(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、高温による熱応力及び変形を良好に緩和することができ、耐久性及び発電効率の向上を図ることを可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、アノード電極１６の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂ及びカソード電極１４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３４Ａ、３４Ｂが、個別に設けられる挟持部３２Ａ、３２Ｂと、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂに供給するための燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂが形成される橋架部３０Ａ、３０Ｂと、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂに供給するための燃料ガス供給連通孔２６が積層方向に形成される燃料ガス供給部２８とを備える。橋架部３０Ａ、３０Ｂは、挟持部３２Ａ、３２Ｂと燃料ガス供給部２８との間で、セパレータ２０の面方向に蛇行する蛇行形状に設定される。【選択図】図１
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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・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池であって、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路及び前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が個別に設けられる挟持部と、
前記挟持部に連結され、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、前記挟持部と前記反応ガス供給部との間で、前記セパレータの面方向に蛇行する蛇行形状に設定され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、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定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記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが異なる長さに設定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、前記橋架部は、前記挟持部に近づく程、蛇行形状の突出長さが小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが同一の長さに設定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記載の燃料電池において、前記橋架部と前記挟持部との間には、前記酸化剤ガス通路に供給される前記酸化剤ガスを、積層方向に流通させる酸化剤ガス供給連通孔が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項４又は５記載の燃料電池において、前記橋架部と前記挟持部との間には、反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを、排ガスとして積層方向に排出する排ガス排出連通孔が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１〜７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、単一の前記反応ガス供給部に複数の前記橋架部が設けられるとともに、
各橋架部には、それぞれ前記挟持部が設けられ、
各挟持部は、各電解質・電極接合体に対応する形状に設定され、且つ、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９】
請求項１〜８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、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する前記挟持部の幅寸法内で蛇行することを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１〜９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及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体を、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】
上記の燃料電池では、電解質・電極接合体を構成するアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス（例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（例えば、空気）を供給するために、セパレータの面方向に沿って燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が形成されている。
【０００４】
燃料電池スタックでは、例えば、各燃料ガス通路に燃料ガスを分配するために、積層方向に延在する燃料ガス供給連通孔が設けられた内部マニホールドを構成する場合がある。その際、複数の燃料電池が積層されるため、内部マニホールドのガスシール性を良好に確保する必要がある。一方、発電部分では、安定した発電性能を維持するために、前記発電部分とセパレータとの密着性を向上させる必要がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている平板積層型燃料電池では、図１７に示すように、発電セル（図示せず）とセパレータ１ａとが交互に積層されるとともに、この積層体の積層方向から加重することにより、各構成要素を圧接させている。
【０００６】
セパレータ１ａは、マニホールド部分２ａと発電セルが位置する部分３ａとを繋ぐ連結部分４ａに、荷重に対する可撓性を持たせている。マニホールド部分２ａには、ガス孔５ａ、６ａが設けられており、一方のガス孔５ａは燃料ガス通路に、他方のガス孔６ａは酸化剤ガス通路に、それぞれ連通している。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている燃料電池は、図１８に示すように、発電セル（図示せず）に積層されるセパレータ２ｂを備えている。セパレータ２ｂは、発電セルが積層されるインターコネクト部３ｂと、このインターコネクト部３ｂから面方向に延設される一対のアーム部４ｂとを備えている。インターコネクト部３ｂから一対のアーム部４ｂには、燃料ガス通路５ｂと酸化剤ガス通路６ｂとが形成されている。
【０００８】
アーム部４ｂの各マニホールド部分７ｂには、燃料ガス通路５ｂに連通する燃料ガス孔８ｂと、酸化剤ガス通路６ｂに連通する酸化剤ガス孔９ｂとが形成されている。アーム部４ｂには、積層方向に変位可能となる可撓性が付与されており、且つ前記アーム部４ｂの変形は、熱サイクル期間において、弾性範囲内に維持されている、としている。
【０００９】
さらに、特許文献３に開示されている燃料電池は、図１９に示すように、発電セル（図示せず）に積層されるセパレータ１ｃを備えている。セパレータ１ｃは、発電セルが配設されるインターコネクト部２ｃと、前記インターコネクト部２ｃから延設されて端部３ｃに燃料ガス孔４ｃが設けられるアーム部５ｃと、前記インターコネクト部２ｃから延設され端部３ｃに酸化剤ガス孔６ｃが形成されるアーム部５ｃとを備えている。各アーム部５ｃの延設部７ｃは、インターコネクト部２ｃの中心部に対して対称に配置されるとともに、端部３ｃは、前記延設部７ｃより周方向に９０°ずれて位置し、インターコネクト部２ｃの中心部に対して対称に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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１】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】
