(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層と、前記固体電解質層を介して積層された燃料極層および空気極層と、前記燃料極層および前記空気極層にそれぞれ積層された複数のセパレータとを各々が備え、積層方向に直交する方向に延びて前記燃料極層および前記空気極層に燃料極ガスおよび空気極ガスをそれぞれ供給するガス流路と、前記燃料極ガスおよび前記空気極ガスに基づいて発生した電流を取り出すための導体とが各々に形成された複数の燃料電池セルを有する固体酸化物形の燃料電池ユニットであって、
前記積層方向に隣り合う２つの燃料電池セルの間の位置でかつ前記積層方向から眺めて前記導体と重なる一部の位置に設けられ、導電材によって前記２つの燃料電池セルの各々と接合される金属板、および
前記２つの燃料電池セルの間の位置でかつ前記積層方向から眺めて前記金属板を回避する位置に設けられ、前記２つの燃料電池セルの各々と接合されるスペーサを備え、
前記２つの燃料電池セルの少なくとも一方は、前記積層方向から眺めたときに前記金属板と重なる第１領域と、前記積層方向から眺めたときに前記スペーサと重なる第２領域とを含み、前記第２領域の剛性は前記第１領域の剛性を上回る、燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記スペーサのエッジ部は前記積層方向から眺めて前記ガス流路を回避する位置で前記ガス流路に沿って延びる、請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記ガス流路は前記燃料極ガスが流れる第１ガス流路および前記空気極ガスが流れる第２ガス流路を含み、
前記エッジ部は前記第１ガス流路に沿って延びる第１エッジ部および前記第２ガス流路に沿って延びる第２エッジ部を含む、請求項２記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記複数の燃料電池セルの各々には前記積層方向に延びかつ前記ガス流路に前記燃料極ガスおよび前記空気極ガスを注入するマニホールドがさらに形成され、
前記スペーサには前記マニホールドに連通する貫通孔が形成される、請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
前記複数の燃料電池セルは前記積層方向に直交する側面が面一となるように堆積され、
前記スペーサは前記積層方向から眺めて前記側面よりも外方に突出する先端を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【請求項６】
前記スペーサは互いに分離されかつスティック状に形成された複数の小スペーサを含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【請求項７】
前記複数の小スペーサの各々は前記積層方向から眺めて前記複数の燃料電池セルと重なる位置に配された端部を有し、前記端部の輪郭は前記積層方向から眺めて曲線を描く、請求項６記載の燃料電池ユニット。
【請求項８】
前記スペーサは前記積層方向から眺めて前記２つの燃料電池セルと重なる位置に配された端部を有し、
前記第２領域は、前記積層方向から眺めて前記端部と重なる端部領域と、前記積層方向から眺めて前記端部以外の部分と重なる非端部領域とを含み、
前記端部領域の剛性は前記非端部領域の剛性を上回る、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【請求項９】
前記燃料極層および前記空気極層の各々は、スティック状に各々が形成されかつ均等な間隔で平行に配された複数の極、およびスティック状に形成されかつ前記複数の極のうち最も外側の極よりも外側に配された部分セパレータを含み、
前記ガス流路は前記複数の極の間に配され、前記部分セパレータの幅は前記ガス流路の幅よりも大きい、請求項８記載の燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池ユニットに関し、特に、燃料極ガスおよび空気極ガスに基づいて発生した電流を取り出すための導体が各々に形成された複数の燃料電池セルを有する、固体酸化物形の燃料電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料電池ユニットでは、各々の燃料電池セルから取り出された電流を伝送するための金属板が、積層方向において隣り合う２つの燃料電池セルの間に設けられる。この金属板は、各々の燃料電池セルの温度を均一にするための均熱板を兼ねる。
【０００３】
ただし、燃料電池セルの表面や金属板の表面には微小な凹凸や反りが存在するため、燃料電池セルと金属板との間の微小な隙間を埋めるために、金属，合金または導電セラミックスの導電材が別途必要になる。
【０００４】
ところで、金属板および導電材は高温の酸化雰囲気または還元雰囲気に晒されるため、金属板および導電材には、耐熱性に加えて酸化雰囲気または還元雰囲気に対する耐性が求められる。
【０００５】
総じて、燃料電池セルをなすセパレータと金属板や導電材との間には、熱膨張係数に差が存在し、熱応力による導電パスの破壊が問題となることが多い。そこで、ばね機構，ネジ締め機構，バインド機構などの種々の荷重機構を別途設けて、金属板が燃料電池セルに密着するように荷重を掛ける方式を採用するケースが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３８８６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、燃料電池スタック以外に荷重機構を設ける必要があるため、燃料電池ユニットが大型化したり、セッティングが複雑化したり、コストが増大するなどの問題が生じる。
【０００８】
ここで、積層方向から眺めて金属板が導体と重なる最小限のサイズまで金属板のサイズを抑え、これによって確保された空き領域にスペーサを挿入し、挿入されたスペーサを上下の燃料電池セルに接着剤によって接合することで、熱応力による導電パスの破壊を防止することが考えられる。
【０００９】
しかし、これでは、燃料電池セルを一定段数以上積層した場合に、ヒートサイクルに起因するクラックが燃料電池セルに発生するおそれがある。つまり、熱膨張係数は燃料電池セルをなすセパレータと金属板や導電材との間で相違するため、ヒートサイクルに起因する応力がスペーサの近傍に集中し、この応力集中が燃料電池セルにクラックを生じさせるおそれがある。
【００１０】
それゆえに、この発明の主たる目的は、燃料電池セルをなすセパレータと金属板や導電材との熱膨張係数の相違に起因して燃料電池セルにクラックが生じる懸念を軽減することができる、燃料電池ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の燃料電池ユニットは、固体電解質層と、固体電解質層を介して積層された燃料極層および空気極層と、燃料極層および空気極層にそれぞれ積層された複数のセパレータとを各々が備え、積層方向に直交する方向に延びて燃料極層および空気極層に燃料極ガスおよび空気極ガスをそれぞれ供給するガス流路と、燃料極ガスおよび空気極ガスに基づいて発生した電流を取り出すための導体とが各々に形成された複数の燃料電池セルを有する固体酸化物形の燃料電池ユニットであって、積層方向に隣り合う２つの燃料電池セルの間の位置でかつ積層方向から眺めて導体と重なる一部の位置に設けられ、導電材によって２つの燃料電池セルの各々と接合される金属板、および２つの燃料電池セルの間の位置でかつ積層方向から眺めて金属板を回避する位置に設けられ、２つの燃料電池セルの各々と接合されるスペーサを備え、２つの燃料電池セルの少なくとも一方は、積層方向から眺めたときに金属板と重なる第１領域と、積層方向から眺めたときにスペーサと重なる第２領域とを含み、第２領域の剛性は第１領域の剛性を上回る。
【００１２】
燃料電池セルのうち積層方向から眺めてスペーサと重なる領域の剛性は、積層方向から眺めて金属板と重なる領域の剛性を上回る。これによって、燃料電池セルをなすセパレータと金属板や導電材との熱膨張係数の相違に起因して燃料電池セルにクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【００１３】
好ましくは、スペーサのエッジ部は積層方向から眺めてガス流路を回避する位置でガス流路に沿って延びる。これによって、積層方向から眺めたときにスペーサと重なる領域で高い剛性が得られ、スペーサのエッジ部への応力集中によってガス流路にクラックが発生する懸念が軽減される。
