００１３】
また、第１突起部の高さは、第２突起部の高さよりも小さいことが好ましく、第１突起部と第２突起部とを同軸に配置することが好ましい。
【００１４】
さらに、セパレータは、１枚のプレートで構成され、前記第１及び第２突起部は、前記プレートにプレス成形されることが好ましい。第１及び第２突起部は、エッチングや切削加工によって成形するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、１枚のプレートで構成される第１及び第２突起部によって、電解質・電極接合体と集電部である前記第１及び第２突起部との距離が短尺化でき、積層方向の荷重も効率的に伝達することができる。さらに、積層方向に生じる高さ方向の寸法誤差を第１及び第２突起部によって吸収できるため、電解質・電極接合体への荷重のばらつきを防止できる。この他にも、第１及び第２突起部によって電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が高まって集電が可能となるため、前記電解質・電極接合体及びセパレータの電流損失が低減され、集電効率の向上が図られる。
【００１６】
さらに、第１及び第２突起部は、異形状に構成されており、第１及び第２空間部の容積を個別に設定することが可能になる。このため、第１及び第２空間部に所望量の反応ガスを十分に供給して発電反応を促進させることができ、発電効率が有効に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０が矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック１２の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池スタック１２が筐体１４内に収容された燃料電池システム１６の一部断面説明図である。
【００１８】
燃料電池１０は、固体電解質型燃料電池であり、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池１０は、図３及び図４に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）２０の両面に、カソード電極２２及びアノード電極２４が設けられた電解質・電極接合体２６を備える。電解質・電極接合体２６は、円板状に形成されるとともに、外周端部には、酸化剤ガスの進入を阻止するためにバリアー層が設けられている。
【００１９】
燃料電池１０は、一対のセパレータ２８間に複数、例えば、８個の電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ２８間には、このセパレータ２８の中心部である燃料ガス供給連通孔（燃料ガス供給部）３０と同心円上に８個の電解質・電極接合体２６が配列される。
【００２０】
セパレータ２８は、図３に示すように、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ２８は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する第１小径端部３２を有する。この第１小径端部３２から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する複数の第１橋架部３４を介して比較的大径な円板部３６が一体的に設けられる。円板部３６は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定されている。
【００２１】
図３、図５及び図６に示すように、隣り合う円板部３６は、スリット３８を介して互いに分離されるとともに、それぞれ両側の円板部３６に向かって突出する突片部４０ａ、４０ｂを有する。互いに隣り合う突片部４０ａ、４０ｂ間には、空間部４２が形成され、この空間部４２には、後述する酸化剤ガス通路５０に該酸化剤ガス通路５０の流れ方向（矢印Ｂ方向）以外の異なる方向に向かって酸化剤ガスが進入することを阻止するための邪魔板部材４４が配設される。各邪魔板部材４４は、空間部４２に沿って延在するように、積層方向に設置している。図３、図５及び図６では、く字状に屈曲した邪魔板部材４４を示したが、酸化剤ガスの進入を阻止できればどのような形状であっても構わない。
【００２２】
各円板部３６のアノード電極２４に接触する面３６ａには、前記アノード電極２４の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路（第１空間部）４６を形成する第１突起部４８が設けられる（図５参照）。各円板部３６のカソード電極２２に接触する面３６ｂには、前記カソード電極２２の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路（第２空間部）５０を形成する第２突起部５２が設けられる（図６参照）。図７に示すように、第１突起部４８と第２突起部５２は、互いに相反する方向に延在するように突出している。
【００２３】
本実施の形態では、第１及び第２突起部４８、５２は、プレス成形によって互いに異形状に形成されており、例えば、前記第１突起部４８はリング状突起を構成するとともに、前記第２突起部５２は山状突起を構成する。山状突起である第２突起部５２は、リング状突起である第１突起部４８に囲繞されるように配置されている。