【００１１】
上記の特許文献１では、連結部分４ｂが、部分３ａの周縁部に沿い且つこの周縁部に近接して延在している。このため、連結部分４ｂと発電部分の接続部には、応力が集中するとともに、前記発電部分に回転方向の応力が発生し易い。
【００１２】
従って、この応力を緩和しようとすると、積層方向の荷重が減少し、集電性が低下するという問題がある。逆に、この応力を保持しようとすると、各マニホールドと発電部分が配置される部分３ａとの間には、積層方向の荷重が互いに影響し合うおそれがある。しかも、発電性能及び耐久性が低下するという問題がある。
【００１３】
また、上記の特許文献２では、アーム部４ｂがインターコネクト部３ｂの周縁部に沿って且つ前記周縁部に近接して設けられており、前記アーム部４ｂと発電部分の接続部に、応力が集中し易い。しかも、発電部分には、回転方向の応力が発生するという問題がある。
【００１４】
これにより、応力を緩和しようとすると、集電性が低下する一方、この応力を保持しようとすると、マニホールド部８ｂとインターコネクト部３ｂとの積層方向の応力を遮断することができないという問題がある。その上、発電性能及び耐久性が低下するおそれがある。
【００１５】
さらに、上記の特許文献３では、アーム部５ｃがインターコネクト部２ｃの周縁部に沿って且つ前記周縁部に近接して延在しており、前記アーム部５ｃと発電部分の接続部に、応力が集中するとともに、発電部分に回転方向の応力が発生するという問題がある。
【００１６】
このため、能力を緩和しようとすると、集電性が低下する一方、この応力を保持しようとすると、マニホールド部である端部３ｃとインターコネクト部２ｃとの積層方向の荷重の遮断が遂行されないという問題がある。その上、発電性能及び耐久性が低下するという問題がある。
【００１７】
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、高温による熱応力及び変形を良好に緩和することができ、耐久性及び発電効率の向上を図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】
【００１８】
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ものである。
【００１９】
セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路及びカソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が個別に設けられる挟持部と、前記挟持部に連結され、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積層方向に形成される反応ガス供給部とを備えている。
【００２０】
そして、橋架部は、挟持部と反応ガス供給部との間で、セパレータの面方向に蛇行する蛇行形状に設定されている。蛇行形状とは、同一平面内で、仮想直線を跨いで一方側への往復と他方側への往復とを交互に行うもの、又は、一方側への往復のみを行うものを含むとともに、全体として波形状や鋸歯形状等の種々の形状を有するものをいう。
【００２１】
また、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されることが好ましい。このため、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。
【００２２】
しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。従って、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。
【００２３】
さらに、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが異なる長さに設定されることが好ましい。これにより、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。
【００２４】
しかも、高温による橋架部の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。このため、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。
【００２５】
その上、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが異なる長さに設定されるため、突出長さの短い側には、他の構成要素を設定するためのスペースを確保することが可能になり、スペース効率の向上が図られる。
【００２６】
さらにまた、橋架部は、挟持部に近づく程、蛇行形状の突出長さが小さく設定されることが好ましい。従って、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。
【００２７】
しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。これにより、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。
【００２８】
その上、特に挟持部の近傍には、他の構成要素を設定するためのスペースを確保することが可能になり、スペース効率の向上が容易に図られる。
【００２９】
また、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが同一の長さに設定されることが好ましい。これにより、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。
【００３０】
しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。このため、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。
【００３１】
その上、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが同一の長さに設定されるため、挟持部、橋架部及び反応ガス供給部間の熱応力及び変位が一層良好に緩和可能になる。
【００３２】
さらに、この燃料電池は、橋架部と挟持部との間には、酸化剤ガス通路に供給される酸化剤ガスを、積層方向に流通させる酸化剤ガス供給連通孔が形成されることが好ましい。このため、コンパクトな構成で、酸化剤ガス供給連通孔としてのスペースを確保することが可能になり、スペース効率の向上が容易に図られる。
【００３３】
さらにまた、この燃料電池は、橋架部と挟持部との間には、反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを、排ガスとして積層方向に排出する排ガス排出連通孔が形成されることが好ましい。従って、コンパクトな構成で、排ガス排出連通孔としてのスペースを確保することができ、スペース効率の向上が容易に図られる。
【００３４】
また、セパレータは、単一の反応ガス供給部に複数の橋架部が設けられるとともに、各橋架部には、それぞれ挟持部が設けられ、各挟持部は、各電解質・電極接合体に対応する形状に設定され、且つ、互いに分離して構成されることが好ましい。従って、挟持部は、電解質・電極接合体に対応する形状を有し、前記電解質・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。
【００３５】
しかも、各挟持部は、互いに分離しており、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。これにより、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。
【００３６】