【００１４】
さらに好ましくは、ガス流路は燃料極ガスが流れる第１ガス流路および空気極ガスが流れる第２ガス流路を含み、エッジ部は第１ガス流路に沿って延びる第１エッジ部および第２ガス流路に沿って延びる第２エッジ部を含む。これによって、燃料極ガス用および空気極ガス用のいずれについても、ガス流路にクラックが発生する懸念が軽減される。
【００１５】
好ましくは、複数の燃料電池セルの各々には積層方向に延びかつガス流路に燃料極ガスおよび空気極ガスを注入するマニホールドがさらに形成され、スペーサにはマニホールドに連通する貫通孔が形成される。燃料極ガスおよび空気極ガスはスペーサに形成された貫通孔を経て燃料電池セルのマニホールドに供給され、燃料電池セルの設計を変更することなく燃料極ガスおよび空気極ガスを燃料極および空気極に供給することができる。
【００１６】
好ましくは、複数の燃料電池セルは積層方向に直交する側面が面一となるように堆積され、スペーサは積層方向から眺めて側面よりも外方に突出する先端を有する。先端を燃料電池セルの側面よりも外方に突出させることで、燃料電池セルに掛かる負荷が抑制される。これによって、ガス流路にクラックが生じる懸念をさらに軽減することができる。
【００１７】
好ましくは、スペーサは互いに分離されかつスティック状に形成された複数の小スペーサを含む。これによって、スペーサの構造が単純化され、スペーサの取り回しが簡単になる。
【００１８】
さらに好ましくは、複数の小スペーサの各々は積層方向から眺めて複数の燃料電池セルと重なる位置に配された端部を有し、端部の輪郭は積層方向から眺めて曲線を描く。これによって、端部への応力集中が緩和され、ガス流路にクラックが生じる懸念がさらに軽減される。
【００１９】
好ましくは、スペーサは積層方向から眺めて２つの燃料電池セルと重なる位置に配された端部を有し、第２領域は、積層方向から眺めて端部と重なる端部領域と、積層方向から眺めて端部以外の部分と重なる非端部領域とを含み、端部領域の剛性は非端部領域の剛性を上回る。熱膨張率の相違に起因する応力はスペーサの端部にも集中するところ、端部領域の剛性を高くすることで、燃料電池セルにクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【００２０】
さらに好ましくは、燃料極層および空気極層の各々は、スティック状に各々が形成されかつ均等な間隔で平行に配された複数の極、およびスティック状に形成されかつ複数の極のうち最も外側の極よりも外側に配された部分セパレータを含み、ガス流路は複数の極の間に配され、部分セパレータの幅はガス流路の幅よりも大きい。これによって、燃料電池セルにクラックが生じる懸念が軽減される。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、燃料電池セルをなすセパレータと金属板や導電材との熱膨張係数の相違に起因して燃料電池セルにクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【００２２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の燃料電池ユニットの外観を示す斜視図である。
【図２】分解された燃料電池ユニットの一部を示す斜視図である。
【図３】分解された燃料電池ユニットの他の一部を示す斜視図である。
【図４】分解された燃料電池セルの一部を示す斜視図である。
【図５】分解された燃料電池セルの他の一部を示す斜視図である。
【図６】図１に示す燃料電池ユニットの側面を拡大して示す側面図である。
【図７】燃料極層，スペーサ，金属板および空気極層の積層状態を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）は燃料極層，スペーサおよび金属板の積層状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は燃料極層，スペーサおよび金属板の積層状態を示す平面図である。
【図９】（Ａ）はスペーサ，金属板および空気極層の積層状態を示す斜視図であり、（Ｂ）はスペーサ，金属板および空気極層の積層状態を示す平面図である。
【図１０】スペーサと燃料極層との位置関係を示す拡大平面図である。
【図１１】スペーサと空気極層との位置関係を示す拡大平面図である。
【図１２】実施例１の変形例に適用される金属板およびスペーサの一例を示す平面図である。
【図１３】実施例１の他の変形例に適用される金属板およびスペーサの一例を示す平面図である。
【図１４】実施例２の燃料電池ユニットの外観を示す斜視図である。
【図１５】分解された燃料電池ユニットの一部を示す斜視図である。
【図１６】分解された燃料電池ユニットの他の一部を示す斜視図である。
【図１７】分解された燃料電池セルの一部を示す斜視図である。
【図１８】分解された燃料電池セルの他の一部を示す斜視図である。
【図１９】図１４に示す燃料電池ユニットの側面を拡大して示す側面図である。
【図２０】（Ａ）は燃料極層，スペーサおよび金属板の積層状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は燃料極層，スペーサおよび金属板の積層状態を示す平面図である。
【図２１】（Ａ）はスペーサ，金属板および空気極層の積層状態を示す斜視図であり、（Ｂ）はスペーサ，金属板および空気極層の積層状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［実施例１］
図１〜図５を参照して、この実施例の燃料電池ユニット１０は、固体酸化物形の燃料電池ユニットであり、２つの燃料電池セル２０ａおよび２０ｂを含む。燃料電池セル２０ａおよび２０ｂは、各々の側面が面一となるように堆積され、これによって平板型の燃料電池スタック１２が構成される。
【００２５】
燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の上面（表面）には、アノードＡＮと電気的に接続されたビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…が露出する。また、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の下面（表面）には、カソードＣＴと電気的に接続されたビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…が露出する（図５参照）。燃料極ガスおよび空気極ガスに基づいて発生した電流は、アノードＡＮ側のビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…とカソードＣＴ側のビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…とによって外部に取り出される。
【００２６】
なお、この実施例では、燃料電池スタック１２をなす直方体の幅方向，奥行き方向および高さ方向に、Ｘ軸，Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれ割り当てる。
【００２７】
燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々にはまた、燃料極ガス用の２つのマニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２と、空気極ガス用の２つのマニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２とが形成される（図４，図５参照）。マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２はいずれも、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の内部をＺ軸方向に延び、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の上面および下面に形成された貫通孔ＨＬｆ１，ＨＬｆ２，ＨＬａ１およびＨＬａ２とそれぞれ連通する。
【００２８】