【００２４】
ここで、第２突起部５２が突出した面には、第１突起部４８が突出することに対応して陥没した凹部５３が形成されている。従って、第２突起部５２は、この凹部５３内に配置された形態となっている。
【００２５】
そして、本実施の形態においては、真円のリング状である第１突起部４８の中心軸線Ｌ１と、第２突起部５２の突出中心軸線Ｌ２とが合致するように、換言すれば、第１及び第２突起部４８、５２の中心同士が合致して互いに同軸となるように配置されている。
【００２６】
この場合、図８及び図９に示すように、第１及び第２突起部４８、５２は、複数形成されており、前記第１突起部４８の高さＨ１と、前記第２突起部５２の高さＨ２とは、Ｈ１＜Ｈ２の関係に設定される。酸化剤ガス通路５０の容積を燃料ガス通路４６の容積よりも大きくするためである。
【００２７】
なお、第１突起部４８を山状突起で構成する一方、第２突起部５２をリング状突起で構成してもよい。その際、リング状突起の高さを山状突起の高さよりも大きく設定することが好ましい。
【００２８】
図３〜図６に示すように、円板部３６には、アノード電極２４の中央側から燃料ガス通路４６に燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口５４が形成される。燃料ガス導入口５４の位置は、燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力によって決められ、例えば、円板部３６の中心位置、あるいは、前記円板部３６の中心に対して酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）上流側に偏心した位置に設定される。
【００２９】
セパレータ２８のカソード電極２２に対向する面には、通路部材５６が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路部材５６は、図１０に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する第２小径端部５８を備える。この第２小径端部５８から放射状に８本の第２橋架部６０が延在するとともに、各第２橋架部６０は、セパレータ２８の第１橋架部３４から円板部３６の燃料ガス導入口５４まで固着される。
【００３０】
通路部材５６の接合面において、第２小径端部５８には、燃料ガス供給連通孔３０に連通して複数のスリット６２が放射状に形成される。このスリット６２には、第２小径端部５８を周回してろう材の流れを防止し、且つ、燃料ガスの流れを均一にするための凹部６４が連通する。第１及び第２橋架部３４、６０間には、燃料ガス供給連通孔３０からスリット６２及び凹部６４を介して燃料ガス通路４６に連通する燃料ガス供給通路６６が形成される。図１１に示すように、各通路部材５６は、第２橋架部６０が積層方向（矢印Ａ方向）に弾性変形可能なように断面湾曲形状に構成される。
【００３１】
図８及び図９に示すように、酸化剤ガス通路５０は、電解質・電極接合体２６の外周端部と円板部３６の外周端部との間から矢印Ａ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部６８に連通する。この酸化剤ガス供給部６８は、各円板部３６の突片部４０ａ、４０ｂ間に設けられている。突片部４０ａ、４０ｂにある空間部４２に設置された邪魔板部材４４によって酸化剤ガス供給部６８以外から酸化剤ガスは進入できない。
【００３２】
各セパレータ２８間には、図８に示すように、燃料ガス供給連通孔３０をシールするための絶縁シール６９が設けられる。絶縁シール６９は、例えば、マイカ材やセラミック材で形成されている。燃料電池１０には、円板部３６の内方に位置して積層方向に延在する排ガス通路６７が形成される。
【００３３】
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０の積層方向両端に円板状のエンドプレート７０ａ、７０ｂを配置するとともに、締め付け荷重付与機構７２を介して積層方向に締め付け保持される。
【００３４】
締め付け荷重付与機構７２は、燃料ガス供給連通孔３０の近傍に対して第１締め付け荷重Ｔ１を付与する第１締め付け部７４ａと、電解質・電極接合体２６に対して前記第１締め付け荷重Ｔ１よりも小さな第２締め付け荷重Ｔ２を付与する第２締め付け部７４ｂとを備える（Ｔ１＞Ｔ２）。
【００３５】
エンドプレート７０ａは、筐体１４に対して絶縁されており、中心部に燃料ガス供給口７６が形成され、この燃料ガス供給口７６が各燃料電池１０の燃料ガス供給連通孔３０に連通する。エンドプレート７０ａには、燃料ガス供給口７６を挟んで２個のボルト挿入口７８ａが形成される。ボルト挿入口７８ａは、燃料電池スタック１２の排ガス通路６７に対応している。
【００３６】
エンドプレート７０ａには、燃料ガス供給口７６を中心とする仮想円に沿って、すなわち、各電解質・電極接合体２６に対応して、８個の円形開口部８０が形成される。各円形開口部８０には、燃料ガス供給口７６に向かって突出する矩形開口部８２が連通するとともに、前記矩形開口部８２の一部が排ガス通路６７に重なっているため、矩形開口部８２から排ガスが排出される。
【００３７】