その上、各電解質・電極接合体の熱歪み等が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、前記電解質・電極接合体間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。このため、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。
【００３７】
さらに、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する前記挟持部の幅寸法内で蛇行することが好ましい。従って、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。
【００３８】
しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。これにより、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。
【００３９】
その上、橋架部は、挟持部の幅寸法内で蛇行するため、前記橋架部が前記挟持部の外方に突出することがない。このため、燃料電池全体の寸法は、挟持部の幅寸法と同一になり、前記燃料電池を一層コンパクト化することが可能になる。
【００４０】
さらにまた、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。従って、固体酸化物形燃料電池のような高温型燃料電池に適用することにより、簡単な構成で、コンパクト性を維持するとともに、特に高温による熱変形及び変位を良好に緩和することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、反応ガス供給部と電解質・電極接合体を挟持する挟持部とは、橋架部を介して積層方向の締め付け荷重を遮断することが可能になり、前記電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。従って、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選択的に付与する一方、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、効率的な発電及び集電が遂行される。
【００４２】
さらに、橋架部は、挟持部と反応ガス供給部との間で、セパレータの面方向に蛇行する蛇行形状に設定されている。このため、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。
【００４３】
しかも、高温による橋架部の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。従って、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図２】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３】前記燃料電池の平面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第２プレートの説明図である。
【図５】前記燃料電池の、図３中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】前記燃料電池が筐体内に収容された状態の一部切り欠き斜視図である。
【図７】前記筐体内部の平面説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図９】前記燃料電池を構成する第２プレートの説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図１１】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１２】前記燃料電池を構成する第２プレートの説明図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の平面説明図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図１６】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１７】特許文献１の平板積層型燃料電池を構成するセパレータの説明図である。
【図１８】特許文献２の燃料電池を構成するセパレータの説明図である。
【図１９】特許文献３の燃料電池を構成するセパレータの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、固体酸化物形燃料電池であり、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）１２の両面に、カソード電極１４及びアノード電極１６が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）１８を備える。
【００４６】
電解質・電極接合体１８は、例えば、矩形状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。電解質・電極接合体１８は、正方形に設定してもよく、又は後述する橋架部の延長線と平行する周縁長が、前記延長線と直交する周縁長よりも大きく設定してもよい。
【００４７】
燃料電池１０は、一組のセパレータ２０間に２枚の電解質・電極接合体１８を挟んで構成される。セパレータ２０は、第１プレート２２及び第２プレート２４を備え、前記第１プレート２２及び前記第２プレート２４は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成され、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により互いに接合される。
【００４８】
セパレータ２０は、図１〜図３に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔２６が形成される燃料ガス供給部２８を有する。この燃料ガス供給部２８には、それぞれ互いに逆方向に延在して橋架部３０Ａ、３０Ｂが一体に設けられるとともに、各橋架部３０Ａ、３０Ｂには、矩形状を有する挟持部３２Ａ、３２Ｂが一体に設けられる。挟持部３２Ａ、３２Ｂは、電解質・電極接合体１８と略同一寸法に設定される。
【００４９】
挟持部３２Ａ、３２Ｂの各カソード電極１４に接する面には、前記カソード電極１４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３４Ａ、３４Ｂが形成される。挟持部３２Ａ、３２Ｂの各アノード電極１６の接する面には、前記アノード電極１６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３６Ａ、３６Ｂが形成される（図４及び図５参照）。
【００５０】
橋架部３０Ａ、３０Ｂは、図３に示すように、挟持部３２Ａ、３２Ｂと燃料ガス供給部２８との間でセパレータ２０の面方向に蛇行する蛇行形状に設定される。具体的には、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、挟持部３２Ａ、３２Ｂの中心と燃料ガス供給部２８の中心とを結ぶ仮想直線Ｏに直交する方向（矢印Ｃ方向）に沿って往復する蛇行形状に設定される。
【００５１】
第１の実施形態では、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、仮想直線Ｏを跨いで、一方向（矢印Ｃ１方向）への突出長さＬ１と他方向（矢印Ｃ２方向）への突出長さＬ２とが異なる長さに、すなわち、前記突出長さＬ１は、前記突出長さＬ２よりも小さく設定される。突出長さＬ１に設定される部分３０ａは、挟持部３２Ａ、３２Ｂに近接する一方、突出長さＬ２を有する部分３０ｂは、燃料ガス供給部２８に近接する。
【００５２】
橋架部３０Ａ、３０Ｂは、各部分３０ａ及び３０ｂが矢印Ｃ方向に対して挟持部３２Ａ、３２Ｂの矢印Ｃ方向の幅寸法内に設定される。橋架部３０Ａ、３０Ｂには、燃料ガス供給連通孔２６から各燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂが蛇行形状を有して形成される。
