(57)【要約】 【課題】  各発電セルに対して均等にガスを供給でき、各発電セルが常に安定した発電特性を呈することのできる好ましいマニホールド構造を提供する。【解決手段】  発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールド１５、１６を備えている。前記マニホールド１５、１６は、周壁にガス供給孔２５を設けた単管構造とされており、且つ、管１８内の長手方向に多数のガス導入孔２４を形成したガス分散板２３が配設されている。管１８内が前記ガスが導入されるガス導入空間２６と導入ガスが前記ガス供給孔２５を通して分配されるガス分配空間２７とに区画されている。【選択図】    図１
2006032328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、
前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた単管構造とされており、且つ、管内の長手方向に多数のガス導入孔を形成したガス分散板が配設されて、管内がガスが導入されるガス導入空間と導入されたガスが前記ガス供給孔を通して分配されるガス分配空間とに区画されていることを特徴とする平板積層型の燃料電池。
【請求項２】
前記ガス導入空間に、先端部が前記ガス分散板に対向するようにガス導入ノズルが配設されており、且つ、当該ノズルの少なくとも周壁に複数の噴口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平板積層型の燃料電池。
【請求項３】
発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、
前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた外管と、当該外管内に配置されてガスが導入されるガス導入空間となる内管とによる二重構造とされており、且つ、前記内管の周壁に多数のガス導入孔が穿設されていることを特徴とする平板積層型燃料電池。
【請求項４】
前記ガス導入孔の位置と前記ガス供給孔の位置が積層方向および／または積層方向と垂直な方向においてズレを有していることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス導入孔の穿設数は２つ以上とし、各々ガス導入孔の断面積は等しく、それぞれが長手方向に等間隔に配列されており、且つ、各々ガス導入孔を流れるガス流速は、前記ガス導入空間を流れるガス流速より大きいことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス導入孔の断面積が、ガス流の下流に進むに連れて大きく形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板積層型燃料電池のマニホールドに関し、詳しくは、各セパレータに対して均等にガスを供給するためのマニホールドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物イオン伝導体からなる固体電解質層を空気極層（酸化剤極層）と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ固体酸化物形燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池として開発が進んでいる。固体酸化物形燃料電池では、空気極側に酸素（空気）が、燃料極側には燃料ガス（Ｈ2 、ＣＯ等）が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体電解質との界面に到達することができるように、いずれも多孔質とされている。
【０００３】
空気極側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 等）を生じ、燃料極に電子を放出する。
【０００４】
燃料に水素を用いた場合の電極反応は次のようになる。
空気極：  １／２  Ｏ2 ＋          ２ｅ-   →  Ｏ2-
燃料極：          Ｈ2 ＋          Ｏ2-   →  Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- 
全体  ：          Ｈ2 ＋  １／２  Ｏ2    →  Ｈ2 Ｏ
【０００５】
固体電解質層は、酸化物イオンの移動媒体であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないための隔壁としても機能するため、ガス不透過性の緻密な構造となっている。この固体電解質層は、酸化物イオン伝導性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の還元性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に強い材料から構成する必要があり、かかる要件を満たす材料として、イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が一般的に使用されている。
【０００６】