エンドプレート７０ｂは、導電部材で構成されている。図２に示すように、このエンドプレート７０ｂの中央部に接続端子部８４が軸方向に膨出形成されるとともに、前記接続端子部８４を挟んで２個のボルト挿入口７８ｂが形成される。各ボルト挿入口７８ａ、７８ｂは、同軸上に設けられており、２本の締付ボルト（締め付け具）８６が挿入され、該締付ボルト８６は、エンドプレート７０ｂと電気的に絶縁される。締付ボルト８６の先端にナット８８が螺合して第１締め付け部７４ａが構成され、エンドプレート７０ａ、７０ｂ間に所望の締め付け荷重が付与される。
【００３８】
接続端子部８４は、導線９０を介して出力端子９２ａに電気的に接続され、この出力端子９２ａは、筐体１４に固定される。
【００３９】
エンドプレート７０ａの各円形開口部８０には、第２締め付け部７４ｂが配設される。この第２締め付け部７４ｂには、燃料電池スタック１２の積層方向端部に電気的に接触する集電板としての押し付け部材９４が配置される。押し付け部材９４にスプリング９６の一端が当接するとともに、前記スプリング９６の他端が筐体１４の内壁部に支持される。スプリング９６は、第１締め付け荷重Ｔ１よりも低いバネ荷重に設定されるとともに、発電時の熱による影響を回避し、さらに絶縁性を持たせるために、例えば、セラミックスで構成される。
【００４０】
各押し付け部材９４の端部には、接続導体部９８が接続されており、この接続導体部９８と１本の締付ボルト８６の一端とは、導線１００を介して電気的に接続される。この締付ボルト８６の他端（頭部）は、接続端子部８４に近接しており、この他端は、導線１０２を介して出力端子９２ｂに電気的に接続される。出力端子９２ｂは、出力端子９２ａと近接且つ平行して電気的に絶縁されて筐体１４に固定される。
【００４１】
筐体１４内には、出力端子９２ａ、９２ｂに隣接して空気供給口１０４が形成されるとともに、他方のエンドプレート７０ａ側には、排気口１０６が設けられる。排気口１０６に近接して燃料ガス供給口１０８が形成され、排ガスと燃料ガスとが互いに熱交換することができる。この燃料ガス供給口１０８は、必要に応じて改質器１１０を介して燃料ガス供給連通孔３０に連通する。改質器１１０の外方には、熱交換器１１１が配置される。
【００４２】
このように構成される燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。
【００４３】
燃料電池１０を組み付ける際には、先ず、図３に示すように、セパレータ２８のカソード電極２２に向かう面に通路部材５６が接合される。このため、セパレータ２８と通路部材５６との間には、燃料ガス供給連通孔３０に連通する燃料ガス供給通路６６が形成されるとともに、前記燃料ガス供給通路６６が燃料ガス導入口５４から燃料ガス通路４６に連通する（図８参照）。セパレータ２８には、燃料ガス供給連通孔３０を周回してリング状の絶縁シール６９が設けられる。
【００４４】
これにより、セパレータ２８が構成され、前記セパレータ２８間には、８個の電解質・電極接合体２６が挟持されて燃料電池１０が得られる。図３及び図４に示すように、各セパレータ２８には、互いに対向する面３６ａ、３６ｂ間に電解質・電極接合体２６が配置され、各アノード電極２４の中央部に燃料ガス導入口５４が配置される。
【００４５】
上記の燃料電池１０が矢印Ａ方向に複数積層され、積層方向両端にエンドプレート７０ａ、７０ｂが配置される。図１及び図２に示すように、エンドプレート７０ａ、７０ｂの各ボルト挿入口７８ａ、７８ｂには、締付ボルト８６が挿入され、前記締付ボルト８６の先端にナット８８が螺合する。これによって、燃料電池スタック１２が構成され、この燃料電池スタック１２は、締め付け荷重付与機構７２を介して積層方向に締め付け保持された状態で、筐体１４内に装着される（図２参照）。
【００４６】
そこで、筐体１４に設けられている燃料ガス供給口１０８から燃料ガス（例えば、水素含有ガス）が供給されるとともに、前記筐体１４の空気供給口１０４から酸化剤ガスである酸素含有ガス（以下、空気ともいう）が供給される。燃料ガスは、改質器１１０を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス供給連通孔３０に供給され、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら各燃料電池１０を構成するセパレータ２８内のスリット６２を介して燃料ガス供給通路６６に導入される（図８参照）。
【００４７】
燃料ガスは、第１及び第２橋架部３４、６０間を燃料ガス供給通路６６に沿って移動し、円板部３６に形成された燃料ガス導入口５４から燃料ガス通路４６に導入される。燃料ガス導入口５４は、各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の略中心位置、あるいは該中心位置から酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）上流側に偏心した位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口５４からアノード電極２４の中央側に供給され、燃料ガス通路４６に沿って該アノード電極２４の外周部に向かって移動する（図９参照）。
【００４８】
