JP2009170342A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガスや酸化剤ガスのシール性を良好に維持するとともに、電解質・電極接合体に必要以上の荷重が付与されることがなく、長期間にわたって所望の耐久性を確保することを可能にする。
【解決手段】セパレータ３８は、電解質・電極接合体３６を挟持するとともに、燃料ガス通路５２及び酸化剤ガス通路５６が個別に設けられる挟持部４６と、燃料ガスを前記燃料ガス通路５２に供給するための燃料ガス供給連通孔４０が積層方向に形成される燃料ガスマニホールド部４２と、前記燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応して配置されるシール部材６６とを備える。シール部材６６は、燃料ガスをシールするために互いに積層される第１シール部６６ａ及び第２シール部６６ｂを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体酸化物型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、セパレータ間に積層される燃料電池に関する。

通常、固体酸化物型燃料電池（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（ＭＥＡ）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、電解質・電極接合体とセパレータとが、所定数だけ積層されることにより、燃料電池スタックとして使用されている。

この種の燃料電池では、アノード電極に供給される燃料ガス及びカソード電極に供給される酸化剤ガスを、互いに良好にシールする必要がある。このため、例えば、特許文献１に開示されている低温作動固体酸化物形燃料電池用シール材では、熱膨張係数が８．０〜１４.０×１０^-6Ｋ^-1、軟化点が５００〜１２００℃、接合温度が７５０〜１２００℃のガラスからなるか、当該ガラスにセラミックス粉又は金属粉を混合してなるガラスからなることを特徴としている。

また、特許文献２に開示されている固体酸化物形燃料電池用シール材は、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉からなることを特徴としている。

さらに、特許文献３に開示されている固体電解質型燃料電池のガスシール構造では、固体電解質板の片面に燃料極を、また反対面に空気極を設けた単電池とセパレータとを交互に積層して固体電解質型燃料電池を形成するに際し、固体電解質板の周縁外側に、該固体電解質板より少々厚肉のセラミックスファイバを周設するとともに、該セラミックスファイバの上下面に位置してニッケル箔を固体電解質板とセパレータとの間に介設し、セパレータとセラミックスファイバとにより挟圧している。

また、特許文献４に開示されている固体酸化物型燃料電池では、固体電解質層及び燃料極セパレータ間の燃料極シール部材が、燃料給排通路と外気とを遮断し、固体電解質層及び空気極セパレータ間の空気極シール部材が、空気給排通路と外気とを遮断するとともに、燃料極シール部材及び空気極シール部材は、合金製のシール本体の両面に、ガラス製材料及び希釈材料の混合体により構成された一対の粘性ガラス体が塗布されている。

さらに、特許文献５に開示されている固体酸化物型燃料電池セル板では、固体酸化物型燃料電池セルを支持するとともに、燃料ガスと空気とを分離するセル支持体と、固体酸化物型燃料電池セルとセル支持体とを接着するための接合部とを備え、セル支持体は、金属製リングと、金属製リング表面をガラスにて被覆した保護被膜層とを備え、接合部は、電解質層に接着された第１のガラス層と、保護被膜層と第１のガラス層との間に配置され、両者を接着する第２のガラス層とを備えている。

特開２００４−３９５７３号公報 特開２００７−１４９４３０号公報 特開平１０−１９９５５５号公報 特開２００２−１４１０８３号公報 特開２００７−１１５４８１号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、ガラスシール材が軟化することによってシール性を発揮するものの、セパレータの積層方向に荷重が付与されるため、この軟化したガラスシール材が飛散し易くなり、耐久性が低下するという問題がある。

また、上記の特許文献２では、シール材の主成分がガラスであるため、熱膨張収縮や積層方向の荷重によって耐久性が低下するという問題がある。

さらに、上記の特許文献３では、セパレータの積層方向に対しガスシール性を維持するための荷重が付与されることにより、ガスシール材やニッケル箔が劣化し易いという問題がある。

さらにまた、上記の特許文献４では、合金製のシール本体と粘性ガラス体とを組合せており、セパレータ間には、ガスシール性を高めるために比較的大きな荷重が付与されている。このため、セパレータ間に挟持されている燃料極集電体及び空気極集電体には、集電に必要な荷重以上に大きな荷重が付与され、損傷し易いという問題がある。

また、上記の特許文献５では、ガスシール性を保つためにセル支持体及び接合体を備えているものの、積層方向に荷重が付与される際、ＭＥＡに対しても必要以上に大きな荷重が付与されてしまい、該ＭＥＡの損傷が惹起されるおそれがある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料ガスや酸化剤ガスのシール性を良好に維持するとともに、電解質・電極接合体に必要以上の荷重が付与されることがなく、長期間にわたって所望の耐久性を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、固体酸化物型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、セパレータ間に積層される燃料電池に関するものである。

セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、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及び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が個別に設けられる挟持部と、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤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マニホールド部と、前記セパレータと前記セパレータに隣接する他のセパレータとの間に、前記反応ガス供給連通孔の外周縁に対応して配置されるシール部材とを備えている。

そして、シール部材は、燃料ガス又は酸化剤ガスをシールするために互いに積層される第１シール部及び第２シール部を有している。

また、第１シール部の厚さは、第２シール部の厚さより大きく設定されるとともに、前記第１シール部は、耐熱合金又はセラミック材あるいはこれらの複合材で構成されることが好ましい。このため、第２シール部を良好に薄肉化することができ、しかも第１シール部を介してガスシール性及び耐久性の向上を図ることが可能になる。

さらに、第２シール部は、第１シール部より柔軟性を有する材料で構成されることが好ましい。従って、第２シール部は、応力緩和機能を有することができ、積層方向の荷重を有効に低減させることが可能になる。

さらにまた、本発明では、少なくともセパレータ又は前記セパレータに隣接する他のセパレータのいずれかには、反応ガス供給連通孔を囲繞して積層方向に突出する突起部が形成されるとともに、前記突起部には、燃料ガス又は酸化剤ガスをシールするためのシール部材が配設されている。