Ｚ軸方向から眺めると、マニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２は燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の上面中央を基点としてＹ軸方向に延びる直線上に帯状に形成され、マニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２は燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の上面中央を基点としてＸ軸方向に延びる直線上に帯状に形成される。
【００２９】
より詳しくは、マニホールドＭＦｆ１は上面中央よりもＹ軸方向の正側に位置し、マニホールドＭＦｆ２は上面中央よりもＹ軸方向の負側に位置する。また、マニホールドＭＦａ１は上面中央よりもＸ軸方向の正側に位置し、マニホールドＭＦａ２は上面中央よりもＸ軸方向の負側に位置する。
【００３０】
なお、Ｚ軸方向から眺めて、貫通孔ＨＬｆ１はマニホールドＭＦｆ１と重なる位置に形成され、貫通孔ＨＬｆ２はマニホールドＭＦｆ２と重なる位置に形成され、貫通孔ＨＬａ１はマニホールドＭＦａ１と重なる位置に形成され、貫通孔ＨＬａ２はマニホールドＭＦａ２と重なる位置に形成される。
【００３１】
したがって、アノードＡＮ側のビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…は、マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２を基準に４分割される。同様に、カソードＣＴ側のビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…も、マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２を基準に４分割される。
【００３２】
図４〜図５に示すように、燃料電池セル２０ａは、セパレータＳＰ１を基材とする空気極側導体層１２１，セパレータＳＰ２を基材とする空気極層１２２，電解質ＥＬを基材とする電解質層１２３，セパレータＳＰ４を基材とする燃料極層１２４，およびセパレータＳＰ５を基材とする燃料極側導体層１２５がこの順で積層されてなる。
【００３３】
なお、セパレータＳＰ２は部分セパレータＳＰ２１〜ＳＰ２３を含み、セパレータＳＰ４は部分セパレータＳＰ４１〜ＳＰ４３を含む（詳細は後述）。また、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂは同じ構造を有するため、共通の部材に共通の参照符号を付すことで、燃料電池セル２０ｂの構造に関する説明は省略する。
【００３４】
ビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…および貫通孔ＨＬｆ１，ＨＬｆ２，ＨＬａ１，ＨＬａ２は、空気極側導体層１２１をなすセパレータＳＰ１に設けられる。ビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…はいずれも、Ｚ軸方向から眺めて貫通孔ＨＬｆ１，ＨＬｆ２，ＨＬａ１およびＨＬａ２を回避し、さらにマニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２を回避する位置に設けられる。また、ビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…の一方端および他方端は、セパレータＳＰ１の上面および下面にそれぞれ露出する。
【００３５】
ビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…および貫通孔ＨＬｆ１，ＨＬｆ２，ＨＬａ１およびＨＬａ２は、燃料極側導体層１２５をなすセパレータＳＰ５に設けられる。ビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…のいずれも、Ｚ軸方向から眺めて貫通孔ＨＬｆ１，ＨＬｆ２，ＨＬａ１およびＨＬａ２を回避し、さらにマニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２を回避する位置に設けられる。また、ビア導体ＶＨｆの一方端および他方端は、セパレータＳＰ５の上面および下面にそれぞれ露出する。
【００３６】
空気極層１２２において、部分セパレータＳＰ２１〜ＳＰ２３は共通の厚みを有してスティック状に形成される。部分セパレータＳＰ２１はＸ軸方向における負側端部の位置をＹ軸方向に延び、部分セパレータＳＰ２２はＸ軸方向における中央の位置をＹ軸方向に延び、部分セパレータＳＰ２３はＸ軸方向における正側端部の位置をＹ軸方向に延びる。
【００３７】
部分セパレータＳＰ２１の幅は部分セパレータＳＰ２３の幅と一致し、部分セパレータＳＰ２２の幅は部分セパレータＳＰ２１およびＳＰ２３の各々の幅のほぼ２倍である。マニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２は、部分セパレータＳＰ２２に設けられる。
【００３８】
部分セパレータＳＰ２１〜ＳＰ２３によって挟まれる領域には、部分セパレータＳＰ２１〜Ｓ２３の厚みと同じ厚みを有しかつスティック状に形成された複数のカソード（空気極）ＣＴ，ＣＴ，…が設けられる。カソードＣＴ，ＣＴ，…のいずれも、空気極層１２２のＹ軸方向における長さの１／２を下回る長さを有し、Ｘ軸方向に所定の間隔をおいてＹ軸方向に延在する。
【００３９】
カソードＣＴ，ＣＴ，…の一部については、Ｙ軸方向における負側の端面が部分セパレータＳＰ２１〜ＳＰ２３のＹ軸方向における負側の端面と面一となるように設けられる。また、カソードＣＴ，ＣＴ，…の他の一部については、Ｙ軸方向における正側の端面が部分セパレータＳＰ２１〜ＳＰ２３のＹ軸方向における正側の端面と面一となるように設けられる。
【００４０】
こうして配置されたカソードＣＴ，ＣＴ，…の一部には、ビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…が設けられる。ビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…はＺ軸方向に延在し、カソードＣＴ，ＣＴ，…の上面および下面に露出する。また、Ｚ軸方向から眺めたとき、空気極層１２２に設けられたビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…は、空気極側導体層１２１に設けられたビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…と重なる。
【００４１】
マニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２は、カソードＣＴ，ＣＴ，…と部分セパレータＳＰ２１〜２３とによって形成される。また、Ｘ軸方向に並ぶカソードＣＴ，ＣＴ，…の間には、各々がＹ軸方向に延びる空気極用のガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…が形成される。つまり、Ｘ軸に沿って眺めたとき、カソードＣＴおよびガス流路ＧＲａは交互に並ぶ。
【００４２】
燃料極層１２４において、部分セパレータＳＰ４１〜ＳＰ４３は共通の厚みを有してスティック状に形成される。部分セパレータＳＰ４１はＹ軸方向における負側端部の位置をＸ軸方向に延び、部分セパレータＳＰ２２はＹ軸方向における中央の位置をＸ軸方向に延び、部分セパレータＳＰ２３はＹ軸方向における正側端部の位置をＸ軸方向に延びる。
【００４３】
部分セパレータＳＰ４１の幅は部分セパレータＳＰ４３の幅と一致し、部分セパレータＳＰ４２の幅は部分セパレータＳＰ４１およびＳＰ４３の各々の幅のほぼ２倍である。マニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２は、部分セパレータＳＰ４２に設けられる。
【００４４】
部分セパレータＳＰ４１〜ＳＰ４３によって挟まれる領域には、部分セパレータＳＰ４１〜Ｓ４３の厚みと同じ厚みを有しかつスティック状に形成された複数のアノード（燃料極）ＡＮ，ＡＮ，…が設けられる。アノードＡＮ，ＡＮ，…のいずれも、燃料極層１２４のＸ軸方向における長さの１／２を下回る長さを有し、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいてＸ軸方向に延在する。
【００４５】
