(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確実に維持することを可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、電解質・電極接合体２６とセパレータ２８とが交互に積層されるとともに、前記セパレータ２８は、第１〜第３プレート３０、３２及び３４を備える。一方のセパレータ２８の第１小径端部３８に設けられた第１円筒部３９は、他方のセパレータ２８の燃料ガス供給連通孔３６内に挿入されるとともに、前記第１円筒部３９がかしめ処理されることにより、前記一方のセパレータ２８と前記他方のセパレータ２８とには、所定の重合部である結合部位８９ａが一体的に形成される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが交互に積層される燃料電池であって、
前記セパレータは、互いに積層される第１及び第２部材を備え、
前記電解質・電極接合体を一方のセパレータと他方のセパレータとで挟持するとともに、
前記一方のセパレータの前記第１部材と前記他方のセパレータの前記第２部材とは、前記一方のセパレータと前記他方のセパレータとの所定の重合部を気密に保持するために、互いに塑性変形された結合部位を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記一方のセパレータの前記第１部材と前記他方のセパレータの前記第２部材とは、かしめ処理により前記結合部位を形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記一方のセパレータの前記第１部材と前記他方のセパレータの前記第２部材との間には、前記結合部位に対応して絶縁部材が介装されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１及び第２部材は、前記アノード電極に向かって燃料ガスを供給する燃料ガス通路と、
前記カソード電極に向かって酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路と、
を選択的に形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池において、前記第１部材は、単一のプレートで構成され、
前記プレートの一方の面には、前記燃料ガス通路を形成する第１突起部が設けられるとともに、
前記セパレータの他方の面には、前記酸化剤ガス通路を形成する第２突起部が設けられ、
前記第２部材は、前記プレートの一方の面又は他方の面に接合され、燃料ガス供給部から前記燃料ガス通路に連通する燃料ガス供給通路が形成される通路部材で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項４記載の燃料電池において、前記第１及び第２部材は、互いに積層される第１及び第２プレートで構成され、
前記第１及び第２プレート間には、前記燃料ガス通路及び前記酸化剤ガス通路が形成されるとともに、
前記燃料ガス通路は、前記セパレータの一方の面に向かう前記アノード電極に前記燃料ガスを供給し、前記酸化剤ガス通路は、前記セパレータの他方の面に向かう前記カソード電極に前記酸化剤ガスを供給することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項４記載の燃料電池において、前記セパレータは、互いに積層される第１及び第２プレートと、
前記第１及び第２プレート間に配設される第３プレートと、
を備え、
前記第１及び第２部材は、前記第１〜第３プレートの任意の２つで構成されるとともに、
前記第１プレートと前記アノード電極との間には、前記燃料ガス通路が形成され、且つ前記第２プレートと前記カソード電極との間には、前記酸化剤ガス通路が形成され、前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路とは、前記第３プレートにより仕切られることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが交互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及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（単セル）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、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】
この種の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化（Ｏ2-）され、酸素イオンが電解質を通ってアノード電極側に移動する。
【０００４】
アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）やＣＯが供給されているために、このアノード電極において、酸素イオン及び水素（又はＣＯ）が反応して水（又はＣＯ2）が生成される。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００５】
燃料電池スタックでは、例えば、電解質・電極接合体の積層方向に延在する燃料ガスマニホールドを設け、この燃料ガスマニホールドから各電解質・電極接合体のアノード電極に連なる燃料ガス供給通路に燃料ガスが供給されている。一方、各電解質・電極接合体のカソード電極には、同様に酸化剤ガス供給通路を介して酸化剤ガスが供給されている。このため、燃料ガス供給通路と酸化剤ガス供給通路とは、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合やガス漏れ等を阻止するために、シール部材を介して気密に遮断する必要がある。さらに、シール部材としては、電気絶縁性を有するとともに、高温での使用（作動温度が８００℃程度）に際して熱的に安定であることが望まれている。
【０００６】
そこで、特許文献１には、集電板あるいはセパレータ間に発電用セルを挟み、ガスシールを施して形成される平板型の固体電解質型燃料電池が開示されている。具体的には、図２５に示すように、発電用セル１が集電板（又はセパレータ）２ａ、２ｂに挟持されており、前記発電用セル１は、セラミック薄膜３の両面に正極４ａと負極４ｂとが設けられている。集電板２ａには、正極４ａに空気を供給する空気供給用溝５ａが形成されるとともに、集電板２ｂには、負極４ｂに燃料ガスを供給する燃料ガス供給用溝５ｂが形成されている。
【０００７】