一方、電極である空気極（カソード）層と燃料極（アノード）層はいずれも電子伝導性の高い材料から構成する必要がある。空気極材料は、７００℃前後の高温の酸化性雰囲気中で化学的に安定でなければならないため、金属は不適当であり、電子伝導性を持つペロブスカイト型酸化物材料、具体的にはＬａＭｎＯ3 もしくはＬａＣｏＯ3 、または、これらのＬａの一部をＳｒ、Ｃａ等に置換した固溶体が一般に使用されている。また、燃料極材料は、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属、或いはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺなどのサーメットが一般的である。
【０００７】
固体酸化物形燃料電池には、１０００℃前後の高温で作動させる高温作動型のものと、７００℃前後の低温で作動させる低温作動型のものとがある。低温作動型の固体酸化物形燃料電池は、例えば電解質であるイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の厚さを１０μｍ程度まで薄膜化して電解質の抵抗を低くし、低温でも燃料電池として発電するように改良された発電セルを使用する。
【０００８】
高温の固体酸化物形燃料電池では、セパレータには、例えばランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3 ）等の電子伝導性を有するセラミックスが用いられるが、低温作動型の固体酸化物形燃料電池では、ステンレス等の金属材料を使用することができる。
【０００９】
また、固体酸化物形燃料電池の構造には、円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案されている。それらの構造のうち、低温作動型の固体酸化物形燃料電池には、金属のセパレータを使用できることから、金属のセパレータに形状付与しやすい平板積層型の構造が適している。
【００１０】
平板積層型の固体酸化物形燃料電池のスタックは、発電セル、集電体、セパレータを交互に積層した構造を持つ。一対のセパレータが発電セルを両面から挟んで、一方は空気極集電体を介して空気極と、他方は燃料極集電体を介して燃料極と接している。燃料集電体には、Ｎｉ基合金等のスポンジ状の多孔質体を使用することができ、空気極集電体には、Ａｇ基合金等の同じくスポンジ状の多孔質体を使用することができる。スポンジ状の多孔質体は、集電機能、ガス透過機能、均一ガス拡散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね備えるので、多機能の集電体材料として適している。
【００１１】
セパレータは、発電セル間を電気接続すると共に、発電セルに対してガスを供給する機能を有するもので、燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパレータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料通路と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤通路を備えている。
【００１２】
また、燃料電池スタックの側方には、各セパレータの燃料ガス通路に接続管を通して燃料ガスを供給する燃料用マニホールドと、各セパレータの酸化剤ガス通路に接続管を通して酸化剤ガス（空気）を供給する酸化剤用マニホールドとが、発電セルの積層方向に延在して設けられている。
【００１３】
通常、上記した燃料用マニホールドや酸化剤用マニホールドは、各セパレータより引き出した多数の接続管を管壁に接続した細長の単管構造（一重管構造）とされており、ガス入口より導入された反応用のガスをこれら接続管を介してマニホールドの内部空間から各セパレータに供給するようになっている。
このようなガス供給機構を外部マニホールドと言い、これ以外に、燃料電池スタック内にマニホールド機構を設け、接続管に依らず直接セパレータにガスを供給する内部マニホールドも知られている。
【００１４】
ところが、上記したマニホールド構造の場合、同一管内においても、マニホールドのガス入口に近い接続管とガス入口から遠い接続管とでガスの流れる条件（ガス圧）に差が生じるため、セパレータへのガス供給量が均等にならず発電性能にばらつきが生じるという問題があった。
係る問題を回避するため、従来より各発電セルへのガス供給量を均等化するための提案が成されており、例えば、特許文献１〜特許文献３が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２９３３１８号公報
【特許文献２】特開２０００−５８０８７号公報
【特許文献３】特開２００２−３５８９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、現状ではマニホールド内のガス流に十分な均等性を得るのは難しく、且つ、そのためのガス整流機構も複雑化し、コストアップの要因となっていた。このため、各発電セルに対して均等にガスを供給できるより好ましい整流機構を備えたマニホールドの出現が望まれている。
【００１６】