また、シール部材の厚さは、突起部の高さより小さく設定されることが好ましい。このため、シール部材の薄肉化が容易に図られる。

さらに、セパレータは、挟持部とマニホールド部とを連結する橋架部を有し、前記橋架部は、燃料ガスを燃料ガス通路に又は酸化剤ガスを酸化剤ガス通路に供給するための反応ガス供給通路が形成されることが好ましい。これにより、橋架部によって積層方向の荷重を緩和することができ、シール部材と電解質・電極接合体とに、それぞれ所望の荷重を確実に付与することが可能になる。従って、シール部材は、高精度なガスシール機能を有するとともに、電解質・電極接合体は、良好な集電機能を有し且つ損傷の発生を阻止することができる。

本発明では、電解質・電極接合体を挟持する挟持部と、反応ガス供給連通孔が積層方向に形成されるマニホールド部とを備えるとともに、前記反応ガス供給連通孔の外周縁に対応してシール部材が配置されている。このため、電解質・電極接合体とシール部材とに、それぞれ積層方向の荷重を個別に付与することができる。従って、電解質・電極接合体に必要以上の荷重が付与されることがなく、前記電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止することが可能になる。

しかも、シール部材は、互いに積層される第１シール部及び第２シール部を有している。これにより、第１シール部と第２シール部とは、異なる機能を有することができ、ガスシール性、柔軟性、耐熱性及び耐久性を良好に向上させることが可能になる。特に、第２シール部は、大幅に薄肉化を図ることができ、この第２シール部の露出面積が可及的に削減され、前記第２シール部の耐久性を高めることが可能になる。

また、セパレータには、反応ガス供給連通孔を囲繞して突起部が設けられるとともに、この突起部にシール部材が配設されている。このため、シール部材を良好に薄肉化することができ、前記シール部材は、露出面積が大幅に削減されて耐久性を高めることが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池２０が、矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック２２の概略斜視説明図である。

燃料電池２０は、固体酸化物型燃料電池であり、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池２０は、図２及び図３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）３０の両面に、カソード電極３２及びアノード電極３４が設けられた電解質・電極接合体３６を備える。電解質・電極接合体３６は、円板状に形成される。

セパレータ３８は、例えば、Ｆｅ系合金（ＳＵＳ）等の金属プレートで構成される。図２に示すように、セパレータ３８は、中央部に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）４０を形成する燃料ガスマニホールド部４２を有する。この燃料ガスマニホールド部４２から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する８本の橋架部４４が設けられるとともに、各橋架部４４には、円板状の挟持部４６が一体的に設けられる。

各挟持部４６は、電解質・電極接合体３６と略同一寸法に設定されており、燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口４８が、例えば、前記挟持部４６の中心又は中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定される。挟持部４６同士は、切り欠き５０を介して分離されている。

図２及び図４に示すように、各挟持部４６のアノード電極３４に接触する面４６ａ上には、前記アノード電極３４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５２を形成する複数の突起部５４が設けられる。各挟持部４６のカソード電極３２に接触する面４６ｂ上には、前記カソード電極３２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５６を形成する複数の突起部５８が設けられる。

セパレータ３８のカソード電極３２に対向する面には、通路蓋部材６０が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路蓋部材６０は、平板状に構成されるとともに、中央部に燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガスマニホールド部６２を備える。燃料ガスマニホールド部６２から放射状に８本の橋架部６４が延在するとともに、各橋架部６４は、セパレータ３８の橋架部４４から挟持部４６の面にわたり燃料ガス導入口４８を覆って固着される。橋架部４４、６４間には、燃料ガス供給連通孔４０から燃料ガス導入口４８に連通する燃料ガス供給通路６５が形成される。

各セパレータ３８間には、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材６６が配置される。図４に示すように、シール部材６６は、略リング状の第１シール部６６ａと、前記第１シール部６６ａの両面に積層される第２シール部６６ｂとを有する。第１シール部６６ａの厚さ（積層方向の寸法）は、第２シール部６６ｂの厚さ（ｈ）よりも相当に大きく設定される。

第１シール部６６ａは、ガスシール性及び耐久性に優れる、例えば、セラミックス製リングやＳＵＳ等の金属製リング（セパレータ３８に近似する熱膨張係数）が採用される。第２シール部６６ｂは、少なくとも柔軟性を有する材料で構成されており、例えば、粘土鉱物及び有機高分子からなる複合部材やガラス材等の薄膜状シールが用いられる。

第２シール部６６ｂは、燃料ガス供給連通孔４０を流通する燃料ガスに直接接触する面積を狭小化することが望ましい。第２シール部６６ｂは、相当に薄肉化される一方、比較的肉厚な第１シール部６６ａは、各セパレータ３８間の空隙調整が可能な厚さに設定される。第２シール部６６ｂとして、例えば、（独）産業技術総合研究所によるクレースト（登録商標）を使用することができる。

燃料電池２０には、図２〜図４に示すように、挟持部４６の外方に位置して積層方向（矢印Ａ方向）に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給通路６８が設けられる一方、燃料ガスマニホールド部４２の周囲には、使用済みの燃料ガス及び酸化剤ガスを排出する排ガス通路７０が形成される。

図１に示すように、燃料電池スタック２２は、複数の燃料電池２０の積層方向両端にエンドプレート７４ａ、７４ｂを配置する。エンドプレート７４ａは、略円板状を有しており、中央部には、燃料ガス供給連通孔４０に対応して孔部７６が設けられる。孔部７６の周囲には、排ガス通路７０に対応して複数の孔部７８が設けられる。エンドプレート７４ａ、７４ｂ間は、ねじ孔８０に螺合する図示しないボルトにより矢印Ａ方向に締め付けられている。

