(57)【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、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、およ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、使用済みの前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを前記電解質・電極接合体の周縁部から排出させる円板形状の挟持部と、
前記挟持部に連結され、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橋架部と、
前記橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が前記電解質・電極接合体の積層方向に形成される反応ガス供給部と、を備え、
前記橋架部は、前記挟持部の円弧よりも半径が大きい円弧状とされ、
前記挟持部と前記橋架部とは、互いの連結部において、前記挟持部周縁の接線方向と前記橋架部周縁の接線方向とが同一直線上に位置するように連結されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記橋架部と前記反応ガス供給部とは、互いの連結部において、前記橋架部周縁の接線方向と前記反応ガス供給部周縁の接線方向とが同一直線上に位置するように連結されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池において、
前記反応ガス供給部は、円板形状に形成され、
前記橋架部は、前記反応ガス供給部の円弧よりも半径が大きい円弧状とされることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記挟持部は、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給する燃料ガス供給孔と、
前記燃料ガス通路側の周縁部に、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極の周縁部に接触する第１周縁凸部と、
前記燃料ガス通路を通って使用された前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出孔と、
前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガス供給孔と、
前記酸化剤ガス通路側の周縁部に、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極の周縁部に接触する第２周縁凸部と、
前記酸化剤ガス通路を通って使用された前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出孔と、を備え、
一の前記燃料ガス排出孔と他の前記燃料ガス排出孔のうちの一つとは、前記挟持部の中心点に対して点対称な位置に設定されるとともに、
一の前記酸化剤ガス排出孔と他の前記酸化剤ガス排出孔のうちの一つとは、前記挟持部の中心点に対して点対称な位置に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記燃料ガス排出孔と前記酸化剤ガス排出孔は、前記挟持部の周方向で異なる位置に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス排出孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス排出孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス排出孔の数は、前記酸化剤ガス排出孔の数よりも少なく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記燃料ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記酸化剤ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか１項に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給孔の数は、前記酸化剤ガス供給孔の数よりも少なく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス通路の体積は、前記酸化剤ガス通路の体積よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記挟持部は、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極に接触する複数の突起部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記挟持部は、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記挟持部は、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極に接触する複数の突起部が設けられるとともに、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられ、
前記アノード電極側の突起部と前記カソード電極側の突起部とは、前記セパレータの積層方向から見て同じ位置に配列される数が、異なる位置となる数よりも多数に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記橋架部は、前記挟持部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路が形成される燃料ガス橋架部と、
前記挟持部に連結されるとともに、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酸化剤ガス供給通路が形成される酸化剤ガス橋架部と、を備え、
前記反応ガス供給部は、前記燃料ガス橋架部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される燃料ガス供給部と、
前記酸化剤ガス橋架部に連結されるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給通路に供給するための酸化剤ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される酸化剤ガス供給部と、を備え、
前記燃料ガス橋架部と前記酸化剤ガス橋架部とは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されるとともに、
前記燃料ガス供給部と前記酸化剤ガス供給部とは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１７】
請求項１６記載の燃料電池において、
前記燃料ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、
前記酸化剤ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給通路の流路断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給通路の流路断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給連通孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記燃料ガス供給部は、前記セパレータの中央部に設けられるとともに、
前記燃料ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２０】
請求項１９に記載の燃料電池において、
前記電解質・電極接合体及び前記セパレータを交互に積層した場合に、同一の円周上に配列された前記各電解質・電極接合体が、前記電解質・電極接合体の積層方向における位置でそれぞれ同等の位置に配列されるように形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の燃料電池において、
前記挟持部は、前記各電解質・電極接合体に対応した形状を有するとともに、
前記各挟持部は、互いに分離して構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記燃料ガス橋架部は、前記燃料ガス供給部から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２３】
請求項１６〜２２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、前記挟持部、前記燃料ガス橋架部および前記酸化剤ガス橋架部が前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２４】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路、および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酸化剤ガス供給通路が形成される前記橋架部と、
前記橋架部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔、および前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給通路に供給するための酸化剤ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される前記反応ガス供給部と、を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２５】
請求項２４に記載の燃料電池において、
前記燃料ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、
前記酸化剤ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給通路の流路断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給通路の流路断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２６】
請求項２４又は２５に記載の燃料電池において、
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給連通孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記橋架部は、前記挟持部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路が形成される燃料ガス橋架部を備え、
前記反応ガス供給部は、前記燃料ガス橋架部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される燃料ガス供給部を備え、
前記燃料ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されるとともに、前記挟持部および前記燃料ガス橋架部が前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定され、
隣り合う前記各挟持部間には、前記酸化剤ガス通路内に前記酸化剤ガスを案内する整流部材が設けられ、
前記整流部材は、前記セパレータの面方向において前記隣り合う挟持部間を閉塞する閉塞部を備え、前記閉塞部とセパレータの周縁部とで囲まれた空間は、前記酸化剤ガスを前記積層方向に流通させるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガス供給部を構成していることを特徴とする燃料電池。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料電池において、
前記燃料ガス供給部は、前記セパレータの中央部に設けられるとともに、
前記燃料ガス供給部を中心に４つの前記電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であ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、セパレータ間に積層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およ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た燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
近時では、平板シールレス型の固体電解質型燃料電池が開発されている。このシールレス型の燃料電池では、シール型の燃料電池に比較して、構造が簡素化され、電解質・電極接合体に付与される荷重も緩和される等の利点がある。
【０００４】
ここで、特許文献１〜３には、セパレータのマニホールド部分と発電セルが位置する部分とを繋ぐ連絡部分に荷重に対する可撓性を持たせる技術が開示されている。これにより、セパレータに掛かる荷重をマニホールド部分と発電セルが位置する部分とに分離することができ、各々が好適に加重されるようになるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２０５８９号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８２７８号公報
【特許文献３】特開２００８−２５１２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した固体電解質型燃料電池は高温型燃料電池であり、発電時においては燃料電池スタックの温度が６００度〜８００度程度まで上昇する。すると、この熱に起因してセパレータが膨張・収縮し、セパレータには例えば面方向に沿う応力（熱応力）が発生する。この場合、上述した特許文献１〜３の構成では、セパレータに作用する面方向に沿う応力を許容することができず、特にセパレータのマニホールド部分と発電セルが位置する部分とを繋ぐ連結部分や、連結部分の折れ曲がり箇所に応力が集中する。その結果、セパレータに熱歪等が生じて、セパレータが燃料電池の積層方向に変形する虞がある。
【０００７】
そして、セパレータが燃料電池の積層方向に変形することで、セパレータと発電セルとの間に隙間が生じて両者間の密着性が低下し、発電セルで発電された電力を効率的に集電することができなくなり、発電性能の低下に繋がる虞がある。また、セパレータから発電セルに対して偏荷重が作用し、発電セルの耐久性を損なう虞がある。さらに、マニホールド部分と発電セルとの連結部分が変形する虞もある。この場合、マニホールド部分と発電セルとの間の反応ガス（燃料ガス・酸化剤ガス）の流路が閉塞または破損して、発電セルに対して所望の流量の反応ガスを供給することができなくなってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制し、発電効率および耐久性の向上を図ることができる燃料電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、セパレータ間に積層される燃料電池である。
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、およ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、使用済みの前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを前記電解質・電極接合体の周縁部から排出させる円板形状の挟持部と、前記挟持部に連結され、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橋架部と、前記橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が前記電解質・電極接合体の積層方向に形成される反応ガス供給部と、を備えている。
また、前記橋架部は、前記挟持部の円弧よりも半径が大きい円弧状とされている。
そして、前記挟持部と前記橋架部とは、互いの連結部において、前記挟持部周縁の接線方向と前記橋架部周縁の接線方向とが同一直線上に位置するように連結されている。
【００１０】
本発明によれば、反応ガス供給部と挟持部との間で、橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。これにより、電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位（反応ガス供給部）には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、反応ガス供給部において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
【００１１】
そして、挟持部と橋架部との連結部を、挟持部周縁の接線方向と橋架部周縁の接線方向とが同一方向となるように連結することで、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力（歪力）は、挟持部の接線方向に沿って作用し、挟持部の面方向の回転力に変換されることになる。すなわち、挟持部が橋架部に発生する応力によって僅かながら回転することで、橋架部に作用する応力を吸収して、連結部等に応力が集中することを抑制することができる。
したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができるため、セパレータと電解質・電極接合体との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータから電解質・電極接合体に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体の損傷を防止することもでき、電解質・電極接合体の耐久性も向上させることができる。また、橋架部の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【００１２】
また、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力は、橋架部の円弧の接線方向に伝わり、挟持部におけるセパレータの面方向の回転力に変換され易くなるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができる。
【００１３】
前記橋架部と前記反応ガス供給部とは、互いの連結部において、前記橋架部周縁の接線方向と前記反応ガス供給部周縁の接線方向とが同一直線上に位置するように連結されることが好ましい。
本発明によれば、反応ガス供給部に発生するセパレータの面方向の応力の一部は、反応ガス供給部にも作用する。この場合、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力は、反応ガス供給部の接線方向に沿って作用し、反応ガス供給部の面方向の回転力に変換されることになる。すなわち、挟持部が橋架部に発生する応力によって僅かながら回転することで、橋架部に作用する応力を吸収して、連結部等に応力が集中することを抑制することができるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができる。
【００１４】
前記反応ガス供給部は、円板形状に形成され、前記橋架部は、前記反応ガス供給部の円弧よりも半径が大きい円弧状とされることが好ましい。
本発明によれば、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力の一部は、橋架部の円弧の接線方向に伝わり、反応ガス供給部におけるセパレータの面方向の回転力に変換され易くなるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができる。
【００１５】
前記挟持部は、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給する燃料ガス供給孔と、前記燃料ガス通路側の周縁部に、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極の周縁部に接触する第１周縁凸部と、前記燃料ガス通路を通って使用された前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出孔と、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガス供給孔と、前記酸化剤ガス通路側の周縁部に、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極の周縁部に接触する第２周縁凸部と、前記酸化剤ガス通路を通って使用された前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出孔と、を備え、一の前記燃料ガス排出孔と他の前記燃料ガス排出孔のうちの一つとは、前記挟持部の中心点に対して点対称な位置に設定されるとともに、一の前記酸化剤ガス排出孔と他の前記酸化剤ガス排出孔のうちの一つとは、前記挟持部の中心点に対して点対称な位置に設定されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス供給孔から燃料ガス通路に供給された燃料ガスは、第１周縁凸部によって外部に吹き抜けすることを阻止される。このため、燃料ガスを発電反応に有効に利用することが可能になり、燃料利用率が良好に向上する。しかも、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、第１周縁凸部によって阻止することができる。これにより、アノード電極の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の向上が容易に図られる。
また、酸化剤ガス供給孔から酸化剤ガス通路に供給された酸化剤ガスは、第２周縁凸部によって外部に吹き抜けすることを阻止される。このため、酸化剤ガスを発電反応に有効に利用することが可能になる。しかも、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、第２周縁凸部によって阻止することができる。これにより、カソード電極の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の向上が容易に図られる。
さらに、第１周縁凸部および第２周縁凸部を介して、良好な集電効果が得られる。しかも、第１周縁凸部と第２周縁凸部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、セパレータと電解質・電極接合体との密着性が高まるため、より良好な集電効果が得られ、発電効率の向上が図られる。
【００１６】
そして、一の燃料ガス排出孔と他の燃料ガス排出孔のうちの一つとを、挟持部の中心点に対して点対称な位置に設定するとともに、一の酸化剤ガス排出孔と他の酸化剤ガス排出孔のうちの一つとを、挟持部の中心点に対して点対称な位置に設定することにより、挟持部周縁部から使用後（反応・未反応含む）の反応ガス（燃料ガス・酸化剤ガス）を偏りなくほぼ均等に排出することができる。したがって、挟持部および挟持部周辺の温度分布の差を抑制できるので、熱に起因する膨張・収縮を偏りなくほぼ均等にすることができ、セパレータの応力が一箇所に集中することを抑制できる。
【００１７】
前記燃料ガス排出孔と前記酸化剤ガス排出孔は、前記挟持部の周方向で異なる位置に形成されることが好ましい。
本発明によれば、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、アノード電極の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、カソード電極の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
しかも、排出された燃料ガス（未使用）と酸化剤ガス（未使用）は、挟持部周辺で燃えるので、燃料電池（挟持部）を予め加熱することができ、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
【００１８】
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス排出孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス排出孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
また、同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス排出孔の数は、前記酸化剤ガス排出孔の数よりも少なく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）＞１．０で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００１９】
前記燃料ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることが好ましい。
また、前記酸化剤ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガスがアノード電極全域に行き渡り、且つ、使用された燃料ガスの排出が特定の燃料ガス排出孔に偏ることがない。また、酸化剤ガスがカソード電極全域に行き渡り、且つ、使用された酸化剤ガスの排出が特定の酸化剤ガス排出孔に偏ることがない。そのため、発電時に電解質・電極接合体の表面に、燃料ガス又は酸化剤ガスの濃度差に起因する発電差が生じ難く、発電差に起因する温度差が生じ難い。したがって、電解質・電極接合体の耐久性の向上が期待できる。
【００２０】
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
また、同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給孔の数は、前記酸化剤ガス供給孔の数よりも少なく設定されることが好ましい。
また、同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス通路の体積は、前記酸化剤ガス通路の体積よりも小さく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）＞１．０で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００２１】
前記挟持部は、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極に接触する複数の突起部が設けられることが好ましい。
また、前記挟持部は、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられることが好ましい。
本発明によれば、複数の突起部により良好な集電効果が得られるとともに、各突起部間に形成される燃料ガス通路に沿って、燃料ガスおよび燃料排ガスの流通性を向上させることができる。また、各突起部間に形成される酸化剤ガス通路に沿って、酸化剤ガスおよび酸化剤排ガスの流通性を向上させることができる。
【００２２】
前記挟持部は、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極に接触する複数の突起部が設けられるとともに、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられ、前記アノード電極側の突起部と前記カソード電極側の突起部とは、前記セパレータの積層方向から見て同じ位置に配列される数が、異なる位置となる数よりも多数に設定されることが好ましい。
本発明によれば、アノード電極側突起部とカソード電極側突起部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が向上するとともに、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
【００２３】
前記橋架部は、前記挟持部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路が形成される燃料ガス橋架部と、前記挟持部に連結されるとともに、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酸化剤ガス供給通路が形成される酸化剤ガス橋架部と、を備え、前記反応ガス供給部は、前記燃料ガス橋架部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される燃料ガス供給部と、前記酸化剤ガス橋架部に連結されるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給通路に供給するための酸化剤ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される酸化剤ガス供給部と、を備え、前記燃料ガス橋架部と前記酸化剤ガス橋架部とは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されるとともに、前記燃料ガス供給部と前記酸化剤ガス供給部とは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス供給部と挟持部との間で、燃料ガス橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。また、酸化剤ガス供給部と挟持部との間で、酸化剤ガス橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。これにより、電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位（燃料ガス供給部・酸化剤ガス供給部）には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、燃料ガス供給部および酸化剤ガス供給部において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
【００２４】
そして、燃料ガス橋架部と酸化剤ガス橋架部とを、挟持部を中心とした点対称な位置に設定するとともに、燃料ガス供給部と酸化剤ガス供給部とを、挟持部を中心とした点対称な位置に設定することにより、橋架部（燃料ガス橋架部・酸化剤ガス橋架部）に発生するセパレータの面方向の応力が、挟持部を中心とするセパレータの面方向の回転力に変換され易くなる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができるため、セパレータと電解質・電極接合体との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータから電解質・電極接合体に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体の損傷を防止することもでき、電解質・電極接合体の耐久性も向上させることができる。また、橋架部の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【００２５】
前記燃料ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、前記酸化剤ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給通路の流路断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給通路の流路断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給連通孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）＞１．０で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００２６】
前記燃料ガス供給部は、前記セパレータの中央部に設けられるとともに、前記燃料ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス供給部がセパレータの中央部に設けられるので、燃料電池に供給される燃料ガスを発電による発生熱によって良好に加熱可能になる。したがって、燃料電池は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
その上、燃料ガス供給部を中心に複数の電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されるので、燃料ガス供給部から各電解質・電極接合体に対して燃料ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上および安定化が図られる。
【００２７】
前記電解質・電極接合体及び前記セパレータを交互に積層した場合に、同一の円周上に配列された前記各電解質・電極接合体が、前記電解質・電極接合体の積層方向における位置でそれぞれ同等の位置に配列されるように形成されていることが好ましい。
本発明によれば、電解質・電極接合体に付与される荷重が不足することがないので、電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が向上し、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
【００２８】
前記挟持部は、前記各電解質・電極接合体に対応した形状を有するとともに、前記各挟持部は、互いに分離して構成されることが好ましい。
本発明によれば、挟持部は電解質・電極接合体に対応した形状を有するため、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
しかも、各挟持部は互いに分離して構成されるので、隣接する電解質・電極接合体に独立して積層方向の荷重を付与することができる。このため、電解質・電極接合体やセパレータの寸法誤差によって各電解質・電極接合体に発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。したがって、セパレータ全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体に対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体の熱歪み等は、隣接する他の電解質・電極接合体に伝達されることがなく、電解質・電極接合体間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池全体の小型化が容易に図られる。