一方、各燃料電池１０の外周側に設けられている酸化剤ガス供給部６８に供給される酸化剤ガスは、電解質・電極接合体２６の外周端部と円板部３６の外周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、酸化剤ガス通路５０に送られる。図８及び図９に示すように、酸化剤ガス通路５０では、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の一方の外周端部（セパレータ２８の外周端部）側から他方の外周端部（セパレータ２８の中央部側）に向かって酸化剤ガスが流入する。
【００４９】
従って、電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４の電極面の中心側から外周側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極２２の電極面の一方向（矢印Ｂ方向）に向かって酸化剤ガスが供給される（図９及び図１１参照）。その際、酸化物イオンが電解質２０を通ってアノード電極２４に移動し、化学反応により発電が行われる。
【００５０】
ここで、各燃料電池１０は、矢印Ａ方向（積層方向）に電気的に直列に接続されており、図２に示すように、一方の極は、導電性のエンドプレート７０ｂに設けられた接続端子部８４から導線９０を介して出力端子９２ａに接続される。他方の極は、締付ボルト８６から導線１０２を介して出力端子９２ｂに接続される。このため、出力端子９２ａ、９２ｂ間には、電気エネルギを取り出すことができる。
【００５１】
一方、各電解質・電極接合体２６の外周に移動した反応後の燃料ガス及び酸化剤ガスが混在する排ガスは、セパレータ２８内に形成される排ガス通路６７を介して積層方向に移動し、筐体１４の排気口１０６から外部に排出される。
【００５２】
この場合、第１の実施形態では、セパレータ２８を構成する各円板部３６の面３６ａ、３６ｂには、互いに同軸且つ異形状の複数の第１及び第２突起部４８、５２がプレス成形されている。そして、第１突起部４８がアノード電極２４に当接する一方、第２突起部５２がカソード電極２２に当接している。
【００５３】
従って、１枚のプレートで構成される互いに同軸な第１及び第２突起部４８、５２によって、電解質・電極接合体２６と集電部である前記第１及び第２突起部４８、５２との距離が短尺化でき、積層方向の荷重も効率的に伝達することができる。さらに、積層方向に生じる高さ方向の寸法誤差を第１及び第２突起部４８、５２によって吸収できるため、電解質・電極接合体２６への荷重のばらつきを防止できる。この他にも、第１及び第２突起部４８、５２によって電解質・電極接合体２６及びセパレータ２８との密着性が高まって集電が可能となるため、前記電解質・電極接合体２６及びセパレータ２８の電流損失が低減され、集電効率の向上が図られる。
【００５４】
さらに、第１及び第２突起部４８、５２が積層方向の荷重を直接受けることができる一方、セパレータ２８は、第１及び第２突起部４８、５２間に平坦部分を設けており、この平坦部分は剛性が低くて撓み易い。このため、積層方向の荷重を電解質・電極接合体２６に伝達できるとともに、セパレータ２８の歪みを緩和し、電解質・電極接合体２６の厚さのばらつきや第１及び第２突起部４８、５２の高さのばらつきを有効に吸収することが可能になる。その上、第１及び第２突起部４８、５２は微小なために、燃料ガス及び酸化剤ガスと電解質・電極接合体２６との接触面積が増大し、反応が良好に促進される。
【００５５】
さらにまた、第１及び第２突起部４８、５２は、異形状に構成されており、燃料ガス通路４６及び酸化剤ガス通路５０の容積を個別に設定することが可能になる。これにより、第１及び第２突起部４８、５２の高さを設定するだけで、燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を個別に且つ良好に設定することができ、発電反応を促進させて発電効率を向上させることが可能になる。
【００５６】
そして、プレス成形によれば、第１及び第２突起部４８、５２が設けられたセパレータ２８を簡便に連続作製することができる。すなわち、セパレータ２８を容易に大量生産することができるので、コスト的に有利である。また、第１及び第２突起部４８、５２を金型で成形するので、各セパレータ２８における第１及び第２突起部４８、５２の形状が略同等となる。換言すれば、第１及び第２突起部４８、５２の形状精度が良好となる。
【００５７】
なお、第１及び第２突起部４８、５２をエッチングによって成形するようにしてもよい。この場合、第１及び第２突起部４８、５２が微細寸法ないし複雑形状のものであったとしても、高い形状精度で設けることができる。
【００５８】
又は、第１及び第２突起部４８、５２を切削加工によって設けるようにしてもよい。この手法では、大型の燃料電池を構成する際に肉厚の大きなセパレータ２８を作製する場合であっても第１及び第２突起部４８、５２を確実に成形することができる。
【００５９】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１２０の分解斜視図であり、図１３は、前記燃料電池１２０が複数積層された燃料電池スタック１２２の断面図であり、図１４は、前記燃料電池１２０の動作を説明する概略断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細の説明は省略する。
【００６０】