このように製造される燃料電池２０を組み込む燃料電池スタック２２の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、エンドプレート７４ａの孔部７６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、燃料電池２０の外周側に設けられた酸化剤ガス供給通路６８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、図４に示すように、燃料ガスマニホールド部４２から橋架部４４内の燃料ガス供給通路６５に沿って移動し、挟持部４６に形成された燃料ガス導入口４８から複数の突起部５４により形成された燃料ガス通路５２に導入される。燃料ガス導入口４８は、各電解質・電極接合体３６のアノード電極３４の略中心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４８からアノード電極３４の略中心に供給され、燃料ガス通路５２に沿って該アノード電極３４の外周部に向かって移動する。

一方、酸化剤ガスは、電解質・電極接合体３６の外側周端部と挟持部４６の外側周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、酸化剤ガス通路５６に送られる。酸化剤ガス通路５６では、電解質・電極接合体３６のカソード電極３２の外側周端部（セパレータ３８の外側周端部）側から内側周端部（セパレータ３８の中央部）側に向かって酸化剤ガスが流動する。

従って、電解質・電極接合体３６では、アノード電極３４の電極面の中心側から周端部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３２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。その際、酸化物イオンが電解質３０を通ってアノード電極３４に移動し、化学反応により発電が行われる。なお、各電解質・電極接合体３６の外周部に排出される排ガスは、排ガス通路７０を介して積層方向に移動し、燃料電池スタック２２から排出される。

この場合、第１の実施形態では、図２及び図４に示すように、セパレータ３８が、橋架部４４を介して電解質・電極接合体２６を挟持する挟持部４６と、燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガスマニホールド部４２とを有するとともに、この燃料ガスマニホールド部４２には、前記燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材６６が配置されている。

このため、橋架部４４により積層方向の荷重を分離することができることから、電解質・電極接合体２６とシール部材６６とには、それぞれ積層方向の荷重を個別に付与することができる。従って、シール部材６６に対してガスシールに必要なシール荷重が付与される際に、電解質・電極接合体３６には、必要以上の荷重を付与することがなく、前記電解質・電極接合体３６の損傷を可及的に阻止することが可能になる。

しかも、シール部材６６は、第１シール部６６ａ及び第２シール部６６ｂを有し、前記第１シール部６６ａは、セラミックス製リング又は金属製リングで構成される一方、前記第２シール部６６ｂは、柔軟性材料で構成されている。これにより、第１シール部６６ａと第２シール部６６ｂとは、それぞれ異なる機能を有することができ、ガスシール性、柔軟性、耐熱性及び耐久性を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。

さらに、第１シール部６６ａの両面に第２シール部６６ｂが配置されており、前記第２シール部６６ｂは、大幅に薄肉化を図ることができる。従って、第２シール部６６ｂが、熱膨張収縮により劣化し易い材料や吸湿性及び膨潤性を有する材料であっても、燃料ガスに曝される面積を大幅に削減することが可能になる。図４に示すように、第２シール部６６ｂの厚さ（ｈ）が可及的に短尺化され、前記燃料ガスに接する内周面積が大幅に削減されるからである。このため、第２シール部６６ｂは、特に、水蒸気改質後の水分比率の高い、且つ高温の燃料ガスに曝されても、熱膨張収縮や膨潤の発生が抑制され、耐久性を有効に高めることが可能となるという効果が得られる。

また、セパレータ３８は、挟持部４６と燃料ガスマニホールド部４２との間に橋架部４４を設けている。これにより、橋架部４４を介して積層方向の荷重を緩和することができ、シール部材６６は、高精度なガスシール機能を有するとともに、電解質・電極接合体３６は、良好な集電機能を有し、且つ損傷の発生を阻止することが可能になるという利点がある。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００が、矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック１０２の概略斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３〜第６の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１００は、各セパレータ１０３間に８個の電解質・電極接合体３６が、このセパレータ１０３の中心部である燃料ガス供給連通孔４０と同心円上に配列される。

セパレータ１０３は、中央部に燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガスマニホールド部１０４を有する。この燃料ガスマニホールド部１０４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１０６を介し、比較的大径な挟持部１０８が一体的に設けられる。燃料ガスマニホールド部１０４と各挟持部１０８との中心間距離は、同一距離に設定される。

各挟持部１０８のアノード電極３４に接触する面１０８ａには、前記アノード電極３４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５２が形成される。面１０８ａには、燃料ガス通路５２を通って使用された燃料ガスを排出する燃料ガス排出通路１１０と、アノード電極３４に接触するとともに、前記燃料ガスが燃料ガス導入口４８から前記燃料ガス排出通路１１０に直線状に流れることを阻止する迂回路形成用の円弧状壁部１１２とが設けられる。

円弧状壁部１１２は、第１橋架部１０６の端部から二股に分岐する略馬蹄形状を有し、その先端側内部に燃料ガス導入口４８が配置される一方、その基端部側（第１橋架部１０６側）に燃料ガス排出通路１１０が設けられる。面１０８ａには、燃料ガス通路５２側に突出してアノード電極３４の外周縁部に接触する外縁周回用凸部１１４と、前記アノード電極３４に接触する複数の突起部５４とが設けられる。

凸部１１４は、燃料ガス排出通路１１０に対応して一部が切り欠かれた略リング状を有するとともに、突起部５４は、面１０８ａに、例えば、エッチングにより形成される中実部、又はプレスにより形成される中空部で構成される。

円弧状壁部１１２、凸部１１４及び突起部５４は、燃料ガス通路５２における燃料ガスの圧力損失が燃料ガスマニホールド部１０４における前記燃料ガスの圧力損失よりも小さくなるように、高さ寸法が設定される。

各挟持部１０８のカソード電極３２に接触する面１０８ｂは、略平坦面に形成されるとともに、燃料ガスマニホールド部１０４には、燃料ガス供給連通孔４０を周回して複数の燃料ガス絞り口１１６が形成される。燃料ガス絞り口１１６の開口径は、燃料ガス導入口４８の開口径よりも小径に設定される。