【００２９】
前記燃料ガス橋架部は、前記燃料ガス供給部から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス供給部から各燃料ガス橋架部を介して各電解質・電極接合体に対して燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。
【００３０】
前記セパレータは、前記挟持部、前記燃料ガス橋架部および前記酸化剤ガス橋架部が前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス供給部から各燃料ガス橋架部および各挟持部を介して各電解質・電極接合体に燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上および安定化を図ることが可能になる。
【００３１】
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路、および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酸化剤ガス供給通路が形成される前記橋架部と、前記橋架部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔、および前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給通路に供給するための酸化剤ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される前記反応ガス供給部と、を備えることが好ましい。
本発明によれば、反応ガス供給部と挟持部との間は、橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断されるため、電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。
このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、反応ガス供給部において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
さらに、橋架部には燃料ガス供給通路および酸化剤ガス供給通路が形成されている。したがって、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体の安定した発電が可能になる。
しかも、反応ガス供給部には燃料ガス供給連通孔および酸化剤ガス供給連通孔が形成されている。このため、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体の安定した発電が可能になる。
その上、シール性が要求される燃料ガス供給連通孔および酸化剤ガス供給連通孔は、反応ガス供給部に集約されている。これにより、反応ガス供給部に所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行可能になる。
【００３２】
前記燃料ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、前記酸化剤ガス供給通路は、流路断面積が一様に形成され、同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給通路の流路断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給通路の流路断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
同一の前記セパレータ内において、前記燃料ガス供給連通孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）＞１．０で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００３３】
前記橋架部は、前記挟持部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路が形成される燃料ガス橋架部を備え、前記反応ガス供給部は、前記燃料ガス橋架部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される燃料ガス供給部を備え、前記燃料ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されるとともに、前記挟持部および前記燃料ガス橋架部が前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定され、隣り合う前記各挟持部間には、前記酸化剤ガス通路内に前記酸化剤ガスを案内する整流部材が設けられ、前記整流部材は、前記セパレータの面方向において前記隣り合う挟持部間を閉塞する閉塞部を備え、前記閉塞部とセパレータの周縁部とで囲まれた空間は、前記酸化剤ガスを前記積層方向に流通させるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガス供給部を構成していることが好ましい。
本発明によれば、セパレータの周縁部と整流部材の閉塞部とに囲まれた空間を酸化剤ガス供給部として構成することができるので、上述したような酸化剤ガス供給連通孔をセパレータに形成する必要がない。そのため、構成の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。この場合、隣り合う各挟持部間は閉塞部によって閉塞されているので、酸化剤ガス供給部を流通する酸化剤ガスは各挟持部間から漏れ出ることはなく、酸化剤ガス通路内に確実に導入されることになる。これにより、酸化剤ガスを不足なく供給することが可能になる。
【００３４】
前記燃料ガス供給部は、前記セパレータの中央部に設けられるとともに、前記燃料ガス供給部を中心に４つの前記電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス供給部がセパレータの中央部に設けられるので、燃料電池に供給される燃料ガスは、発電による発生熱を介して良好に加熱可能になり、燃料電池は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
しかも、セパレータの面内には、４つの電解質・電極接合体が同一の円周上に配列されている。このため、セパレータの面内に２以上の同一形状且つ同一面積の電解質・電極接合体が同一の円周上に配列される燃料電池構造の中、高い占有率を得ることが可能になる。その上、発電出力当たりのスタック体積が小さくなり、燃料電池スタック全体のコンパクト化が容易に図られる。一方、発電出力当たりのスタック表面積が小さくなり、燃料電池スタックからの放熱を最小化することができ、熱効率の向上および熱自立の促進を図ることが可能になる。
【００３５】
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。
本発明によれば、高温型燃料電池である固体酸化物形燃料電池において特に懸念される応力による挟持部や電解質・電極接合体の熱歪等が、隣接する他の挟持部や電解質・電極接合体に伝達されることがない。これにより、挟持部間や電解質・電極接合体間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がなく、燃料電池の小型化が容易に図られる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、反応ガス供給部と挟持部との間で、橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。これにより、電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位（反応ガス供給部）には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、反応ガス供給部において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
【００３７】
そして、挟持部と橋架部との連結部を、挟持部周縁の接線方向と橋架部周縁の接線方向とが同一方向となるように連結することで、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力（歪力）は、挟持部の接線方向に沿って作用し、挟持部の面方向の回転力に変換されることになる。すなわち、橋架部に発生する応力によって挟持部が僅かながら回転することで、橋架部に作用する応力を吸収して、連結部等に応力が集中することを抑制することができる。
したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができるため、セパレータと電解質・電極接合体との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータから電解質・電極接合体に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体の損傷を防止することもでき、電解質・電極接合体の耐久性も向上させることができる。また、橋架部の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池の説明図である。
【図４】第１実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図５】第１実施形態に係るセパレータの平面図である。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】第２実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図９】第２実施形態に係るセパレータの平面図である。
【図１０】第３実施形態に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図１２】第３実施形態に係るセパレータの平面図である。
【図１３】第４実施形態に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図１４】第４実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図１５】第４実施形態に係るセパレータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。以下に説明する燃料電池は、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いることが可能である。
【００４０】
（第１実施形態）
図３は第１実施形態に係る燃料電池１１の説明図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う側面断面図であり、図３（ｃ）は底面図である。
図３（ｂ）に示すように、燃料電池１１は、電解質・電極接合体１２と、隣り合う電解質・電極接合体１２，１２の間に配置されるセパレータ２０とを備えている。これらの電解質・電極接合体１２およびセパレータ２０が交互に積層されて、燃料電池スタック１０（図１参照）が形成される。なお実際のセパレータ２０は薄板状であるが、セパレータ２０に形成されるガス流路等の構造の理解を容易にするため、各図ではセパレータ２０（およびセパレータ２０を構成するプレート３０，４０，５０）の厚さを拡大して記載している。
【００４１】
電解質・電極接合体１２は、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）１３の両面に、アノード電極１４およびカソード電極１５を配置して、円板状に形成されている。電解質・電極接合体１２の側面には、酸化剤ガスおよび燃料ガスの侵入および漏出を阻止するため、バリヤー層（不図示）が設けられている。
【００４２】
（セパレータ）
図３（ａ）に示すように、セパレータ２０は、電解質・電極接合体１２と同じ大径円形状の挟持部２１を備えている。なお電解質・電極接合体１２は、隣り合うセパレータ２０の挟持部２１によって挟持される。挟持部２１からは、円弧状に形成された一対の反応ガス橋架部（燃料ガス橋架部２２および酸化剤ガス橋架部２６）が延設されている。各反応ガス橋架部２２，２６の先端には、小径円形状の反応ガス供給部（燃料ガス供給部２３および酸化剤ガス供給部２７）が設けられている。反応ガス供給部２３，２７の中央部には、反応ガス供給連通孔（燃料ガス供給連通孔２４および酸化剤ガス供給連通孔２８）が形成されている。各反応ガス供給連通孔２４，２８は、燃料電池１１の積層方向に形成されている。なお、各反応ガス橋架部２２，２６の具体的な構成については後述する。
【００４３】
図３（ｂ）に示すように、隣り合うセパレータ２０の反応ガス供給部２３，２７の間には、シール材（ガスケット）１８ａ，１８ｂが配置される。シール材１８ａ，１８ｂは、燃料ガスによる還元雰囲気に強い絶縁材料（例えば、地殻成分系素材や硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材等）で構成されている。シール材１８ａ，１８ｂの高さは、電解質・電極接合体１２の高さと同等に形成されている。
【００４４】
図４は、第１実施形態に係る燃料電池１１の分解斜視図である。
図４に示すように、燃料電池１１のセパレータ２０は、第１プレート４０、第２プレート５０および第３プレート３０を積層して形成されている。具体的に、セパレータ２０は、第３プレート３０の表面３０ａ側に第１プレート４０が、第３プレート３０の裏面３０ｂ側に第２プレート５０が配置され、第１プレート４０と第２プレート５０との間に第３プレート３０が挟み込まれている。各プレート３０，４０，５０は、例えばステンレス合金等の板金で形成され、相互にロウ付けや拡散接合、レーザ溶接等によって接合されている。各プレート３０，４０，５０は、セパレータ２０を構成する挟持部２１に加え、燃料ガス橋架部２２、燃料ガス供給部２３および燃料ガス供給連通孔２４、並びに、酸化剤ガス橋架部２６、酸化剤ガス供給部２７および酸化剤ガス供給連通孔２８を備えている。
【００４５】
（燃料ガス通路）
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、第１プレート４０における挟持部２１の電解質・電極接合体１２側の表面４０ａには、燃料ガス通路４１が形成されている。具体的には、ハーフエッチング等の手法により、挟持部２１の中央部に凹部を形成することで、燃料ガス通路４１が形成されている。燃料ガス通路４１の中央付近には、第３プレート３０の後述する燃料ガス供給通路３４に連通する燃料ガス供給孔４２が形成されている。
【００４６】
燃料ガス通路４１の内部には複数の突起部４３が形成され、燃料ガス通路４１の周囲には第１周縁凸部４４が形成されている。なお、燃料ガス通路４１となる凹部を選択的に形成することで、突起部４３および第１周縁凸部４４を形成することが可能である。突起部４３および第１周縁凸部４４は、電解質・電極接合体１２のアノード電極１４と接触している。これにより突起部４３および第１周縁凸部４４は、電解質・電極接合体１２で発電された電力の集電部として機能する。なお電解質・電極接合体１２と同形状に挟持部２１が形成され、挟持部２１の全域に突起部４３および第１周縁凸部４４が分布しているので、電解質・電極接合体１２で発電された電力を効率的に集電することができる。
【００４７】
第１プレート４０の第１周縁凸部４４には、複数の燃料ガス排出孔４５が形成されている。具体的には、ハーフエッチング等の手法により、第１周縁凸部４４の内側（燃料ガス通路４１）と外側とを連通する溝部を形成することで、燃料ガス排出孔４５が形成されている。複数の燃料ガス排出孔４５は、挟持部２１の周方向に離間して放射状に配置されている。また、複数の燃料ガス排出孔４５のうち、一の燃料ガス排出孔（例えば、燃料ガス排出孔４５ａ）と、他の燃料ガス排出孔４５のうちの一つ（例えば、燃料ガス排出孔４５ｂ）とは、挟持部２１の径方向において対向する位置に配置されており、挟持部２１を中心とした点対称な位置に配置されている。これにより、燃料ガス通路４１の全域から均等に燃料ガスを排出することができる。
【００４８】
（酸化剤ガス通路）
一方、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、第２プレート５０における挟持部２１の電解質・電極接合体１２側の裏面５０ｂには、酸化剤ガス通路５１が形成されている。具体的には、ハーフエッチング等の手法により、挟持部２１の中央部に凹部を形成することで、酸化剤ガス通路５１が形成されている。酸化剤ガス通路５１の中央付近には、第３プレート３０の後述する酸化剤ガス供給通路３５に連通する酸化剤ガス供給孔５２が形成されている。
【００４９】
酸化剤ガス通路５１の内部には複数の突起部５３が形成され、酸化剤ガス通路５１の周囲には第２周縁凸部５４が形成されている。なお、酸化剤ガス通路５１となる凹部を選択的に形成することで、突起部５３および第２周縁凸部５４を形成することが可能である。
突起部５３および第２周縁凸部５４は、電解質・電極接合体１２のカソード電極１５と密着している。これにより突起部５３および第２周縁凸部５４は、電解質・電極接合体１２で発電された電力の集電部として機能する。なお電解質・電極接合体１２と同形状に挟持部２１が形成され、挟持部２１の全域に突起部５３および第２周縁凸部５４が分布しているので、電解質・電極接合体１２で発電された電力を効率的に集電することができる。
【００５０】