アノードＡＮ，ＡＮ，…の一部については、Ｘ軸方向における負側の端面が部分セパレータＳＰ４１〜ＳＰ４３のＸ軸方向における負側の端面と面一となるように設けられる。また、アノードＡＮ，ＡＮ，…の他の一部については、Ｘ軸方向における正側の端面が部分セパレータＳＰ４１〜ＳＰ４３のＸ軸方向における正側の端面と面一となるように設けられる。
【００４６】
こうして配置されたアノードＡＮ，ＡＮ，…の一部には、ビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…が設けられる。ビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…はＺ軸方向に延在し、アノードＡＮ，ＡＮ，…の上面および下面に露出する。また、Ｚ軸方向から眺めたとき、燃料極層１２４に設けられたビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…は、燃料極側導体層１２５に設けられたビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…と重なる。
【００４７】
マニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２は、アノードＡＮ，ＡＮ，…と部分セパレータＳＰ４１〜４３とによって形成される。また、Ｘ軸方向に並ぶアノードＡＮ，ＡＮ，…の間には、各々がＸ軸方向に延びる燃料極用のガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…が形成される。つまり、Ｙ軸に沿って眺めたとき、アノードＡＮおよびガス流路ＧＲｆは交互に並ぶ。
【００４８】
電解質層１２３は、電解質ＥＬにマニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１，ＭＦａ２を形成してなる。空気極層１２２に設けられたカソードＣＴ，ＣＴ，…の上面は電解質層１２３の下面に配置され、燃料極層１２４に設けられたアノードＡＮ，ＡＮ，…の下面は電解質層１２３の上面に配置される。
【００４９】
図２に戻って、集電板１６ａは、４つの小集電板１６１ａ〜１６４ａによって形成される。小集電板１６１ａ〜１６４ａの各々の上面または下面の面積は、燃料電池セル２０ａの上面または下面の面積の１／４をやや下回る。また、図３に示す集電板１６ｂは、４つの小集電板１６１ｂ〜１６４ｂによって形成される。小集電板１６１ｂ〜１６４ｂの各々の上面または下面の面積も、燃料電池セル２０ｂの上面または下面の面積の１／４をやや下回る。
【００５０】
小集電板１６１ａは、その下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａの上面のＸ軸方向正側でかつＹ軸方向正側の位置に配される。小集電板１６２ａは、その下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…の他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａの上面のＸ軸方向負側でかつＹ軸方向正側の位置に配される。
【００５１】
小集電板１６３ａは、その下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…のその他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａの上面のＸ軸方向負側でかつＹ軸方向負側の位置に配される。小集電板１６４ａは、その下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…のさらにその他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａの上面のＸ軸方向正側でかつＹ軸方向負側の位置に配される。
【００５２】
小集電板１６１ｂは、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…の一部と対向するように、燃料電池セル２０ｂの下面のＸ軸方向正側でかつＹ軸方向正側の位置に配される。小集電板１６２ｂは、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…の他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ｂの下面のＸ軸方向負側でかつＹ軸方向正側の位置に配される。
【００５３】
小集電板１６３ｂは、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…のその他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ｂの下面のＸ軸方向負側でかつＹ軸方向負側の位置に配される。小集電板１６４ｂは、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…のさらにその他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ｂの下面のＸ軸方向正側でかつＹ軸方向負側の位置に配される。
【００５４】
これによって、小集電板１６１ａ〜１６４ａつまり集電板１６ａはビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…と電気的に接続され、小集電板１６１ｂ〜１６４ｂつまり集電板１６ｂはビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…と電気的に接続される。
【００５５】
固定板１４ａの上面または下面は燃料電池スタック１２の上面の面積とほぼ一致する面積を有し、固定板１４ｂの上面または下面は燃料電池スタック１２の下面の面積とほぼ一致する面積を有する。
【００５６】
固定板１４ａは、その下面の一部が集電板１６ａの上面と対向するように集電板１６ａの上面に配される。固定板１４ｂは、その上面の一部が集電板１６ｂの下面と対向するように集電板１６ｂの下面に配される。ここで、固定板１４ａおよび１４ｂの各々の側面は、燃料電池スタック１２の側面に対して面一となる（ただし、面一であることは必須ではない）。また、固定板１４ｂについては、マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２が形成される。集電板１６ａおよび１６ｂは、こうして配された固定板１４ａおよび１４ｂによって固定される。
【００５７】
スペーサ１８ａは、燃料電池セル２０ａの上面から固定板１４ａの下面までの距離を集電板１６ａの厚みと同等の距離に調整するべく、集電板１６ａが欠落する位置で、燃料電池セル２０ａと固定板１４ａとの間に配される。スペーサ１８ｂは、燃料電池セル２０ｂの下面から固定板１４ｂの上面まで距離を集電板１６ｂの厚みと同等の距離に調整するべく、集電板１６ｂが欠落する位置で、燃料電池セル２０ｂと固定板１４ｂとの間に配される。
【００５８】
このとき、スペーサ１８ａの下面は燃料電池セル２０ａの上面と対向し、スペーサ１８ａの上面は固定板１４ａの下面と対向する。同様に、スペーサ１８ｂの上面は燃料電池セル２０ｂの下面と対向し、スペーサ１８ａの下面は固定板１４ｂの上面と対向する。
【００５９】
また、集電板１６ａおよび１６ｂの各々が上述のように配されることから、スペーサ１８ａおよび１８ｂの各々の上面または下面は十字をなす。スペーサ１８ｂについては、マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２とそれぞれ連通する４つの貫通孔ＴＨｆ１，ＴＨｆ２，ＴＨａ１およびＴＨａ２が形成される。なお、スペーサ１８ａおよび１８ｂの各々の先端は、燃料電池スタック１２の側面よりも外方に突出する（詳細は後述）。
【００６０】
燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの間には、金属板２２が配される。金属板２２は、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂから取り出された電流を集電板１６ａおよび１６ｂに伝送し、かつ燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの温度を均一化する。
【００６１】