集電板２ａ、２ｂの外端部に位置してガラス質の第１シール部材６ａが介装される一方、前記第１シール部材６ａの内方には、セラミック薄膜３の外端部と前記集電板２ｂとの間に位置してガラス質の第２シール部材６ｂが介装されている。第１及び第２シール部材６ａ、６ｂは、高温で溶融されるとともに、圧力Ｐが付与されることにより、ガスシールが形成されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−７９０２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１では、単電池毎に２個所のガスシールである第１及び第２シール部材６ａ、６ｂはガラス質であるため、運転中にガラス成分が飛散や揮発したり、起動停止を繰り返すことでガラス質にマイクロクラックが発生し、シール部材が劣化してしまう。これにより、経済的ではないという問題が指摘されるとともに、第１及び第２シール部材６ａ、６ｂを設けるスペースが拡大し、コンパクトに構成することができないという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確実に維持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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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・電極接合体とセパレータとが交互に積層される燃料電池である。そして、セパレータは、互いに積層される第１及び第２部材を備え、電解質・電極接合体を一方のセパレータと他方のセパレータとで挟持するとともに、前記一方のセパレータの前記第１部材と前記他方のセパレータの前記第２部材とは、前記一方のセパレータと前記他方のセパレータとの所定の重合部を気密に保持するために、互いに塑性変形された結合部位を備えている。
【００１２】
また、一方のセパレータの第１部材と他方のセパレータの第２部材とは、かしめ処理により結合部位を形成することが好ましい。さらに、一方のセパレータの第１部材と他方のセパレータの第２部材との間には、結合部位に対応して絶縁部材が介装されることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、第１及び第２部材は、アノード電極に向かって燃料ガスを供給する燃料ガス通路と、カソード電極に向かって酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路とを選択的に形成することが好ましい。
【００１４】
また、第１部材は、単一のプレートで構成され、前記プレートの一方の面には、燃料ガス通路を形成する第１突起部が設けられるとともに、セパレータの他方の面には、酸化剤ガス通路を形成する第２突起部が設けられ、第２部材は、前記プレートの一方の面又は他方の面に接合され、燃料ガス供給部から燃料ガス通路に連通する燃料ガス供給通路が形成される通路部材で構成されることが好ましい。
【００１５】
さらに、第１及び第２部材は、互いに積層される第１及び第２プレートで構成され、前記第１及び第２プレート間には、燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が形成されるとともに、前記燃料ガス通路は、セパレータの一方の面に向かうアノード電極に燃料ガスを供給し、前記酸化剤ガス通路は、前記セパレータの他方の面に向かうカソード電極に酸化剤ガスを供給することが好ましい。
【００１６】
さらにまた、セパレータは、互いに積層される第１及び第２プレートと、前記第１及び第２プレート間に配設される第３プレートとを備え、第１及び第２部材は、前記第１〜第３プレートの任意の２つで構成されるとともに、前記第１プレートと前記アノード電極との間には、燃料ガス通路が形成され、且つ前記第２プレートとカソード電極との間には、酸化剤ガス通路が形成され、前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路とは、第３プレートにより仕切られることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、一方のセパレータと他方のセパレータとは、第１及び第２部材が互いに塑性変形されることにより、所定の重合部を気密に保持することができる。このため、高温での絶縁性及びシール性を維持するためのガラス質シール部材が不要になる。これにより、シール部材の飛散や揮発を防止し、重合部位におけるシールの信頼性及び耐久性が良好に向上する。
【００１８】
しかも、所定の重合部には、シール性を高めるために荷重を付与する必要がない。従って、荷重によるセパレータの損傷（劣化）や電解質・電極接合体の損傷等を阻止することができる。また、重合部位には、余分な応力が発生することがなく、所望のシール性を維持するとともに、信頼性の向上が図られる。さらにまた、荷重を付与するための荷重機構が不要になり、燃料電池全体の軽量化及び熱容量の削減が容易に図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０が矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック１２の概略斜視説明図である。
【００２０】
燃料電池１０は、固体電解質型燃料電池であり、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池１０は、図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）２０の両面に、カソード電極２２及びアノード電極２４が設けられた電解質・電極接合体２６を備える。電解質・電極接合体２６は、円板状に形成される。
【００２１】
燃料電池１０は、一組のセパレータ２８間に電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ２８は、第１及び第２プレート３０、３２と、前記第１及び第２プレート３０、３２間に配設される第３プレート３４とを備える。第１〜第３プレート３０、３２及び３４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３４の両面に、前記第１プレート３０と前記第２プレート３２とが、例えば、ろう付けにより接合される。第１〜第３プレート３０、３２及び３４の任意の２つが第１及び第２部材を構成する。
【００２２】
図２に示すように、第１プレート３０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３６が形成される第１小径端部（第１部材に相当）３８を備える。第１小径端部３８には、燃料ガス供給連通孔３６を囲繞して矢印Ａ方向に突出するかしめ用第１円筒部３９が設けられる。この第１小径端部３８には、幅狭な橋架部４０を介して比較的大径な第１円板部４２が一体的に設けられる。第１円板部４２は、電解質・電極接合体２６のアノード電極２４と略同一寸法に設定されている。
【００２３】
第１円板部４２のアノード電極２４に接触する面には、多数の第１凸部４４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円板部４２の外周縁部には、略リング状凸部４６が設けられる。第１凸部４４及び略リング状凸部４６は、集電部を構成する。
【００２４】
第１円板部４２の中央には、アノード電極２４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、第１凸部４４は、略リング状凸部４６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。
【００２５】
第２プレート３２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５０が形成される第２小径端部（第２部材に相当）５２を備える。この第２小径端部５２には、幅狭な橋架部５４を介して比較的大径な第２円板部５６が一体的に設けられる。
