(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池セルの積層方向における両端の少なくとも一方にさらに積層され、前記燃料電池スタック内に連通するガス流路が厚さ方向に貫通形成された板状のエンドプレートと、
前記積層方向に沿ってさらに前記エンドプレートの端面上に設置され、前記ガス流路に連通するとともに、外部から前記燃料電池スタック内に導入されるガス、または、前記燃料電池スタック内から外部に排出される前記ガスが流れるガス通路が形成されたガス通路部材と
を備える燃料電池において、
前記エンドプレートと前記ガス通路部材との間には、前記エンドプレートに接触する第１端面と、前記ガス通路部材に接触する第２端面と、前記第１端面及び前記第２端面に接続される外側面とを有し、さらに厚さ方向に貫通して前記ガス流路及び前記ガス通路を連通させる貫通孔を有し、かつ、前記エンドプレートと前記ガス通路部材とを離間させる絶縁スペーサが配置されており、
前記第１端面に接触する前記エンドプレートの端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第１段差部が形成され、
前記第２端面に接触する前記ガス通路部材の端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第２段差部が形成されており、
前記ガス通路部材の前記第２段差部は、基端から先端までの距離が前記絶縁スペーサの厚さよりも大きく設定され、
前記エンドプレートは、前記第２段差部を収容する収容部を備えている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池セルの積層方向における両端の少なくとも一方にさらに積層され、前記燃料電池スタック内に連通するガス流路が厚さ方向に貫通形成された板状のエンドプレートと、
前記積層方向に沿ってさらに前記エンドプレートの端面上に設置され、前記ガス流路に連通するとともに、外部から前記燃料電池スタック内に導入されるガス、または、前記燃料電池スタック内から外部に排出される前記ガスが流れるガス通路が形成されたガス通路部材と
を備える燃料電池において、
前記エンドプレートと前記ガス通路部材との間には、前記エンドプレートに接触する第１端面と、前記ガス通路部材に接触する第２端面と、前記第１端面及び前記第２端面に接続される外側面とを有し、さらに厚さ方向に貫通して前記ガス流路及び前記ガス通路を連通させる貫通孔を有し、かつ、前記エンドプレートと前記ガス通路部材とを離間させる絶縁スペーサが配置されており、
前記第１端面に接触する前記エンドプレートの端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第１段差部が形成され、
前記第２端面に接触する前記ガス通路部材の端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第２段差部が形成されており、
前記エンドプレートの前記ガス流路と前記ガス通路部材の前記ガス通路とが、同一の内径を有し、
前記ガス流路、前記ガス通路及び前記貫通孔が、同一軸線上に配置されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
前記ガス通路部材の前記第２段差部は、基端から先端までの距離が前記絶縁スペーサの厚さよりも大きく設定され、
前記エンドプレートは、前記第２段差部を収容する収容部を備えている
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記エンドプレートの前記ガス流路と前記ガス通路部材の前記ガス通路とが、同一の内径を有し、
前記ガス流路、前記ガス通路及び前記貫通孔が、同一軸線上に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記エンドプレートと前記ガス通路部材との間の前記積層方向における最短距離が０よりも大きくなるように、前記絶縁スペーサの厚さが設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス通路部材の前記第２段差部は、円筒状をなし、基端側から先端側に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記絶縁スペーサはマイカによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電池セルは、固体酸化物からなる電解質層と、前記電解質層の両側に配置された電極層とを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックを備えた燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。このＳＯＦＣは、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックを備えている。また、燃料電池セルは、燃料ガスに接する燃料極層と酸化剤ガスに接する空気極層とが固体電解質層の両側に配置された構造を有している。そして、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気極層を正極、燃料極層を負極とする直流の電力が発生するようになる。
【０００３】
なお、燃料電池は、燃料電池スタックと、燃料電池セルの積層方向における両端に積層されたエンドプレートとを備えている。そして、燃料電池を厚さ方向に貫通するボルトにナットを螺着させることにより、燃料電池スタック及びエンドプレートが固定されるようになる。また、燃料電池は、複数の燃料電池セルに対してガス（燃料ガスや酸化剤ガスなど）の導入または排出を行うためのガス孔を有している。
【０００４】