金属板２２もまた、４つの小金属板２２１〜２２４によって形成される。小金属板２２１〜２２４の各々の上面または下面の面積は、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々の上面または下面の面積の１／４をやや下回る。
【００６２】
小金属板２２１は、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…の一部と対向しかつその下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの間のＸ軸方向正側でかつＹ軸方向正側の位置に配される。小金属板２２２は、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…の他の一部と対向しかつその下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…の他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの間のＸ軸方向負側でかつＹ軸方向正側の位置に配される。
【００６３】
小金属板２２３は、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…のその他の一部と対向しかつその下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…のその他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの間のＸ軸方向負側でかつＹ軸方向負側の位置に配される。小金属板２２４は、その上面がビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…のさらにその他の一部と対向しかつその下面がビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…のさらにその他の一部と対向するように、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの間のＸ軸方向正側でかつＹ軸方向負側の位置に配される。
【００６４】
燃料電池セル２０ａに設けられたビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…は、こうして配された金属板２２を介して、燃料電池セル２０ｂに設けられたビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…と電気的に接続される。
【００６５】
スペーサ２４は、燃料電池セル２０ａの下面から燃料電池セル２０ｂの上面までの距離を金属板２２の厚みと同等の距離に調整するべく、金属板２２が欠落する位置で燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの間に配される。このとき、スペーサ２４の上面は燃料電池セル２０ａの下面と対向し、スペーサ２４の下面は燃料電池セル２０ｂの上面と対向する。
【００６６】
また、金属板２２が上述のように配されることから、スペーサ２４の上面または下面は十字をなす。スペーサ２４にはさらに、マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２とそれぞれ連通する４つの貫通孔ＴＨｆ１，ＴＨｆ２，ＴＨａ１およびＴＨａ２が形成される。なお、スペーサ２４の先端は、燃料電池スタック１２の側面よりも外方に突出する（詳細は後述）。
【００６７】
図６から分かるように、燃料電池セル２０ａの上面と集電板１６ａの下面との間には、導電材２６が配される。燃料電池セル２０ｂの下面と集電板１６ｂの上面との間にも、導電材２６が配される。燃料電池セル２０ａと集電板１６ａとの間または燃料電池セル２０ｂと集電板１６ｂとの間に生じた微小な隙間は、導電材２６によって埋められる。
【００６８】
また、燃料電池セル２０ａの上面およびスペーサ１８ａの下面の間、ならびに固定板１４ａの下面およびスペーサ１８ａの上面の間には、接着剤２８が配される。接着剤２８は、燃料電池セル２０ｂの下面およびスペーサ１８ｂの上面の間、ならびに固定板１４ｂの上面およびスペーサ１８ｂの下面の間にも配される。この結果、固定板１４ａはスペーサ１８ａを介して燃料電池セル２０ａに固着され、固定板１４ｂはスペーサ１８ｂを介して燃料電池セル２０ｂに固着される。
【００６９】
さらに、燃料電池セル２０ａの下面と金属板２２の上面との間には、導電材２６が配される。燃料電池セル２０ｂの上面と金属板２２の下面との間にも、導電材２６が配される。金属板２２と燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々との間に生じた微小な隙間は、導電材２６によって埋められる。
【００７０】
また、燃料電池セル２０ａの下面およびスペーサ２４の上面の間には接着剤２８が配され、燃料電池セル２０ｂの上面およびスペーサ２４の下面の間にも接着剤２８が配される。この結果、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂは、スペーサ２４を介して互いに固着される。
【００７１】
固定板１４ａ〜１４ｂおよびスペーサ１８ａ〜１８ｂ，２４は、３ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を材料とする。燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々をなすセパレータＳＰ１〜ＳＰ５も、３ＹＳＺを材料とする。したがって、熱膨張係数は、固定板１４ａ〜１４ｂ，スペーサ１８ａ〜１８ｂ，２４およびセパレータＳＰ１〜ＳＰ５の間で互いに同一である。また、集電板１６ａ〜１６ｂおよび金属板２２は、フェライト系ステンレスを材料とし、導電材２６は導電セラミックスであるＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト）を材料とする。
【００７２】
なお、固定板１４ａ〜１４ｂ，スペーサ１８ａ〜１８ｂ，２４およびセパレータＳＰ１〜ＳＰ５の間での熱膨張係数の相違は、５％以内であるのが好ましい。また、固定板１４ａ〜１４ｂ，スペーサ１８ａ〜１８ｂ，２４およびセパレータＳＰ１〜ＳＰ５の各々と集電板１６ａ〜１６ｂおよび金属板２２の各々との間での熱膨張係数の差は、２ｐｐｍ／℃以内とされる。
【００７３】
集電板１６ａ〜１６ｂ，金属板２２および導電材２６の材料は、基本的には、金属，合金または導電セラミックスの中から任意に選択できる。ただし、燃料電池セル２０ａ〜２０ｂ，集電板１６ａ〜１６ｂおよび金属板２２には、燃料電池ユニット１０が動作する環境下で熱応力が生じる。
【００７４】
したがって、熱応力の抑制ひいては接続不良の回避の観点から、導電材２６の材料は、固定板１４ａ〜１４ｂ，スペーサ１８ａ〜１８ｂ，２４およびセパレータＳＰ１〜ＳＰ５の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料とすることが好ましい。
【００７５】
また、電気抵抗を抑制する観点から、導電材２６は、導電性セラミックスであればＬａＳｒＭｎＯ３，ＬａＣｒＯ３，ＬａＣｏＯ３，ＭｎＣｏＯ３などをベースにしたものが好ましく、貴金属であればＡｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ或いはこれらのうちの２種以上から成る合金が好ましい。
【００７６】
さらに、導電材２６は、燃料電池セル２０ａと集電板１６ａとの間に生じた微小な隙間、燃料電池セル２０ｂと集電板１６ｂとの間に生じた微小な隙間、ならびに金属板２２と燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々との間に生じた微小な隙間を埋めるために配される。したがって、導電材２６は、この熱応力を緩和する構造（メッシュ構造，フェルト構造，スポンジ構造，多孔質構造など容易に変形可能な構造）とされる。また、導電材２６は、このような構造を有する導電シートとその両面に塗布された導電ペーストとによって構成されてもよい。
【００７７】
また、接着剤２８は、結晶化ガラスを材料とし、７００℃近傍で軟化するとともに９００〜１０００℃で結晶化する。軟化しかつ結晶化した接着剤２８は、固定板１４ａ〜１４ｂ，スペーサ１８ａ〜１８ｂ，２４，燃料電池セル２０ａ〜２０ｂに密着する。この結果、固定板１４ａはスペーサ１８ａを介して燃料電池セル２０ａに固着し、固定板１４ｂはスペーサ１８ｂを介して燃料電池セル２０ｂに固着し、そして燃料電池セル２０ａおよび２０ｂはスペーサ２４を介して互いに固着する。