【００２６】
第２円板部５６は、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２に接する面に、図４に示すように、複数の第２凸部５８が面内全面にわたって形成される。第２凸部５８は、集電部を構成する。第２円板部５６の中央部には、酸化剤ガスをカソード電極２２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６０が形成される。
【００２７】
第３プレート３４は、図２に示すように、燃料ガス供給連通孔３６が形成される第３小径端部（第２部材に相当）６２と、酸化剤ガス供給連通孔５０が形成される第４小径端部（第１部材に相当）６４とを備える。第４小径端部６４には、酸化剤ガス供給連通孔５０を囲繞して矢印Ａ方向に突出するかしめ用第２円筒部６５が設けられる。第３及び第４小径端部６２、６４は、幅狭な橋架部６６、６８を介して比較的大径な第３円板部７０と一体的に構成される。第３円板部７０は、第１及び第２円板部４２、５６と同一直径に設定される。
【００２８】
図２及び図５に示すように、第３プレート３４の第１プレート３０に向かう面において、第３小径端部６２には、燃料ガス供給連通孔３６に連通する凹部７４が形成される。
【００２９】
第３小径端部６２、橋架部６６及び第３円板部７０の外周縁部には、突起部７５ａが設けられることにより、燃料ガス供給連通孔３６から前記第３小径端部６２、前記橋架部６６及び前記第３円板部７０の面内には、後述するように燃料ガス通路７６が形成される。第３円板部７０の面内には、複数の第３凸部７８が形成される。
【００３０】
図６に示すように、第３プレート３４の第２プレート３２に接する面において、第４小径端部６４には、酸化剤ガス供給連通孔５０に連通する凹部８２が形成される。
【００３１】
第４小径端部６４、橋架部６８及び第３円板部７０の外周縁部には、突起部７５ｂが設けられることにより、酸化剤ガス供給連通孔５０から前記第４小径端部６４、前記橋架部６８及び前記第３円板部７０の面内には、後述するように酸化剤ガス通路８４が形成される。
【００３２】
第１プレート３０が第３プレート３４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３０、３４間には、燃料ガス供給連通孔３６に連通する燃料ガス通路７６が設けられる。第１プレート３０の橋架部４０と第３プレート３４の橋架部６６とが接合されて燃料ガス通路部材が構成されるとともに、この燃料ガス通路部材内には、燃料ガス通路７６を構成する燃料ガス分配通路７６ａが形成される（図７参照）。
【００３３】
燃料ガス通路７６は、第１及び第３円板部４２、７０間に該第１円板部４２を挟んでアノード電極２４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円板部４２を前記アノード電極２４に圧接可能な燃料ガス圧力室８６を構成する（図７及び図８参照）。
【００３４】
第２プレート３２が第３プレート３４にろう付けされることにより、第２及び第３プレート３２、３４間には、酸化剤ガス供給連通孔５０に連通する酸化剤ガス通路８４が形成される（図８参照）。第２プレート３２の橋架部５４と第３プレート３４の橋架部６８とが接合されて酸化剤ガス通路部材が構成されるとともに、この酸化剤ガス通路部材内には、酸化剤ガス通路８４を構成する酸化剤ガス分配通路８４ａが形成される。
【００３５】
この酸化剤ガス通路８４は、第２及び第３円板部５６、７０間に該第２円板部５６を挟んでカソード電極２２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円板部５６を前記カソード電極２２に圧接可能な酸化剤ガス圧力室８８を構成する（図７及び図８参照）。
【００３６】
図７に示すように、第３小径端部６２の両面には、燃料ガス供給連通孔３６を囲繞してリング状の絶縁部材８７ａ、８７ｂが設けられる。絶縁部材８７ａは、一方のセパレータ２８を構成する第１プレート３０の第１小径端部３８と、他方のセパレータ２８を構成する第３プレート３４の第３小径端部６２の下面との間に配設される。絶縁部材８７ｂは、第３小径端部６２の上面に配設されるとともに、第１円筒部３９がかしめ処理（後述する）されることにより、結合部位８９ａが形成される。結合部位８９ａは、絶縁部材８７ａ、８７ｂを介装して第３小径端部６２を気密に保持する。
【００３７】
図８に示すように、第２小径端部５２の両面には、酸化剤ガス供給連通孔５０を囲繞してリング状の絶縁部材８７ｃ、８７ｄが設けられる。絶縁部材８７ｃは、一方のセパレータ２８を構成する第３プレート３４の第４小径端部６４と、他方のセパレータ２８を構成する第２プレート３２の第２小径端部５２の下面との間に配設される。絶縁部材８７ｄは、第２小径端部５２の上面に配設されるとともに、第２円筒部６５がかしめ処理（後述する）されることにより、結合部位８９ｂが形成される。結合部位８９ｂは、絶縁部材８７ｃ、８７ｄを介装して第２小径端部５２を保持する。絶縁部材８７ａ〜８７ｄは、例えば、薄板状のマイカで構成される。
【００３８】
図１に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０の積層方向両端にエンドプレート９０ａ、９０ｂを配置する。エンドプレート９０ａもしくはエンドプレート９０ｂは、締付ボルト９８と電気的に絶縁される。エンドプレート９０ａには、燃料電池１０の燃料ガス供給連通孔３６に連通する第１配管９２と、酸化剤ガス供給連通孔５０に連通する第２配管９４とが接続される。
【００３９】
エンドプレート９０ａ、９０ｂには、燃料ガス供給連通孔３６の上下両側及び酸化剤ガス供給連通孔５０の上下両側にボルト孔９６が形成される。各ボルト孔９６に締付ボルト９８が挿入され、各締付ボルト９８の先端にナット９９が螺合することによって、燃料電池スタック１２が締め付け保持される。
【００４０】
このように構成される燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。
【００４１】
図２に示すように、燃料電池１０を組み付ける際には、先ず、セパレータ２８を構成する第１プレート３０が第３プレート３４の一方の面に接合されるとともに、第２プレート３２が前記第３プレート３４の他方の面に接合される。このため、セパレータ２８内には、第３プレート３４に仕切られて燃料ガス供給連通孔３６に連通する燃料ガス通路７６と、酸化剤ガス供給連通孔５０に連通する酸化剤ガス通路８４とが独立して形成される（図３、図７〜図９参照）。
【００４２】
次いで、セパレータ２８と電解質・電極接合体２６とが交互に積層されるとともに、一方のセパレータ２８と他方のセパレータ２８とは、互いに塑性変形されて結合部位８９ａ、８９ｂが形成される。具体的には、図１０に示すように、先ず、セパレータ２８ａ（一方のセパレータ２８）では、第３プレート３４の第３小径端部６２に、燃料ガス供給連通孔３６の周囲に位置して絶縁部材８７ｂが配置される。
【００４３】
上記のセパレータ２８ａには、図１１に示すように、セパレータ２８ｂ（他方のセパレータ２８）が積層される。このセパレータ２８ｂでは、第１プレート３０の第１小径端部３８に、燃料ガス供給連通孔３６の周囲に位置して絶縁部材８７ａが配置されるとともに、第３プレート３４の第３小径端部６２に、前記燃料ガス供給連通孔３６の周囲に位置して絶縁部材８７ｂが配置される。その際、セパレータ２８ｂの第１円筒部３９は、セパレータ２８ａの燃料ガス供給連通孔３６内に挿入される。