セパレータ１０３のカソード電極３２に対向する面には、通路蓋部材１２０が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。通路蓋部材１２０は、平板状に構成されるとともに、中央部に燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガスマニホールド部６２を備える。燃料ガスマニホールド部６２から放射状に８本の第２橋架部６４が延在するとともに、各第２橋架部６４は、セパレータ１０３の第１橋架部１０６から挟持部１０８の面１０８ｂに燃料ガス導入口４８を覆って固着される（図８参照）。

燃料ガスマニホールド部６２から第２橋架部６４には、燃料ガス供給連通孔４０から燃料ガス導入口４８に連通する燃料ガス供給通路６５が形成される。燃料ガス供給通路６５は、例えば、エッチングにより形成される。燃料ガスマニホールド部６２には、燃料ガス供給連通孔４０を囲繞してリング状凸部１２２が設けられる。この凸部１２２は、燃料ガス供給連通孔４０を燃料ガス供給通路６５に対してシールする。

挟持部１０８の面１０８ｂには、カソード電極３２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５６を形成し且つ前記カソード電極３２に密着する変形可能な弾性通路部、例えば、導電性メッシュ部材１２４が配設される。

メッシュ部材１２４は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）の線材で構成され、円板状を有する。このメッシュ部材１２４は、積層方向（矢印Ａ方向）の荷重に対して所望の弾性変形が可能な厚さに設定されて挟持部１０８の面１０８ｂに直接接触するとともに、通路蓋部材１２０を避けるために切り欠き部１２４ａを設ける（図６及び図８参照）。

図８に示すように、メッシュ部材１２４に設けられる酸化剤ガス通路５６は、電解質・電極接合体３６の内側周端部と挟持部１０８の内側周端部との間から矢印Ｃ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給通路６８に連通する。この酸化剤ガス供給通路６８は、各挟持部１０８の内方と第１橋架部１０６との間に位置して積層方向（矢印Ａ方向）に延在している。

各セパレータ１０３間には、燃料ガス絞り口１１６を囲繞するとともに、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材６６が配置される。このシール部材６６は、第１の実施形態で使用されたシール部材６６と同一に構成されている。

燃料電池１００には、挟持部１０８の外方に位置して排ガス通路７０が形成される。図８に示すように、燃料電池１００が積層される際に、各セパレータ１０３間には、燃料ガス供給連通孔４０から分岐してセパレータ面方向（矢印Ｃ方向）へ向かう分岐通路１２６が設けられる。分岐通路１２６と燃料ガス供給通路６５とは、積層方向（矢印Ａ方向）に連通する燃料ガス絞り口１１６を介して連通する。

図５に示すように、燃料電池スタック１０２は、複数の燃料電池１００の積層方向両端に略円板状のエンドプレート１３０ａ、１３０ｂを配置する。エンドプレート１３０ａの中央部には、燃料ガス供給連通孔４０に対応して孔部７６が設けられるとともに、前記孔部７６の周囲には、酸化剤ガス供給通路６８に対応して複数の孔部１３２が設けられる。

このように構成される燃料電池スタック１０２の動作について、以下に説明する。

図５に示すように、エンドプレート１３０ａの孔部７６から燃料ガス供給連通孔４０に燃料ガスが供給されるとともに、孔部１３２から酸化剤ガス供給通路６８に空気が供給される。

図８に示すように、燃料ガスは、燃料電池スタック１０２の燃料ガス供給連通孔４０に沿って積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池１００に設けられる分岐通路１２６に分岐供給される。このため、燃料ガスは、積層方向からセパレータ面方向（矢印Ｃ方向）に分岐した後、燃料ガス絞り口１１６を通って一旦前記積層方向に向かい、さらに前記燃料ガス絞り口１１６に連通する燃料ガス供給通路６５に沿って前記セパレータ面方向に移動する。

燃料ガスは、燃料ガス供給通路６５から挟持部１０８に形成された燃料ガス導入口４８を通って燃料ガス通路５２に導入される。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口４８からアノード電極３４の略中心に供給された後、燃料ガス通路５２に沿って前記アノード電極３４の外周部に向かって移動する。

その際、図６に示すように、セパレータ１０３を構成する挟持部１０８の面１０８ａには、燃料ガス導入口４８と燃料ガス排出通路１１０とを結ぶ経路上に、第１橋架部１０６の端部から二股に分岐する円弧状壁部１１２が設けられており、この円弧状壁部１１２は、電解質・電極接合体３６のアノード電極３４に接触している。

従って、燃料ガス導入口４８から燃料ガス通路５２に供給される燃料ガスは、円弧状壁部１１２に阻止されて前記燃料ガス導入口４８から燃料ガス排出通路１１０に直線状に流れることがない。燃料ガス通路５２に供給された使用済みの燃料ガスは、燃料ガス排出通路１１０から酸化剤ガス供給通路６８に（矢印Ｂ方向に）排出される。このため、酸化剤ガス供給通路６８では、使用済みの排ガスに含まれる燃料ガスと使用前の酸化剤ガスの一部とが反応することによって、使用前の他の酸化剤ガスが加熱される。

一方、酸化剤ガス供給通路６８に供給された空気は、電解質・電極接合体３６の内側周端部と挟持部１０８の内側周端部との間から矢印Ｃ方向に流入し、メッシュ部材１２４に形成された酸化剤ガス通路５６に送られる。酸化剤ガス通路５６では、電解質・電極接合体３６のカソード電極３２の内側周端部（セパレータ１０３の中央部）側から外側周端部（セパレータ１０３の外側周端部側）に向かって空気が流動する。

従って、電解質・電極接合体３６では、アノード電極３４の電極面の中心側から周端部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３２の電極面の一方向（矢印Ｃ方向）に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質３０を通ってアノード電極３４に移動し、化学反応により発電が行われる。

なお、各電解質・電極接合体３６の外周部に排出される主に発電反応後の空気を含む排ガスは、オフガスとして排ガス通路７０を介して燃料電池スタック１０２から排出される（図５参照）。