【００７８】
マニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２を流れた空気極ガスは、ガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…を経て燃料電池スタック１２の外部に排出される。また、マニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２を流れた燃料極ガスは、ガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を経て燃料電池スタック１２の外部に排出される。
【００７９】
空気極ガスは、マニホールドＭＦａ１２，ＭＦａ２２およびガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…を流れるときに、カソードＣＴ１〜ＣＴ４と接触する。また、燃料極ガスは、マニホールドＭＦｆ１４，ＭＦｆ２４およびガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を流れるときに、アノードＡＮ１〜ＡＮ４と接触する。空気極ガスおよび燃料極ガスには化学式１および２に従う化学反応が生じ、この結果、プラス電圧およびマイナス電圧が電解質ＥＬの両面に現れる。
［化１］
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
［化２］
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００８０】
空気極ガスおよび燃料極ガスの一部は、化学反応を起こすことなく、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの外部に排出される。空気極ガスは、複数のカソードＣＴ，ＣＴ，…と交互に形成された複数のガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…を経て排出される。また、燃料極ガスは、複数のアノードＡＮ，ＡＮ，…と交互に形成された複数のガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を経て排出される。排出された空気極ガスおよび燃料極ガスは互いに反応して熱を発生し、これによって熱自立が図られる。
【００８１】
燃料電池セル２０ｂを構成する燃料極層１２４、燃料電池セル２０ａ〜２０ｂの間に設けられた金属板２２およびスペーサ２４、および燃料電池セル２０ａを構成する空気極層１２２は、図７に示すように積層される。
【００８２】
このうち、燃料極層１２４，金属板２２およびスペーサ２４を斜視および平面視した状態を図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示し、金属板２２，スペーサ２４および空気極層１２２を斜視および平面視した状態を図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示す。さらに、図８（Ｂ）に描かれた積層構造の一部を拡大した状態を図１０に示し、図９（Ｂ）に描かれた積層構造の一部を拡大した状態を図１１に示す。
【００８３】
図８（Ｂ）および図９（Ｂ）から分かるように、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々をなす領域のうち、Ｚ軸方向から眺めて金属板２２と重なる領域が“第１領域ＲＧ１”とされ、Ｚ軸方向から眺めてスペーサ２４と重なる領域が“第２領域ＲＧ２”とされる。また、スペーサ２４は４つの先端２４ｐ，２４ｐ，…を有し、いずれの先端２４ｐも燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの側面よりも外方に突出する。
【００８４】
さらに、図１０および図１１から分かるように、スペーサ２４は、アノードＡＮ，ＡＮ，…またはガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…に沿って延びるエッジ部ＥＧｆ１およびＥＧｆ２を有し、さらにカソードＣＴ，ＣＴまたはガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…に沿って延びるエッジ部ＥＧａ１およびＥＧａ２を有する。
【００８５】
このうち、エッジ部ＥＧｆ１およびＥＧｆ２は、Ｚ軸方向から眺めて部分セパレータＳＰ４２と重なる位置（つまりガス流路ＧＲｆを回避する位置）をＸ軸方向に延びる。また、エッジ部ＥＧａ１およびＥＧａ２は、Ｚ軸方向から眺めて部分セパレータＳＰ２２と重なる位置（つまりガス流路ＧＲａを回避する位置）をＹ軸方向に延びる。
【００８６】
上述のように、金属板２２は導電材２６によって燃料電池セル２０ａ，２０ｂの各々と接合され、スペーサ２４は接着剤２８によって燃料電池セル２０ａ，２０ｂの各々と接合されるところ、熱膨張係数は燃料電池セル２０ａ，２０ｂの各々をなすセパレータＳＰ１〜ＳＰ５と金属板２２または導電材２６との間で相違するため、燃料電池セル２０ａ，２０ｂに接合されたスペーサ２４のエッジ部ＥＧｆ１，ＥＧｆ２，ＥＧａ１またはＥＧａ２に引張応力が集中する。一方、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂにおいては、ガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…またはガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…が形成された位置の強度が構造的に低下する。
【００８７】
この結果、エッジ部ＥＧｆ１，ＥＧｆ２がＺ軸方向から眺めてガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…と重なる場合、或いはエッジ部ＥＧａ１，ＥＧａ２がＺ軸方向から眺めてガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…と重なる場合、エッジ部ＥＧｆ１，ＥＧｆ２，ＥＧａ１またはＥＧａ２への引張応力の集中によって、ガス流路ＧＲｆまたはＧＲａにクラックが生じるおそれがある。
【００８８】
この実施例によれば、エッジ部ＥＧｆ１，ＥＧｆ２はＺ軸方向から眺めてガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を回避する位置をガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…に沿って延び、エッジ部ＥＧａ１，ＥＧａ２もまたＺ軸方向から眺めてガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…を回避する位置をガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…に沿って延びる。この結果、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂにおいては、第２領域ＲＧ２の剛性が第１領域ＲＧ１に剛性を上回る。
【００８９】
これによって、燃料電池セル２０ａ，２０ｂの各々をなすセパレータＳＰ１〜ＳＰ５と金属板２２または導電材２６との間での熱膨張係数の相違に起因してガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…またはガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…にクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【００９０】
また、この実施例では、Ｚ軸方向から眺めたとき、スペーサ２４の先端２４ｐは、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの側面よりも外方に突出する。このような突出を予め許容する設計とすることで、スペーサ２４の寸法のばらつきや配置時の位置精度のばらつきのマージンを大きくすることができる。
【００９１】