本発明は、このような要求に鑑みて成されたもので、各発電セルに対して均等にガスを供給でき、各発電セルが常に安定した発電特性を呈することのできる好ましいマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた単管構造とされており、且つ、管内の長手方向に多数のガス導入孔を形成したガス分散板が配設されて、管内がガスが導入されるガス導入空間と導入されたガスが前記ガス供給孔を通して分配されるガス分配空間とに区画されていることを特徴としている。
【００１８】
本構成では、ガス分散板により区画されたガス導入空間がガスの溜まり空間として機能するため、導入ガスはガス分散板のガス導入孔より均等なガス圧でガス分配空間内に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくできる。また、管体に対するガスの供給は、端部、或いは、中央部等の任意の位置で行うことができる。
【００１９】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入空間に、先端部が前記ガス分散板に対向するようにガス導入用のノズルが配設されており、且つ、当該ノズルの少なくとも周壁に複数の噴口が形成されていることを特徴としている。
【００２０】
本構成では、ノズルの周壁よりガスを噴出することにより、噴出ガスは直接ガス分散板のガス導入孔を通過することが防止されてガス導入空間内に拡散されるようになる。これにより、ガス導入空間におけるガスの溜まり効果はさらに向上し、ガス分配空間内のガス圧はより一層均等化される。
【００２１】
また、請求項３に記載の本発明は、発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた外管と、当該外管内に配置されてガスが導入されるガス導入空間となる内管とによる二重構造とされており、且つ、前記内管の周壁に多数のガス導入孔が穿設されていることを特徴としている。
【００２２】
本構成では、内管の空間部がガスの溜まり空間として機能するため、導入ガスは内管のガス導入孔より均等なガス圧で外管内に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくできる。また、内管に対するガスの供給は、端部、或いは、中央部等の任意の位置で行うことができる。
【００２３】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入孔の位置と前記ガス供給孔の位置が積層方向および／または積層方向と垂直な方向においてズレを有していることを特徴としている。
【００２４】
本構成では、ガス導入孔とガス供給孔の間の空間においてもガスの溜まり効果が得られるため、ガス導入孔を通して導入されるガスがこの溜まり効果により当空間内に拡散されてガス圧が均等化される。これにより、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量をより一層均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくできる。
【００２５】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入孔の穿設数は２つ以上とし、各々ガス導入孔の断面積は等しく、それぞれが長手方向に等間隔に配列されており、且つ、各々ガス導入孔を流れるガス流速は、前記ガス導入空間を流れるガス流速より大きいことを特徴としている。
【００２６】
本構成では、ガス導入孔によるオリフィス効果が得られれば、孔数やその断面積は任意に設定しても良い。
【００２７】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入孔の断面積が、ガス流の下流に進むに連れて大きく形成されていることを特徴としている。
【００２８】
本構成では、ガス導入孔とガス供給孔の間の空間におけるガス圧を均等化でき、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量をより一層均等化することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、ガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、マニホールド内部にガス分散板や整流管によるガスの整流機構を設けることにより、マニホールドより各セパレータへ分配されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくし、燃料電池の発電特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
先ず、本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の全体構成を図８および図９を用いて説明する。図８は燃料電池の要部を示す分解断面図、図９は同要部の分解斜視図である。
図中、符号１は燃料電池スタックを示している。この燃料電池スタック１は、固体電解質層２の両面に燃料極層３と空気極層（酸化剤極層）４を配した発電セル５と、燃料極層３の外側の燃料極集電体６と、空気極層４の外側の空気極集電体（酸化剤極集電体）７と、各集電体６、７の外側のセパレータ８を順番に積層した構造を有する。
【００３２】