【００４４】
そこで、図１２に示すように、セパレータ２８ｂの第１円筒部３９と、セパレータ２８ａの第３小径端部６２とにかしめ処理が施され、結合部位８９ａが形成される。この結合部位８９ａでは、第３小径端部６２の両面に絶縁部材８７ａ、８７ｂを介装して第１小径端部３８が密着しており、セパレータ２８ａ、２８ｂ間が気密に保持される。すなわち、燃料ガス供給連通孔３６は、酸化剤ガス圧力室８８から気密に遮蔽されて燃料ガス分配通路７６ａにのみ連通することができる。
【００４５】
一方、結合部位８９ｂでは、図示しないが、上記の結合部位８９ａと同様に、第２円筒部６５にかしめ処理が施されることにより、第２小径端部５２の両面に絶縁部材８７ｃ、８７ｄを介装して第４小径端部６４が密着している。このため、酸化剤ガス供給連通孔５０は、燃料ガス圧力室８６から気密に遮蔽されて酸化剤ガス分配通路８４ａにのみ連通することができる。
【００４６】
上記のようにして、所定数のセパレータ２８ａ、２８ｂがかしめ処理されることにより、各燃料電池１０同士が連結される。そして、燃料電池１０の積層方向両端には、エンドプレート９０ａ、９０ｂが配置されるとともに、前記エンドプレート９０ａもしくは前記エンドプレート９０ｂは、締付ボルト９８と電気的に絶縁される。エンドプレート９０ａ、９０ｂの各ボルト孔９６には、締付ボルト９８が挿入され、前記締付ボルト９８の先端にナット９９が螺合することによって、燃料電池スタック１２が構成される（図１参照）。
【００４７】
このような構成において、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３６には、燃料ガス（例えば、都市ガスを改質した水素含有ガス）が供給されるとともに、前記エンドプレート９０ａに接続されている第２配管９４から酸化剤ガス供給連通孔５０には、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。
【００４８】
燃料ガス供給連通孔３６に供給された燃料ガスは、図７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１０を構成するセパレータ２８内の燃料ガス通路７６に供給される。燃料ガスは、燃料ガス通路７６に沿って第１及び第３円板部４２、７０間に形成された燃料ガス圧力室８６に導入される。このため、この燃料ガスは、燃料ガス圧力室８６に設けられている複数の第３凸部７８間を移動し、第１円板部４２の中央部に形成される燃料ガス導入口４８に導入される。
【００４９】
燃料ガス導入口４８は、各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の中心位置に対応して設けられている。従って、燃料ガスは、図９に示すように、燃料ガス導入口４８からアノード電極２４に供給され、このアノード電極２４内を中心部から外周部に向かって流動する。
【００５０】
一方、酸化剤ガス供給連通孔５０に供給される空気は、図８に示すように、セパレータ２８内の酸化剤ガス通路８４を移動し、第２及び第３円板部５６、７０間の酸化剤ガス圧力室８８に供給される。さらに、空気は、第２円板部５６の中心位置に設けられる酸化剤ガス導入口６０に導入される。
【００５１】
酸化剤ガス導入口６０は、各電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の中心位置に対応して設けられている。これにより、空気は、図９に示すように、酸化剤ガス導入口６０からカソード電極２２に供給され、このカソード電極２２の中心部から外周部に向かって流動する。
【００５２】
従って、各電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４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２２の中心部から外周部に向かって空気が供給され、発電が行われる。そして、発電に使用された燃料ガス及び空気は、排ガスとして第１〜第３円板部４２、５６及び７０の外周部から排気される。
【００５３】
この場合、第１の実施形態では、図７に示すように、一方のセパレータ２８と他方のセパレータ２８とには、第１円筒部３９がかしめ処理されることにより、所定の重合部である結合部位８９ａが一体的に形成される。この結合部位８９ａは、絶縁部材８７ａ、８７ｂを介装して第３小径端部６２を気密に保持する。同様に、図８に示すように、一方のセパレータ２８と他方のセパレータ２８とには、第２円筒部６５がかしめ処理されることにより、所定の重合部である結合部位８９ｂが一体的に形成される。この結合部位８９ｂは、絶縁部材８７ｃ、８７ｄを介装して第４小径端部を気密に保持する。
【００５４】
このため、結合部位８９ａ、８９ｂには、ガラスシール部材が不要になり、前記シール部材の劣化によるシール性の低下を惹起することがない。これにより、第１の実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。
【００５５】
さらに、耐熱性及び柔軟性を兼ね備えたガラス質のシール部材を用いる必要がない。従って、シール部材の飛散や揮発を防止し、結合部位８９ａ、８９ｂにおけるシールの信頼性及び耐久性が良好に向上するとともに、絶縁部材８７ａ〜８７ｄは、絶縁機能を有していればよく、材料の選択範囲が拡大して容易に耐熱性を向上させることができる。
【００５６】
しかも、結合部位８９ａ、８９ｂには、シール性を高めるために荷重を付与する必要がない。これにより、荷重によるセパレータ２８の損傷（劣化）や電解質・電極接合体２６の損傷等を阻止することが可能になる。また、結合部位８９ａ、８９ｂには、余分な応力が発生することがなく、所望のシール性を維持するとともに、信頼性の向上が図られる。さらにまた、荷重を付与するための荷重機構が不要になり、燃料電池スタック１２全体の軽量化及び熱容量の削減が容易に図られる。
【００５７】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１１０が、矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック１１２の概略斜視説明図であり、図１４は、前記燃料電池１１０の分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１００及び燃料電池スタック１０２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、以下に示す第３及び第４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。
【００５８】
燃料電池１１０は、図１４及び図１５に示すように、一組のセパレータ１１４間に４個の電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ１１４は、第１プレート１１６、一対の第２プレート１１８ａ、１１８ｂ及び第３プレート１２０を備える。第１〜第３プレート１１６、１１８ａ、１１８ｂ及び１２０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１２０の両面には、前記第１プレート１１６と前記第２プレート１１８ａ、１１８ｂとが、例えば、ろう付けにより接合される。