【００５３】
図１に示すように、第１プレート２２は、中央部に燃料ガス供給連通孔２６が形成される第１円板部４０と、前記第１円板部４０に一体に設けられる一対の第１蛇行長板部４２Ａ、４２Ｂと、各第１蛇行長板部４２Ａ、４２Ｂに一体に設けられる第１矩形状部４４Ａ、４４Ｂとを設ける。第１矩形状部４４Ａ、４４Ｂには、第１プレート２２のカソード電極１４に向かう面側に、酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂを形成するための複数の突起部４６Ａ、４６Ｂが形成される。
【００５４】
第２プレート２４は、中央部に燃料ガス供給連通孔２６が形成される第２円板部４８と、前記第２円板部４８に一体に設けられる一対の第２蛇行長板部５０Ａ、５０Ｂと、各第２蛇行長板部５０Ａ、５０Ｂに一体に設けられる第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂとを備える。
【００５５】
第２プレート２４の第１プレート２２に接合される面側において、第２円板部４８に円環状に配列される複数の凸部５４間にスリット５６が形成され、このスリット５６は周溝５８を介して各燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂの一端側に連通する。燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂは、各第２蛇行長板部５０Ａ、５０Ｂから各第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂの途上で延在して終端する。
【００５６】
第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂには、燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂの周端部近傍に位置して燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂが形成される。燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂは、後述する酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ１方向及び矢印Ｂ２方向）上方側に近接し、すなわち、第２蛇行長板部５０Ａ、５０Ｂ側に近接した位置に設定される。
【００５７】
図４に示すように、第２プレート２４のアノード電極１６に接触する面には、燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂを形成するための複数の突起部６２Ａ、６２Ｂが形成される。第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂには、燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂを周回し、アノード電極１６の外周縁部に接触する外縁周回用凸部６５Ａ、６５Ｂが形成される。
【００５８】
第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂには、燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂを通って使用された燃料ガスを排出する燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂに連通する貫通孔６６Ａ、６６Ｂが形成される。貫通孔６６Ａ、６６Ｂは、第２蛇行長板部５０Ａ、５０Ｂ（橋架部３０Ａ、３０Ｂ）の延長線と交差する方向に複数配列される。各貫通孔６６Ａ、６６Ｂに連通する各燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂは、挟持部３２Ａ、３２Ｂの一辺３２ａに橋架部３０Ａ、３０Ｂの延長線と直交する方向（矢印Ｃ方向）に配列される（図１参照）。
【００５９】
図４に示すように、第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂには、アノード電極１６に接触するとともに、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂと貫通孔６６Ａ、６６Ｂ（燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂ）との間に且つ前記燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂ側にＶ字状に折曲し、燃料ガスが前記燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂから前記貫通孔６６Ａ、６６Ｂに直線状に流れることを阻止するための迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂが設けられる。
【００６０】
迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂは、Ｖ字状の内部領域Ｓに燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂが配設される。迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂは、壁面６８ａ、６８ｂの延長線が挟持部３２Ａ、３２Ｂの両頂部に向かうように設定される。
【００６１】
図１及び図２に示すように、橋架部３０Ａ、３０Ｂの両側には、酸化剤ガスを矢印Ａ方向に流通させるための酸化剤ガス供給連通孔７０が設けられる。酸化剤ガス供給連通孔７０は、鉛直方向に酸化剤ガスを流通させるとともに、各燃料電池１０を構成する酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂに沿って前記酸化剤ガスを矢印Ｂ１方向及び矢印Ｂ２方向に供給する。
【００６２】
電解質・電極接合体１８を挟んで配設される一対のセパレータ２０間には、各燃料ガス供給部２８間に燃料ガス供給連通孔２６をシールするための絶縁シール７２が設けられる。絶縁シール７２は、例えば、マイカ材やセラミック材等の地殻成分系素材、ガラス系素材、粘土とプラスチックの複合素材で形成される。
【００６３】
燃料電池１０は、挟持部３２Ａ、３２Ｂの外方に位置して、排ガス排出連通孔７４が形成される。この排ガス排出連通孔７４は、電解質・電極接合体１８に供給されて反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを、排ガスとして積層方向に排出する。
【００６４】
図６及び図７に示すように、燃料電池スタック８０は、複数の燃料電池１０が鉛直方向に積層された積層体８２を備える。積層体８２は、第１締め付け荷重付与機構８４及び第２締め付け荷重付与機構８６Ａ、８６Ｂを介して筺体８８内に収容される。
【００６５】
筺体８８は、平板状の基台９０を備え、この基台９０には、ケーシング部材９２が配置される。ケーシング部材９２のフランジ部９４と基台９０の外周縁部とには、複数のボルト９６が締め付けられることにより、前記ケーシング部材９２が前記基台９０に固定される。基台９０には、燃料電池１０の燃料ガス供給連通孔２６に連通する１つの燃料ガス用孔部９７、酸化剤ガス供給連通孔７０に連通する２つの空気用孔部９８ａ、９８ｂと、排ガス排出連通孔７４に連通する１つの排ガス用孔部１００とが形成される。
【００６６】
ケーシング部材９２内には、積層体８２（燃料電池１０）の両方の外縁部に沿って且つ橋架部３０Ａ、３０Ｂの延長線に平行に側部断熱部材１０２ａ、１０２ｂが配置されるとともに、前記燃料電池１０の先端側には、先端部断熱部材１０４が配置される。側部断熱部材１０２ａ、１０２ｂ及び先端部断熱部材１０４は、それぞれ矩形平板状を有する。
【００６７】
第１締め付け荷重付与機構８４は、燃料ガス供給連通孔２６における燃料ガスのシール性を確保するために、燃料ガス供給部２８に配置される押圧部材１０６を備える。押圧部材１０６は、燃料ガス供給連通孔２６を覆う円板部１０８の両側から板状部１１０が突出形成される。各板状部１１０には、それぞれボルト１１２が挿入され、前記ボルト１１２が基台９０に形成されているねじ穴に螺合される。