第２プレート５０の第２周縁凸部５４には、複数の酸化剤ガス排出孔５５が形成されている。具体的には、ハーフエッチング等の手法により、第２周縁凸部５４の内側（酸化剤ガス通路５１）と外側とを連通する溝部を形成することで、酸化剤ガス排出孔５５が形成されている。複数の酸化剤ガス排出孔５５は、挟持部２１の周方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に配置されている。また、複数の酸化剤ガス排出孔５５のうち、一の酸化剤ガス排出孔（例えば、酸化剤ガス排出孔５５ａ）と他の酸化剤ガス排出孔５５のうちの一つ（例えば、酸化剤ガス排出孔５５ｂ）とは、挟持部２１の径方向において対向するように配置されており、挟持部２１の中心点に対して点対称な位置に配置されている。これにより、酸化剤ガス通路５１の全域から均等に酸化剤ガスを排出することができる。
【００５１】
図５は、セパレータ２０の平面図である。
図３（ａ），図３（ｃ）および図５に示すように、燃料ガス排出孔４５の数（図５では４個）は、酸化剤ガス排出孔５５の数（図５では６個）よりも少なくなっている。また、複数の燃料ガス排出孔４５の開口断面積の総和は、複数の酸化剤ガス排出孔５５の開口断面積の総和よりも小さく設定されている。
また、燃料ガス排出孔４５および酸化剤ガス排出孔５５は、挟持部２１の周方向において異なる位置に（位相が異なるように）配置されている。図５では、隣り合う酸化剤ガス排出孔５５の中間位置（中間位相となる位置）に、燃料ガス排出孔４５が配置されている。
【００５２】
ここで、図３〜図５に示すように、上述した各反応ガス橋架部２２，２６は、その半径が挟持部２１および各反応ガス供給部２３，２７の半径よりも大きく形成された円弧状の部材であり、その基端は挟持部２１に連結される一方、先端には各反応ガス供給部２３，２７がそれぞれ連結されている。また、各各反応ガス橋架部２２，２６は、挟持部２１周縁の周方向で１８０度異なる位置（挟持部２１を間に挟んで対向する位置）から挟持部２１の周囲を取り囲むように、挟持部２１の周方向において同一方向（図５中時計回り）に沿って延設されている。
【００５３】
そして、各反応ガス橋架部２２，２６の基端と、挟持部２１の周縁との連結部２５，２９では、挟持部２１の接線方向と各反応ガス橋架部２２，２６の接線方向とが同一方向となっている。すなわち、各反応ガス橋架部２２，２６と挟持部２１との連結部２５，２９は、挟持部２１の径方向外側に突出しておらず、滑らかな連続面に形成されている。
一方、各反応ガス橋架部２２，２６の先端側と、各反応ガス供給部２３，２７の周縁との連結部３２，３３も同様に、各反応ガス供給部２３，２７の接線方向と各反応ガス橋架部２２，２６との接線方向とがそれぞれ同一方向となっている。すなわち、各反応ガス橋架部２２，２６の外側円弧の内側に、挟持部２１の外周円および反応ガス供給部２３，２７の外周円が接している。また、各反応ガス橋架部２２，２６は、挟持部２１の中心点に対して点対称になるように配置されている。さらに、各反応ガス供給部２３，２７も、挟持部２１の中心点に対して点対称になるように配置されている。
【００５４】
そして、第３プレート３０の第１プレート４０側の表面３０ａには、燃料ガス供給通路３４が形成されている。具体的には、ハーフエッチングやマシニング等の手法により、燃料ガス供給連通孔２４から燃料ガス橋架部２２を通り挟持部２１の中心付近にかけて溝部を形成することで、燃料ガス供給通路３４が形成されている。この場合、燃料ガス供給通路３４は、滑らかな曲線状に形成されており、その接線方向が燃料ガス供給連通孔２４の接線方向と同一方向になるように、燃料ガス供給連通孔２４に連通している。なお第３プレート３０の表面３０ａに第１プレート４０が接合されて、燃料ガス供給通路３４の上部開口が封止されている。
【００５５】
第３プレート３０の第２プレート５０側の裏面３０ｂには、酸化剤ガス供給通路３５が形成されている。具体的には、ハーフエッチングやマシニング等の手法により、酸化剤ガス供給連通孔２８から酸化剤ガス橋架部２６を通り、挟持部２１の中心付近にかけて溝部を形成することで、酸化剤ガス供給通路３５が形成されている。この場合、酸化剤ガス供給通路３５は、滑らかな曲線状に形成されており、その接線方向が酸化剤ガス供給連通孔２８の接線方向と同一方向になるように、酸化剤ガス供給連通孔２８に連通している。なお第３プレート３０の裏面３０ｂに第２プレート５０が接合されて、酸化剤ガス供給通路３５の上部開口が封止されている。
【００５６】
（燃料電池スタック）
図１は燃料電池スタック１０の概略斜視説明図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１および図２に示すように、上述した燃料電池１１が矢印Ａ方向に複数積層されて、燃料電池スタック１０が形成されている。燃料電池スタック１０の積層方向の両端部には、それぞれエンドプレート９０ａ、９０ｂが配置されている。
【００５７】
一方のエンドプレート９０ａには、燃料電池スタック１０の燃料ガス供給連通孔２４に燃料ガスを供給する第１配管９２と、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス供給連通孔２８に酸化剤ガスを供給する第２配管９４とが設けられている。なお燃料電池スタック１０からの排出ガスは、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂの間から放射状に排出される。
【００５８】
燃料電池スタック１０の積層方向において、エンドプレート９０ａ，９０ｂと燃料電池スタック１０との間には、燃料電池スタック１０の積層方向（矢印Ａ方向）に沿って荷重を付与する荷重付与機構６１が介在している。荷重付与機構６１は、燃料電池１１の電解質・電極接合体１２および挟持部２１に荷重を付与する第１荷重付与機構６２と、各反応ガス供給部２３，２７に荷重を付与する第２荷重付与機構６３とを有している。
【００５９】
第１荷重付与機構６２は、燃料電池スタック１０の積層方向両端から燃料電池１１の挟持部２１を間に挟んで配置された一対の支持部材６４，６５、および他方のエンドプレート９０ｂと支持部材６４との間に介在された第１荷重付与手段６６を備えている。なお、支持部材６４，６５としては、スラスト玉軸受けや、ボールベアリング、スラスト自動調心ころ軸受け等が好適に用られている。
一方の支持部材６５は、一方のエンドプレート９０ａにおいて、挟持部２１と面方向で重なる位置に形成された凹部６７内に圧入されている。支持部材６５の端面は、エンドプレート９０ａの端面と面一になっており、支持部材６４の端面と挟持部２１の端面とが接触するように構成されている。すなわち、一方の支持部材６４は、挟持部２１を周方向に沿って回転可能に支持している。
他方の支持部材６４は、他方のエンドプレート９０ｂにおいて、挟持部２１と面方向で重なる位置に配置されており、その端面が挟持部２１と面接触して挟持部２１を周方向に沿って回転可能に支持している。
【００６０】
第１荷重付与手段６６は、電気絶縁性および耐熱性を有するセラミック製のコイルスプリング等からなり、燃料電池スタック１０を積層方向に沿って付勢している。そして、第１荷重付与手段６６は、一端がエンドプレート９０ｂに連結される一方、他端が支持プレート６７に連結されており、この支持プレート６７を間に挟んで他方の支持部材６４を一方のエンドプレート９０ａ（支持部材６５）に向けて押圧している。
【００６１】
第２荷重付与機構６３は、燃料電池スタック１０の積層方向端部の各反応ガス供給部２３，２７と他方のエンドプレート９０ｂとの間に配置された、一対の第２荷重付与手段６８を有している。第２荷重付与手段６８は、上述した第１荷重付与手段６６と同様にセラミック製のコイルスプリング等からなり、燃料電池スタック１０を積層方向に沿って付勢している。具体的に、各第２荷重付与手段６８は、一端がエンドプレート９０ｂに連結される一方、他端が各反応ガス供給連通孔２４，２８を閉塞するガスケット７０に連結されており、このガスケット７０を間に挟んで各反応ガス供給部２３，２８を一方のエンドプレート９０ａに向けて押圧している。
【００６２】
そして、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、ボルト９８およびナット９９を有する締結手段９５によって連結されている。ボルト９８は、一方のエンドプレート９０ａの外側から一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂの貫通孔に挿入され、ナット９９は、他方のエンドプレート９０ｂの外側でボルト９８に螺合している。この締結手段９５により、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂの間に、荷重付与機構６１を挟んで燃料電池スタック１０が挟持され、複数の燃料電池１１に積層方向の荷重（以下、積層荷重という。）が付与されている。
【００６３】
なお、本実施形態の燃料電池１１では、反応ガス供給部２３，２７および挟持部２１が、狭幅の反応ガス橋架部２２，２６で連結されている。そのため、反応ガス供給部２３，２７および挟持部２１に付与する積層荷重を相互に異ならせることができる。さらに、本実施形態の燃料電池１１では、上述した各荷重付与機構６２，６３から反応ガス供給部２３，２７および挟持部２１にそれぞれ作用する積層荷重（図２中矢印Ｑ１，Ｑ２）が、相互に異なるように設定されている。すなわち、反応ガス供給部２３，２７にはシール材１８ａ，１８ｂとのシール性を確保するための大きな積層荷重を付与し、挟持部２１には電解質・電極接合体との密着性を高める程度の比較的小さな積層荷重を付与するようになっている。具体的に、上述した各荷重付与機構６２，６３では、第１荷重付与手段６６のバネ定数が、第２荷重付与手段６８のバネ定数に比べて小さくなるように設定されている。バネ定数の調整は、例えば各荷重付与手段６６，６８のコイル径を変更したり、コイルの線径を変更したりすることで行われる。このように、電解質・電極接合体１２と反応ガス供給部２３，２７とを、第１荷重付与手段６６および第２荷重付与手段６８によってそれぞれ付勢することで、電解質・電極接合体１２および反応ガス供給部２３，２７に対して適切な積層荷重を付与することができる。なお積層荷重の調整は、締結手段９５を反応ガス供給部２３，２７および挟持部２１の周囲に配置しつつ、各締結手段９５の締結力を調整することによっても行うことができる。
【００６４】
（作用）
以上のように構成された燃料電池の作用について説明する。
まず、図１に示す燃料電池スタック１０を所定温度に加熱しつつ、第１配管９２に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、第２配管９４に酸化剤ガス（例えば空気）を供給する。
【００６５】
図１に示す第１配管９２から供給された燃料ガスは、図３に示す燃料ガス供給連通孔２４を流通し、積層された複数のセパレータ２０の燃料ガス供給通路３４に流入する。燃料ガス供給通路３４を通って挟持部２１の中央付近に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給孔４２を通って燃料ガス通路４１に流入する。燃料ガス通路４１は電解質・電極接合体１２のアノード電極１４に面しているので、燃料ガスはアノード電極１４の中央付近から周縁部に向かって放射状に流通する。なお、アノード電極１４の周縁部には第１周縁凸部４４が密着しているので、燃料ガスが外部に吹き抜けすることを阻止される。このため、燃料ガスを発電反応に有効に利用することが可能になり、燃料利用率が良好に向上する。
【００６６】
一方、図１に示す第２配管９４から供給された酸化剤ガス（例えば空気）は、図３に示す酸化剤ガス供給連通孔２８を流通し、積層された複数のセパレータ２０の酸化剤ガス供給通路３５に流入する。酸化剤ガス供給通路３５を通って挟持部２１の中央付近に供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給孔５２を通って酸化剤ガス通路５１に流入する。酸化剤ガス通路５１は電解質・電極接合体１２のカソード電極１５に面しているので、酸化剤ガスはカソード電極１５の中央付近から周縁部に向かって放射状に流通する。なお、カソード電極１５の周縁部には第２周縁凸部５４が密着しているので、酸化剤ガスが外部に吹き抜けすることを阻止される。このため、酸化剤ガスを発電反応に有効に利用することが可能になる。
【００６７】
そして、カソード電極１５で酸化剤ガスから生成された酸化物イオンが、電解質１３を通ってアノード電極１４に移動し、燃料ガスと化学反応して発電が行われる。燃料電池１１は、反応の継続により熱自立することができる。熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池１１の動作温度を維持することをいう。
【００６８】
ところで、上述した燃料電池では、発電時に温度が６００度〜８００度程度まで上昇する。すると、この熱に起因してセパレータが膨張・収縮し、セパレータには例えば面方向に沿う応力が発生する。この場合、上述した従来の構成では、セパレータに作用する面方向に沿う応力を許容することができず、特に各反応ガス橋架部の周方向（反応ガス橋架部の長さ方向）に沿う応力が、挟持部と各反応ガス橋架部との連結部分等に集中することで、各反応ガス橋架部が燃料電池の積層方向に変形する虞がある。その結果、セパレータに熱歪等が生じて、セパレータが燃料電池の積層方向に変形する虞がある。
【００６９】
そこで、本実施形態では、挟持部２１と各反応ガス橋架部２２，２６との連結部２５，２９において、挟持部２１周縁の接線方向と各反応ガス橋架部２２，２６周縁の接線方向とが同一方向となるように構成した。
この構成によれば、燃料電池１１の発電時に各反応ガス橋架部２２，２６の長さに沿って発生する応力（図５中矢印Ｐ１）は、連結部２５，２９において挟持部２１の接線方向に沿って互いに逆方向に作用する（図５中矢印Ｐ２）。この場合、各反応ガス橋架部２２，２６は、挟持部２１周縁において周方向で１８０度異なる位置から延設されているので、各反応ガス橋架部２２，２６から挟持部２１の接線方向に沿って作用する応力は、挟持部２１の面方向（周方向）における同一方向（図５中反時計回り）の回転力（図５中矢印Ｐ３）に変換される。これにより、挟持部２１が中心点回りに僅かながら回転することになる。そのため、各反応ガス橋架部２２，２６に作用する応力を緩和することができるとともに、連結部２５，２９に応力が集中することを抑制することができる。
【００７０】
さらに、各反応ガス橋架部２２，２６の長さ方向に発生する応力（図５中矢印Ｐ１）の一部は、各反応ガス供給部２３，２７にも作用する。この場合、本実施形態では、反応ガス橋架部２２，２６周縁の接線方向と反応ガス供給部２３，２７周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されるため、各反応ガス橋架部２２，２６に発生する長さ方向の応力は、反応ガス供給部２３，２７の接線方向に沿って作用し、反応ガス供給部２３，２７の面方向（周方向）の回転力（図５中矢印Ｐ４）に変換されることになる。これにより、各反応ガス橋架部２２，２６に作用する応力を吸収して、連結部３２，３３等に応力が集中することを抑制することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みをより抑制することができる。
また、各反応ガス橋架部２２，２６は、その半径が挟持部２１および各反応ガス供給部２３，２７の半径よりも大きく形成されているため、各反応ガス橋架部２２，２６に発生するセパレータ２０の面方向の応力は、各反応ガス橋架部２２，２６の円弧の接線方向に伝わり、挟持部２１におけるセパレータ２０の面方向の回転力に変換され易くなる。
【００７１】
しかも、本実施形態では、燃料電池スタック１０を積層方向両端から挟むように支持部材６４，６５を介在させる構成とした。
この構成によれば、挟持部２１が支持部材６４，６５に回転可能に支持されているので、上述したように各反応ガス橋架部２２，２６から挟持部２１に向けて回転力が作用した場合に、この回転力に応じて挟持部２１を自在に回転させることができる。これにより、挟持部２１に作用する回転力を吸収し易くなる。
したがって、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池１１において特に懸念される、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みを抑制することができる。そのため、セパレータ２０と電解質・電極接合体１２との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータ２０から電解質・電極接合体１２に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体１２の耐久性も向上させることができ、電解質・電極接合体１２の損傷を防止することもできる。また、各反応ガス橋架部２２，２６の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体１２に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【００７２】
さらに、燃料ガス橋架部２２と酸化剤ガス橋架部２６とを、挟持部２１の中心点に対して点対称な位置に設定するとともに、燃料ガス供給部２３と酸化剤ガス供給部２７とを、挟持部２１の中心点に対して点対称な位置に設定することにより、反応ガス橋架部２２，２６に発生する長さ方向の応力が、挟持部２１を中心とする回転力に変換され易くなる。