【００５９】
第１プレート１１６は、燃料ガス供給連通孔３６が形成される第１小径端部３８を備え、この第１小径端部３８には、幅狭な４つの橋架部４０ａを介して比較的大径な４つの第１円板部４２ａが一体的に設けられる。第１小径端部３８には、燃料ガス供給連通孔３６を囲繞して矢印Ａ方向に突出するかしめ用第１円筒部３９が設けられる。
【００６０】
第２プレート１１８ａ、１１８ｂは、それぞれ酸化剤ガス供給連通孔５０が形成される第２小径端部５２を備える。各第２小径端部５２には、幅狭なそれぞれ２つの橋架部５４ａ、５４ｂを介して比較的大径なそれぞれ２つの第２円板部５６ａ、５６ｂが一体的に設けられる。
【００６１】
第３プレート１２０は、燃料ガス供給連通孔３６が形成される第３小径端部６２と、それぞれ酸化剤ガス供給連通孔５０が形成される２つの第４小径端部６４とを備える。第３小径端部６２には、幅狭な４つの橋架部６６ａを介して比較的大径な４つの第３円板部７０ａが一体的に設けられる。
【００６２】
２つの第４小径端部６４には、それぞれ２つの幅狭な橋架部６８ａを介して４つの第３円板部７０ａが一体的に設けられる。各第４小径端部６４には、酸化剤ガス供給連通孔５０を囲繞して矢印Ａ方向に突出するかしめ用第２円筒部６５が設けられる。
【００６３】
各第３円板部７０ａには、燃料ガス通路７６が形成されるとともに、各燃料ガス通路７６は、それぞれ第１プレート１１６の各第１円板部４２ａを挟んでアノード電極２４の電極面を覆う燃料ガス圧力室８６を構成する。
【００６４】
図１３に示すように、燃料電池スタック１１２は、複数の燃料電池１１０の積層方向両端にそれぞれ４枚のエンドプレート１２２ａ、１２２ｂを配置する。燃料ガス供給連通孔３６に対応してプレート１２４が配設され、このプレート１２４には、前記燃料ガス供給連通孔３６に燃料ガスを供給するための管体１２６が接続される。各酸化剤ガス供給連通孔５０に対応して２枚のプレート１２８が配設されるとともに、各プレート１２８には、前記酸化剤ガス供給連通孔５０に空気を供給するための管体１３０が接続される。
【００６５】
このように構成される第２の実施形態では、管体１２６を介して燃料電池スタック１１２内の燃料ガス供給連通孔３６に燃料ガスが供給されるとともに、各管体１３０を介して前記燃料電池スタック１１２内の酸化剤ガス供給連通孔５０に空気が供給される。
【００６６】
燃料ガス供給連通孔３６に供給された燃料ガスは、図１５に示すように、積層方向に移動しながら、各燃料電池１１０を構成するセパレータ１１４内の４つの燃料ガス通路７６に供給される。燃料ガスは、各燃料ガス通路７６に沿って第１及び第３円板部４２ａ、７０ａ間に形成された各燃料ガス圧力室８６に導入され、それぞれの燃料ガス導入口４８から各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の中心位置に対応して供給される。
【００６７】
一方、２つの酸化剤ガス供給連通孔５０に供給された空気は、セパレータ１１４内の酸化剤ガス通路８４を移動し、第２及び第３円板部５６ａ、５６ｂと７０ａ、７０ａとの間に形成された酸化剤ガス圧力室８８に供給される。さらに、空気は、第２円板部５６ａ、５６ｂの中心位置に設けられる酸化剤ガス導入口６０から各電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の中心位置に対応して供給される。
【００６８】
この場合、一方のセパレータ１１４と他方のセパレータ１１４とは、第１の実施形態と同様に、第１及び第２円筒部３９、６５がかしめ処理されることにより、所定の重合部が形成される。このため、第２の実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確実に維持することが可能になるとともに、荷重によるセパレータ１１４の損傷（劣化）や電解質・電極接合体２６の損傷等を阻止できる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
図１６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。
【００７０】
燃料電池１４０は、図１７及び図１８に示すように、一対のセパレータ１４４間に複数、例えば、８個の電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ１４４は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等（第１部材）で構成される。セパレータ１４４は、中央部に燃料ガス供給連通孔３６を形成する第１小径端部１４６を有する。
【００７１】
第１小径端部１４６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１４８を介して比較的大径な円板部１５０が一体的に設けられる。円板部１５０は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定されている。隣り合う円板部１５０は、スリット１４９を介して互いに分離される。
【００７２】
各円板部１５０のアノード電極２４に接触する面１５０ａには、前記アノード電極２４の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路１５１を形成する第１突起部１５２が設けられる。各円板部１５０のカソード電極２２に接触する面１５０ｂには、前記カソード電極２２の電極面に沿って空気を供給するための酸化剤ガス通路８４を形成する第２突起部１５４が設けられる。
【００７３】
図１９に示すように、第１突起部１５２と第２突起部１５４は、互いに相反する方向に延在するように突出している。第１突起部１５２は、リング状突起を構成するとともに、第２突起部１５４は、山状突起を構成する。山状突起である第２突起部１５４は、リング状突起である第１突起部１５２に囲繞されるように配置されている。
【００７４】
図１７〜図１９に示すように、円板部１５０には、燃料ガス通路１５１に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。燃料ガス導入口４８の位置は、燃料ガスが均一に分布するように決められ、例えば、円板部１５０の略中心に対応して設定される。
【００７５】
セパレータ１４４のカソード電極２２に対向する面には、通路部材（第２部材）１５６が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路部材１５６は、図１７に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔３６を形成する第２小径端部１５８を備える。第２小径端部１５８には、燃料ガス供給連通孔３６を囲繞して矢印Ａ方向に突出する第１円筒部３９が設けられる。第１円筒部３９は、通路部材１５６が接合されるセパレータ１４４から離間する方向に突出する。
【００７６】
この第２小径端部１５８から放射状に８本の第２橋架部１６０が延在するとともに、各第２橋架部１６０は、セパレータ１４４の第１橋架部１４８から円板部１５０の燃料ガス導入口４８まで固着される。
【００７７】