【００６８】
第２締め付け荷重付与機構８６Ａ、８６Ｂは、各挟持部３２Ａ、３２Ｂに電解質・電極接合体１８との積層位置に対応して配置される上端部断熱部材１１６を備える。上端部断熱部材１１６の四隅近傍には、段付孔部１１８が形成され、各段付孔部１１８に挿入されるボルト１２０は、基台９０に形成されるねじ穴に螺合される。
【００６９】
上端部断熱部材１１６は、側部断熱部材１０２ａ、１０２ｂ及び先端部断熱部材１０４により形成される空間内に、矢印Ａ方向に移動自在に配置される。第１締め付け荷重付与機構８４により付与される第１荷重は、第２締め付け荷重付与機構８６Ａ、８６Ｂにより付与される第２荷重よりも大きい。
【００７０】
側部断熱部材１０２ａ、１０２ｂの内面と、各燃料電池１０の挟持部３２Ａ、３２Ｂの両側面との間は、常温時には所定の隙間を形成し、且つ運転による高温時には、前記内面と前記両側面とが接触するように設定される。先端部断熱部材１０４と各燃料電池１０の挟持部３２Ａ、３２Ｂの先端部との間には、排ガス排出連通孔７４を構成する空間部が形成され、この排ガス排出連通孔７４が排ガス用孔部１００に連通する。
【００７１】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００７２】
図１に示すように、燃料電池１０の燃料ガス供給連通孔２６には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が水蒸気改質された改質ガスが、燃料ガスとして供給される。一方、燃料電池１０の酸化剤ガス供給連通孔７０には、空気が酸化剤ガスとして供給される。
【００７３】
図１及び図２に示すように、燃料ガス供給連通孔２６に供給された燃料ガスは、各燃料電池１０を構成するセパレータ２０において、スリット５６から周溝５８を通って、各橋架部３０Ａ、３０Ｂに形成されている各燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂに導入される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂから燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂを通って、燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂに導入される。
【００７４】
図４に示すように、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂは、橋架部３０Ａ、３０Ｂ側に近接して設けられるとともに、迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂの内部領域Ｓに配置されている。このため、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂから燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂに導入された燃料ガスは、迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂの案内作用下に前記燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂを通って、各電解質・電極接合体１８のアノード電極１６に供給される。使用済みの燃料ガスは、複数の貫通孔６６Ａ、６６Ｂから各燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂを通って排ガス排出連通孔７４に排出される。
【００７５】
一方、酸化剤ガス供給連通孔７０に供給された空気は、図２に示すように、各電解質・電極接合体１８のカソード電極１４とセパレータ２０との間に形成されている酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂに導入される。酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂでは、酸化剤ガスは矢印Ｂ１、Ｂ２方向に移動しながら、電解質・電極接合体１８のカソード電極１４に供給された後、排ガス排出連通孔７４に排出される。
【００７６】
従って、各電解質・電極接合体１８では、アノード電極１６に燃料ガスが供給される一方、カソード電極１４に空気が供給される。これにより、酸化物イオンは、電解質１２を通ってアノード電極１６に移動し、化学反応により発電が行われる。
【００７７】
この場合、第１の実施形態では、燃料ガス供給部２８と、電解質・電極接合体１８を挟持する挟持部３２Ａ、３２Ｂとは、蛇行長板状の橋架部３０Ａ、３０Ｂを介して積層方向の締め付け荷重が遮断されている。このため、電解質・電極接合体１８に所望の荷重を付与することが可能になる。
【００７８】
従って、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される燃料ガス供給部２８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１８には、挟持部３２Ａ、３２Ｂ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できる。これにより、燃料ガス供給部２８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１８の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電及び集電が遂行される。
【００７９】
さらに、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、挟持部３２Ａ、３２Ｂと燃料ガス供給連通孔２６との間で、セパレータ２０の面方向に蛇行する蛇行形状に設定されている。このため、燃料電池１０は、コンパクトな構成で、橋架部３０Ａ、３０Ｂを長尺化させることができ、高温による熱変形や変位を良好に緩和することが可能になる。
【００８０】
しかも、高温による橋架部３０Ａ、３０Ｂの熱変形及び変位を挟持部３２Ａ、３２Ｂの中心と燃料ガス供給部２８の中心とを結ぶ仮想直線Ｏに交差する方向にも逃がすことができる。従って、電解質・電極接合体１８の割れ等を抑制して、燃料電池１０の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体１８と挟持部３２Ａ、３２Ｂとの密着性を確保して、発電効率の向上が容易に図られるという効果が得られる。
【００８１】
さらに、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、仮想直線Ｏに直交する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されている。具体的には、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、仮想直線Ｏを跨いで一方向（矢印Ｃ１方向）の突出長さＬ１と、他方向（矢印Ｃ２方向）への突出長さＬ２とが異なり、前記突出長さＬ１は、前記突出長さＬ２よりも短く（小さく）設定されている。この短尺側の突出長さＬ１に設定される部分３０ａは、挟持部３２Ａ、３２Ｂに近接する側に設けられている。
【００８２】
これにより、第１の実施形態では、酸化剤ガス供給連通孔７０を構成するスペースを良好に確保することが可能になる。このため、酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂに酸化剤ガス供給連通孔７０から酸化剤ガスを円滑且つ確実に供給することができ、良好な発電効率を維持するとともに、スペース効率の向上が容易に図られる。
【００８３】
また、セパレータ２０は、単一の燃料ガス供給部２８に複数、例えば、２つの橋架部３０Ａ、３０Ｂが設けられるとともに、各橋架部３０Ａ、３０Ｂには、それぞれ挟持部３２Ａ、３２Ｂが設けられている。そして、挟持部３２Ａ、３２Ｂは、各電解質・電極接合体１８に対応する形状に設定されるとともに、互いに分離して構成されている。
【００８４】