ところで、上記したボルト用のボルト孔とガス孔とを兼ねる構造が従来提案されている（例えば特許文献１参照）。詳述すると、図１０に示される燃料電池１０１は、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタック１０２と、燃料電池セルの積層方向における両端に積層されたエンドプレート１０３と、エンドプレート１０３の端面１０４上に設置されたガス通路部材１０５とを備えている。エンドプレート１０３には、燃料電池スタック１０２内に連通するガス流路１０６が貫通形成されている。ガス通路部材１０５には、ガス流路１０６に連通するとともに、外部から燃料電池スタック１０２内に導入されるガス、または、燃料電池スタック１０２内から外部に排出されるガスが流れるガス通路１０７が形成されている。また、エンドプレート１０３とガス通路部材１０５との間には、厚さ方向に貫通してガス流路１０６及びガス通路１０７を連通させる貫通孔１０８を有し、かつ、エンドプレート１０３とガス通路部材１０５とを離間させる絶縁スペーサ１０９が配置されている。なお、燃料電池スタック１０２、エンドプレート１０３、絶縁スペーサ１０９及びガス通路部材１０５は、ガス流路１０６、貫通孔１０８及びガス通路１０７にボルト１１０を挿通させ、ガス通路部材１０５の上面から突出するボルト１１０の上端部分にナット１１１を螺着させることにより、互いに固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５４８２１号公報（図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、例えばボルト１１０にナット１１１を螺着させる際などにおいては、エンドプレート１０３に対してガス通路部材１０５が平面方向に位置ずれし、ガス流路１０６の中心軸Ａ１とガス通路１０７の中心軸Ａ２との間にズレが生じる可能性が高い（図１１参照）。この場合、ボルト１１０の外周面とガス流路１０６の内周面との隙間や、ボルト１１０の外周面と貫通孔１０８の内周面との隙間が部分的に狭くなるため、ガス流路１０６及び貫通孔１０８を通過するガスの流れが遮られ、ガスの流れが不安定になってしまう。しかも、ボルト１１０の外周面がガス流路１０６の内周面に接触すると、ボルト１１０に接続されているガス通路部材１０５とエンドプレート１０３との絶縁が図れなくなるおそれがある。以上のことから、燃料電池１０１の信頼性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁スペーサの位置決めを図ることにより、高い信頼性を得ることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための手段（手段１）としては、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池セルの積層方向における両端の少なくとも一方にさらに積層され、前記燃料電池スタック内に連通するガス流路が厚さ方向に貫通形成された板状のエンドプレートと、前記積層方向に沿ってさらに前記エンドプレートの端面上に設置され、前記ガス流路に連通するとともに、外部から前記燃料電池スタック内に導入されるガス、または、前記燃料電池スタック内から外部に排出される前記ガスが流れるガス通路が形成されたガス通路部材とを備える燃料電池において、前記エンドプレートと前記ガス通路部材との間には、前記エンドプレートに接触する第１端面と、前記ガス通路部材に接触する第２端面と、前記第１端面及び前記第２端面に接続される外側面とを有し、さらに厚さ方向に貫通して前記ガス流路及び前記ガス通路を連通させる貫通孔を有し、かつ、前記エンドプレートと前記ガス通路部材とを離間させる絶縁スペーサが配置されており、前記第１端面に接触する前記エンドプレートの端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第１段差部が形成され、前記第２端面に接触する前記ガス通路部材の端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第２段差部が形成されており、前記ガス通路部材の前記第２段差部は、基端から先端までの距離が前記絶縁スペーサの厚さよりも大きく設定され、前記エンドプレートは、前記第２段差部を収容する収容部を備えていることを特徴とする燃料電池がある。
上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池セルの積層方向における両端の少なくとも一方にさらに積層され、前記燃料電池スタック内に連通するガス流路が厚さ方向に貫通形成された板状のエンドプレートと、前記積層方向に沿ってさらに前記エンドプレートの端面上に設置され、前記ガス流路に連通するとともに、外部から前記燃料電池スタック内に導入されるガス、または、前記燃料電池スタック内から外部に排出される前記ガスが流れるガス通路が形成されたガス通路部材とを備える燃料電池において、前記エンドプレートと前記ガス通路部材との間には、前記エンドプレートに接触する第１端面と、前記ガス通路部材に接触する第２端面と、前記第１端面及び前記第２端面に接続される外側面とを有し、さらに厚さ方向に貫通して前記ガス流路及び前記ガス通路を連通させる貫通孔を有し、かつ、前記エンドプレートと前記ガス通路部材とを離間させる絶縁スペーサが配置されており、前記第１端面に接触する前記エンドプレートの端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第１段差部が形成され、前記第２端面に接触する前記ガス通路部材の端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第２段差部が形成されており、前記エンドプレートの前記ガス流路と前記ガス通路部材の前記ガス通路とが、同一の内径を有し、前記ガス流路、前記ガス通路及び前記貫通孔が、同一軸線上に配置されていることを特徴とする燃料電池がある。
上記課題を解決するためのさらに別の手段（手段３）としては、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池セルの積層方向における両端の少なくとも一方にさらに積層され、前記燃料電池スタック内に連通するガス流路が厚さ方向に貫通形成された板状のエンドプレートと、前記積層方向に沿ってさらに前記エンドプレートの端面上に設置され、前記ガス流路に連通するとともに、外部から前記燃料電池スタック内に導入されるガス、または、前記燃料電池スタック内から外部に排出される前記ガスが流れるガス通路が形成されたガス通路部材とを備える燃料電池において、前記エンドプレートと前記ガス通路部材との間には、前記エンドプレートに接触する第１端面と、前記ガス通路部材に接触する第２端面と、前記第１端面及び前記第２端面に接続される外側面とを有し、さらに厚さ方向に貫通して前記ガス流路及び前記ガス通路を連通させる貫通孔を有し、かつ、前記エンドプレートと前記ガス通路部材とを離間させる絶縁スペーサが配置されており、前記第１端面に接触する前記エンドプレートの端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第１段差部が形成され、前記第２端面に接触する前記ガス通路部材の端部には、前記絶縁スペーサの前記貫通孔の内周面、または、前記絶縁スペーサの外側面に接触する側面を有する第２段差部が形成されており、前記エンドプレートは、前記第１段差部によって形成された凹部の底面に設けられた第３段差部を備えていることを特徴とする燃料電池がある。
【０００９】