燃料電池１２０を構成する各セパレータ２８には、アノード電極２４に対向する面に通路部材１２４が固着される。通路部材１２４は、セパレータ２８の第１橋架部３４に固着される第２橋架部１２６を備え、この第１及び第２橋架部３４、１２６間に燃料ガス供給通路６６が形成される。各第２橋架部１２６の先端は、電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の中心位置近傍で終端しており、この先端部には、前記アノード電極２４に向かって開口する複数の燃料ガス導入口１２８が形成されている。なお、各セパレータ２８の円板部３６には、第１の実施形態の燃料ガス導入口５４が設けられていない。
【００６１】
このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス供給連通孔３０に供給された燃料ガスは、各セパレータ２８と通路部材１２４との間に形成される燃料ガス供給通路６６に沿って移動した後、通路部材１２４の先端に形成される複数の燃料ガス導入口１２８からアノード電極２４に向かって供給される。
【００６２】
なお、上記した実施の形態では、図７に示すように、第１突起部４８をリング形状（真円環形状）としているが、例えば、図１５に示すように、楕円環形状となるようにしてもよい。この場合、楕円の長径ａと短径ｂとの交点を第１突起部４８の中心とし、この中心を通る軸線と第２突起部５２の突出中心軸線とが合致している状態を「第１及び第２突起部４８、５２が同軸である」とする。
【００６３】
また、第２突起部５２として、水平方向の断面（頂面等）が真円形状である円錐台形状のものを図７に例示したが、本発明における「山状突起」は特にこれに限定されるものではなく、高さ方向の断面が台形形状となるものが含まれる。すなわち、例えば、水平方向の断面（頂面等）が楕円形状であるものであってもよい。
【００６４】
さらにまた、図７では、第１及び第２突起部４８、５２が同軸である状態、すなわち、リング形状である第１突起部４８の中心軸線Ｌ１と第２突起部５２の突出中心軸線Ｌ２とが合致した状態を示しているが、中心軸線Ｌ１、Ｌ２同士を合致させる必要、換言すれば、第１及び第２突起部４８、５２が互いに同軸である必要は特にない。例えば、図１６に示すように、第２突起部５２の突出中心軸線Ｌ２が第１突起部４８の中心軸線Ｌ１から偏在していてもよい。勿論、この場合においても、第１突起部４８が楕円環形状であってもよいし、第２突起部５２が、水平方向の断面が楕円形状である山状突起であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックが筐体内に収容された燃料電池システムの一部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図５】前記セパレータの一方の面の説明図である。
【図６】前記セパレータの他方の面の説明図である。
【図７】前記セパレータに形成される第１及び第２突起部の斜視説明図である。
【図８】前記燃料電池スタックの断面図である。
【図９】前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。
【図１０】前記セパレータに固着される通路部材の一部拡大斜視説明図である。
【図１１】前記燃料電池スタックの図８中、ＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図１３】前記燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの断面図である。
【図１４】前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。
【図１５】図７とは別形態の第１及び第２突起部の平面説明図である。
【図１６】図７及び図１５とは別形態の第１及び第２突起部の斜視説明図である。
【図１７】特許文献１の燃料電池用セパレータの断面説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１２０…燃料電池          １２、１２２…燃料電池スタック
２０…電解質                    ２２…カソード電極
２４…アノード電極              ２６…電解質・電極接合体
２８…セパレータ                ３０…燃料ガス供給連通孔
３４、６０、１２６…橋架部      ３６…円板部
３６ａ、３６ｂ…面              ４２…空間部
４４…邪魔板部材                ４６…燃料ガス通路
４８、５２…突起部              ５０…酸化剤ガス通路
５３…凹部                      ５４、１２８…燃料ガス導入口
５６、１２４…通路部材          ６６…燃料ガス供給通路
６７…排ガス通路                ６８…酸化剤ガス供給部
６９…絶縁シール                ７０ａ、７０ｂ…エンドプレート
７２…締め付け荷重付与機構      ７４ａ、７４ｂ…締め付け部
【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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