ここで、固体電解質層２は、イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層３は、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４は、ＬａＭｎＯ3 、ＬａＣｏＯ3 等で構成され、燃料極集電体６は、Ｎｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体７は、Ａｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ８は、ステンレス等で構成されている。
【００３３】
セパレータ８は、発電セル５間を電気接続すると共に、発電セル５に対してガスを供給する機能を有するもので、その内部に、燃料ガスをセパレータ８の外周面から導入してセパレータ８の燃料極集電体６に対向する面のほぼ中央部から吐出させる燃料ガス通路１１と、酸化剤ガスをセパレータ８の外周面から導入してセパレータ８の空気極集電体７に対向する面から吐出させる酸化剤ガス通路１２を有している。但し、両端のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、ガス通路１１、１２の何れか一方のみを有する。
【００３４】
また  この燃料電池スタック１の側方には、図８に示すように、各セパレータ８の燃料ガス通路１１に接続管１３を通して燃料ガスを供給する燃料用マニホールド１５と、各セパレータ８の酸化剤ガス通路１２に接続管１４を通して酸化剤ガス（空気）を供給する酸化剤用マニホールド１６とが、発電セル５の積層方向に延在して設けられている。
【００３５】
ところで、本発明に係る燃料用マニホールドおよび酸化剤用マニホールドは、単管のみで成る従来のマニホールドと相違し、管内に導入されたガスの整流機構を備えている。
【００３６】
以下、図１〜図３を用いて外部マニホールドの実施形態の詳細を説明する。尚、燃料用マニホールド１５と酸化剤用マニホールド１６は何れも同じ構造であり、ただ管内に導入される反応用のガスが、燃料ガスと酸化剤ガス（空気）とで相違しているだけである。
【００３７】
図１は本発明による外部マニホールド構造の第１実施形態を示している。
図１に示すマニホールド１５、１６は両端部が閉止され、且つ、周壁に多数のガス供給孔２５を設けた四角柱状の単管１８で構成され、これらガス供給孔２５の各々にセパレータに通じる接続管１３（１４）が接続されている。
【００３８】
係る構造は従来の外部マニホールドと同様であるが、本実施形態の場合は、管内のほぼ中央に多数のガス導入孔２４を穿設した金属製のガス分散板２３が長手方向に配設されて、管内が外部のガスが導入されるガス導入空間２６と、導入されたガスがガス供給孔２５より接続管１３（１４）を通して各セパレータ８に分配・供給されるガス分配空間２７とに区画されている。
尚、ガス導入孔２４は孔径１ｍｍ程度の微細孔であって、細長矩形状を成すガス分散板２３のほぼ中央に所定の間隔を持って縦一列状態に穿設されており、本実施形態では、当ガス導入孔２４の穿設数は、管体１８のガス供給孔２５、即ち、接続管１３（１４）の配設数と対応して同数としているが、孔数や孔径、或いは管内におけるガス分散板２３の配設位置等は、これに限るものではなく、ガス分散板２３を境としてガス導入孔２４の上流側と下流側で圧差（オリフィス効果）が生じ得れば、任意に設定して構わない。
【００３９】
そして、ガス導入空間２６においては、ガス分散板２３と対面する管体側壁の長手方向ほぼ中央に、外部からのガスが供給されるガス供給管２０が接続され、管１８内において、その先端面２１ａがガス分散板２３に対向するように、管状のノズル２１が配設されている。そして、管内に突出したノズル２１の周壁２１ｂに４個の噴口２２がそれぞれ９０度の間隔を置いて形成されている。
当ノズル２１は、先端面２１ａに噴口２２を設けていなが、ノズル２１の先端面２１ａにも噴口２２を設ける場合は、周壁２１ｂの噴口２２より孔径を小さくするのが好ましい。これは、ガス分散板２３に対して噴出するガス量を少なくするためである。
【００４０】
一方、ガス分配空間２７においては、ガス分散板２３と対向する管体１８の側壁に設けたガス供給孔２５に接続管１３（１４）が接続されている。ガス分散板２３のガス導入孔２４の位置とガス供給孔２５の位置関係においては、図２（ａ）に示すように、両者は縦方向では一致しているが、図２（ｂ）に示すように、横方向においてズレを有している。
【００４１】
そして、上記構成のマニホールド１５（１６）では、ガス分散板２３を設けることにより管内のガス導入空間２６がガスの溜まり空間として機能し、ノズル２１より噴出したガスは、一旦、ガス導入空間２６に溜って昇圧され、ガス分散板２３のガス導入孔２４よりほぼ均等なガス圧にてガス分配空間２７内に導入されるようになる。この際、各々のガス導入孔２４を通過するガスの流速はガス導入空間２６を流れるガスの流速より大きくなっており、上述のオリフィス効果が得られている。これにより、各接続管１３（１４）より各セパレータ８へ供給されるガス供給量が均等化され、結果、各発電セル５の特性の不均一を少なくして燃料電池の総合的な発電特性を向上することができる。
【００４２】