手段１〜３に記載の発明によると、絶縁スペーサの貫通孔の内周面、または、絶縁スペーサの外側面に対してエンドプレートに形成された第１段差部の側面が接触することにより、絶縁スペーサがエンドプレートに対して位置決めされる。また、貫通孔の内周面、または、絶縁スペーサの外側面に対してガス通路部材に形成された第２段差部の側面が接触することにより、絶縁スペーサがガス通路部材に対して位置決めされる。以上のことから、エンドプレートとガス通路部材とが絶縁スペーサを介して確実に位置決めされ、ガス流路の中心軸とガス通路の中心軸との間のズレが防止されるため、ガス流路及びガス通路を通過するガスの流れを安定させることができる。しかも、エンドプレートとガス通路部材とが絶縁スペーサを介して位置決めされることにより、エンドプレートとガス通路部材とが離間した状態に維持されるため、エンドプレートとガス通路部材とが確実に絶縁される。以上のことから、高い信頼性を有する燃料電池を得ることができる。
【００１０】
さらに、エンドプレートは、絶縁スペーサの第１端面に接触するだけでなく、絶縁スペーサの貫通孔の内周面、または、絶縁スペーサの外側面にも接触するため、エンドプレートと絶縁スペーサとの接触面積が大きくなる。よって、エンドプレートと絶縁スペーサとのシール性が向上する。同様に、ガス通路部材は、絶縁スペーサの第２端面に接触するだけでなく、貫通孔の内周面、または、絶縁スペーサの外側面にも接触するため、ガス通路部材と絶縁スペーサとの接触面積が大きくなる。よって、ガス通路部材と絶縁スペーサとのシール性が向上する。
【００１１】
ここで、燃料電池としては、ＺｒＯ２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などが挙げられる。なお、燃料電池の稼動温度（即ち、イオンが電解質中を移動可能となる温度）は、燃料電池の種類ごとに異なっている。具体的に言うと、ＳＯＦＣの稼動温度は７００℃〜１０００℃程度、ＰＥＦＣの稼動温度は常温〜９０℃程度、ＭＣＦＣの稼動温度は６５０℃〜７００℃程度、ＰＡＦＣの稼動温度は１５０℃〜２００℃程度である。
【００１２】
燃料電池が備える燃料電池スタックは、燃料電池セルを複数積層してなる。燃料電池がＳＯＦＣである場合、燃料電池セルは、固体酸化物からなる電解質層と、電解質層の両側に配置された電極層とを備えることがよい。燃料電池セルを構成する電解質層は、電極層に接する発電用ガスの一部がイオンとなって移動する性質（イオン電導性）を有している。なお、電解質層中を移動するイオンとしては、例えば酸素イオンや水素イオンなどが挙げられる。また、電極層は、電解質層の表面側に配置され発電用ガスである酸化剤ガスに接する空気極層、及び、電解質層の裏面側に配置され発電用ガスである燃料ガスに接する燃料極層であることがよい。
【００１３】
電解質層（固体酸化物層）の形成材料としては、例えばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック、ＣａＺｒＯ３系セラミックなどがある。
【００１４】
また、燃料電池セルを構成する燃料極層は、例えば還元剤となる燃料ガスと電解質層内を移動してきた酸素イオンとを反応させる機能を有することにより、燃料電池セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料極層の形成材料としては、例えば、希土類元素（Ｓｃ、Ｙなど）により安定化されたＺｒＯ２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料及びそれら金属材料の合金のうちの少なくとも１つと、を混合した金属セラミック材料の混合物（サーメット）を使用することができる。
【００１５】
また、燃料ガスとしては、例えば、水素ガス、炭化水素ガス、水素ガスと炭化水素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。燃料ガスとして炭化水素ガスを選択した場合、炭化水素ガスの種類は特に限定されないが、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等であることが好ましい。なお、水中にガス（水素ガス、炭化水素ガス、混合ガス）を通過させて加湿することによって得られる燃料ガスや、ガス（水素ガス、炭化水素ガス、混合ガス）に水蒸気を混合させることによって得られる燃料ガスを選択してもよい。また、１種類の燃料ガスのみを用いてもよいし、複数種類の燃料ガスを併用してもよい。さらに、燃料ガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。また、液体の原料を気化したものを燃料ガスとして使用したり、水素ガス以外のガスを改質して生成した水素ガスを燃料ガスとして使用したりすることもできる。
【００１６】
燃料電池セルを構成する空気極層は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、燃料電池セルにおける正電極として機能する。ここで、空気極層の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複合酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物）などがある。
【００１７】
また、酸化剤ガスとしては、例えば、酸素と他の気体との混合ガスなどが挙げられる。この混合ガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。なお、混合ガスは、安全で安価な空気であることが好ましい。
【００１８】
さらに、燃料電池は、エンドプレートとガス通路部材とを離間させる絶縁スペーサを備えている。絶縁スペーサは、絶縁性、耐熱性、シール性等を考慮して適宜選択することができる。なお、絶縁スペーサは、例えば、絶縁性に優れたマイカなどによって形成されることが好ましく、特には、絶縁性に加えて耐熱性や加工性に優れたマイカセラミックによって形成されることが好ましい。また、絶縁スペーサは、マイカセラミックとは別のセラミック材料によって形成されていてもよい。マイカセラミックとは別のセラミック材料の好適例としては、例えば、アルミナ、ガラスセラミック、結晶化ガラス等の低温焼成材料、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素などが挙げられる。
【００１９】
なお、エンドプレートとガス通路部材との間の積層方向における最短距離が０よりも大きくなるように、絶縁スペーサの厚さが設定されていることが好ましい。このようにすれば、エンドプレートとガス通路部材との間隔が絶縁スペーサを介して一定に保持されるため、両者の接触が回避される。従って、エンドプレートとガス通路部材とがより確実に絶縁されるため、燃料電池の信頼性をよりいっそう高くすることができる。