従って、挟持部３２Ａ、３２Ｂは、電解質・電極接合体１８で発生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３２Ａ、３２Ｂは、電解質・電極接合体１８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１８に発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。これにより、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１８に対して均等な荷重を付与することができる。
【００８５】
その上、各電解質・電極接合体１８の熱歪等は、隣接する他の電解質・電極接合体１８に伝達されることがなく、前記電解質・電極接合体１８間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。このため、各電解質・電極接合体１８同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池１０全体の小型化が容易に図られる。
【００８６】
さらに、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、挟持部３２Ａ、３２Ｂの幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）内で蛇行している。従って、コンパクトな構成で、橋架部３０Ａ、３０Ｂを長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。しかも、橋架部３０Ａ、３０Ｂは、挟持部３２Ａ、３２Ｂの幅方向外方に突出することがない。このため、燃料電池１０全体の寸法は、挟持部３２Ａ、３２Ｂの幅寸法と略同一になり、前記燃料電池１０を一層コンパクト化することが可能になる。
【００８７】
さらにまた、燃料電池１０は、固体酸化物型燃料電池である。従って、特に高温型燃料電池に適用することにより、簡単な構成で、コンパクト性を維持するとともに、特に高温による熱変形及び変位を良好に緩和することができる。
【００８８】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１３０の分解斜視説明図である。
【００８９】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
燃料電池１３０は、２枚の電解質・電極接合体１８を挟持する一組のセパレータ１３２を備える。セパレータ１３２は、燃料ガス供給部２８に、それぞれ逆方向に延在して橋架部１３４Ａ、１３４Ｂが一体に設けられるとともに、各橋架部１３４Ａ、１３４Ｂには、矩形状の挟持部１３６Ａ、１３６Ｂが一体に設けられる。
【００９１】
橋架部１３４Ａは、挟持部１３６Ａと燃料ガス供給部２８との間で、セパレータ１３２の面方向に対して仮想直線Ｏから矢印Ｃ２方向にのみ往復する蛇行形状に設定される。橋架部１３４Ｂは、同様に、挟持部１３６Ｂと燃料ガス供給部２８との間で、セパレータ１３２の面方向に対して仮想直線Ｏから矢印Ｃ１方向にのみ往復する蛇行形状に設定される。なお、橋架部１３４Ａ、１３４Ｂに代えて、橋架部３０Ａ、３０Ｂを用いてもよい。
【００９２】
セパレータ１３２は、第１プレート１３８及び第２プレート１４０を備える。第２プレート１４０では、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂが第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂの先端側に形成されるとともに、燃料ガス排出孔６４が前記第２矩形状部５２Ａ、５２Ｂの内側端部、すなわち、第２蛇行長板部５０Ａ、５０Ｂ側の辺に複数設けられる。図９に示すように、迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂは、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂ側にＶ字状に折曲して設けられる。
【００９３】
図８に示すように、挟持部１３６Ａ、１３６Ｂの先端側には、酸化剤ガス供給連通孔７０が設けられ、酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス供給連通孔７０から酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂに沿って、それぞれ矢印Ｄ１方向及び矢印Ｄ２方向に供給される。橋架部１３４Ａ、１３４Ｂの近傍には、排ガス排出連通孔７４が形成される。
【００９４】
このように構成される第２の実施形態では、酸化剤ガスの流れ方向が、挟持部１３６Ａ、１３６Ｂの外方から燃料ガス供給部２８側に向う方向に設定されており、第１の実施形態とは、逆方向に設定されている。従って、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他、橋架部１３４Ａ、１３４Ｂが、それぞれ一方向にのみ往復する蛇行形状を有するため、排ガス排出連通孔７４として十分なスペースを確保することができ、スペース効率の向上が容易に図られる。
【００９５】
なお、第２の実施形態に用いられた橋架部１３４Ａ、１３４Ｂは、第１の実施形態にも橋架部３０Ａ、３０Ｂに代えて使用することができる。
【００９６】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１５０の概略分解斜視説明図である。
【００９７】
燃料電池１５０は、図１０及び図１１に示すように、同一平面上に２枚の電解質・電極接合体１８を挟持する一対のセパレータ１５２を備える。セパレータ１５２は、燃料ガス供給連通孔２６及び酸化剤ガス供給連通孔７０が形成される反応ガス供給部１５４を設ける。反応ガス供給部１５４には、それぞれ互いに逆方向に延在して橋架部１５６Ａ、１５６Ｂが一体に設けられるとともに、各橋架部１５６Ａ、１５６Ｂには、矩形状を有する挟持部１５８Ａ、１５８Ｂが一体に設けられる。
【００９８】
橋架部１５６Ａ、１５６Ｂは、仮想直線Ｏに交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されるとともに、この仮想直線Ｏを跨いで、それぞれ矢印Ｃ１方向への突出長さと矢印Ｃ２方向への突出長さとが、同一の長さに設定される。橋架部１５６Ａ、１５６Ｂは、挟持部１５８Ａ、１５８Ｂの幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）内で蛇行する。
【００９９】
セパレータ１５２は、第１プレート１６０と第２プレート１６２とを備える。第１プレート１６０は、それぞれ半円形状の開口形状を有する燃料ガス供給連通孔２６及び酸化剤ガス供給連通孔７０が形成される第１円板部１６４を備える。第１円板部１６４から互いに逆方向に第１蛇行長板部１６６Ａ、１６６Ｂが一体に延在するとともに、前記第１蛇行長板部１６６Ａ、１６６Ｂには、第１矩形状部１６８Ａ、１６８Ｂが一体に設けられる。
【０１００】
第１矩形状部１６８Ａ、１６８Ｂには、複数の突起部４６Ａ、４６Ｂを介して酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂが形成されるとともに、酸化剤ガス供給孔１７０Ａ、１７０Ｂが第１円板部１６４側に近接して形成される。第１矩形状部１６８Ａ、１６８Ｂの先端側には、それぞれ複数の酸化剤ガス排出孔１７２Ａ、１７２Ｂが排ガス排出連通孔７４に連通して形成される。
【０１０１】
第１矩形状部１６８Ａ、１６８Ｂには、酸化剤ガス供給孔１７０Ａ、１７０Ｂに近接して前記酸化剤ガス供給孔１７０Ａ、１７０Ｂ側にＶ字状に折曲する迂回路形成用壁部１７４Ａ、１７４Ｂが設けられる。第１矩形状部１６８Ａ、１６８Ｂには、酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂを周回し、カソード電極１４の外周縁部に接触する外縁周回用凸部１７６Ａ、１７６Ｂが形成される。
【０１０２】
第２プレート１６２は、第２円板部１７８を有し、この第２円板部１７８には、燃料ガス供給連通孔２６に連通する周溝１８０と、酸化剤ガス供給連通孔７０に連通する周溝１８１とが形成される。第２円板部１７８から互いに逆方向に延在して第２蛇行長板部１８２Ａ、１８２Ｂが一体に設けられる。