通路部材１５６の接合面において、第２小径端部１５８には、燃料ガス供給連通孔３６に連通する凹部１６４が形成される。第１及び第２橋架部１４８、１６０間には、燃料ガス供給連通孔３６から凹部１６４を介して燃料ガス通路１５１に連通する燃料ガス供給通路１６６が形成される。
【００７８】
図１９に示すように、酸化剤ガス通路８４は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と円板部１５０の内側周端部との間から矢印Ａ方向に空気を供給する酸化剤ガス供給連通孔５０に連通する。この酸化剤ガス供給連通孔５０は、各円板部１５０の内方と第１橋架部１４８との間に位置して積層方向に延在している。
【００７９】
第１小径端部１４６の両面には、燃料ガス供給連通孔３６を囲繞してリング状の絶縁部材８７ａ、８７ｂが設けられる。第１円筒部３９がかしめ処理されることにより結合部位８９ａが形成されるとともに、前記結合部位８９ａは、絶縁部材８７ａ、８７ｂを介装して第１小径端部１４６を気密に保持する。燃料電池１４０には、円板部１５０の外方に位置して排ガス通路１６８が形成される。
【００８０】
図１６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１７０ａ、１７０ｂを配置する。エンドプレート１７０ａは、略円板状を有しており、中心部に対応して円柱状凸部１７６が膨出形成されるとともに、前記凸部１７６の中央部に孔部１７８が形成される。
【００８１】
エンドプレート１７０ａには、凸部１７６を中心にして同一仮想円周上に孔部１８０とねじ孔１８２とが、交互に且つ所定の角度間隔ずつ離間して設けられる。孔部１８０は、酸化剤ガス供給連通孔５０に連通するとともに、ねじ孔１８２には、燃料電池スタック１４２を締め付け固定する図示しない締め付けボルトが螺合する。
【００８２】
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。
【００８３】
燃料電池１４０を組み付ける際には、先ず、図１７に示すように、セパレータ１４４のカソード電極２２に向かう面に通路部材１５６が接合される。このため、セパレータ１４４と通路部材１５６との間には、燃料ガス供給連通孔３６に連通する燃料ガス供給通路１６６が形成されるとともに、前記燃料ガス供給通路１６６が燃料ガス導入口４８から燃料ガス通路１５１に連通する（図１９参照）。
【００８４】
次いで、セパレータ１４４と電解質・電極接合体２６とが交互に積層されるとともに、一方のセパレータ１４４と他方のセパレータ１４４とは、絶縁部材８７ａ、８７ｂを介装して互いに塑性変形された結合部位８９ａが形成される。これにより、燃料電池１４０が得られ、前記燃料電池１４０が矢印Ａ方向に複数積層された状態で、積層方向両端にエンドプレート１７０ａ、１７０ｂが配置される。そして、エンドプレート１７０ａ、１７０ｂが、図示しない締付ボルトにより積層方向に締め付けられる。
【００８５】
次に、燃料電池スタック１４２では、図１６に示すように、燃料ガスが燃料電池スタック１４２の孔部１７８から燃料ガス供給連通孔３６に供給される。この燃料ガスは、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら各燃料電池１４０を構成するセパレータ１４４内の燃料ガス供給通路１６６に導入される（図１９参照）。
【００８６】
燃料ガスは、第１及び第２橋架部１４８、１６０間を燃料ガス供給通路１６６に沿って移動し、円板部１５０に形成された燃料ガス導入口４８から燃料ガス通路１５１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２４の略中心に供給され、燃料ガス通路１５１に沿って該アノード電極２４の外周部に向かって移動する。
【００８７】
一方、空気は、図１６に示すように、孔部１８０を通って各燃料電池１４０の略中央側に設けられている酸化剤ガス供給連通孔５０に供給される。この空気は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と円板部１５０の内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８４に送られる（図１８参照）。図１９に示すように、酸化剤ガス通路８４では、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の内側周端部（セパレータ２８の中央部）側から外側周端部（セパレータ２８の外側周端部側）に向かって空気が流動する。
【００８８】
従って、電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４の電極面の中心側から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２２の電極面の一方向（矢印Ｂ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２０を通ってアノード電極２４に移動し、化学反応により発電が行われる。
【００８９】
なお、各電解質・電極接合体２６の外周部に排出される排ガスは、排ガス通路１６８を介して積層方向に移動した後、外部に排出される。
【００９０】
この場合、第３の実施形態では、一方のセパレータ１４４と他方のセパレータ１４４とは、第１円筒部３９がかしめ処理されることにより、所定の重合部が形成される。このため、所望のシール性を確実に維持することが可能になるとともに信頼性の向上が図られ、荷重によるセパレータ１４４の損傷（劣化）や電解質・電極接合体２６の損傷等を阻止できる等、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９１】
図２０は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池２００が、矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック２０２の概略斜視説明図である。
【００９２】
燃料電池スタック２０２は、外周湾曲円板状の複数の燃料電池２００を矢印Ａ方向に積層するとともに、その積層方向両端には、エンドプレート２０４ａ、２０４ｂが配置され、複数本、例えば、８本の締め付け用ボルト２０６及びナット２０８を介して一体的に締め付け保持されている。燃料電池スタック２０２の中心部には、円形の燃料ガス供給連通孔３６がエンドプレート２０４ａを底部として矢印Ａ方向に形成される。燃料ガス供給連通孔３６の周囲には、複数、例えば、４つの排ガス通路２１０が、エンドプレート２０４ｂを底部として矢印Ａ方向に形成される。
【００９３】
図２１及び図２２に示すように、燃料電池２００は、一対のセパレータ２１２間に複数、例えば、１６個の電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ２１２の面内には、このセパレータ２１２の中心部である燃料ガス供給連通孔３６と同心円上に８個の電解質・電極接合体２６が配列される内周側配列層Ｐ１と、この内周側配列層Ｐ１の外周に８個の電解質・電極接合体２６が配列される外周側配列層Ｐ２とが設けられる（図２１参照）。
【００９４】
セパレータ２１２は、互いに積層される複数枚、例えば、２枚のプレート（第１及び第２部材）２１４、２１６を備える。プレート２１４、２１６は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成されており、それぞれ湾曲外周部２１４ａ、２１６ａが設けられている。