【００２０】
また、ガス通路部材の第２段差部は、基端から先端までの距離が絶縁スペーサの厚さよりも大きく設定され、エンドプレートは、第２段差部を収容する収容部を備えていてもよい。このようにしても、第２段差部を収容部に収容することにより、第２段差部の先端と収容部の内側面とを離間させることができるため、エンドプレートとガス通路部材との間隔が一定に保持され、両者の接触が回避される。従って、エンドプレートとガス通路部材とがより確実に絶縁されるため、燃料電池の信頼性をよりいっそう高くすることができる。ここで、第２段差部の側面が絶縁スペーサの貫通孔の内周面に接触するものであって、第２段差部がガス通路の一部を構成し、収容部がガス流路において開口する場合、第２段差部の基端から先端までの距離は、収容部の内側面に接触しない範囲内で可能な限り大きく設定されることが好ましい。第２段差部の基端から先端までの距離を大きく設定すれば、第２段差部の先端と収容部の内側面との隙間が小さくなるため、ガス通路の内壁面とガス流路の内壁面とを滑らかに連続させやすくなる。その結果、ガス通路及びガス流路の接続部分を流れるガスの流れを安定させることができる。また、接続部分を流れるガスが第２段差部の先端と収容部の内側面との隙間から収容部内に侵入しにくくなるため、ガスに晒されることによる絶縁スペーサの破損を防止できる。
【００２１】
さらに、ガス通路部材の第２段差部は、円筒状をなし、基端側から先端側に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成されていることが好ましい。このようにすれば、燃料電池の組立時において、第２段差部を絶縁スペーサの貫通孔に挿入しやすくなるため、燃料電池の組立を容易に行うことができる。
【００２２】
また、エンドプレートのガス流路とガス通路部材のガス通路とが、同一の内径を有し、ガス流路、ガス通路及び貫通孔が、同一軸線上に配置されていることが好ましい。このようにすれば、ガス流路の内壁面とガス通路の内壁面とを滑らかに連続させやすくなる。その結果、ガス流路、ガス通路及び貫通孔を流れるガスの流れを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態における燃料電池を示す概略断面図。
【図２】上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す概略断面図。
【図３】上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す要部断面図。
【図４】他の実施形態における上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す概略断面図。
【図５】他の実施形態における上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す概略断面図。
【図６】他の実施形態における上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す要部断面図。
【図７】他の実施形態における上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す概略断面図。
【図８】他の実施形態における絶縁スペーサ等の構造を示す概略斜視図。
【図９】他の実施形態における上側エンドプレート、ガス通路部材及び絶縁スペーサ等の構造を示す概略断面図。
【図１０】従来技術における燃料電池を示す要部断面図。
【図１１】従来技術の問題点を示す要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１に示されるように、本実施形態の燃料電池１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池１は、燃料電池スタック１０と、エンドプレート１２，１３と、ガス通路部材２１とを積層配置することによって構成されている。燃料電池スタック１０は、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体状をなし、発電反応により電力を発生するようになっている。また、燃料電池スタック１０は、同燃料電池スタック１０を厚さ方向に貫通する内径１４ｍｍの貫通孔４０を８箇所に有している。なお、燃料電池スタック１０の四隅にある４つの貫通孔４０にボルト（図示略）を挿通させ、燃料電池スタック１０の下方に突出するボルトの下端部分にナット（図示略）を螺着させる。また、残り４つの貫通孔４０にボルト４１（挿通部材）を挿通させ、燃料電池スタック１０の上方及び下方に突出するボルト４１の両端部分にナット４２（固定部材）を螺着させる。その結果、燃料電池スタック１０、エンドプレート１２，１３及びガス通路部材２１が固定されるようになっている。
【００２６】
図１に示されるように、燃料電池スタック１０は、発電の最小単位である略矩形板状の燃料電池セル１１を複数積層してなるものである。燃料電池セル１１は、空気極フレーム５２、上側絶縁フレーム５３、セパレータ５４、空気極層５５（電極層）、固体電解質層５６（固体酸化物層）、燃料極層５７（電極層）、下側絶縁フレーム５８及び燃料極フレーム５９を順番に積層することによって構成されている。また、燃料電池セル１１の上端部及び下端部には、コネクタプレート５１，６０が配置されている。
【００２７】
コネクタプレート５１，６０は、耐熱性及び導電性に優れたステンレスなどの金属材料によって略矩形板状に形成されている。コネクタプレート５１，６０は、燃料電池セル１１内にガスの流路を形成するとともに、隣接する燃料電池セル１１同士を導通させるようになっている。詳述すると、隣接する燃料電池セル１１同士の間に位置するコネクタプレート５１，６０は、いわゆるインターコネクタとなり、隣接する燃料電池セル１１同士を区画するようになっている。なお、本実施形態のコネクタプレート６０は、下側に隣接する燃料電池セル１１のコネクタプレート５１を兼ねている。また、燃料電池セル１１の積層方向における上端（即ち、燃料電池スタック１０の上端）にさらに積層されたコネクタプレート５１は、上側エンドプレート１２となっており、燃料電池セル１１の積層方向における下端（即ち、燃料電池スタック１０の下端）にさらに積層されたコネクタプレート６０は、下側エンドプレート１３となっている。両エンドプレート１２，１３は、燃料電池スタック１０を挟持しており、燃料電池スタック１０から出力される電流の出力端子となっている。なお、エンドプレート１２，１３となるコネクタプレート５１，６０は、インターコネクタとなるコネクタプレート５１，６０よりも肉厚になっている。