【０１０３】
第２蛇行長板部１８２Ａ、１８２Ｂには、第２矩形状部１８４Ａ、１８４Ｂが一体に設けられる。第２蛇行長板部１８２Ａ、１８２Ｂには、燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂと、酸化剤ガス供給通路１８６Ａ、１８６Ｂとが、互いに平行に設けられる。燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂの先端縁部には、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂが連通する。
【０１０４】
図１２に示すように、第２矩形状部１８４Ａ、１８４Ｂには、複数の突起部６２Ａ、６２Ｂを介して燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂが形成される。外縁周回用凸部６５Ａ、６５Ｂには、それぞれ複数の燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂが形成される。燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂと燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂとの間には、迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂが設けられる。
【０１０５】
図１０に示すように、各セパレータ１５２間には、反応ガス供給部１５４に挟持されて絶縁リング７２ａが介装される。この絶縁リング７２ａは、燃料ガス供給連通孔２６及び酸化剤ガス供給連通孔７０をそれぞれ々シールする機能を有する。
【０１０６】
このように構成される燃料電池１５０の動作について説明すると、各セパレータ１５２を構成する反応ガス供給部１５４には、燃料ガス供給連通孔２６及び酸化剤ガス供給連通孔７０に沿って燃料ガス及び酸化剤ガスが積層方向に流通する。
【０１０７】
燃料ガスは、各橋架部１５６Ａ、１５６Ｂ内に形成されている燃料ガス供給通路３８Ａ、３８Ｂを通って、燃料ガス供給孔６０Ａ、６０Ｂから燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂに導入される。燃料ガスは、図１２に示すように、各迂回路形成用壁部６８Ａ、６８Ｂの案内作用下に、燃料ガス通路３６Ａ、３６Ｂに沿って均一に流通し、各アノード電極１６に供給される。使用済みの燃料ガスは、燃料ガス排出孔６４Ａ、６４Ｂから排ガス排出連通孔７４に排出される。
【０１０８】
一方、酸化剤ガスは、橋架部１５６Ａ、１５６Ｂ内に形成されている酸化剤ガス供給通路１８６Ａ、１８６Ｂを通って、酸化剤ガス供給孔１７０Ａ、１７０Ｂから酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂに導入される。
【０１０９】
この酸化剤ガスは、図１０に示すように、迂回路形成用壁部１７４Ａ、１７４Ｂの案内作用下に、酸化剤ガス通路３４Ａ、３４Ｂに沿って均一に流通し、カソード電極１４に供給される。使用済みの酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出孔１７２Ａ、１７２Ｂから排ガス排出連通孔７４に排出される。
【０１１０】
この第３の実施形態では、橋架部１５６Ａ、１５６Ｂが、仮想直線Ｏに交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されるとともに、この仮想直線Ｏを跨いで、それぞれ矢印Ｃ１方向への突出長さと矢印Ｃ２方向への突出長さとが、同一の長さに設定されている。
【０１１１】
このため、橋架部１５６Ａ、１５６Ｂは、コンパクト化を図りながら、一層の長尺化が図られる。しかも、挟持部１５８Ａ、１５８Ｂ、橋架部１５６Ａ、１５６Ｂ及び反応ガス供給部１５４間の熱応力及び変位は、一層良好に緩和可能になるという効果が得られる。
【０１１２】
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１９０の斜視説明図である。
【０１１３】
燃料電池１９０は、セパレータ１９２を備え、このセパレータ１９２は、燃料ガス供給連通孔２６及び酸化剤ガス供給連通孔７０が形成される反応ガス供給部１９４を設ける。反応ガス供給部１９４には、橋架部１９６Ａ、１９６Ｂが一体に設けられるとともに、各橋架部１９６Ａ、１９６Ｂには、矩形状を有する挟持部１９８Ａ、１９８Ｂが一体に設けられる。
【０１１４】
反応ガス供給部１９４は、挟持部１９８Ａ、１９８Ｂの幅寸法内で、矢印Ｃ２方向に偏心している。反応ガス供給部１９４に一端が接続される橋架部１９６Ａ、１９６Ｂは、矢印Ｃ１方向に大きく蛇行して挟持部１９８Ａ、１９８Ｂにそれぞれの他端部が接続される。反応ガス供給部１９４及び橋架部１９６Ａ、１９６Ｂは、挟持部１９８Ａ、１９８Ｂの幅寸法内に収容されている。
【０１１５】
このように構成される第４の実施形態では、橋架部１９６Ａ、１９６Ｂの長尺化を図るとともに、燃料電池１９０全体のコンパクト化が容易に可能になり、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１６】
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池２００の平面説明図である。
【０１１７】
燃料電池２００は、実質的には、第３の実施形態に係る燃料電池１５０と同様に構成されており、反応ガス供給部１５４からそれぞれ蛇行形状を有する橋架部１５６Ａ、１５６Ｂが一体に設けられるとともに、前記橋架部１５６Ａ、１５６Ｂには、円板状の挟持部２０４Ａ、２０４Ｂが一体に設けられる。
【０１１８】
挟持部２０４Ａ、２０４Ｂには、酸化剤ガス供給孔１７０Ａ、１７０Ｂを周回する円弧状の迂回路形成用壁部２０６Ａ、２０６Ｂが形成される。橋架部１５６Ａ、１５６Ｂは、挟持部２０４Ａ、２０４Ｂの矢印Ｃ方向の直径寸法内に収容されている。
【０１１９】
このように構成される第５の実施形態では、上記の第１〜第４の実施形態、特に、上記の第３の実施形態と同様の効果が得られる。なお、円板状の挟持部２０４Ａ、２０４Ｂは、上記の第１、第２及び第４の実施形態にも採用することができる。
【０１２０】
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池２２０の概略分解斜視説明図である。
【０１２１】
燃料電池２２０は、図１５及び図１６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）１２ａの両面に、カソード電極１４ａ及びアノード電極１６ａが設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）１８ａを備える。電解質・電極接合体１８ａは、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。
【０１２２】
燃料電池２２０は、各セパレータ２２２間に複数、例えば、４個の電解質・電極接合体１８ａが、このセパレータ２２２の中心部である燃料ガス供給連通孔２６を中心に同心円上に配列される。セパレータ２２２は、第１プレート２２４及び第２プレート２２６が接合されて構成される。
【０１２３】
セパレータ２２２は、中央部に燃料ガス供給連通孔２６を形成する燃料ガス供給部２２８を有する。燃料ガス供給部２２８から外方に等角度間隔（９０゜間隔）ずつ離間して放射状に且つ蛇行して延在する４本の橋架部２３０を介し、比較的大径な挟持部２３２が一体的に設けられる。燃料ガス供給部２２８と各挟持部２３２との中心間距離は、同一距離に設定される。橋架部２３０は、上述した橋架部３０Ａ（３０Ｂ）、１３４Ａ（１３４Ｂ）又は１５６Ａ（１５６Ｂ）と同様に構成することができる。
【０１２４】
各挟持部２３２は、電解質・電極接合体１８ａ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る。挟持部２３２のカソード電極１４ａに接する面には、前記カソード電極１４ａ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３４が形成される。