【００９５】
図２３に示すように、プレート２１４の中央部両面には、燃料ガス供給連通孔３６を囲繞してリング状の絶縁部材８７ａ、８７ｂが設けられる。プレート２１６の中央側には、第１円筒部３９が設けられており、この第１円筒部３９がかしめ処理されることによって結合部位８９ａが形成される。
【００９６】
プレート２１４には、燃料ガス供給連通孔３６に対して放射状に外側突起部２１８ａが設けられるとともに、前記外側突起部２１８ａを介して前記燃料ガス供給連通孔３６に連通する燃料ガス通路７６が形成される。
【００９７】
外側突起部２１８ａの先端側周囲には、それぞれ３個の酸化剤ガス導入口６０がプレート２１４を貫通して形成される。プレート２１４には、内周側配列層Ｐ１及び外周側配列層Ｐ２に沿って配列される各電解質・電極接合体２６に向かって突出し、各電解質・電極接合体２６に接する第１ボス部２２０が膨出成形される。
【００９８】
図２１及び図２３に示すように、プレート２１４の湾曲外周部２１４ａの内方近傍には、この湾曲外周部２１４ａと同一形状を有しプレート２１６から離間する方向に向かって突出して第１周回凸部２２２ａが成形される。プレート２１４には、この第１周回凸部２２２ａを挟んで両側に互いに対向して（あるいは、互いに位置をずらして）、外周突起部２２４ａ及び内周突起部２２６ａがそれぞれ所定の間隔離間して複数ずつ設けられる。
【００９９】
プレート２１６には、外側突起部２１８ａに対向しプレート２１４に向かって突出する外側突起部２１８ｂが設けられる。プレート２１４、２１６では、燃料ガス供給連通孔３６に連通する燃料ガス通路７６が形成される。プレート２１６には、内周側配列層Ｐ１及び外周側配列層Ｐ２に沿って配列される各電解質・電極接合体２６に向かって突出し、各電解質・電極接合体２６に接する第２ボス部２２８が膨出成形される。第２ボス部２２８は、第１ボス部２２０よりも径方向及び高さ方向の各寸法が小さく設定されている。プレート２１６には、燃料ガス通路７６に連通する燃料ガス導入口４８が貫通形成される。
【０１００】
プレート２１６には、内周側配列層Ｐ１及び外周側配列層Ｐ２に沿って、それぞれ８個の電解質・電極接合体２６を位置決め配置するための位置決め突起部２３０が設けられる。位置決め突起部２３０は、各電解質・電極接合体２６を周回する位置に対応して３個以上、第４の実施形態では、例えば、３個ずつ設けられるとともに、前記電解質・電極接合体２６が前記位置決め突起部２３０間に非接触状態で収容可能な位置に設定される。位置決め突起部２３０は、第２ボス部２２８よりも高さ方向の寸法が大きく設定される（図２３参照）。
【０１０１】
図２１及び図２３に示すように、プレート２１６の湾曲外周部２１６ａの内方近傍には、この湾曲外周部２１６ａと同一形状を有しプレート２１４から離間する方向に向かって突出して第２周回凸部２２２ｂが成形される。プレート２１６には、この第２周回凸部２２２ｂを挟んで両側に互いに対向して（あるいは、互いに位置をずらして）、外周突起部２２４ｂが所定の間隔離間して複数ずつ形成される。
【０１０２】
プレート２１４とプレート２１６との間には、燃料ガス通路７６が形成されるとともに、外側突起部２１８ａ、２１８ｂの外方に対応して酸化剤ガス通路８４が形成される（図２３及び図２４参照）。この酸化剤ガス通路８４は、プレート２１４に形成された酸化剤ガス導入口６０に連通する。
【０１０３】
一方のセパレータ２１２を構成するプレート２１４と他方のセパレータ２１２を構成するプレート２１６とにより、電解質・電極接合体２６が挟持される。具体的には、電解質・電極接合体２６を挟んで互いに対向するプレート２１４、２１６には、第１ボス部２２０及び第２ボス部２２８が膨出成形されており、前記第１ボス部２２０と前記第２ボス部２２８とによって前記電解質・電極接合体２６が挟持される。
【０１０４】
図２４に示すように、電解質・電極接合体２６と一方のセパレータ２１２を構成するプレート２１６との間には、燃料ガス通路７６から燃料ガス導入口４８を介して連通する燃料ガス供給流路２３２が形成される。電解質・電極接合体２６と他方のセパレータ２１２を構成するプレート２１４との間には、酸化剤ガス通路８４から酸化剤ガス導入口６０を介して連通する酸化剤ガス供給流路２３４が形成される。燃料ガス供給流路２３２及び酸化剤ガス供給流路２３４は、第２ボス部２２８及び第１ボス部２２０の各高さ寸法に応じて開口寸法が設定されている。燃料ガスの流量が酸化剤ガスの流量よりも少ないために、第２ボス部２２８が第１ボス部２２０よりも小さな寸法に設定されている。
【０１０５】
図２３に示すように、燃料ガス通路７６は、同一のセパレータ２１２を構成するプレート２１４、２１６間に形成された燃料ガス供給連通孔３６に連通する。酸化剤ガス通路８４は、燃料ガス通路７６と同一面上に形成されており、同一のセパレータ２１２を構成するプレート２１４、２１６の第１及び第２周回凸部２２２ａ、２２２ｂ間を介して外部に開放されている。
【０１０６】
各セパレータ２１２は、積層方向に沿って第１及び第２ボス部２２０、２２８が電解質・電極接合体２６を挟持することにより、集電体として機能するとともに、プレート２１４、２１６の外側突起部２１８ａ、２１８ｂが互いに接触することにより、各燃料電池２００が矢印Ａ方向に沿って直列的に接続されている。
【０１０７】
このように構成される燃料電池スタック２０２の動作について、以下に説明する。
【０１０８】
燃料電池２００を組み付ける際には、先ず、プレート２１４、２１６が接合されてセパレータ２１２が構成されるとともに、前記プレート２１４、２１６間には、同一面上に位置して燃料ガス通路７６と酸化剤ガス通路８４とが形成される。さらに、燃料ガス通路７６が燃料ガス供給連通孔３６に連通する一方、酸化剤ガス通路８４がそれぞれの湾曲外周部２１４ａ、２１６ａ間から外部に開放されている。
【０１０９】
次いで、セパレータ２１２間に電解質・電極接合体２６が挟持されるとともに、一方のセパレータ２１２を構成するプレート２１４と他方のセパレータ２１２を構成するプレート２１６とは、絶縁部材８７ａ、８７ｂを介装して互いに塑性変形された結合部位８９ａが形成される。
【０１１０】
図２１及び図２２に示すように、各セパレータ２１２は、互いに対向する面、すなわち、プレート２１４、２１６間に内周側配列層Ｐ１に対応して８個の電解質・電極接合体２６が配置されるとともに、外周側配列層Ｐ２に沿って８個の電解質・電極接合体２６が配置される。
【０１１１】
その際、各電解質・電極接合体２６の配置位置には、それぞれ３個の位置決め突起部２３０が設けられており、３個の前記位置決め突起部２３０間に前記電解質・電極接合体２６が収容される。位置決め突起部２３０内には、互いに近接する方向に向かって突出して第１及び第２ボス部２２０、２２８が形成されており、前記第１及び第２ボス部２２０、２２８によって電解質・電極接合体２６が挟持される。
【０１１２】
このため、図２４に示すように、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２とプレート２１４との間には、酸化剤ガス導入口６０を介して酸化剤ガス通路８４に連通する酸化剤ガス供給流路２３４が形成される。一方、電解質・電極接合体２６のアノード電極２４とプレート２１６との間には、燃料ガス導入口４８を介して燃料ガス通路７６に連通する燃料ガス供給流路２３２が形成される。さらに、セパレータ２１２間には、反応後の燃料ガス及び酸化剤ガスを混合して排ガス通路２１０に導くための排出通路２３６が形成される。