【００２８】
図１に示される空気極フレーム５２及び燃料極フレーム５９は、ステンレスなどの導電性材料によって略矩形枠状に形成されている。よって、空気極フレーム５２の中央部には、同空気極フレーム５２を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部が設けられ、燃料極フレーム５９の中央部には、同燃料極フレーム５９を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部が設けられている。また、絶縁フレーム５３，５８は、厚さ０．５ｍｍのマイカシートによって略矩形枠状に形成されている。よって、上側絶縁フレーム５３の中央部には、同上側絶縁フレーム５３を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部が設けられ、下側絶縁フレーム５８の中央部には、同下側絶縁フレーム５８を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部が設けられている。さらに、セパレータ５４は、ステンレスなどの導電性材料によって略矩形枠状に形成されている。よって、セパレータ５４の中央部には、同セパレータ５４を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部が設けられている。
【００２９】
図１に示されるように、固体電解質層５６は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料によって形成され、厚さ０．０１ｍｍの矩形板状をなしている。固体電解質層５６は、セパレータ５４の下面に固定されるとともに、セパレータ５４の開口部を塞ぐように配置されている。固体電解質層５６は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、固体電解質層５６の上面には、燃料電池スタック１０に供給された空気に接する空気極層５５が貼付され、固体電解質層５６の下面には、同じく燃料電池スタック１０に供給された燃料ガスに接する燃料極層５７が貼付されている。即ち、空気極層５５及び燃料極層５７は、固体電解質層５６の両側に配置されている。また、空気極層５５は、セパレータ５４の開口部内に配置され、セパレータ５４と接触しないようになっている。なお、空気極層５５は、金属の複合酸化物によって矩形板状に形成され、燃料極層５７は、金属材料とセラミック材料との混合物（本実施形態ではサーメット）によって同じく矩形板状に形成されている。
【００３０】
図１に示されるように、本実施形態の燃料電池セル１１では、下側絶縁フレーム５８の開口部、燃料極フレーム５９の開口部、及びコネクタプレート６０等により、セパレータ５４の下方に燃料室Ｓ１が形成されるようになっている。なお、燃料室Ｓ１内には、固体電解質層５６、燃料極層５７及び燃料極集電体６７が収容されている。
【００３１】
また、本実施形態の燃料電池セル１１では、コネクタプレート５１、空気極フレーム５２の開口部、及び、上側絶縁フレーム５３の開口部等により、セパレータ５４の上方に空気室Ｓ２が形成されるようになっている。そして、空気極層５５及びコネクタプレート５１は、空気極集電体６６によって電気的に接続されている。よって、絶縁フレーム５３，５８は、各燃料電池セル１１内に配置して積層されるとともに、燃料室Ｓ１と空気室Ｓ２とのシール部材を兼ねている。
【００３２】
また、図１に示されるように、燃料電池スタック１０は、各燃料電池セル１１の燃料室Ｓ１に燃料ガスを供給する燃料供給経路７０と、燃料室Ｓ１から燃料ガスを排出する空気排出経路８０とを備えている。燃料供給経路７０は、貫通孔４０である断面円形状の燃料供給孔７１と、燃料供給孔７１と燃料室Ｓ１とを連通させる燃料供給横孔７２とによって構成されている。また、燃料排出経路８０は、同じく貫通孔４０である断面円形状の燃料排出孔８１と、燃料排出孔８１と燃料室Ｓ１とを連通させる燃料排出横孔８２とによって構成されている。よって、燃料ガスは、燃料供給孔７１及び燃料供給横孔７２を順番に通過して燃料室Ｓ１に供給され、燃料排出横孔８２及び燃料排出孔８１を順番に通過して燃料室Ｓ１から排出される。
【００３３】
さらに、燃料電池スタック１０は、各燃料電池セル１１の空気室Ｓ２に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室Ｓ２から空気を排出する空気排出経路（図示略）とを備えている。空気供給経路は、燃料供給経路７０と略同様の構造を有しており、貫通孔４０である断面円形状の空気供給孔（図示略）と、空気供給孔と空気室Ｓ２とを連通させる空気供給横孔（図示略）とによって構成されている。また、空気排出経路は、燃料排出経路８０と略同様の構造を有しており、貫通孔４０である断面円形状の空気排出孔（図示略）と、空気排出孔と空気室Ｓ２とを連通させる空気排出横孔（図示略）とによって構成されている。よって、空気は、空気供給孔及び空気供給横孔を順番に通過して空気室Ｓ２に供給され、空気排出横孔及び空気排出孔を順番に通過して空気室Ｓ２から排出される。
【００３４】
図１〜図３に示されるように、上側エンドプレート１２は、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ１０ｍｍの略矩形板状をなしている。上側エンドプレート１２には、燃料電池スタック１０内の貫通孔４０に連通するガス流路１４が厚さ方向に沿って貫通形成されている。ガス流路１４の内径Ｂ１（図３参照）は、貫通孔４０の内径と等しくなっており、本実施形態では１４ｍｍに設定されている。また、上側エンドプレート１２の上端部には、第１段差部１６及び収容部１８が形成されている。第１段差部１６及び収容部１８は、ガス流路１４の端面１５側開口部に設けられている。第１段差部１６は、ガス流路１４の内周面において開口するとともに、端面１５において開口している。収容部１８は、ガス流路１４の内周面において開口するとともに、第１段差部１６によって形成された凹部の底面において開口している。
【００３５】