この場合、第２の実施形態では、各セパレータ１０３間には、燃料ガス絞り口１１６を囲繞するとともに、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材６６が配置されている。従って、この第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１４０が、矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック１４２の概略斜視説明図である。

燃料電池１４０は、図１０及び図１１に示すように、単一の電解質・電極接合体３６を挟持するセパレータ１４４を備える。セパレータ１４４は、第１及び第２プレート１４６、１４８と、前記第１及び第２プレート１４６、１４８間に配設される第３プレート１５０とを備える。第１〜第３プレート１４６、１４８及び１５０は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成され、前記第３プレート１５０の両面に、前記第１プレート１４６と前記第２プレート１４８とが、例えば、ろう付けにより接合される。

図１０に示すように、第１プレート１４６は、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０が形成される第１燃料ガスマニホールド部１５２を備え、この第１燃料ガスマニホールド部１５２には、幅狭な第１橋架部１５４を介して比較的大径な第１挟持部１５６が一体的に設けられる。第１挟持部１５６は、電解質・電極接合体３６のアノード電極３４と略同一寸法に設定されている。

第１挟持部１５６のアノード電極３４に接触する面には、燃料ガス通路５２を形成するための多数の突起部５４が外周縁部近傍から中心部にわたって設けられるとともに、前記第１挟持部１５６の外周縁部には、略リング状突起部１５７が設けられる。突起部５４及び略リング状突起部１５７は、集電部を構成する。

第１挟持部１５６の中央には、アノード電極３４の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口４８が形成される。なお、突起部５４は、略リング状突起部１５７と同一平面内に複数の凹部を形成することによって構成してもよい。

第２プレート１４８は、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔６８ａが形成される第１酸化剤ガスマニホールド部１５８を備える。この第１酸化剤ガスマニホールド部１５８には、幅狭な第２橋架部１６０を介して比較的大径な第２挟持部１６２が一体的に設けられる。

第２挟持部１６２は、電解質・電極接合体３６のカソード電極３２に接する面に、酸化剤ガス通路５６を形成するための複数の突起部５８が面内全面にわたって形成される（図１２参照）。第２挟持部１６２の中央部には、酸化剤ガスをカソード電極３２の略中央部に向かって供給するための酸化剤ガス導入口１６４が形成される。

第３プレート１５０は、燃料ガス供給連通孔４０が形成される第２燃料ガスマニホールド部１６６と、酸化剤ガス供給連通孔６８ａが形成される第２酸化剤ガスマニホールド部１６８とを備える。第２燃料ガスマニホールド部１６６及び第２酸化剤ガスマニホールド部１６８は、幅狭な第３及び第４橋架部１７０、１７２を介して比較的大径な第３挟持部１７４と一体的に構成される。第３挟持部１７４は、第１及び第２挟持部１５６、１６２と同一直径に設定される。

第３プレート１５０の第１プレート１４６に向かう面において、第２燃料ガスマニホールド部１６６には、燃料ガス供給連通孔４０に連通する複数のスリット状通路１７６が放射状に形成される。燃料ガス供給連通孔４０から通路１７６を介して第３橋架部１７０及び第３挟持部１７４の面内に燃料ガス供給通路６５が形成される。第３挟持部１７４には、複数の突起部１７８が形成され、この突起部１７８は、燃料ガス供給通路６５の一部を構成する。

第３プレート１５０の第２プレート１４８に接する面において、第２酸化剤ガスマニホールド部１６８には、酸化剤ガス供給連通孔６８ａに連通する複数のスリット状通路１８０が放射状に形成される。酸化剤ガス供給連通孔６８ａから通路１８０を介して第３挟持部１７４には、酸化剤ガス供給通路１８２が形成され、この酸化剤ガス供給通路１８２は、前記第３挟持部１７４の周縁部によって閉塞される。

第１プレート１４６が第３プレート１５０の一方の面にろう付けされることにより、第１及び第３プレート１４６、１５０間には、燃料ガス供給連通孔４０に連通する燃料ガス供給通路６５が設けられる。この燃料ガス供給通路６５は、第１及び第３挟持部１５６、１７４間に該第１挟持部１５６を挟んでアノード電極３４の電極面を覆い、且つ燃料ガスが供給されることにより前記第１挟持部１５６を前記アノード電極３４に圧接可能な燃料ガス圧力室１８６を構成する（図１２参照）。電解質・電極接合体３６の外周外方には、使用済みの燃料ガス及び酸化剤ガスを排出する排ガス通路７０が設けられる。

第２プレート１４８が第３プレート１５０にろう付けされることにより、第２及び第３プレート１４８、１５０間には、酸化剤ガス供給連通孔６８ａに連通する酸化剤ガス供給通路１８２が形成される。この酸化剤ガス供給通路１８２は、第２及び第３挟持部１６２、１７４間に該第２挟持部１６２を挟んでカソード電極３２の電極面を覆い、且つ酸化剤ガスが供給されることにより前記第２挟持部１６２を前記カソード電極３２に圧接可能な酸化剤ガス圧力室１８８を構成する（図１２参照）。

セパレータ１４４は、第１プレート１４６の第１挟持部１５６と、第２プレート１４８の第２挟持部１６２と、第３プレート１５０の第３挟持部１７４とが接合されることにより、円板状の挟持部１９０を構成する。挟持部１９０には、第１及び第３橋架部１５４、１７０が接合されて構成される橋架部１９２と、第２及び第４橋架部１６０、１７２が接合されて構成される橋架部１９４とが連結される。

橋架部１９２には、第１燃料ガスマニホールド部１５２と第２燃料ガスマニホールド部１６６とが接合されて形成される燃料ガスマニホールド部１９６が連結される。橋架部１９４には、第１酸化剤ガスマニホールド部１５８と第２酸化剤ガスマニホールド部１６８とが接合されて形成される酸化剤ガスマニホールド部１９８が連結される。