なお、本実施形態では、一の燃料ガス排出孔４５ａと、他の燃料ガス排出孔４５のうちの一つ（例えば、燃料ガス排出孔４５ｂ）とを、挟持部２１の中心点に対して点対称な位置に設定するとともに、一の酸化剤ガス排出孔５５ａと他の酸化剤ガス排出孔５５のうちの一つ（例えば、酸化剤ガス排出孔５５ｂ）とを、挟持部２１の中心点に対して点対称な位置に設定する構成とした。この構成によれば、挟持部２１周縁部から使用後（反応・未反応含む）の反応ガス（燃料ガス・酸化剤ガス）を偏りなくほぼ均等に排出することができる。したがって、挟持部２１および挟持部２１周辺の温度分布の差を抑制できるので、熱に起因する膨張・収縮を偏りなくほぼ均等にすることができ、セパレータ２０の応力が一箇所に集中することを抑制できる。
【００７３】
本実施形態の燃料電池１１は、挟持部２１と燃料ガス供給部２３との間が燃料ガス橋架部２２により連結され、挟持部２１と酸化剤ガス供給部２７との間が酸化剤ガス橋架部２６により連結されている。
これにより、燃料ガス供給部２３と挟持部２１との間で、燃料ガス橋架部２２を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。また、酸化剤ガス供給部２７と挟持部２１との間で、酸化剤ガス橋架部２６を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。これにより、電解質・電極接合体１２に所望の荷重を付与することができる。
しかも、本実施形態では、第１荷重付与手段６６を介して各反応ガス供給部２３，２７に付与される締め付け荷重が、第２荷重付与手段６８を介して電解質・電極接合体１２（挟持部２１）に付与される締め付け荷重よりも大きくなるように設定した。
このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位（燃料ガス供給部２３および酸化剤ガス供給部２７）には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体１２には、挟持部２１との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、燃料ガス供給部２３および酸化剤ガス供給部２７において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体１２の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
また、挟持部２１に第１周縁凸部４４および第２周縁凸部５４を設けたので、セパレータ２０と電解質・電極接合体１２との密着性が高まり、積層荷重を確実に伝達することができる。さらに、アノード電極１４側の突起部４３とカソード電極１５側の突起部５３とは、セパレータ２０の積層方向から見て、全て同じ位置に形成されている。そのため積層荷重をより確実に伝達することができ、電解質・電極接合体１２とセパレータ２０との密着性が向上するとともに、電解質・電極接合体１２で発電された電力を効率的に集電することができる。
【００７４】
さらに、発電に使用された酸化剤ガスは、挟持部２１の周縁部に形成された酸化剤ガス排出孔５５からカソード電極１５の外側に排出される。ところが、この酸化剤ガスがアノード電極１４に回り込むと、アノード電極１４が酸化されて発電効率が低下するとともに、燃料電池１１が劣化することになる。
これに対して本実施形態では、電解質・電極接合体１２の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極１４に回り込むことを、第１周縁凸部４４によって阻止することができる。これにより、アノード電極１４の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の向上が容易に図られる。
【００７５】
また、発電に使用された燃料ガスは、挟持部２１の周縁部に形成された燃料ガス排出孔４５からアノード電極１４の外側に排出される。ところが、この燃料ガスがカソード電極１５に回り込むと、カソード電極１５が還元されて発電効率が低下するとともに、燃料電池１１が劣化することになる。
これに対して本実施形態では、電解質・電極接合体１２の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極１５に回り込むことを、第２周縁凸部５４によって阻止することができる。これにより、カソード電極１５の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の向上が容易に図られる。
【００７６】
また本実施形態では、燃料ガス排出孔４５と酸化剤ガス排出孔５５とは位相を異にして形成されているので、両排出孔４５，５５が同位相に配置されている場合と比べて、電解質・電極接合体１２の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、燃料ガス排出孔４５に流入してアノード電極１４に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、アノード電極１４の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また、電解質・電極接合体１２の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、酸化剤ガス排出孔５５に流入してカソード電極１５に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、カソード電極１５の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
しかも、排出された燃料ガス（未使用）と酸化剤ガス（未使用）とは、挟持部２１の周辺で燃えるので、燃料電池１１（挟持部２１）を予め加熱することができ、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。
【００７７】
一般に燃料電池では、酸化剤ガスと燃料ガスとが一定の比率（Ａ／Ｆ＞１．０）で消費されるが、Ａ／Ｆが小さすぎると燃料ガスが無駄になり、Ａ／Ｆが大きすぎると燃料電池の温度が低下することになる。
そこで本実施形態では、燃料ガスの流路断面積が酸化剤ガスの流路断面積より小さくなっている。具体的には、酸化剤ガスの流路断面積と燃料ガスの流路断面積の比率が、燃料電池１１のＡ／Ｆにほぼ一致している。すなわち、第２配管９４および第１配管９２、酸化剤ガス供給連通孔２８および燃料ガス供給連通孔２４、酸化剤ガス供給通路３５および燃料ガス供給通路３４、酸化剤ガス供給孔５２および燃料ガス供給孔４２、酸化剤ガス通路５１および燃料ガス通路４１、並びに酸化剤ガス排出孔５５および燃料ガス排出孔４５は、それぞれの流路断面積の比率が燃料電池１１のＡ／Ｆにほぼ一致するように形成されている。
これにより、酸化剤ガスおよび燃料ガスを過不足なく供給することが可能になり、燃料ガスの無駄使いおよび燃料電池１１の温度低下を防止することができる。また通常、Ａ／Ｆ＞１．０で運転される燃料電池１１において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体１２の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極１４に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体１２の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極１５に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００７８】
本実施形態の燃料ガス排出孔４５の開口断面積の総和は、酸化剤ガス排出孔５５の開口断面積の総和よりも小さく設定されている。
また燃料ガス排出孔４５の数は、酸化剤ガス排出孔５５の数よりも少なく設定されている。
また燃料ガス供給孔４２の開口断面積の総和は、酸化剤ガス供給孔５２の開口断面積の総和よりも小さく設定されている。
なお燃料ガス供給孔４２の数は、酸化剤ガス供給孔５２の数よりも少なく設定されることが好ましい。
また燃料ガス通路４１の体積は、酸化剤ガス通路５１の体積よりも小さく設定されていることが好ましい。
また燃料ガス供給通路３４の断面積の総和は、酸化剤ガス供給通路３５の断面積の総和よりも小さく設定されている。
また燃料ガス供給連通孔２４の断面積の総和は、酸化剤ガス供給連通孔２８の断面積の総和よりも小さく設定されている。
これにより、通常、Ａ／Ｆ＞１．０で運転される燃料電池１１において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体１２の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極１４に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体１２の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極１５に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００７９】
本実施形態の燃料ガス排出孔４５は、挟持部２１の中央部からセパレータ２０の面方向に離間して放射状に設定されている。
また酸化剤ガス排出孔５５は、挟持部２１の中央部からセパレータ２０の面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されている。
これにより、燃料ガスがアノード電極１４全域に行き渡り、且つ、使用された燃料ガスの排出が特定の燃料ガス排出孔４５に偏ることがない。また、酸化剤ガスがカソード電極１５全域に行き渡り、且つ、使用された酸化剤ガスの排出が特定の酸化剤ガス排出孔５５に偏ることがない。そのため、発電時に電解質・電極接合体１２の表面に、燃料ガス又は酸化剤ガスの濃度差に起因する発電差が生じ難く、発電差に起因する温度差が生じ難い。したがって、電解質・電極接合体１２の耐久性の向上が期待できる。
【００８０】
本実施形態の挟持部２１には、燃料ガス通路４１側に突出してアノード電極１４に接触する複数の突起部４３が設けられている。また挟持部２１には、酸化剤ガス通路５１側に突出してカソード電極１５に接触する複数の突起部５３が設けられている。
これにより、複数の突起部４３，５３により良好な集電効果が得られるとともに、各突起部４３間に形成される燃料ガス通路４１に沿って、燃料ガスおよび燃料排ガスの流通性を向上させることができる。また、各突起部５３間に形成される酸化剤ガス通路５１に沿って、酸化剤ガスおよび酸化剤排ガスの流通性を向上させることができる。
【００８１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る燃料電池について説明する。図４に示す第１実施形態では、燃料ガス供給連通孔２４が燃料ガス供給部２３に、酸化剤ガス供給連通孔２８が酸化剤ガス供給部２７に、それぞれ別々に形成されていたが、図８に示す第２実施形態では、燃料ガス供給連通孔２４および酸化剤ガス供給連通孔２８が一つの反応ガス供給部２３に形成されている点で異なっている。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００８２】
図８は、第２実施形態に係る燃料電池１１の分解斜視図である。なお図のＤ−Ｄ線における断面図は、図３（ｂ）にほぼ一致する。
図８に示すように、この燃料電池１１のセパレータ２０では、挟持部２１から一個の反応ガス橋架部２２が延設されている。反応ガス橋架部２２の先端には、一個の反応ガス供給部２３が設けられている。反応ガス供給部２３には、燃料ガス供給連通孔２４および酸化剤ガス供給連通孔２８が並んで形成されている。なお図３に示すように、隣り合うセパレータ２０の反応ガス供給部２３の間には、シール材１８ａが配置される。
【００８３】
セパレータ２０は、第１プレート４０、第２プレート５０および第３プレート３０を積層して形成されている。第３プレート３０の第１プレート４０側の表面３０ａには、燃料ガス供給連通孔２４から反応ガス橋架部２２を通り挟持部２１の中心付近にかけて、燃料ガス供給通路３４が形成されている。第３プレート３０の第２プレート５０側の裏面３０ｂには、酸化剤ガス供給連通孔２８から反応ガス橋架部２２を通り、挟持部２１の中心付近にかけて、酸化剤ガス供給通路３５が形成されている。
【００８４】
第１プレート４０における挟持部２１の電解質・電極接合体１２側の表面４０ａには、燃料ガス通路４１が形成されている。燃料ガス通路４１の中央付近には、第３プレート３０の燃料ガス供給通路３４に連通する燃料ガス供給孔４２が形成されている。燃料ガス通路４１の内部には複数の突起部４３が形成され、燃料ガス通路４１の周囲には第１周縁凸部４４が形成されている。第１周縁凸部４４には、複数の燃料ガス排出孔４５が周方向に離間して放射状に形成されている。
【００８５】
また、第２プレート５０における挟持部２１の電解質・電極接合体１２側の裏面５０ｂには、酸化剤ガス通路５１が形成されている。酸化剤ガス通路５１の中央付近には、第３プレート３０の酸化剤ガス供給通路３５に連通する酸化剤ガス供給孔５２が形成されている。酸化剤ガス通路５１の内部には複数の突起部５３が形成され、酸化剤ガス通路５１の周囲には第２周縁凸部５４が形成されている。第２周縁凸部５４には、複数の酸化剤ガス排出孔５５が周方向に等角度間隔で離間して放射状に形成されている。
【００８６】
反応ガス橋架部２２は、その半径が挟持部２１の半径よりも大きく形成された円弧状の部材であり、その基端は挟持部２１に連結される一方、先端には反応ガス供給部２３が連結されている。そして、反応ガス橋架部２２の先端側と、挟持部２１の周縁との連結部２５（図９参照）では、挟持部２１の接線方向と反応ガス橋架部２２の接線方向とが同一方向となっている。すなわち、反応ガス橋架部２２と挟持部２１との連結部２５は、挟持部２１の径方向外側に突出しておらず、滑らかな連続面に形成されている。
一方、反応ガス橋架部２２の先端側と、反応ガス供給部２３の周縁との連結部３２も同様に、反応ガス供給部２３の接線方向と反応ガス橋架部２２との接線方向とがそれぞれ同一方向となっている。
【００８７】
図９は、セパレータ２０の平面図である。燃料ガス排出孔４５および酸化剤ガス排出孔５５は、挟持部２１の周方向において異なる位置に（位相が異なるように）配置されている。
【００８８】
図６は燃料電池スタック１０の概略斜視説明図であり、図６は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
図６，図７に示すように、上述した燃料電池１１が矢印Ａ方向に複数積層されて、燃料電池スタック１０が形成されている。そして、燃料電池スタック１０は、荷重付与機構６１を間に挟んで一対のエンドプレート９０ａ，９０ｂにより挟持されており、エンドプレート９０ａ，９０ｂは、締結手段９５によって連結されている。なお、荷重付与機構６１は、上述した第１実施形態と同様に、燃料電池１１の電解質・電極接合体１２および挟持部２１に荷重を付与する一対の第１荷重付与機構６２と、各反応ガス供給部２３，２７に荷重を付与する第２荷重付与機構６３とを有している。
【００８９】
第１荷重付与機構６２は、燃料電池スタック１０の積層方向両端から燃料電池１１の挟持部２１を間に挟んで配置された一対の支持部材６４，６５と、他方のエンドプレート９０ｂと支持部材６４との間に介在された第１荷重付与手段６６とを備えている。
一方、第２荷重付与機構６３は、燃料電池スタック１０の積層方向端部の反応ガス供給部２３と、他方のエンドプレート９０ｂとの間に配置された第２荷重付与手段６８を有している。第２荷重付与手段６８は、一端がエンドプレート９０ｂに連結される一方、他端が各反応ガス供給連通孔２４，２８をまとめて閉塞するガスケット７０に連結されており、このガスケット７０を間に挟んで各反応ガス供給部２３を一方のエンドプレート９０ａに向けて押圧している。
【００９０】
一方のエンドプレート９０ａには、燃料電池スタック１０に燃料ガスを供給する第１配管９２と、酸化剤ガスを供給する第２配管９４とが設けられている。第２実施形態では、燃料ガス供給連通孔２４および酸化剤ガス供給連通孔２８が一つの反応ガス供給部２３に並んで形成されているので、第１配管９２および第２配管９４も並んで配置されている。
【００９１】
（作用）
第２実施形態に係る燃料電池の作用について説明する。
燃料ガスは、図６に示す第１配管９２、図８に示す燃料ガス供給連通孔２４、燃料ガス供給通路３４、燃料ガス供給孔４２および燃料ガス通路４１を通り、アノード電極１４に供給されて発電に使用される。発電に使用された燃料ガスは、第１周縁凸部４４に形成された燃料ガス排出孔４５からアノード電極１４の外側に排出される。
酸化剤ガスは、図６に示す第２配管９４、図８に示す酸化剤ガス供給連通孔２８、酸化剤ガス供給通路３５、酸化剤ガス供給孔５２および酸化剤ガス通路５１を通り、カソード電極１５に供給されて発電に使用される。発電に使用された酸化剤ガスは、第２周縁凸部５４に形成された酸化剤ガス排出孔５５からカソード電極１５の外側に排出される。
【００９２】
本実施形態の燃料電池１１では、反応ガス供給部２３と挟持部２１との間が、反応ガス橋架部２２により連結されているため、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、挟持部２１と反応ガス橋架部２２との連結部２５において、挟持部２１周縁の接線方向と反応ガス橋架部２２周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されるとともに、燃料電池スタック１０を積層方向両端から挟むように支持部材６４，６５が介在されている。