また、ガス通路部材２１は、燃料電池セル１１の積層方向に沿ってさらに上側エンドプレート１２の端面１５上に設置されている。ガス通路部材２１は、例えばＳＵＳ３０４等の金属材料によって形成され、本体部２２と、同本体部２２から径方向外側に延びる分岐管２３とを備えている。本体部２２は外径２４ｍｍの略円筒状をなし、分岐管２３は外径１２．７ｍｍの円筒状をなしている。また、ガス通路部材２１には、上側エンドプレート１２のガス流路１４に連通するガス通路２４が形成されている。ガス通路２４には、外部から燃料電池スタック１０内に導入されるガス（本実施形態では、燃料ガスまたは空気）、または、燃料電池スタック１０内から外部に排出されるガスが流れるようになっている。なお、ガス通路２４は、本体部２２内に形成され、ガス流路１４に連通する断面円形状の連通孔２５と、分岐管２３内に形成され、連通孔２５に連通する断面円形状の分岐孔２６とによって構成されている。連通孔２５の内径Ｂ２（図３参照）は、ガス流路１４の内径Ｂ１（図３参照）及び貫通孔４０の内径と同一であり、本実施形態では１４ｍｍに設定されている。また、分岐孔２６の内径は、連通孔２５の内径Ｂ２よりも小さくなっており、本実施形態では１０ｍｍに設定されている。
【００３６】
図２，図３に示されるように、ガス通路部材２１の下端部には、第２段差部２７が形成されている。第２段差部２７は、内部に連通孔２５の一部を有しており、内径１４ｍｍ、外径１８ｍｍの略円筒状をなしている。また、第２段差部２７の先端部は、基端側から先端側に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成されている。そして、第２段差部２７は、上側エンドプレート１２の収容部１８に収容されている。なお、第２段差部２７の基端から先端までの距離Ｌ２（図３参照）は、収容部１８の底面に接触しない範囲内で可能な限り大きく設定されており、本実施形態では５ｍｍに設定されている。また、第２段差部２７の先端面と収容部１８の底面との隙間は、本実施形態において０．５ｍｍに設定されている。
【００３７】
また、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１との間には、マイカシートによって形成された絶縁スペーサ３１が配置されている。絶縁スペーサ３１は、外径２４ｍｍ×内径１８ｍｍ×厚さ３ｍｍの円環状をなしている。即ち、絶縁スペーサ３１の外径は本体部２２の外径と同一に設定され、絶縁スペーサ３１の内径は第２段差部２７の外径と同一に設定されている。絶縁スペーサ３１の厚さは、第１段差部１６の基端から先端までの距離Ｌ１（本実施形態では２ｍｍ、図３参照）よりも大きく設定されている。よって、絶縁スペーサ３１は、上側エンドプレート１２の端面１５から突出するようになる。また、絶縁スペーサ３１の厚さは、第２段差部２７の基端から先端までの距離Ｌ２（５ｍｍ）よりも小さく設定されている。さらに、絶縁スペーサ３１の厚さは、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１との間の積層方向における最短距離が０よりも大きくなるように設定されている。つまり、絶縁スペーサ３１は、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とを離間させることにより、両者を電気的に絶縁する機能を有している。
【００３８】
図３に示されるように、絶縁スペーサ３１は、第１端面３２、第２端面３３、第１端面３２及び第２端面３３に接続される外側面３４を有している。第１端面３２は、上側エンドプレート１２の上端部、具体的には、第１段差部１６によって形成された凹部の底面に接触するようになっている。また、第２端面３３は、ガス通路部材２１の下端面に接触するようになっている。さらに、外側面３４は、上側エンドプレート１２の第１段差部１６が有する側面１７に接触するようになっている。また、絶縁スペーサ３１は、同絶縁スペーサ３１を厚さ方向に貫通する断面円形状の貫通孔３５を有している。貫通孔３５内には、内部に連通孔２５の一部を有する第２段差部２７が挿入されている。よって、貫通孔３５は、ガス流路１４及びガス通路２４（連通孔２５）を連通させる機能を有している。そして、ガス流路１４、連通孔２５及び貫通孔３５は、同一軸線上に配置されるようになっている。また、貫通孔３５の内周面は、第２段差部２７が有する側面２８に接触するようになっている。
【００３９】
図１〜図３に示されるように、ガス流路１４、連通孔２５及び貫通孔３５には、燃料電池スタック１０の貫通孔４０を挿通するボルト４１の上端部が挿通されるようになっている。よって、ボルト４１の外径は、ガス流路１４，連通孔２５及び貫通孔３５の内径よりも小さくなっており、本実施形態では１０ｍｍに設定されている。そして、ボルト４１においてガス通路部材２１の上端面から突出する部分には、ナット４２が螺着されている。
【００４０】
また、ガス通路部材２１とナット４２との間には、両者を互いに電気的に絶縁するための絶縁スペーサ４３が配置されている。絶縁スペーサ４３は、本体部２２の連通孔２５の上端側開口部に形成された凹部２９内に収容されている。絶縁スペーサ４３は、マイカシートによって形成されており、外径１６ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円環状をなしている。即ち、絶縁スペーサ４３の内径はボルト４１の外径と同一に設定されている。つまり、絶縁スペーサ４３は、同絶縁スペーサ４３を挿通するボルト４１の外周面に接触することにより、ボルト４１を位置決めする機能も有している。
【００４１】
例えば、燃料電池１を稼働温度に加熱した状態で、燃料供給経路７０から燃料室Ｓ１に燃料ガスを導入するとともに、空気供給経路から空気室Ｓ２に空気を導入する。詳述すると、燃料ガスは、図１において左側に位置するガス通路部材２１の分岐孔２６から連通孔２５に導入された後、燃料電池スタック１０の燃料供給経路７０に導入される。そして、燃料ガスは、燃料供給経路７０を通過して、各燃料電池セル１１の燃料室Ｓ１に供給される。また、空気は、空気導入用のガス通路部材２１の分岐孔２６から連通孔２５に導入された後、燃料電池スタック１０の空気供給経路に導入される。そして、空気は、空気供給経路を通過して、各燃料電池セル１１の空気室Ｓ２に供給される。その結果、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが固体電解質層５６を介して反応（発電反応）し、空気極層５５を正極、燃料極層５７を負極とする直流の電力が発生する。なお、本実施形態の燃料電池スタック１０は、燃料電池セル１１を複数積層して直列に接続しているため、空気極層５５に電気的に接続される上側エンドプレート１２が正極となり、燃料極層５７に電気的に接続される下側エンドプレート１３が負極となる。
【００４２】
その後、発電後の残余燃料ガスは、燃料排出経路８０を通過して、図１において右側に位置するガス通路部材２１の連通孔２５に導入され、分岐孔２６を介して外部に排出される。また、発電後の残余空気は、空気排出経路を通過して、空気排出用のガス通路部材２１の連通孔２５に導入され、分岐孔２６を介して外部に排出される。
【００４３】
次に、燃料電池１の製造方法を説明する。