さらに、熱膨張係数の相違に起因する引張応力はスペーサ２４の先端２４ｐにも集中するところ、この先端２４ｐを燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの側面よりも外方に突出させることで、燃料電池セル２０ａおよび２０ｂに掛かる負荷が抑制される。これによって、ガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆ，…またはガス流路ＧＲａ，ＧＲａ，…にクラックが生じる懸念をさらに軽減することができる。
【００９２】
なお、この実施例では、エッジ部ＥＧｆ１およびＥＧｆ２は、Ｚ軸方向から眺めて部分セパレータＳＰ４２と重なる位置をＸ軸方向に延びる。また、エッジ部ＥＧａ１およびＥＧａ２は、Ｚ軸方向から眺めて部分セパレータＳＰ２２と重なる位置をＹ軸方向に延びる。
【００９３】
しかし、エッジ部ＥＧｆ１，ＥＧｆ２がＸ軸に沿って延びる位置は、Ｚ軸方向から眺めてアノードＡＮ，ＡＮ…と重なる位置であってもよい。同様にエッジ部ＥＧａ１，ＥＧａ２がＹ軸に沿って延びる位置は、Ｚ軸方向から眺めてカソードＣＴ，ＣＴ，…と重なる位置であってもよい。
【００９４】
また、この実施例では、スペーサ２４は、Ｚ軸方向から眺めて十字を描くように一体的に形成される。しかし、図１２に示すように、スペーサ２４を４つの小スペーサ２４ｆ１，２４ｆ２，２４ａ１および２４ａ２に分割するようにしてもよい。
【００９５】
図１２によれば、小スペーサ２４ｆ１，２４ｆ２，２４ａ１および２４ａ２は十字をなす４つの片にそれぞれ対応する。また、小スペーサ２４ｆ１，２４ｆ２，２４ａ１および２４ａ２の各々の挿入端（Ｚ軸方向から眺めて燃料電池セル２０ａおよび２０ｂの各々と重なる側の端部）に注目すると、挿入端はＺ軸方向から眺めてガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆを回避する位置に配され（図８（Ｂ），図９（Ｂ）を併せて参照）、かつ挿入端の輪郭はＺ軸方向から眺めて曲線を描く。
【００９６】
スペーサ２４をこのように分割することで、スペーサ２４の構造が単純化され、スペーサ２４の取り回しが簡単になる。また、小スペーサ２４ｆ１，２４ｆ２，２４ａ１および２４ａ２の各々の挿入端をガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆから離れた位置に配置しかつ湾曲形状とすることで、挿入端への応力集中が緩和されることと相俟って、ガス流路ＧＲｆ，ＧＲｆにクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【００９７】
さらに、この実施例では、スペーサ２４の先端２４ｐを燃料電池セル２０ａ，２０ｂの側面よりも外方に突出させるようにしている。しかし、図１３に示すように先端２４ｐを湾曲形状とすれば、先端２４ｐへの応力集中が緩和されるため、先端２４ｐを燃料電池セル２０ａ，２０ｂの側面よりも内側に収めることができる。
【００９８】
［実施例２］
図１４〜図１８を参照して、この実施例の燃料電池ユニット１０´は、上述した燃料電池ユニット１０とほぼ同様の構造なす固体酸化物形の燃料電池ユニットである。また、燃料電池ユニット１０´をなす各部材の材料は、燃料電池ユニット１０をなす各部材の材料と一致する。したがって、以下では、異なる構造を重点的に説明し、同様の構造に関する重複した説明は極力省略する。また、燃料電池ユニット１０´を構成する部材のうち燃料電池ユニット１０を構成する部材と同様の部材については、共通の符合に“´”を付すことで、重複した説明を極力省略する。
【００９９】
この実施例の燃料電池ユニット１０´では、図１７〜図１８に示すように、部分セパレータＳＰ２１´およびＳＰ２３´の各々の幅が部分セパレータＳＰ２２´の幅とほぼ一致し、部分セパレータＳＰ４１´およびＳＰ４３´の各々の幅が部分セパレータＳＰ４２´の幅とほぼ一致する。
【０１００】
この結果、空気極層１２２´の上面または下面は空気極層１２２の上面または下面よりも広く、燃料極層１２４´の上面または下面もまた燃料極層１２４の上面または下面よりも広い。また、部分セパレータＳＰ２１´およびＳＰ２３´の各々の幅は、ガス流路ＧＲａ´，ＧＲａ´，…の各々の幅よりも大きい。同様に、部分セパレータＳＰ４１´およびＳＰ４３´の各々の幅は、ガス流路ＧＲｆ´，ＧＲｆ´，…の各々の幅よりも大きい。
【０１０１】
さらに、燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´の各々の側面は面一である。この結果、空気極側導体層１２１´の上面または下面は空気極側導体層１２１の上面または下面よりも広く、電解質層１２３´の上面または下面は電解質層１２３の上面または下面よりも広く、燃料極側導体層１２５´の上面または下面は燃料極側導体層１２５の上面または下面よりも広い。
【０１０２】
固定板１４ａ´と燃料電池セル２０ａ´との間に配された集電板１６ａ´は、４つの小集電板１６１ａ´〜１６４ａ´によって形成される。小集電板１６１ａ´〜１６４ａ´の各々の上面または下面の面積は、部分セパレータＳＰ２１´，ＳＰ２３´，ＳＰ４１´，ＳＰ４３´の各々の幅が増大された分だけ増大される。
【０１０３】
Ｚ軸方向から眺めると、小集電板１６１ａ´〜１６４ａ´に外接する矩形は、燃料電池セル２０ａ´の輪郭と重なる。これに対して、Ｚ軸方向から眺めたときに小集電板１６１ａ´〜１６４ａ´の間に現れる十字状の空隙の大きさは、Ｚ軸方向から眺めたときに小集電板１６１ａ〜１６４ａの間に現れる空隙の大きさと一致する。
【０１０４】
同様に、燃料電池セル２０ｂ´と固定板１４ｂ´との間に配された集電板１６ｂ´は、４つの小集電板１６１ｂ´〜１６４ｂ´によって形成される。小集電板１６１ｂ´〜１６４ｂ´の各々の上面または下面の面積は、部分セパレータＳＰ２１´，ＳＰ２３´，ＳＰ４１´，ＳＰ４３´の各々の幅が増大された分だけ増大される。
【０１０５】
Ｚ軸方向から眺めると、小集電板１６１ｂ´〜１６４ｂ´に外接する矩形は、燃料電池セル２０ｂ´の輪郭と重なる。これに対して、Ｚ軸方向から眺めたときに小集電板１６１ｂ´〜１６４ｂ´の間に現れる十字状の空隙の大きさは、Ｚ軸方向から眺めたときに小集電板１６１ｂ〜１６４ｂの間に現れる空隙の大きさと一致する。
【０１０６】
燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´の間に配された金属板２２´もまた、４つの小金属板２２１´〜２２４´によって形成される。小金属板２２１´〜２２４´の各々の上面または下面の面積も、部分セパレータＳＰ２１´，ＳＰ２３´，ＳＰ４１´，ＳＰ４３´の各々の幅が増大された分だけ増大される。
【０１０７】
Ｚ軸方向から眺めると、小金属板２２１´〜２２４´に外接する矩形は、燃料電池セル２０ａまたは２０ｂの輪郭と重なる。これに対して、Ｚ軸方向から眺めたときに小金属板２２１´〜２２４´の間に現れる十字状の空隙の大きさは、Ｚ軸方向から眺めたときに小金属板２２１〜２２４の間に現れる空隙の大きさと一致する。
【０１０８】
また、小集電板１６１ａ´〜１６４ａ´の厚みは小集電板１６１ａ〜１６４ａの厚みのほぼ２倍であり、小集電板１６１ｂ´〜１６４ｂ´の厚みは小集電板１６１ｂ〜１６４ｂの厚みのほぼ２倍であり、小金属板２２１´〜２２４´の厚みは小金属板２２１〜２２４の厚みのほぼ２倍である。
【０１０９】
集電板１６ａ´が欠落する位置で固定板１４ａ´と燃料電池セル２０ａ´との間に配されるスペーサ１８ａ´は、集電板１６ａ´の厚みのほぼ１／２の厚みを各々が有してＺ軸方向に積層されたスペーサ１８１ａおよび１８２ａによって構成される。
【０１１０】
ここで、スペーサ１８１ａの上面は固定板１４ａ´の下面と対向し、スペーサ１８１ａの下面はスペーサ１８２ａの上面と対向し、スペーサ１８２ａの下面は燃料電池セル２０ａ´の上面と対向する。また、スペーサ１８１ａまたは１８２ａの先端面（＝ＸまたはＹ軸に直交する面）は、燃料電池セル２０ａ´の側面と面一とされる。さらに、スペーサ１８１ａおよび１８２ａの各々がなす十字の幅は、スペーサ１８ａがなす十字の幅とほぼ一致する。
【０１１１】
集電板１６ｂ´が欠落する位置で燃料電池セル２０ｂ´と固定板１４ｂ´との間に配されるスペーサ１８ｂ´は、集電板１６ｂ´の厚みのほぼ１／２の厚みを各々が有してＺ軸方向に積層されたスペーサ１８１ｂおよび１８２ｂによって構成される。
【０１１２】