また、外部よりマニホールド１５、（１６）へガスを供給する場合、ノズル２１の周壁２１ｂよりガス導入空間２６内の上下左右方向にガスを噴出することにより、噴出ガスが直接ガス分散板２３のガス導入孔２４を通過することが防止されてガス導入空間２６内に拡散されるようになる。これによって、ガス導入空間２６におけるガスの溜まり効果はさらに向上し、ガス分配空間２７内のガス圧はより一層均等化されることになる。
【００４３】
さらに、ガス導入孔２４とガス供給孔２５の位置をずらすことにより、ガス導入孔２４からのガスが直接接続管１３（１４）に達するのが防止されるため、ガス分配空間２７においてもガス導入空間２６と同様のガスの溜まり効果が得られるようになり、ガス導入孔２４を通して導入されたガスは、図２（ｂ）の矢印のようにガス分配空間２７内に拡散するため、当空間内のガス圧が均等化されるようになる。これにより、ガス供給孔２５を通して各セパレータ８へ供給されるガス供給量はより一層均等化されるため、各発電セル５の特性の不均一を少なくできる。
【００４４】
次に、図３は外部マニホールド構造の第２実施形態を示している。
図３に示すように、本実施形態のマニホールド１５（１６）は、両端が閉止されて周壁に多数のガス供給孔３０を設けた四角柱状の外管１９と、この外管１９内のほぼ中央部において長手方向に配設されて、周壁に多数のガス導入孔２９が穿設された内管２８（整流管２８）の二重構造とされている。整流管２８の上端は外管１９の上端部においてガス供給管２０に接続されていると共に、下端部は閉止されている。外管１９の各ガス供給孔３０には、各々接続管１３（１４）が接続されている。
【００４５】
ガス導入孔２９は、図４に示すように、接続管１３（１４）側を除く整流管２８の周方向の３箇所に各々９０度の間隔を置いて穿設されており、且つ、これらが所定の間隔を持って長手方向に連続的に穿設されており、本実施形態の場合、その穿設数はガス供給孔３０、即ち、接続管１３（１４）の配設数と対応している。
【００４６】
そして、本構成では、外部ガスが導入される整流管２８の内部空間（すなわち、上述のガス導入空間）がガスの溜まり空間として機能し、この溜まり空間で昇圧されたガスは、各ガス導入孔２９より均等なガス圧で外管１９内に導入されるようになる。この際、各々のガス導入孔２９を通過するガスの流速は整流管２８内を流れるガスの流速より大きくなっており、本構成においても上述のオリフィス効果が得られている。これにより、接続管１３（１４）を通して各セパレータ８へ供給されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セル５の特性の不均一を少なくして燃料電池の発電特性を向上することができる。
【００４７】
また、各マニホールド１５（１６）に導入されたガスを整流管２８の周壁より接続管側を除く３方向に噴出させることにより、ガス導入孔２９からの噴出ガスが直接接続管１３（１４）に供給されることが防止されて外管１９内の全体に拡散されるようになるため、外管１９内においてもガスの溜まり効果が得られ、外管１９内のガス圧はより一層均等化されることになる。
【００４８】
以上説明した、第１、第２実施形態によるマニホールド構造において、図１のガス分散板２３や図３の整流管２８に穿設したガス導入孔２４、２９は全て同径としたが、ガス流の下流に進むに連れて孔径を小さく形成することも勿論可能である。こうすることにより、ガス導入孔２４（２９）とガス供給孔２５（３０）の間の空間におけるガス圧はより均等化されるようになり、ガス供給孔２５、３０を通して各セパレータ８へ供給されるガス供給量をより一層均等化することができる。
【００４９】
また、各マニホールド１５（１６）へのガスの導入は、管体の中央部、片端部、或いは、両端等の任意の位置で行うことが可能であるが、中央部からのガス導入は端部導入に比べてガスの整流が良好に行えるため好ましい。加えて、ガスの整流効果が良好であれば、ガス導入孔２４、２９の加工精度をラフにできるというメリットも有する。
【００５０】
次に、上記した第１実施形態を内部マニホールドタイプの燃料電池スタック１に適用した本発明の第３実施形態を図５を用いて説明する。
【００５１】
図５に示すように、セパレータ８の外周部に一対の枠状部３１、３１が相対向するように外方向に突設されている。これら枠状部３１、３１は矩形状を成し、各々枠内の中央部分に縦向のスリット３３（ガス導入孔３３）を設けた仕切３２が配設されていて、この仕切３２により枠内が外部のガスが導入されるガス導入空間３６と導入されたガスをセパレータ８のガス通路１１（１２）に供給するガス分配空間３７とに区画されている。
【００５２】
枠内のガス分配空間３７は、セパレータ８の外周面において、枠状部３１に設けたガス供給孔３４を介して燃料ガス通路１１（または、酸化剤ガス通路１２）と連通している。この場合、枠状部３１のガス導入孔３３とガス供給孔３４の位置をセパレータ８の周方向にズレを持たせることが好ましい。
【００５３】
係る構造のセパレータ８を、間に発電セル５を挟んで多数積層することにより、周側部に四角柱状の単管４０で成る内部マニホールド１５、１６を備えた燃料電池スタック１を構成でき、この時、単管４０内には、積層された各枠状部３１の仕切３２によって発電セル５とセパレータ８の積層方向に連通するガス導入空間３６とガス分配空間３７が形成される。尚、積層の際には、隣接する上下枠状部３１の間に絶縁性の枠状ガスケット３５が介在される。