図１０及び図１２に示すように、各セパレータ１４４間には、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材１９７が配置されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔６８ａの外周縁に対応してシール部材１９９が配置される。

シール部材１９７、１９９は、第１の実施形態に用いられているシール部材６６と同様に、例えば、セラミックス製リングや金属製リングで構成される第１シール部１９７ａ、１９９ａと、前記第１シール部１９７ａ、１９９ａの両面に配置される第２シール部１９７ｂ、１９９ｂを有する（図１２参照）。第２シール部１９７ｂ、１９９ｂは、相当に薄肉状に構成されており、ガラス材又は粘土鉱物及び有機高分子からなる複合部材等で構成される。

図９に示すように、燃料電池スタック１４２は、複数の燃料電池１４０の積層方向両端にエンドプレート２００ａ、２００ｂを配置する。エンドプレート２００ａ又はエンドプレート２００ｂは、締付手段２０２と電気的に絶縁される。エンドプレート２００ａには、燃料電池１４０の燃料ガス供給連通孔４０に連通する第１配管２０４と、酸化剤ガス供給連通孔６８ａに連通する第２配管２０６とが接続される。エンドプレート２００ａ、２００ｂには、電解質・電極接合体３６よりも燃料ガス供給連通孔４０及び酸化剤ガス供給連通孔６８ａに近接する位置に、矢印Ａ方向に積層された電解質・電極接合体３６とセパレータ１４４とに積層方向に締付荷重を付与する締付手段２０２が配設される。

締付手段２０２は、燃料ガス供給連通孔４０の両側及び酸化剤ガス供給連通孔６８ａの両側に位置してエンドプレート２００ａ、２００ｂに形成されるボルト孔２０８を備える。各ボルト孔２０８に締付ボルト２１０が挿入されるとともに、各締付ボルト２１０の先端にナット２１２が螺合することによって、燃料電池スタック１４２が締め付け保持される。

このように構成される燃料電池スタック１４２の動作について、以下に説明する。

図９に示すように、エンドプレート２００ａに接続されている第１配管２０４から燃料ガス供給連通孔４０に燃料ガスが供給されるとともに、前記エンドプレート２００ａに接続された第２配管２０６から酸化剤ガス供給連通孔６８ａに酸化剤ガスが供給される。

燃料ガス供給連通孔４０に供給された燃料ガスは、図１２に示すように、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池１４０を構成するセパレータ１４４内の燃料ガス供給通路６５に供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路６５に沿って第１及び第３挟持部１５６、１７４間に形成された燃料ガス圧力室１８６に導入され、複数の突起部１７８間を移動して第１挟持部１５６の中央部に形成される燃料ガス導入口４８に導入される。

燃料ガス導入口４８は、各電解質・電極接合体３６のアノード電極３４の中心位置に対応して設けられている。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口４８から燃料ガス通路５２に供給され、アノード電極３４内を中心部から外周部に向かって流動する。

一方、酸化剤ガス供給連通孔６８ａに供給される酸化剤ガスは、セパレータ１４４内の酸化剤ガス供給通路１８２を移動し、第２及び第３挟持部１６２、１７４間に形成された酸化剤ガス圧力室１８８に供給される。さらに、酸化剤ガスは、第２挟持部１６２の中心位置に設けられる酸化剤ガス導入口１６４に導入される。

酸化剤ガス導入口１６４は、各電解質・電極接合体３６のカソード電極３２の中心位置に対応して設けられている。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１６４から酸化剤ガス通路５６に供給され、カソード電極３２の中心部から外周部に向かって流動する。

従って、各電解質・電極接合体３６では、アノード電極３４の中心部から外周部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３２の中心部から外周部に向かって酸化剤ガスが供給され、発電が行われる。そして、発電に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、排ガスとして挟持部１９０の外周部から排気される。

この場合、第３の実施形態では、図１２に示すように、各セパレータ１４４間には、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材１９７が配置されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔６８ａの外周縁に対応してシール部材１９９が配置されている。そして、シール部材１９７、１９９は、それぞれ異なる機能を有する第１シール部１９７ａ、１９９ａと、第２シール部１９７ｂ、１９９ｂとを有している。このため、第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図１３は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池２２０の分解斜視説明図である。

燃料電池２２０は、第１セパレータ２２２ａ及び第２セパレータ２２２ｂ間に複数、例えば、２個の電解質・電極接合体３６が挟持される。第１セパレータ２２２ａ及び第２セパレータ２２２ｂは、同一形状のセパレータ構造体を互いに１８０°反転させることにより構成される。

第１セパレータ２２２ａは、例えば、ステンレス等の板金で構成される第１プレート２２４ａ及び第２プレート２２６ａを有する。第１プレート２２４ａ及び第２プレート２２６ａは、互いに拡散接合、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。

第１プレート２２４ａは、略平板状に形成されるとともに、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０が形成される第１燃料ガスマニホールド部２２８を有する。この第１燃料ガスマニホールド部２２８から外方に延在する２つの第１橋架部２３０ａ、２３０ｂを介して第１挟持部２３２ａ、２３２ｂが一体に設けられる。

第１挟持部２３２ａ、２３２ｂは、電解質・電極接合体３６と略同一寸法に設定されるとともに、前記第１挟持部２３２ａ、２３２ｂのアノード電極３４に接する面には、それぞれ複数の突起部２３４ａ、２３４ｂが設けられる。突起部２３４ａ、２３４ｂは、アノード電極３４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５２ａ、５２ｂを形成するとともに、集電機能を有する。第１挟持部２３２ａ、２３２ｂの略中央部には、アノード電極３４の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口４８ａ、４８ｂが形成される。

第２プレート２２６ａは、燃料ガス供給連通孔４０が形成される第２燃料ガスマニホールド部２３６を有する。この第２燃料ガスマニホールド部２３６から外方に延在する２つの第２橋架部２３８ａ、２３８ｂを介して第２挟持部２４０ａ、２４０ｂが一体に設けられる。第２プレート２２６ａの外周を周回して第１プレート２２４ａ側に突出する周回突起部２４２が設けられ、この周回突起部２４２に前記第１プレート２２４ａが接合される。