この構成によれば、燃料電池１１の発電時において、反応ガス橋架部２２の長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部２１の接線方向に沿って作用し、挟持部２１の面方向（周方向）の回転力に変換されることになる。この場合、挟持部２１に作用する回転力によって、挟持部２１が挟持部２１の中心点回りに回転することになり、挟持部２１に作用する回転力を吸収することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みを抑制することができるため、セパレータ２０と電解質・電極接合体１２との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータ２０から電解質・電極接合体１２に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体１２の耐久性も向上させることができ、電解質・電極接合体１２の損傷を防止することもできる。また、各反応ガス橋架部２２，２６の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体１２に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【００９４】
さらに、各反応ガス橋架部２２の長さ方向に発生する応力の一部は、反応ガス供給部２３にも作用する。この場合、本実施形態では、反応ガス橋架部２２周縁の接線方向と反応ガス供給部２３周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されるため、反応ガス橋架部２２に発生する長さ方向の応力は、反応ガス供給部２３の接線方向に沿って作用し、反応ガス供給部２３の周方向の回転力に変換されることになる。これにより、各反応ガス橋架部２２に作用する応力を吸収して、連結部２５，３２等に応力が集中することを抑制することができるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みをより抑制することができる。
【００９５】
ここで、本実施形態では、反応ガス供給部２３と挟持部２１との間が、反応ガス橋架部２２により連結されている。
これにより、反応ガス供給部２３と挟持部２１との間は、反応ガス橋架部２２を介して積層方向の締め付け荷重が遮断されるため、電解質・電極接合体１２に所望の荷重を付与することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される反応ガス供給部２３には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体１２には、挟持部２１との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、反応ガス供給部２３において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体１２の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
【００９６】
反応ガス橋架部２２には燃料ガス供給通路３４および酸化剤ガス供給通路３５が形成されている。したがって、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体１２に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体１２の安定した発電が可能になる。
しかも、反応ガス供給部２３には燃料ガス供給連通孔２４および酸化剤ガス供給連通孔２８が形成されている。このため、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体１２に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体１２の安定した発電が可能になる。
その上、シール性が要求される燃料ガス供給連通孔２４および酸化剤ガス供給連通孔２８は、反応ガス供給部２３に集約されている。これにより、反応ガス供給部２３に所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体１２の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行可能になる。
【００９７】
また、本実施形態でも、上述した実施形態と同様に、燃料ガスの流路断面積が酸化剤ガスの流路断面積より小さくなっている。
これにより、酸化剤ガスおよび燃料ガスを過不足なく供給することが可能になり、燃料ガスの無駄使いおよび燃料電池１１の温度低下を防止することができる。また通常、Ａ／Ｆ＞１．０で運転される燃料電池１１において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体１２の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極１４に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体１２の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極１５に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータ２０や電解質・電極接合体１２の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
【００９８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る燃料電池について説明する。図４に示す第１実施形態では、一個のセパレータ２０に一個の挟持部２１が設けられていたが、図１１に示す第３実施形態では、一個のセパレータ２０に二個の挟持部２１ａ，２１ｂが設けられている点で異なっている。なお、第１又は第２実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００９９】
図１１は、第３実施形態に係る燃料電池１１の分解斜視図である。
図１１に示すように、この燃料電池１１のセパレータ２０は、一対の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂを挟持する一対の挟持部２１ａ，２１ｂを備えている。第１挟持部２１ａには、各反応ガス橋架部２２ａ，２６ａの基端が、第２挟持部２１ｂには、各反応ガス橋架部２２ｂ，２６ｂの基端側がそれぞれ連結されている。各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂは、それぞれ挟持部２１ａ，２１ｂ周縁の周方向で１８０度異なる位置（挟持部２１ａ，２１ｂを間に挟んで対向する位置）から、挟持部２１ａ，２１ｂを取り囲むように延設されている。
【０１００】
そして、各挟持部２１ａ，２１ｂの酸化剤ガス橋架部２６ａ，２６ｂの先端側には、それぞれ酸化剤ガス供給部２７ａ，２７ｂが連結される一方、燃料ガス橋架部２２ａ，２２ｂの先端側同士は１個の燃料ガス供給部２３に集合して連結されている。すなわち、セパレータ２０の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂは、燃料ガス橋架部２２ａ，２２ｂおよび燃料ガス供給部２３を介して連結されている。この場合、セパレータ２０は、燃料ガス供給部２３の中心点に対して点対称になるように配置されている。
【０１０１】
また、各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂの基端側と、各挟持部２１ａ，２１ｂの周縁とのそれぞれの連結部２５ａ，２５ｂ，２９ａ，２９ｂは、挟持部２１ａ，２１ｂの接線方向と各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂの接線方向とが同一方向となるように連結されている。
一方、各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂの先端側と、各反応ガス供給部２３，２７ａ，２７ｂの周縁とのそれぞれの連結部３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂも同様に、各反応ガス供給部２３，２７ａ，２７ｂの接線方向と各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂとの接線方向とがそれぞれ同一方向となるように連結されている。この場合、各燃料ガス橋架部２６ａ，２６ｂの先端側は、燃料ガス供給部２３の周縁において、周方向で１８０度異なる位置に連結されている。
【０１０２】
セパレータ２０は、第１プレート４０、第２プレート５０および第３プレート３０を積層して形成されている。第３プレート３０の第１プレート４０側の表面３０ａには、燃料ガス供給連通孔２４から燃料ガス橋架部２２ａを通り第１挟持部２１ａの中心付近にかけて燃料ガス供給通路３４ａが形成される一方、燃料ガス供給連通孔２４から燃料ガス橋架部２２ｂを通り第２挟持部２１ｂの中心付近にかけて燃料ガス供給通路３４ｂが形成されている。また、第３プレート３０の第２プレート５０側の裏面３０ｂには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａから酸化剤ガス橋架部２６ａを通り、第１挟持部２１ａの中心付近にかけて第１酸化剤ガス供給通路３５ａが形成される一方、また酸化剤ガス供給連通孔２８ｂから酸化剤ガス橋架部２６ｂを通り第２挟持部２１ｂの中心付近にかけて第２酸化剤ガス供給通路３５ｂが形成されている。
【０１０３】
第１プレート４０における一対の挟持部２１ａ，２１ｂ側の表面４０ａには、それぞれ燃料ガス通路４１が形成されている。各燃料ガス通路４１の中央付近には、第３プレート３０の燃料ガス供給通路３４ａ，３４ｂに連通する燃料ガス供給孔４２が形成されている。
燃料ガス通路４１の内部には複数の突起部４３が形成され、燃料ガス通路４１の周囲には第１周縁凸部４４が形成されている。第１周縁凸部４４には、複数の燃料ガス排出孔４５が周方向に離間して放射状に形成されている。
【０１０４】
また、第２プレート５０における一対の挟持部２１ａ，２１ｂ側の裏面５０ｂには、それぞれ酸化剤ガス通路５１が形成されている。各酸化剤ガス通路５１の中央付近には、第３プレート３０の酸化剤ガス供給通路３５ａ，３５ｂに連通する酸化剤ガス供給孔５２が形成されている。酸化剤ガス通路５１の内部には複数の突起部５３が形成され、酸化剤ガス通路５１の周囲には第２周縁凸部５４が形成されている。第２周縁凸部５４には、複数の酸化剤ガス排出孔５５が周方向に等角度間隔で離間して放射状に形成されている。
【０１０５】
図１２は、セパレータ２０の底面図である。なお図１２のＥ−Ｅ線における断面図は、図３（ｂ）にほぼ一致する。
図１２に示すように、燃料ガス排出孔４５および酸化剤ガス排出孔５５は、各挟持部２１ａ，２１ｂの周方向において異なる位置に（位相が異なるように）配置されている。
【０１０６】
図１０は、第３実施形態に係る燃料電池スタックの断面図である。
図１０に示すように、上述した燃料電池１１が矢印Ａ方向に複数積層されて、燃料電池スタック１０が形成されている。そして、燃料電池スタック１０は、荷重付与機構６１を間に挟んで一対のエンドプレート９０ａ，９０ｂにより挟持されており、エンドプレート９０ａ，９０ｂは、締結手段９５によって連結されている。なお、荷重付与機構６１は、燃料電池１１の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに荷重を付与する一対の第１荷重付与機構６２と、各反応ガス供給部２３，２７ａ，２７ｂに荷重を付与する３つの第２荷重付与機構６３とを有している。
【０１０７】
一対の第１荷重付与機構６２は、上述した第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の積層方向両端から燃料電池１１の挟持部２１ａ，２１ｂを間に挟んで配置された一対の支持部材６４，６５と、他方のエンドプレート９０ｂと支持部材６４，６５との間に介在された第１荷重付与手段６６とをそれぞれ備えている。
一方、第２荷重付与機構６３も上述した第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の積層方向端部の反応ガス供給部２３と、他方のエンドプレート９０ｂとの間に配置された第２荷重付与手段６８を有している。第２荷重付与手段６８は、一端がエンドプレート９０ｂに連結される一方、他端が各反応ガス供給連通孔２４，２８ａ，２８ｂを閉塞するガスケット７０に連結されており、このガスケット７０を間に挟んで各反応ガス供給部２３，２７ａ，２７ｂを一方のエンドプレート９０ａに向けて押圧している。
【０１０８】
一方のエンドプレート９０ａには、燃料電池スタック１０に燃料ガスを供給する第１配管９２と、酸化剤ガスを供給する第２配管９４ａ，９４ｂとが設けられている。
【０１０９】
（作用）
第３実施形態に係る燃料電池の作用について説明する。
燃料ガスは、図１１に示す燃料ガス供給連通孔２４から、一対の燃料ガス供給通路３４ａ，３４ｂ、一対の挟持部２１ａ，２１ｂの燃料ガス供給孔４２および燃料ガス通路４１を通り、一対の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂのアノード電極１４に供給されて発電に使用される。発電に使用された燃料ガスは、第１周縁凸部４４に形成された燃料ガス排出孔４５からアノード電極１４の外側に排出される。
酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ，２８ｂから、それぞれ酸化剤ガス供給通路３５ａ，３５ｂ、一対の挟持部２１ａ，２１ｂの酸化剤ガス供給孔５２および酸化剤ガス通路５１を通り、一対の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂのカソード電極１５に供給されて発電に使用される。発電に使用された酸化剤ガスは、第２周縁凸部５４に形成された酸化剤ガス排出孔５５からカソード電極１５の外側に排出される。
【０１１０】
本実施形態の燃料電池においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１１１】
しかも、本実施形態では、連結部２５ａ，２５ｂ，２９ａ，２９ｂにおいて、挟持部２１ａ，２１ｂ周縁の接線方向と各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂ周縁の接線方向とが同一方向となるように構成した。
この構成によれば、燃料電池１１の発電時において、各反応ガス橋架部２２ａ，２６ａの長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部２１ａの接線方向に沿って作用し、挟持部２１ａの周方向の回転力に変換されることになる。一方、各反応ガス橋架部２２ｂ，２６ｂの長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部２１ｂの接線方向に沿って作用し、挟持部２１ｂの周方向の回転力に変換されることになる。
【０１１２】
また、連結部３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂにおいて、各反応ガス供給部２３，２７ａ，２７ｂ周縁の接線方向と各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂ周縁の接線方向とが同一方向となるように構成した。
この構成によれば、燃料ガス橋架部２２ａ，２２ｂの長さ方向に沿って発生する応力の一部は、燃料ガス供給部２３の接線方向に沿って作用し、燃料ガス供給部２３の周方向の回転力に変換されることになる。一方、酸化剤ガス橋架部２６ａ，２６ｂに発生する長さ方向の応力の一部は、酸化剤ガス供給部２７ａ，２７の接線方向に沿ってそれぞれ作用し、酸化剤ガス供給部２７ａ，２７ｂの面方向（周方向）の回転力に変換されることになる。
これにより、挟持部２１ａ，２１ｂおよび反応ガス供給部２３，２７ａ，２７ｂにおいて、各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂに作用する応力を吸収することができるので、連結部２５ａ，２５ｂ，２９ａ，２９ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ等に応力が集中することを抑制することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みをより抑制することができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、燃料電池スタック１０を積層方向両端から挟むように支持部材６４，６５を介在させる構成とした。
この構成によれば、各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂから挟持部２１ａ，２１ｂに向けて回転力が作用した場合に、この回転力によって挟持部２１ａ，２１ｂが回転することになる。これにより、挟持部２１ａ，２１ｂに作用する回転力を吸収することができる。
したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みを抑制することができるため、セパレータ２０と電解質・電極接合体１２との密着性を維持することができるとともに、各反応ガス橋架部２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂの変形を防止することができる。また、セパレータから電解質・電極接合体１２に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体１２の耐久性も向上させることができる。さらに、電解質・電極接合体１２に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができるので、発電性能の向上を図ることができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１１４】
一般に、燃料電池スタックの出力は電解質・電極接合体１２の個数に比例するので、実用的な燃料電池スタック１０では相当な個数の電解質・電極接合体１２を必要とする。そこで第３実施形態の燃料電池１１は、一個のセパレータ２０に一対の挟持部２１ａ，２１ｂを備え、隣接するセパレータ２０の間に一対の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂを挟持する構成とした。これにより、第１実施形態に比べて燃料電池スタック１０を小型化することができる。
【０１１５】
本実施形態の燃料ガス供給部２３は、セパレータ２０の中央部に設けられるとともに、燃料ガス供給部２３を中心に複数の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂが同心円上に配列されている。
燃料ガス供給部２３がセパレータ２０の中央部に設けられるので、燃料電池１１に供給される燃料ガスを発電による発生熱によって良好に加熱可能になる。したがって、燃料電池１１は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。
その上、燃料ガス供給部２３を中心に複数の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂが同心円上に配列されるので、燃料ガス供給部２３から各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに対して燃料ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂの発電性能の向上及び安定化が図られる。
特に、一対の挟持部２１ａ，２１ｂに対して１個の燃料ガス供給部２３を共用することになるので、燃料ガスの供給機構を簡略化することができ、製造コストの削減を図ることができる。
【０１１６】
さらに、本実施形態では、複数の燃料電池１１を積層した場合に、各燃料電池１１において同心円上に配列された各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂが、それぞれ燃料電池１１の積層方向に沿って同一の位相に配列されている。すなわち、燃料電池１１の積層方向から見て同じ位置に配置されている。
これにより、電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに付与される荷重が不足することがないので、電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂとセパレータ２０との密着性が向上し、電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂで発電された電力を効率的に集電することができる。
【０１１７】
本実施形態の挟持部２１ａ，２１ｂは、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに対応した形状を有するとともに、各挟持部２１ａ，２１ｂは、互いに分離して構成される。
各挟持部２１ａ，２１ｂは各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに対応した形状を有するため、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂで発電された電力を効率的に集電することができる。
しかも、各挟持部２１ａ，２１ｂは互いに分離して構成されるので、隣接する電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに独立して積層方向の荷重を付与することができる。このため、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂやセパレータ２０の寸法誤差によって各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。したがって、セパレータ２０全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂの熱歪等は、隣接する他の電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに伝達されることがなく、電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂ間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂ同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池１１全体の小型化が容易に図られる。
【０１１８】
本実施形態の燃料ガス橋架部２２は、燃料ガス供給部２３ａ，２３ｂから外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されている。これにより、燃料ガス供給部２３から各燃料ガス橋架部２２ａ，２２ｂを介して各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに対して燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂの発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。
【０１１９】
本実施形態のセパレータ２０は、挟持部２１ａ，２１ｂ、燃料ガス橋架部２２ａ，２２ｂ及び酸化剤ガス橋架部２６ａ，２６ｂが、電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂの数に対応する数に設定されている。
これにより、燃料ガス供給部２３から各燃料ガス橋架部２２ａ，２２ｂ及び各挟持部２１ａ，２１ｂを介して各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂに燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体１２ａ，１２ｂの発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。
【０１２０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る燃料電池について説明する。図４に示す第１実施形態では、一個のセパレータ２０に一個の挟持部２１が設けられていたが、図１４に示す第４実施形態では、一個のセパレータ２０に４個の挟持部２１ａ〜２１ｄが設けられている点で異なっている。なお、第１〜第３実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【０１２１】
図１４は、第４実施形態に係る燃料電池１１の分解斜視図であり、図１５は平面図である。
図１４，図１５に示すように、この燃料電池１１のセパレータ２０は、４個の電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄを挟持する４個の挟持部２１ａ〜２１ｄを備えている。４個の挟持部２１ａ〜２１ｄに囲まれた中央に、１個の燃料ガス供給部２３が設けられている。この燃料ガス供給部２３と各挟持部２１ａ〜２１ｄとの間は、それぞれ燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄによって連結されている。すなわち、燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄは、燃料ガス供給部２３から外方に等角度間隔（９０゜間隔）ずつ離間して放射状に延在し、これら４本の燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄを介して挟持部２１ａ〜２１ｄが一体的に設けられる。燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄの基端側と、各挟持部２１ａ〜２１ｄの周縁との連結部２５ａ〜２５ｄでは、挟持部２１ａ〜２１ｄの接線方向と燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄの接線方向とが同一方向になっている。一方、燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄの先端側と、燃料ガス供給部２３の周縁との連結部３２ａ〜３２ｄも同様に、燃料ガス供給部２３の接線方向と燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄとの接線方向とがそれぞれ同一方向となるように連結されている。なお、燃料ガス供給部２３の中心には、積層方向に沿って燃料ガス供給連通孔２４が形成されている。また、各挟持部２１ａ〜２１ｄは、電解質・電極接合体１２と略同一寸法の円板形状に設定されており、互いに分離して構成されている。
【０１２２】
セパレータ２０は、第１プレート４０、第２プレート５０および通路部材８０を積層して形成されている。
第１プレート４０における挟持部２１ａ〜２１ｄの電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄ側の表面４０ａには、燃料ガス通路４１が形成されている。燃料ガス通路４１の中央付近には、通路部材８０の後述する燃料ガス供給通路３４ａ〜３４ｄに連通する燃料ガス供給孔４２が形成されている。燃料ガス通路４１の内部には複数の突起部４３が形成され、燃料ガス通路４１の周囲には第１周縁凸部４４が形成されている。第１周縁凸部４４には、複数の燃料ガス排出孔４５が周方向に離間して放射状に形成されている。
【０１２３】
第２プレート５０は、各挟持部２１ａ〜２１ｄとそれぞれ同形状に形成されており、各挟持部２１ａ〜２１ｄに対応して４枚有しており、第１プレート４０の裏面４０ｂに接合されている。各第２プレート５０における電解質・電極接合体１２側の裏面５０ｂには、プレス等により複数の突起部５３が設けられている。第２プレート５０の裏面５０ｂ側には、突起部５３によりカソード電極１５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５１が形成されている。また、第２プレート５０の内側周端部には、通路部材８０を受け入れる切欠き部８５が形成されている。この切欠き部８５は、第２プレート５０の内側周端部から中心付近にかけて円弧状に切り欠かれ、第２プレート５０の裏面５０ｂから見て第１プレート４０の燃料ガス供給孔４２が露出するように形成されている。
【０１２４】
通路部材８０は、例えばろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により、第１プレート４０の裏面４０ｂ側に接合された平面視略卍状の平板である。具体的に、通路部材８０は、燃料ガス供給連通孔２４を形成する燃料ガス供給部２３と、燃料ガス供給部２３から放射状に延在する４本の橋架部５９ａ〜５９ｄとを備えている。
橋架部５９ａ〜５９ｄは、燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄよりも長く形成された円弧状の部材であり、その先端側が第２プレート５０の切欠き部８５内に収容されている。この場合、橋架部５９ａ〜５９ｄの先端側は、第１プレート４０の各挟持部２１ａ〜２１ｄに形成された燃料ガス供給孔４２を覆う位置まで延在している。橋架部５９ａ〜５９ｄにおける第１プレート４０側の表面８０ａには、燃料ガス供給通路３４ａ〜３４ｄが形成されている。具体的には、ハーフエッチングやマシニング等の手法により、燃料ガス供給連通孔２４から橋架部５９ａ〜５９ｄの先端側にかけて溝部を形成することで、燃料ガス供給孔４２に連通する燃料ガス供給通路３４ａ〜３４ｄが形成されている。なお第１プレート４０の裏面４０ｂに通路部材８０が接合されて、燃料ガス供給通路３４ａ〜３４ｄの上部開口が封止されている。
【０１２５】
上述した酸化剤ガス通路５１は、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの内側周端部と挟持部２１ａ〜２１ｄの内側周端部との間から酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔（酸化剤ガス供給部）２８に連通している。この酸化剤ガス供給連通孔２８は、各挟持部２１ａ〜２１ｄの内方と燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄとの間に位置して積層方向（矢印Ａ方向）に延在している。すなわち、酸化剤ガス供給連通孔２８は、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに対応して４箇所設けられている。
各セパレータ２０間には、上述した実施形態と同様のシール材１８ａ（不図示）が設けられる。
【０１２６】
また、隣り合う各挟持部２１ａ〜２１ｄ間には、酸化剤ガス通路５１を流通する酸化剤ガス、および燃料ガス通路４１を流通する燃料ガスを整流したり、酸化剤ガス供給連通孔２８を流通する酸化剤ガスを酸化剤ガス通路５１内に導いたりするための整流部材７４が配置されている。整流部材７４は、略扇方形状の板材であり、矢印Ａ方向に所定枚数だけ積層されるとともに、各挟持部２１ａ〜２１ｄ間に対応して平面視で４つ配設される。
【０１２７】
整流部材７４は、絶縁部材、例えば、マイカをシリコーン樹脂で結合して構成されており、挟持部２１ａ〜２１ｄの周縁部の一部およびセパレータ２０の外接円の一部に沿って配置される。具体的に、整流部材７４は、一端部（閉塞部）７６が隣り合う燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄ間に配置されるとともに、他端部である外周部７８は、セパレータ２０の外接円の一部を構成する。そして、整流部材７４の周方向両側には、外周部７８から一端部７６にかけて、挟持部２１ａ〜２１ｄの外周形状に対応するように形成された円弧状部８２が形成されている。そして、一端部７６は、隣り合う挟持部２１ａ〜２１ｄの周縁部間を閉塞するように配置されており、一端部７６および燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄとの間に囲まれた空間が、酸化剤ガス供給連通孔２８として構成されている。一方、隣り合う整流部材７４の外周部７８間には、酸化剤ガス通路５１を流通した酸化剤ガスの排ガスが排出される排ガス通路７２が形成される。
【０１２８】
図１３は燃料電池スタックの断面図である。なお、図１３においては電解質・電極接合体の図示を省略する。
図１３に示すように、燃料電池スタック１０は、荷重付与機構６１を間に挟んで一対のエンドプレート９０ａ，９０ｂにより挟持されており、エンドプレート９０ａ，９０ｂは、締結手段９５によって連結されている。
エンドプレート９０ａには、燃料ガス供給連通孔２４に連通する単一の第１配管９２と、各酸化剤ガス供給連通孔２８に連通するキャビティ９３ａを有するケーシング９３と、ケーシング９３に接続されてキャビティ９３ａに連通する単一の第２配管９４とが設けられている。
エンドプレート９０ａに接続されている第１配管９２から燃料ガス供給連通孔２４には、燃料ガスが供給されるとともに、第２配管９４からキャビティ９３ａを介して各酸化剤ガス供給連通孔２８には、酸化剤ガスが供給される。
【０１２９】
なお、荷重付与機構６１は、燃料電池１１の電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに荷重を付与する４つの第１荷重付与機構６２と、燃料ガス供給部２３に荷重を付与する１つの第２荷重付与機構６３とを有している。
【０１３０】
第１荷重付与機構６２は、上述した第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の積層方向両端から燃料電池１１の挟持部２１ａ〜２１ｄを間に挟んで配置された一対の支持部材６４，６５と、他方のエンドプレート９０ｂと支持部材６４，６５との間に介在された第１荷重付与手段６６とをそれぞれ備えている。
一方、第２荷重付与機構６３も上述した第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の積層方向端部の反応ガス供給部２３と、他方のエンドプレート９０ｂとの間に配置された第２荷重付与手段６８を有している。第２荷重付与手段６８は、一端がエンドプレート９０ｂに連結される一方、他端が燃料ガス供給連通孔２４を閉塞するガスケット７０に連結されており、このガスケット７０を間に挟んで燃料ガス供給部２３を一方のエンドプレート９０ａに向けて押圧している。
【０１３１】