【０１１３】
上記のように組み付けられた燃料電池２００が矢印Ａ方向に積層されて、燃料電池スタック２０２が組み立てられる（図２０参照）。
【０１１４】
そこで、燃料電池スタック２０２を構成する燃料ガス供給連通孔３６に燃料ガスが供給されるとともに、前記燃料電池スタック２０２の外周部側から加圧された空気が供給される。燃料ガス供給連通孔３６に供給された燃料ガスは、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池２００を構成するセパレータ２１２内の燃料ガス通路７６に導入される（図２３参照）。
【０１１５】
図２２に示すように、燃料ガスは、外側突起部２１８ａ、２１８ｂに沿って移動し、それぞれの先端部から燃料ガス導入口４８を介して燃料ガス供給流路２３２に導入される。燃料ガス導入口４８は、各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の中心位置に対応して設けられており、燃料ガス供給流路２３２に導入された燃料ガスは、前記アノード電極２４の中心部から外周に向かって流動する（図２４参照）。
【０１１６】
一方、各燃料電池２００の外周側から供給される空気は、各セパレータ２１２のプレート２１４、２１６間に形成されている酸化剤ガス通路８４に供給される。この酸化剤ガス通路８４に供給された空気は、酸化剤ガス導入口６０から酸化剤ガス供給流路２３４に導入され、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の中心部から外周に沿って流動する（図２２及び図２４参照）。
【０１１７】
従って、各電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４の中心部から外周に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極２２の中心部から外周に向かって空気が供給される。その際、酸素イオンが電解質２０を通ってアノード電極２４に移動し、化学反応により発電が行われる。
【０１１８】
各電解質・電極接合体２６の外周に移動した反応後の燃料ガス及び空気（排ガス）は、セパレータ２１２間に形成される排出通路２３６を介して前記セパレータ２１２の中心部側に移動する。セパレータ２１２の中心部近傍には、排ガスマニホールドを構成する４つの排ガス通路２１０が形成されており、排ガスがこの排ガス通路２１０から外部に排出される。
【０１１９】
この場合、第４の実施形態では、一方のセパレータ２１２を構成するプレート２１４と他方のセパレータ２１２を構成するプレート２１６とは、第１円筒部３９がかしめ処理されることにより、所定の重合部が形成される。このため、所望のシール性を確実に維持することが可能になるとともに信頼性の向上が図られ、荷重によるセパレータ２１２の損傷（劣化）や電解質・電極接合体２６の損傷等を阻止できる等、第１乃至第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】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。
【図２】前記燃料電池の分解斜視図である。
【図３】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。
【図４】前記燃料電池のセパレータを構成する第２プレートの正面説明図である。
【図５】前記セパレータを構成する第３プレートの一方の面の一部省略説明図である。
【図６】前記第３プレートの他方の面の一部省略説明図である。
【図７】前記燃料電池の燃料ガス供給連通孔近傍の拡大断面図である。
【図８】前記燃料電池の酸化剤ガス供給連通孔近傍の拡大断面図である。
【図９】前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。
【図１０】前記セパレータにかしめ処理する際の説明図である。
【図１１】前記セパレータにかしめ処理する際の説明図である。
【図１２】前記セパレータにかしめ処理する際の説明図である。
【図１３】本発明の第２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。
【図１４】前記燃料電池の分解斜視図である。
【図１５】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図１６】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。
【図１７】前記燃料電池の分解斜視図である。
【図１８】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図１９】前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。
【図２０】本発明の第４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。
【図２１】前記燃料電池の分解斜視図である。
【図２２】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図２３】前記燃料電池の断面説明図である。
【図２４】前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。
【図２５】特許文献１の固体電解質燃料電池の概略斜視説明図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０、１００、１１０、１４０、２００…燃料電池
１２、１０２、１１２、１４２、２０２…燃料電池スタック
２０…電解質                      ２２…カソード電極
２４…アノード電極                ２６…電解質・電極接合体
２８、２８ａ、２８ｂ、１１４、１４４、２１２…セパレータ
３０、３２、３４、１１６、１１８ａ、１１８ｂ、１２０、１２８、２１４、２１６…プレート
３６…燃料ガス供給連通孔
３８、５２、６２、６４、１４６、１５８…小径端部
３９、６５…円筒部
４０、４０ａ、５４、５４ａ、５４ｂ、６６、６６ａ、６８、６８ａ、１４８、１６０…橋架部
４２、４２ａ、５６、５６ａ、５６ｂ、７０、７０ａ、１５０…円板部
４４、５８、７８、１７６…凸部    ４６…略リング状凸部
４８…燃料ガス導入口              ５０…酸化剤ガス供給連通孔
６０…酸化剤ガス導入口            ７６、１５１…燃料ガス通路
７６ａ…燃料ガス分配通路          ８４…酸化剤ガス通路
８４ａ…酸化剤ガス分配通路        ８６…燃料ガス圧力室
８７ａ〜８７ｄ…絶縁部材          ８８…酸化剤ガス圧力室
８９ａ、８９ｂ…結合部位          １５６…通路部材
１６８…排ガス通路                ２１８ａ、２１８ｂ…外側突起部
２３２…燃料ガス供給流路          ２３４…酸化剤ガス供給流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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