【００４４】
まず、ステンレス板を打ち抜くことにより、コネクタプレート５１，６０、空気極フレーム５２、セパレータ５４及び燃料極フレーム５９を形成する。また、マイカシートを所定形状に形成することにより、絶縁フレーム５３，５８を形成する。具体的には、市販のマイカシート（マイカと成形用樹脂との複合体からなるシート）を他の部材（コネクタプレート５１，６０、空気極フレーム５２、セパレータ５４及び燃料極フレーム５９など）とほぼ同じ形状に形成する。なお、マイカシートに含まれている樹脂成分は、他の部材とともに積層された後に行われる熱処理によって蒸発する。さらに、マイカシートは、各燃料電池セル１１を積層方向にボルト締めした際に他の部材に挟まれることによって、各部材をシールするようになっている。
【００４５】
次に、燃料電池セル１１を、従来周知の手法に従って形成する。具体的には、燃料極層５７となるグリーンシート上に固体電解質層５６となるグリーンシートを積層し、焼成する。さらに、固体電解質層５６上に空気極層５５の形成材料を印刷した後、焼成する（この時点で、ＳＯＦＣの単セルが得られる）。なお、固体電解質層５６は、ロウ付けによってセパレータ５４に対して固定される。そして、コネクタプレート５１，６０、空気極フレーム５２、絶縁フレーム５３，５８、（ＳＯＦＣの単セルがロウ付けによって固定された）セパレータ５４及び燃料極フレーム５９などを積層して一体化する。その結果、燃料電池セル１１が形成される。
【００４６】
次に、各燃料電池セル１１を積層して一体化することにより、燃料電池スタック１０を形成する。次に、燃料電池スタック１０の上端に上側エンドプレート１２を積層するとともに、燃料電池スタック１０の下端に下側エンドプレート１３を積層する。さらに、上側エンドプレート１２の上端部に絶縁スペーサ３１及びガス通路部材２１を順番に積層する。そして、燃料電池スタック１０の四隅にある４つの貫通孔４０、及び、上側エンドプレート１２の四隅にある４つの上側ボルト孔（図示略）、及び、下側エンドプレート１３の四隅にある４つの下側ボルト孔（図示略）にボルト（図示略）を挿通させ、下側エンドプレート１３の下面から突出するボルトの下端部分にナット図（図示略）を螺着させる。また、残り４つの貫通孔４０、上側エンドプレート１２にある４つのガス流路１４、４つのガス通路部材２１にある連通孔２５、及び、下側エンドプレート１３にある４つのガス流路（図示略）にボルト４１を挿通させる。そして、ガス通路部材２１の上端面から突出するボルト４１の上端部分、及び、下側エンドプレート１３の下面から突出するボルト４１の下端部分にナット４２を螺着させる。その結果、燃料電池スタック１０、エンドプレート１２，１３、絶縁スペーサ３１及びガス通路部材２１が固定され、燃料電池１が完成する。
【００４７】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４８】
（１）本実施形態の燃料電池１では、絶縁スペーサ３１の外側面３４に対して上側エンドプレート１２に形成された第１段差部１６の側面１７が接触することにより、絶縁スペーサ３１が上側エンドプレート１２に対して位置決めされる。また、貫通孔３５の内周面に対してガス通路部材２１に形成された第２段差部２７の側面２８が接触することにより、絶縁スペーサ３１がガス通路部材２１に対して位置決めされる。以上のことから、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とが絶縁スペーサ３１を介して確実に位置決めされ、ガス流路１４の中心軸と連通孔２５の中心軸との間のズレが防止されるため、ガス流路１４及びガス通路２４を通過する燃料ガス及び空気の流れを安定させることができる。しかも、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とが絶縁スペーサ３１を介して位置決めされることにより、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とが離間した状態に維持されるため、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とが確実に絶縁される。以上のことから、高い信頼性を有する燃料電池１を得ることができる。
【００４９】
（２）本実施形態では、ガス流路１４及びガス通路２４を通過する燃料ガス及び空気の流れが安定するのに伴い、燃料電池スタック１０内の貫通孔４０を通過する燃料ガス及び空気の流れも安定するため、各段の燃料電池セル１１に対して燃料ガスや空気が均一に分配される。その結果、各段の燃料電池セル１１ごとの発電バラツキが少なくなり、燃料電池スタック１０の長寿命化が図られる。
【００５０】
（３）本実施形態の上側エンドプレート１２は、絶縁スペーサ３１の第１端面３２に接触するだけでなく、絶縁スペーサ３１の外側面３４にも接触するため、上側エンドプレート１２と絶縁スペーサ３１との接触面積が大きくなる。よって、上側エンドプレート１２と絶縁スペーサ３１とのシール性が向上する。同様に、本実施形態のガス通路部材２１は、絶縁スペーサ３１の第２端面３３に接触するだけでなく、貫通孔３５の内周面にも接触するため、ガス通路部材２１と絶縁スペーサ３１との接触面積が大きくなる。よって、ガス通路部材２１と絶縁スペーサ３１とのシール性が向上する。
【００５１】
（４）本実施形態では、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とが絶縁スペーサ３１によって互いに電気的に絶縁されるのに加えて、ガス通路部材２１とナット４２（及びボルト４１）とが絶縁スペーサ４３によって互いに電気的に絶縁されるようになっている。その結果、燃料電池スタック１０とガス通路部材２１との間のショートや漏電が防止できるのに加えて、ガス通路部材２１とナット４２（及びボルト４１）との間のショートや漏電も防止することができる。以上のことから、よりいっそう高い信頼性を有する燃料電池１を得ることができる。
【００５２】
（５）本実施形態では、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とを絶縁する機能と、上側エンドプレート１２とガス通路部材２１とを位置決めする機能とを、１つの部品（絶縁スペーサ３１）に持たせている。つまり、絶縁機能を有する部品と位置決め機能を有する部品とを別々に準備しなくても済むため、燃料電池１の製造コストを低減させることができる。同様に、本実施形態では、ガス通路部材２１とナット４２（及びボルト４１）とを絶縁する機能と、ガス通路部材２１とボルト４１とを位置決めする機能とを、１つの部品（絶縁スペーサ４３）に持たせている。この場合も、絶縁機能を有する部品と位置決め機能を有する部品とを別々に準備しなくても済むため、燃料電池１の製造コストを低減させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００５４】