【０１２５】
挟持部２３２のアノード電極１６ａの接する面には、前記アノード電極１６ａ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３６が形成される。各橋架部２３０には、燃料ガスを燃料ガス供給連通孔２６から各燃料ガス通路３６に供給するための燃料ガス供給通路３８が形成される。
【０１２６】
第１プレート２２４は、中央部に燃料ガス供給連通孔２６が形成される第１円板部２３４と、前記第１円板部２３４に一体に設けられ、外方に放射状に且つ蛇行して延在する第１蛇行長板部２３６と、前記第１蛇行長板部２３６に一体に設けられる第１円板形状部２３８とを設ける。
【０１２７】
第１円板形状部２３８には、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔６０が、例えば、前記第１円板形状部２３８の中心又は中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定される。
【０１２８】
第１円板形状部２３８のアノード電極１６ａに接触する面には、燃料ガス通路３６を形成するための複数の突起部６２と、前記燃料ガス通路３６側に突出してアノード電極１６ａの外周縁部に接触する外縁周回用凸部６５とが設けられる。第１円板形状部２３８には、燃料ガス通路３６を通って使用された燃料ガスを排出するそれぞれ一対の燃料ガス排出孔６４ａ、６４ｂ及び６４ｃと、アノード電極１６ａに接触するとともに、前記燃料ガスが燃料ガス供給孔６０から前記燃料ガス排出孔６４ａ、６４ｂ及び６４ｃに直線状に流れることを阻止する迂回路形成用の円弧状壁部２４０とが設けられる。
【０１２９】
第１円板形状部２３８には、電解質・電極接合体１８ａの発電による電力を取り出すため又は前記電解質・電極接合体１８ａの状態を計測するための一対の突出部２４２が設けられる。突出部２４２は、第１円板形状部２３８の外周縁部に且つ燃料ガス排出孔６４ａ、６４ｂ間に設けられる。
【０１３０】
第２プレート２２６は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する第２円板部２４４を備える。第２円板部２４４には、補強用のボス部２４６が所定数だけ設けられる。第２円板部２４４から放射状に且つ蛇行して４本の第２蛇行長板部２４８が延在するとともに、前記第２蛇行長板部２４８には、燃料ガス供給連通孔３０から燃料ガス供給孔６０に連通する燃料ガス供給通路３８が形成される。
【０１３１】
各第２蛇行長板部２４８には、比較的大径な第２円板形状部２５０が一体的に設けられ、前記第２円板形状部２５０には、プレス等により複数の突起部４６が設けられる。第２円板形状部２５０には、突起部４６によりカソード電極１４ａ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３４が形成される。各第１及び第２円板形状部２３８、２５０間には、必要に応じて、空気制御板２５２が配設される。
【０１３２】
このように構成される燃料電池２２０の動作について説明すると、燃料ガスは、各セパレータ２２２を構成する燃料ガス供給部２２８に形成された燃料ガス供給連通孔２６から４本の橋架部２３０に形成された各燃料ガス供給通路３８に導入される。燃料ガスは、さらに各燃料ガス供給通路３８を通って各挟持部２３２の燃料ガス供給孔６０に供給される。
【０１３３】
このため、燃料ガスは、各燃料ガス供給孔６０から各アノード電極１６ａの略中心に供給された後、燃料ガス通路３６に沿って前記アノード電極１６ａの外周部に向かって移動する。
【０１３４】
一方、酸化剤ガス供給連通孔５０に供給された空気は、各電解質・電極接合体１８ａの内側周端部と各挟持部２３２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３４に送られる。酸化剤ガス通路３４では、電解質・電極接合体１８ａのカソード電極１４ａの内側周端部（セパレータ２３２の中央部）側から外側周端部（セパレータ２３２の外側周端部側）に向かって空気が流動する。
【０１３５】
従って、電解質・電極接合体１８ａでは、アノード電極１６ａ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１４ａ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１２ａを通ってアノード電極１６ａに移動し、化学反応により発電が行われる。
【０１３６】
この第６の実施形態では、セパレータ２２２は、単一の燃料ガス供給部２２８に４本の橋架部２３０が設けられるとともに、各橋架部２３０には、それぞれ挟持部２３２が設けられている。そして、各挟持部２３２は、各電解質・電極接合体１８ａに対応する形状に設定され、且つ、互いに分離して構成されている。
【０１３７】
従って、挟持部２３２は、電解質・電極接合体１８ａに対応する形状を有し、前記電解質・電極接合体１８ａで発電された電力を効率的に集電することができる。
【０１３８】
しかも、各挟持部２３２は、互いに分離しており、電解質・電極接合体１８ａやセパレータ２２２の寸法誤差によって各電解質・電極接合体１８ａに発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。これにより、セパレータ２２２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１８ａに対して均等な荷重を付与することができる。
【０１３９】
その上、各電解質・電極接合体１８ａの熱歪み等は、隣接する他の電解質・電極接合体１８ａに伝達されることがなく、前記電解質・電極接合体１８ａ間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。このため、各電解質・電極接合体１８ａ同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池２２０全体の小型化が容易に図られる。
【符号の説明】
【０１４０】
１０、１３０、１５０、１９０、２００、２２０…燃料電池
１２、１２ａ…電解質                １４、１４ａ…カソード電極
１６、１６ａ…アノード電極          １８、１８ａ…電解質・電極接合体
２０、１３２、１５２、１９２、２２２…セパレータ
２２、２４、１３８、１４０、１６０、１６２、２２４、２２６…プレート
２８、２２８…燃料ガス供給部
３０Ａ、３０Ｂ、１３４Ａ、１３４Ｂ、１５６Ａ、１５６Ｂ、１９６Ａ、１９６Ｂ、２３０…橋架部
３２Ａ、３２Ｂ、１３６Ａ、１３６Ｂ、１５８Ａ、１５８Ｂ、１９８Ａ、１９８Ｂ、
２０４Ａ、２０４Ｂ、２３２…挟持部  ３４Ａ、３４Ｂ…酸化剤ガス通路
３６Ａ、３６Ｂ…燃料ガス通路        ３８Ａ、３８Ｂ…燃料ガス供給通路
４０、４８、１６４、１７８、２３４、２４４…円板部
４２Ａ、４２Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ、１６６Ａ、１６６Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂ、２３６、２４８…蛇行長板部
４４Ａ、４４Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、１６８Ａ、１６８Ｂ、１８４Ａ、１８４Ｂ…矩形状部
６０Ａ、６０Ｂ…燃料ガス供給孔      ６４Ａ、６４Ｂ…燃料ガス排出孔
６８Ａ、６８Ｂ、１７４Ａ、１７４Ｂ、２０６Ａ、２０６Ｂ…迂回路形成用壁部
７０…酸化剤ガス供給連通孔          ７４…排ガス排出連通孔
８２…積層体                        ８４、８６Ａ、８６Ｂ…締め付け荷重付与機構
８８…筐体                          １５４、１９４…反応ガス供給部
１７０Ａ、１７０Ｂ…酸化剤ガス供給孔
１７２Ａ、１７２Ｂ…酸化剤ガス排出孔
１８６Ａ、１８６Ｂ…酸化剤ガス供給通路
２３８、２５０…円板形状部
【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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