燃料ガスは、燃料電池スタック１０の燃料ガス供給連通孔２４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１１に設けられる燃料ガス供給通路３４に沿ってセパレータ２０の面方向に移動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス供給通路３４から各挟持部２１ａ〜２１ｄの燃料ガス供給孔４２を通って、燃料ガス通路４１に導入される。燃料ガス通路４１に導入された燃料ガスは、燃料ガス供給孔４２からアノード電極１４の略中心に供給された後、燃料ガス通路４１に沿って放射状に向かって移動する。
【０１３２】
一方、酸化剤ガス供給連通孔２８に供給された酸化剤ガスは、整流部材７４の整流作用下に、電解質・電極接合体１２の内側周端部と挟持部２１ａ〜２１ｄの内側周端部との間から流入し、酸化剤ガス通路５１に送られる。酸化剤ガス通路５１では、電解質・電極接合体１２のカソード電極１５の内側周端部（セパレータ２０の中央部）側から外側周端部（セパレータ２０の外側周端部側）に向かって酸化剤ガスが流動する。
【０１３３】
したがって、電解質・電極接合体１２では、アノード電極１４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１５の電極面の一方向に向かって酸化剤ガスが供給される。これにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスが発電に使用される。なお、各電解質・電極接合体１２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、酸化剤ガス通路５１を介して排ガス通路７２から排出される。この場合、燃料ガス通路４１に供給された使用済みの燃料ガスは、燃料ガス排出孔４５から酸化剤ガス供給連通孔２８に排出される。このため、酸化剤ガス供給連通孔２８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、未使用の酸化剤ガスが加熱される。これにより、予め加熱された酸化剤ガスを酸化剤ガス通路５１に供給することができ、熱効率が向上するという効果がある。
【０１３４】
本実施形態の燃料電池１１においても、第１〜第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１３５】
特に、本実施形態では、連結部２５ａ〜２５ｄにおいて、挟持部２１ａ〜２１ｄ周縁の接線方向と燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄ周縁の接線方向とが同一方向となるように構成した。
この構成によれば、燃料電池１１の発電時において、各燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄの長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部２１ａ〜２１ｄの接線方向に沿って作用し、挟持部２１ａ〜２１ｄの周方向の回転力に変換されることになる。
一方、燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄの長さ方向に沿って発生する応力の一部は、燃料ガス供給部２３の接線方向に沿って作用し、燃料ガス供給部２３の周方向の回転力に変換されることになる。
これにより、挟持部２１ａ〜２１ｄおよび燃料ガス供給部２３において、燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄに作用する応力を吸収することができるので、連結部２５ａ〜２５ｄおよび３２ａ〜３２ｄ等に応力が集中することを抑制することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ２０の歪みをより抑制することができる。
【０１３６】
しかも、本実施形態では、隣り合う各挟持部２１ａ〜２１ｄ間に、整流部材７４が配設され、各整流部材７４と燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄとの間に囲まれた空間を、酸化剤ガス供給連通孔２８として構成した。
この構成によれば、上述した各実施形態と異なり、セパレータ２０を貫通する酸化剤ガス供給連通孔２８を加工する必要がないので、構成の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。この場合、酸化剤ガス供給連通孔２８を流通する酸化剤ガスは隣り合う各挟持部２１ａ〜２１ｄ間から漏れ出ることはなく、燃料ガス通路５１内に確実に導入されることになる。これにより、酸化剤ガスを不足なく供給することが可能になる。
【０１３７】
さらに、整流部材７４は、挟持部２１ａ〜２１ｄの周縁部の一部およびセパレータ２０の外接円の一部に沿って配置されている。このため、酸化剤ガス供給連通孔２８から挟持部２１ａ〜２１ｄの外を流れる酸化剤ガス量を良好に抑制するとともに、整流部材７４がセパレータ２０の外接円から外方に突出することがなく、燃料電池１１全体の小型化およびコンパクト化が容易に可能になる。
また、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの発電により発生した熱が、挟持部２１ａ〜２１ｄの外に放熱されることを抑制することができ、熱効率の向上および熱自立の促進が容易に図られる。
【０１３８】
また、本実施形態では、挟持部２１ａ〜２１ｄと同形状の第２プレート５０を４枚備え、各第２プレート５０の切欠き部８５内に通路部材８０の橋架部５９ａ〜５９ｄを収容しているため、上述した第１〜第３実施形態のように反応ガス通路が形成された第３プレート３０を用いる必要がない。そのため、セパレータ２０の薄型化を図り、燃料電池スタック１０のコンパクト化を実現することができる。
【０１３９】
本実施形態の燃料ガス供給部２３は、セパレータ２０の中央部に設けられるとともに、燃料ガス供給部２３を中心に複数の電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄが同心円上に配列されている。
燃料ガス供給部２３がセパレータ２０の中央部に設けられるので、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに供給される前の燃料ガスを、発電による発生熱により良好に加熱することができ、熱効率の向上および熱自立の促進を図ることが可能になる。
また、燃料ガス供給部２３を中心に複数の電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄが同心円上に配列されるので、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに燃料ガスを均等に分配して供給することができ、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの発電性能の向上および安定化が図られる。
しかも、セパレータ２０の面内には、４つの電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄが同心円上に配列されている。このため、セパレータ２０の面内に２以上の同一形状且つ同一面積の電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄが同心円上に配列される燃料電池構造の中、高い占有率を得ることが可能になる。その上、発電出力当たりのスタック体積が小さくなり、燃料電池スタック１０全体のコンパクト化が容易に図られる。一方、発電出力当たりのスタック表面積が小さくなり、燃料電池スタック１０からの放熱を最小化することができ、熱効率の向上および熱自立の促進を図ることが可能になる。
【０１４０】
本実施形態では、複数の燃料電池１１を積層した場合に、各燃料電池１１において同心円上に配列された各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄが、それぞれ燃料電池１１の積層方向に沿って同一の位相に配列されている。すなわち、燃料電池１１の積層方向から見て同じ位置に配置されている。
これにより、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに付与される荷重が不足することがないので、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄとセパレータ２０との密着性が向上し、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄで発電された電力を効率的に集電することができる。
【０１４１】
本実施形態の挟持部２１ａ〜２１ｄは、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに対応した形状を有するとともに、各挟持部２１ａ〜２１ｄは、互いに分離して構成されている。
各挟持部２１ａ〜２１ｄは各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに対応した形状を有するため、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄで発電された電力を効率的に集電することができる。
しかも、各挟持部２１ａ〜２１ｄは互いに分離して構成されるので、隣接する電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに独立して積層方向の荷重を付与することができる。このため、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄやセパレータ２０の寸法誤差によって各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。したがって、セパレータ２０全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの熱歪み等は、隣接する他の電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに伝達されることがなく、電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄ間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄ同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池１１全体の小型化が容易に図られる。
【０１４２】
本実施形態の燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄは、燃料ガス供給部２３から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されている。
これにより、燃料ガス供給部２３から燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄを介して各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに対して燃料ガスおよび酸化剤ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの発電性能の向上および安定化が図られる。
【０１４３】
本実施形態のセパレータ２０は、各挟持部２１ａ〜２１ｄおよび燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄが電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの数に対応する数に設定されている。
本発明によれば、燃料ガス供給部２３から各燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄおよび各挟持部２１ａ〜２１ｄを介して各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに燃料ガスおよび酸化剤ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの発電性能の向上および安定化が図られる。
【０１４４】
本実施形態のセパレータ２０は、酸化剤ガス供給連通孔２８が電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの数に対応する数に設定されている。
これにより、酸化剤ガス供給連通孔２８から燃料ガス橋架部２２ａ〜２２ｄおよび各挟持部２１ａ〜２１ｄを介して、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄに酸化剤ガスを均等に分配することが可能になり、各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄの発電性能の向上および安定化が図られる。本実施形態の燃料ガス供給部２３は、セパレータ２０の中央部に設けられるとともに、燃料ガス供給部２３を中心に各電解質・電極接合体１２ａ〜１２ｄが同心円上に配列されている。
燃料ガス供給部２３がセパレータ２０の中央部に設けられるので、燃料電池１１に供給される燃料ガスは、発電による発生熱を介して良好に加熱可能になり、燃料電池は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
【０１４５】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、各反応ガス橋架部を円弧状に形成する場合について説明したが、挟持部と各反応ガス橋架部との接線方向が同一になるように連結されていれば、各反応ガス橋架部の半径は適宜設計変更が可能である。すなわち、反応ガス橋架部を直線状（曲率半径が無限大）に形成しても構わない。
また、１個のセパレータに設ける挟持部の数や反応ガス供給孔の数等は、適宜設計変更が可能である。
【０１４６】
また、上述した実施形態では、荷重付与機構の荷重付与手段にコイルスプリングを用いる構成について説明したが、これに代えて皿バネ等を用いる構成にしても構わない。
さらに、上述した実施形態では、各反応ガス供給部および挟持部とエンドプレートとの間にそれぞれ荷重付与手段（第１荷重付与手段および第２荷重付与手段）を介在させる構成について説明したが、挟持部とエンドプレートとの間のみに荷重付与手段を介在させる構成にしてもよい。この場合、エンドプレートと各反応ガス供給部との間には、ボルト等の剛体を配置することが好ましい。これにより、各反応ガス供給部には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。
【０１４７】
なお、アノード電極側の突起部およびカソード電極側の突起部は、セパレータの積層方向に沿って同一の位相に配列される数が、同一の位相以外に配列される数よりも多数に設定されていても構わない。すなわち、セパレータの積層方向から見て同じ位置となる個数が、異なる位置となる個数より多くなっていても構わない。
これにより、アノード電極側突起部とカソード電極側突起部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が向上するとともに、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
【符号の説明】
【０１４８】
１０…燃料電池スタック  １１…燃料電池
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…電解質・電極接合体
１３…電解質  １４…アノード電極  １５…カソード電極
２０…セパレータ
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…挟持部
２２…反応ガス橋架部、燃料ガス橋架部  ２３…反応ガス供給部、燃料ガス供給部
２４…燃料ガス供給連通孔
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２９，２９ａ，２９ｂ，３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３３，３３ａ，３３ｂ…連結部
２６…反応ガス橋架部、酸化剤ガス橋架部  ２７…酸化剤ガス供給部
２８…酸化剤ガス供給連通孔
３０…第３プレート  ３４…燃料ガス供給通路  ３５…酸化剤ガス供給通路
４０…第１プレート
４１…燃料ガス通路  ４２…燃料ガス供給孔  ４３…突起部
４４…第１周縁凸部  ４５…燃料ガス排出孔
５０…第２プレート
５１…酸化剤ガス通路  ５２…酸化剤ガス供給孔  ５３…突起部
５４…第２周縁凸部  ５５…酸化剤ガス排出孔
７４…整流部材
【図１】
0005613391.tif 000002
【図２】
0005613391.tif 000003
【図３】
0005613391.tif 000004
【図４】
0005613391.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005613391.tif 000007
【図７】
0005613391.tif 000008
【図８】
0005613391.tif 000009
【図９】
0005613391.tif 000010
【図１０】
0005613391.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005613391.tif 000013
【図１３】
0005613391.tif 000014
【図１４】
0005613391.tif 000015
【図１５】
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