第２燃料ガスマニホールド部２３６、第２橋架部２３８ａ、２３８ｂ及び第２挟持部２４０ａ、２４０ｂの第１プレート２２４ａに向かう面には、前記第１プレート２２４ａに接して積層方向の荷重に対する潰れ防止機能を有する複数の突起部２４３が形成される。

第１及び第２橋架部２３０ａ、２３８ａ間と第１及び第２橋架部２３０ｂ、２３８ｂ間には、燃料ガス供給連通孔４０に連通する燃料ガス供給通路６５ａ、６５ｂが形成される。燃料ガス供給通路６５ａ、６５ｂは、第１及び第２挟持部２３２ａ、２４０ａ間と第１及び第２挟持部２３２ｂ、２４０ｂ間に形成される燃料ガス充填室２４８ａ、２４８ｂを介して燃料ガス導入口４８ａ、４８ｂに連通する。

第２セパレータ２２２ｂは、第１セパレータ２２２ａと同一形状に構成されており、第１プレート２２４ａ及び第２プレート２２６ａに対応する第１プレート２２４ｂ及び第２プレート２２６ｂを有する。第１及び第２プレート２２４ｂ、２２６ｂは、積層方向に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔６８ａが形成される第１及び第２酸化剤ガスマニホールド部２５０、２５２を有する。

第１及び第２プレート２２４ｂ、２２６ｂは、第１及び第２酸化剤ガスマニホールド部２５０、２５２から外方に突出する２つの第１橋架部２５４ａ、２５４ｂ及び第２橋架部２５６ａ、２５６ｂを介して第１挟持部２５８ａ、２５８ｂ及び第２挟持部２６０ａ、２６０ｂが一体に設けられる。

第１挟持部２５８ａ、２５８ｂのカソード電極３２に接触する面には、複数の突起部２３４ａ、２３４ｂを介し前記カソード電極３２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５６ａ、５６ｂが形成される。第１挟持部２５８ａ、２５８ｂの略中央部には、カソード電極３２の略中央部に向かって酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス導入口１６４ａ、１６４ｂが形成される。

第２プレート２２６ｂ内には、第１プレート２２４ｂが接合されることにより酸化剤ガス供給連通孔６８ａに連通する酸化剤ガス供給通路１８２ａ、１８２ｂが、第１橋架部２５４ａ、２５４ｂと第２橋架部２５６ａ、２５６ｂとの間に対応して形成される。

第２挟持部２６０ａ、２６０ｂ内には、酸化剤ガス供給連通孔６８ａと酸化剤ガス供給通路１８２ａ、１８２ｂを介して連通する酸化剤ガス充填室２６６ａ、２６６ｂが形成される。

図１５に示すように、各燃料電池２２０間には、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材１９７が配置されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔６８ａの外周縁に対応してシール部材１９９が配置される。

このように構成される燃料電池２２０の動作について、以下に説明する。

燃料ガスは、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら各燃料電池２２０を構成する第１セパレータ２２２ａに形成された燃料ガス供給通路６５ａ、６５ｂに導入される（図１４及び図１５参照）。

燃料ガスは、燃料ガス供給通路６５ａ、６５ｂに沿って移動し、一旦、燃料ガス充填室２４８ａ、２４８ｂに充填される。さらに、燃料ガスは、燃料ガス導入口４８ａ、４８ｂから燃料ガス通路５２ａ、５２ｂに導入される。その際、燃料ガス導入口４８ａ、４８ｂは、各電解質・電極接合体３６のアノード電極３４の略中央位置に設定されている。このため、燃料ガスは、アノード電極３４の略中心から燃料ガス通路５２ａ、５２ｂに沿って前記アノード電極３４の外周部に向かって移動する。

一方、空気は、各燃料電池２２０の酸化剤ガス供給連通孔６８ａに供給される。図１４及び図１５に示すように、酸化剤ガス供給連通孔６８ａに供給された空気は、酸化剤ガス供給通路１８２ａ、１８２ｂに沿って移動し、一旦、酸化剤ガス充填室２６６ａ、２６６ｂに充填される。さらに、酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１６４ａ、１６４ｂから酸化剤ガス通路５６ａ、５６ｂに導入される。

酸化剤ガス導入口１６４ａ、１６４ｂは、各電解質・電極接合体３６のカソード電極３２の略中央位置に設定されている。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス通路５６ａ、５６ｂに沿ってカソード電極３２の略中央位置から外周部に向かって移動する。

燃料ガス通路５２ａ、５２ｂを移動した使用済みの燃料ガス、及び酸化剤ガス通路５６ａ、５６ｂを移動した使用済みの空気は、各電解質・電極接合体３６の外周部から排ガス通路７０に導出され、この排ガス通路７０で混合されて比較的高温の排ガスとして排出される。

この場合、第４の実施形態では、図１５に示すように、各燃料電池２２０間には、燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材１９７が配置されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔６８ａの外周縁に対応してシール部材１９９が配置される。従って、第４の実施形態では、上記の第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図１６は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池２８０の分解斜視説明図である。

燃料電池２８０は、２個の電解質・電極接合体３６を挟持するセパレータ２８２を備える。セパレータ２８２は、第３の実施形態に用いられるセパレータ１４４と同様に３枚のプレート（図示せず）により構成される。セパレータ２８２は、それぞれ電解質・電極接合体３６を挟持する円板状の第１挟持部１９０ａと第２挟持部１９０ｂとを備える。