【００５４】
そして、上記構成のマニホールド１５、１６では、既述した実施形態と同様に、ガス導入空間３６がガスの溜まり空間として機能し、ガス導入空間３６に溜まったガスは仕切３２のガス導入孔３３より、ほぼ均等なガス圧にてガス分配空間３７内に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔３４を通して各セパレータ８のガス通路１１（１２）に供給されるガス供給量を均等化することができ、結果、各発電セル５の特性の不均一を少なくし、燃料電池の発電特性を向上することができる。
【００５５】
また、枠状部３１のガス導入孔３３とガス供給孔３４の対向位置をずらすことにより、ガス導入孔３３からのガスが直接ガス供給孔３４に達するのが防止され、ガス分配空間３７においてもガス導入空間３６と同様のガスの溜まり効果が得られるようになり、ガス導入孔３３を通して導入されたガスを当ガス分配空間３７内に均等に拡散することができるようになる。これにより、各ガス供給孔３４を通して各セパレータ８へ供給されるガス供給量をより一層均等化することができ、各発電セル５の特性の不均一を少なくできる。
【００５６】
次に、上記した第２実施形態を内部マニホールドに適用した第４実施形態の構成を図６に示す。
【００５７】
本構成は、外周部に矩形状の枠状部３１を対向配置したセパレータ８を、間に発電セル５と絶縁性の枠状ガスケット３５を挟んで多数積層することにより、セパレータ８の周側部に積層方向に連通する四角柱状の外管４１を構成し、この外管４１内のほぼ中央の長手方向に、周壁に多数のガス導入孔３９が穿設された内管３８（整流管３８）を配設した二重構造としたものである。
整流管３８のガス導入孔３９は、図７に示すように、セパレータ８側を除く整流管３８の周方向において３箇所に各々９０度の間隔を置いて穿設され、且つ、これらが所定の間隔を持って長手方向に連続的に穿設されている。尚、図示しないが、この整流管３８の上端部にガス供給管２０が接続されている。
【００５８】
そして、本構成では、外部のガスが導入される整流管３８の内部空間がガスの溜まり空間として機能し、導入されたガスは、この整流管３８のガス導入孔３９より均等なガス圧で外管４１側に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔３４より各セパレータ８の各ガス通路１１、１２に供給されるガス供給量を均等化することができ、各発電セル５の特性の不均一を少なくして燃料電池の発電特性を向上することができる。
【００５９】
また、各マニホールド１５、１６内へ導入されたガスを、整流管３８の周壁よりセパレータ８側を除く３方向に噴出させることにより、ガス導入孔３９からの噴出ガスが直接ガス供給孔３４に供給されることが防止されて外管４１内に均等に拡散されるようになるため、外管４１内においてもガスの溜まり効果が得られ、外管４１内のガス圧はより一層均等化されることになる。
【００６０】
上記した、第３、第４実施形態において、仕切３２のガス導入孔３３や、整流管３８のガス導入孔３９は各々全て同径としたが、ガス流の下流に進むに連れて孔径を小さく形成すると、ガス分配空間におけるガス圧の均等化が良好に行われるため、好ましい。
また、各マニホールド１５（１６）へのガスの導入は、管体の中央部、片端部、或いは、両端部等の任意の位置で行うことが可能であるが、中央部からのガス導入は端部の場合に比べてガスの整流効果が良好であり、好ましい。
【００６１】
以上、説明した第１〜第４実施形態では、マニホールド１５（１６）を構成する管体（単管１８、４０および外管１９、４１）を四角柱状としたが、この形状に限るものではなく、円柱状としても勿論構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のマニホールドの第１実施形態を示す斜視図。
【図２】（ａ）は図１の縦部分断面図、（ｂ）は図１の横断面図。
【図３】本発明のマニホールドの第２実施形態を示す斜視図。
【図４】図３の横断面図。
【図５】本発明のマニホールドの第３実施形態を示す燃料電池スタックの分解斜視図。
【図６】本発明のマニホールドの第３実施形態を示す燃料電池スタックの分解斜視図。
【図７】図６の要部断面図。
【図８】本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の要部を示す分解断面図。
【図９】同、要部の分解斜視図。
【符号の説明】
【００６３】
１  燃料電池スタック
５  発電セル
８  セパレータ
１１、１２  ガス通路（燃料ガス通路、酸化剤ガス通路）
１５、１６  マニホールド（燃料用マニホールド、酸化剤用マニホールド）
１８、４０  単管
１９、４１  外管
２１  ノズル
２１ｂ  周壁
２２  噴口
２３  ガス分散板
２４、３９  ガス導入孔
２５、３０、３４  ガス供給孔
２６、３６  ガス導入空間
２７、３７  ガス分配空間
２８  、３８  内管（整流管）
【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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