ここで、スペーサ１８１ｂの上面は燃料電池セル２０ｂ´の下面と対向し、スペーサ１８１ｂの下面はスペーサ１８２ｂの上面と対向し、スペーサ１８２ｂの下面は固定板１４ｂ´の上面と対向する。また、スペーサ１８１ｂまたは１８２ｂの先端面（＝ＸまたはＹ軸に直交する面）は、燃料電池セル２０ｂ´の側面と面一とされる。さらに、スペーサ１８１ｂおよび１８２ｂの各々がなす十字の幅は、スペーサ１８ｂがなす十字の幅とほぼ一致する。
【０１１３】
金属板２２´が欠落する位置で燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´の間に配されるスペーサ２４´は、金属板２２´の厚みのほぼ１／２の厚みを各々が有してＺ軸方向に積層されたスペーサ２４１および２４２によって構成される。
【０１１４】
ここで、スペーサ２４１の上面は燃料電池セル２０ａ´の下面と対向し、スペーサ２４１の下面はスペーサ２４２の上面と対向し、スペーサ２４２の下面は燃料電池セル２０ｂ´の上面と対向する。また、スペーサ２４１または２４２の先端面（＝ＸまたはＹ軸に直交する面）は、燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´の各々の側面と面一とされる。さらに、スペーサ２４１および２４２の各々がなす十字の幅は、スペーサ２４がなす十字の幅とほぼ一致する。
【０１１５】
なお、集電板１６ｂ´および金属板２２´の各々には、マニホールドＭＦｆ１´，ＭＦｆ２´，ＭＦａ１´およびＭＦａ２´とそれぞれ連通する４つの貫通孔ＴＨｆ１´，ＴＨｆ２´，ＴＨａ１´およびＴＨａ２´が形成される。
【０１１６】
図１９から分かるように、燃料電池セル２０ａ´の上面と集電板１６ａ´の下面との間には、導電材２６´が配される。燃料電池セル２０ｂ´の下面と集電板１６ｂ´の上面との間にも、導電材２６´が配される。燃料電池セル２０ａ´と集電板１６ａ´との間または燃料電池セル２０ｂ´と集電板１６ｂ´との間に生じた微小な隙間は、導電材２６´によって埋められる。
【０１１７】
また、固定板１４ａ´の下面とスペーサ１８１ａの上面との間、スペーサ１８１ａの下面とスペーサ１８２ａの上面との間、ならびにスペーサ１８２ａの下面と燃料電池セル２０ａ´の上面との間には、接着剤２８´が配される。接着剤２８´は、燃料電池セル２０ｂ´の下面とスペーサ１８１ｂの上面の間、スペーサ１８１ｂの下面とスペーサ１８２ｂの上面との間、ならびにスペーサ１８２ｂの下面と固定板１４ｂ´の上面との間にも配される。
【０１１８】
この結果、固定板１４ａ´はスペーサ１８１ａおよび１８２ａを介して燃料電池セル２０ａ´に固着され、固定板１４ｂ´はスペーサ１８１ｂおよび１８２ｂを介して燃料電池セル２０ｂ´に固着される。
【０１１９】
さらに、燃料電池セル２０ａ´の下面と金属板２２´の上面との間には、導電材２６´が配される。燃料電池セル２０ｂ´の上面と金属板２２´の下面との間にも、導電材２６´が配される。金属板２２´と燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´の各々との間に生じた微小な隙間は、導電材２６´によって埋められる。
【０１２０】
また、燃料電池セル２０ａ´の下面とスペーサ２４１の上面との間、スペーサ２４１の下面とスペーサ２４２の上面との間、ならびにスペーサ２４２の下面と燃料電池セル２０ｂ´の上面との間には、接着剤２８´が配される。この結果、燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´は、スペーサ２４１および２４２を介して互いに固着される。
【０１２１】
燃料極層１２４´，金属板２２´およびスペーサ２４´を斜視および平面視した状態を図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）に示し、金属板２２´，スペーサ２４´および空気極層１２２´を斜視および平面視した状態を図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）に示す。
【０１２２】
図２０（Ｂ）および図２１（Ｂ）から分かるように、燃料電池セル２０ａ´および２０ｂ´の各々をなす領域のうち、Ｚ軸方向から眺めて金属板２２´と重なる領域が“第１領域ＲＧ１´”とされ、Ｚ軸方向から眺めてスペーサ２４´と重なる領域が“第２領域ＲＧ２´”とされる。
【０１２３】
また、スペーサ２４´の端部２４ｐ´はＺ軸方向から眺めて燃料電池セル２０ａ´または２０ｂ´と重なるところ、第２領域ＲＧ２´のうち、Ｚ軸方向から眺めて端部２４ｐ´と重なる領域が“端部領域ＲＧｐ”とされ、Ｚ軸方向から眺めて端部２４ｐ´以外の部分と重なる領域が“非端部領域ＲＧｎ”とされる。
【０１２４】
さらに、部分セパレータＳＰ２１´またはＳＰ２３´の幅は部分セパレータＳＰ２１またはＳＰ２３の幅のほぼ２倍であり、部分セパレータＳＰ４１´またはＳＰ４３´の幅も部分セパレータＳＰ４１またはＳＰ４３の幅のほぼ２倍である。したがって、端部領域ＲＧｐの剛性は、非端部領域ＲＧｎの剛性を上回る。
【０１２５】
上述のように、金属板２２´は導電材２６´によって燃料電池セル２０ａ´，２０ｂ´の各々と接合され、スペーサ２４´は接着剤２８´によって燃料電池セル２０ａ´，２０ｂ´の各々と接合されるところ、熱膨張係数は燃料電池セル２０ａ´，２０ｂ´の各々をなすセパレータＳＰ１´〜ＳＰ５´と金属板２２´または導電材２６´との間で相違する。このような熱膨張係数の相違は、ヒートサイクルに起因する応力をスペーサ２４´の近傍に集中させ、この応力集中が燃料電池セル２０ａ´または２０ｂ´にクラックを生じさせる。
【０１２６】
これを踏まえて、この実施例では、端部領域ＲＧｐの剛性を非端部領域ＲＧｎの剛性よりも高くするようにしている。これによって、燃料電池セル２０ａ´，２０ｂ´の各々をなすセパレータＳＰ１´〜ＳＰ５´と金属板２２´または導電材２６´との間での熱膨張係数の相違に起因して燃料電池セル２０ａまたは２０ｂにクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【０１２７】
なお、この実施例でも、スペーサ２４´のエッジ部のうちアノードＡＮ´，ＡＮ´，…またはガス流路ＧＲｆ´，ＧＲｆ´，…に沿って延びるエッジ部は、Ｚ軸方向から眺めて部分セパレータＳＰ４２´と重なる位置（つまりガス流路ＧＲｆ´を回避する位置）をＸ軸方向に延びる。また、スペーサ２４´のエッジ部のうちカソードＣＴ´，ＣＴ´またはガス流路ＧＲａ´，ＧＲａ´，…に沿って延びるエッジ部は、Ｚ軸方向から眺めて部分セパレータＳＰ２２´と重なる位置（つまりガス流路ＧＲａ´を回避する位置）をＹ軸方向に延びる。
【０１２８】
したがって、実施例１と同様、燃料電池セル２０ａ´，２０ｂ´の各々をなすセパレータＳＰ１´〜ＳＰ５´と金属板２２´または導電材２６´との間での熱膨張係数の相違に起因してガス流路ＧＲｆ´，ＧＲｆ´，…またはガス流路ＧＲａ´，ＧＲａ´，…にクラックが生じる懸念を軽減することができる。
【０１２９】
なお、上述した複数の実施例の構成は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１３０】
１０，１０´  …燃料電池ユニット
１２，１２´  …燃料電池スタック
１２２，１２２´  …空気極層
１２３，１２３´  …固電解質層
１２４，１２４´  …燃料極層
ＡＮ，ＡＮ´  …燃料極
ＣＴ，ＣＴ´  …空気極
ＳＰ１〜ＳＰ５，ＳＰ１´〜ＳＰ５´  …セパレータ
ＧＲｆ，ＧＲｆ´  …ガス流路（第１ガス流路）
ＧＲａ，ＧＲａ´  …ガス流路（第２ガス流路）
ＶＨｆ，ＶＨａ，ＶＨｆ´，ＶＨａ´  …ビア導体（導体）
１８ａ，１８ｂ，２４，１８ａ´，１８ｂ´，２４´  …スペーサ
２０ａ，２０ｂ，２０ａ´，２０ｂ´  …燃料電池セル
２４ｆ１，２４ｆ２，２４ａ１，２４ａ２  …小スペーサ
２２，２２´  …金属板
２６，２６´  …導電材
２８，２８´  …接着剤
ＥＧｆ１，ＥＧｆ２  …エッジ部（第１エッジ部）
ＥＧａ１，ＥＧａ２  …エッジ部（第２エッジ部）
ＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１，ＭＦａ２，ＭＦｆ１´，ＭＦｆ２´，ＭＦａ１´，ＭＦａ２´  …マニホールド
ＴＨｆ１，ＴＨｆ２，ＴＨａ１，ＴＨａ２，ＴＨｆ１´，ＴＨｆ２´，ＴＨａ１´，ＴＨａ２´  …貫通孔
【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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