上記実施形態の燃料電池１では、絶縁スペーサ３１の第１端面３２に接触する上側エンドプレート１２の端部に、絶縁スペーサ３１の外側面３４に接触する側面１７を有する第１段差部１６が形成され、絶縁スペーサ３１の第２端面３３に接触するガス通路部材２１の端部に、絶縁スペーサ３１の貫通孔３５の内周面に接触する側面２８を有する第２段差部２７が形成されていた。
【００５５】
しかし、図４に示されるように、絶縁スペーサ１３１の第１端面１３２に接触する上側エンドプレート１１２の端部に、絶縁スペーサ１３１の外側面１３４に接触する側面１１７を有する第１段差部１１６が形成され、絶縁スペーサ１３１の第２端面１３３に接触するガス通路部材１２１の端部に、絶縁スペーサ１３１の外側面１３４に接触する側面１２８を有する第２段差部１２７が形成された燃料電池２であってもよい。
【００５６】
また、図５に示されるように、絶縁スペーサ２３１の第１端面２３２に接触する上側エンドプレート２１２の端部に、絶縁スペーサ２３１の貫通孔２３５の内周面に接触する側面２１７を有する第１段差部２１６が形成され、絶縁スペーサ２３１の第２端面２３３に接触するガス通路部材２２１の端部に、貫通孔２３５の内周面に接触する側面２２８を有する第２段差部２２７が形成された燃料電池３であってもよい。
【００５７】
さらに、絶縁スペーサ３１の第１端面３２に接触する上側エンドプレート１２の端部に、絶縁スペーサ３１の貫通孔３５の内周面に接触する側面を有する第１段差部が形成され、第２端面３３に接触するガス通路部材２１の端部に、絶縁スペーサ３１の外側面３４に接触する側面を有する第２段差部が形成された燃料電池であってもよい。
【００５８】
上記実施形態の燃料電池１では、ガス通路部材２１に形成された第２段差部２７の先端面と上側エンドプレート１２に形成された収容部１８の底面との隙間が、極めて狭く（０．５ｍｍ）に設定されていた。しかし、図６の燃料電池４に示されるように、第２段差部３２７の先端部と収容部３１８の底面との隙間を広く設定してもよい。なお、第２段差部３２７の基端から先端までの距離Ｌ３は、絶縁スペーサ３３１の厚さよりも大きく設定されていてもよいし、絶縁スペーサ３３１の厚さ以下に設定されていてもよいが、絶縁スペーサ３３１の厚さよりも大きく設定されることが好ましい。このようにすれば、ガス流路３１４とガス通路３２４との接続部分を流れるガス（燃料ガスまたは空気）が絶縁スペーサ３３１に接触しにくくなるため、ガスに晒されることによる絶縁スペーサ３３１の破損を防止しやすくなる。
【００５９】
また、図６に示されるように、第２段差部３２７の先端部は、基端側から先端側に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成されていたが、第２段差部３２７の先端部は必ずしもテーパ状に形成されていなくてもよい。
【００６０】
上記実施形態では、燃料電池スタック１０の上方及び下方に突出するボルト４１の両端部分にナット４２を螺着させることにより、燃料電池スタック１０、エンドプレート１２，１３、絶縁スペーサ３１及びガス通路部材２１を固定していた。しかし、上側エンドプレート１２側（または下側エンドプレート１３側）から貫通孔４０に対して頭部を有するボルトを挿通させ、燃料電池スタック１０の下方（または上方）に突出するボルトの下端部分（または上端部分）にナットを螺着させるようにしてもよい。さらに、図７の燃料電池５に示されるように、本体部５２１の下端部分に、同本体部５２１の径方向外側に延びる張出部５０１を形成し、張出部５０１及び絶縁スペーサ５３１にボルト５４１を挿通させ、挿通したボルト５４１の先端部分を上側エンドプレート５１２に螺着させるようにしてもよい。
【００６１】
上記実施形態の絶縁スペーサ３１は、断面円形状の貫通孔３５を有し、全体として円環状をなしていた。しかし、絶縁スペーサの形状は適宜変更されていてもよい。例えば、図８に示されるように、断面円形状の貫通孔６３５を有し、全体として略矩形状をなす絶縁スペーサ６３１であってもよい。
【００６２】
図９の燃料電池７に示されるように、上側エンドプレート７１２の端面７１５において開口する収容凹部７０１を設け、収容凹部７０１に円筒状をなすエンドプレート接続部品７０２を挿入してもよい。そして、収容凹部７０１からのエンドプレート接続部品７０２の突出部分の外周面を、絶縁スペーサ７３１の貫通孔７３５の内周面に接触させるようにしてもよい。なお、エンドプレート接続部品７０２の突出部分は第１段差部として機能し、突出部分の外周面は第１段差部の側面として機能するようになる。このようにすれば、既存の上側エンドプレートを利用して第１段差部の構造を成立させることができ、上側エンドプレートの端面上に突出部分を形成するなどの工程が不要になるため、燃料電池７の製造コストを低減させることができる。
【００６３】
上記実施形態では、上側エンドプレート１２の端面１５上にガス通路部材２１が設置されていたが、下側エンドプレート１３の端面（下端面）上にガス通路部材２１を設置するようにしてもよい。また、上側エンドプレート１２の端面１５上及び下側エンドプレート１３の端面上の両方に、ガス通路部材２１を設置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１，２，３，４，５，７…燃料電池
１０…燃料電池スタック
１１…燃料電池セル
１２，１１２，２１２，５１２，７１２…エンドプレートとしての上側エンドプレート
１３…エンドプレートとしての下側エンドプレート
１４，３１４…ガス流路
１５，７１５…エンドプレートの端面
１６，１１６，２１６…第１段差部
１７，１１７，２１７…第１段差部の側面
１８，３１８…収容部
２１，１２１，２２１…ガス通路部材
２４，３２４…ガス通路
２７，１２７，２２７，３２７…第２段差部
２８，１２８，２２８…第２段差部の側面
３１，１３１，２３１，３３１，５３１，６３１，７３１…絶縁スペーサ
３２，１３２，２３２…第１端面
３３，１３３，２３３…第２端面
３４，１３４…外側面
３５，２３５，６３５，７３５…貫通孔
５５…電極層としての空気極層
５６…電解質層としての固体電解質層
５７…電極層としての燃料極層
Ｂ１…ガス流路の内径
Ｂ２…ガス通路の内径
Ｌ２，Ｌ３…第２段差部の基端から先端までの距離
【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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