第１挟持部１９０ａ及び第２挟持部１９０ｂには、橋架部１９２ａ、１９２ｂを介して燃料ガスマニホールド部１９６が連結されるとともに、橋架部１９４ａ、１９４ｂを介して酸化剤ガスマニホールド部１９８に連結される。橋架部１９２ａ、１９２ｂ内には、燃料ガス供給通路６５ａ、６５ｂが形成されるとともに、橋架部１９４ａ、１９４ｂ内には、酸化剤ガス供給通路１８２ａ、１８２ｂが形成される。

第１挟持部１９０ａと電解質・電極接合体３６との間には、燃料ガス通路５２ａ及び酸化剤ガス通路５６ａが形成される一方、第２挟持部１９０ｂと前記電解質・電極接合体３６との間には、燃料ガス通路５２ｂ及び酸化剤ガス通路５６ｂが形成される。

各セパレータ２８２では、燃料ガスマニホールド部１９６に燃料ガス供給連通孔４０の外周縁に対応してシール部材１９７が配置されるとともに、酸化剤ガスマニホールド部１９８に酸化剤ガス供給連通孔６８ａの外周縁に対応してシール部材１９９が配置される。

このように構成される第５の実施形態では、上記の各実施形態と同様の効果を有する。

上記の第１から第５の実施形態では、シール部材６６、１９７及び１９９が、それぞれ第１シール部６６ａ、１９７ａ及び１９９ａと、第２シール部６６ｂ、１９７ｂ及び１９９ｂとを有しているが、これに限定されるものではない。

例えば、第１の実施形態に係る燃料電池２０に対応して構成される第６の実施形態に係る燃料電池２９０は、図１７に示すように、セパレータ２９２を備えている。

セパレータ２９２は、燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガスマニホールド部２９４に、前記燃料ガス供給連通孔４０を囲繞して積層方向（矢印Ａ方向）に突出する突起部２９６が形成される。突起部２９６と隣合う他のセパレータ２９２との間には、シール部材２９８が介装される。

シール部材２９８は、薄膜状に構成されるとともに、例えば、ガラス材や粘土鉱物及び有機高分子からなる複合部材等により構成されており、実質的に第１シール部６６ｂ、１９７ｂ及び１９９ｂと同一に構成される。

従って、第６の実施形態では、セパレータ２９２自体に突起部２９６が形成されており、シール部材２９８を良好に薄肉化することができる。これにより、シール部材２９８は、燃料ガスに接する露出面積が大幅に削減され、前記シール部材２９８の耐久性を高めることが可能になる等、上記の第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる。なお、シール部材２９８は、第２〜第５の実施形態においても、適応することが可能である。

本発明の第１の実施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。 前記燃料電池の分解斜視図である。 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ある。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池の分解斜視説明図である。 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。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 本発明の第３の実施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。 前記燃料電池の分解斜視図である。 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ある。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。 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。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の概略断面説明図である。

符号の説明

２０、１００、１４０、２２０、２８０、２９０…燃料電池
２２、１０２、１４２…燃料電池スタック
３０…電解質 ３２…カソード電極
３４…アノード電極 ３６…電解質・電極接合体
３８、１０３、１４４、２２２ａ、２２２ｂ、２８２、２９２…セパレータ
４０…燃料ガス供給連通孔
４２、６２、１０４、１５２、１６６、１９６、２２８、２３６、２９４…燃料ガスマニホールド部
４４、６４、１０６、１５４、１６０、１７０、１７２、１９２、１９２ａ、１９２ｂ、１９４、１９４ａ、１９４ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、２３８ａ、２３８ｂ、２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂ…橋架部
４６、１０８、１５６、１６２、１７４、１９０、１９０ａ、１９０ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、２４０ａ、２４０ｂ、２５８ａ、２５８ｂ、２６０ａ、２６０ｂ…挟持部
４８…燃料ガス導入口 ５２…燃料ガス通路
５６…酸化剤ガス通路 ６０…通路蓋部材
６５、６５ａ、６５ｂ…燃料ガス供給通路
６６、１９７、１９９、２９８…シール部材
６６ａ、６６ｂ、１９７ａ、１９７ｂ、１９９ａ、１９９ｂ…シール部
７０…排ガス通路 １１０…燃料ガス排出通路
１４６、１４８、１５０、２２４ａ、２２４ｂ、２２６ａ、２２６ｂ…プレート
１５８、１６８、１９８、２５０、２５２…酸化剤ガスマニホールド部
１８６…燃料ガス圧力室 １８８…酸化剤ガス圧力室
２４８ａ、２４８ｂ、２６６ａ、２６６ｂ…燃料ガス充填室

Claims (6)

1. 固体酸化物型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、セパレータ間に積層される燃料電池であって、
   前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、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及び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が個別に設けられる挟持部と、
   前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤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マニホールド部と、
   前記セパレータと前記セパレータに隣接する他のセパレータとの間に、前記反応ガス供給連通孔の外周縁に対応して配置されるシール部材と、
   を備え、
   前記シール部材は、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスをシールするために互いに積層される第１シール部及び第２シール部を有することを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記第１シール部の厚さは、前記第２シール部の厚さより大きく設定されるとともに、
   前記第１シール部は、耐熱合金又はセラミック材あるいはこれらの複合材で構成されることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項２記載の燃料電池において、前記第２シール部は、前記第１シール部より柔軟性を有する材料で構成されることを特徴とする燃料電池。
4. 固体酸化物型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、セパレータ間に積層される燃料電池であって、
   前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、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及び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が個別に設けられる挟持部と、
   前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤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マニホールド部と、
   を備え、
   少なくとも前記セパレータ又は前記セパレータに隣接する他のセパレータのいずれかには、前記反応ガス供給連通孔を囲繞して積層方向に突出する突起部が形成されるとともに、
   前記突起部には、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスをシールするためのシール部材が配設されることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項４記載の燃料電池において、前記シール部材の厚さは、前記突起部の高さより小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１又は４記載の燃料電池において、前記セパレータは、前記挟持部と前記マニホールド部とを連結する橋架部を有し、
   前記橋架部は、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための反応ガス供給通路が形成されることを特徴とする燃料電池。

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