(57)【要約】      （修正有）【課題】各発電セルへの燃料ガスの等流配を高めることができるとともに、同時にインターコネクト部における変形の偏りを小さく抑えることができる燃料電池を提供する。【解決手段】セパレータ１９の燃料用アーム部２２に形成された燃料ガス流路１７は、その断面積が酸化剤用アーム部２１に形成された酸化剤ガス流路１８の断面積よりも小さく形成されているとともに、燃料用アーム部２２および酸化剤用アーム部２１は、互いの断面係数がほぼ等しくなるように形成されていることを特徴とする。【選択図】図４
2008251239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状に形成され、一方の面に燃料極層が配置されるとともに他方の面に酸化剤極層が配置された発電セルと、この発電セルの上記燃料極層側に配設された燃料極集電体および上記酸化剤極層側に配設された酸化剤極集電体と、これら燃料極集電体と酸化剤極集電体の外側に配設されて各々燃料極集電体または酸化剤極集電体に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給する燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が形成されたセパレータとを備えた単セルが、複数積層状に組み立てられるとともに、上記セパレータ間に上記積層方向に圧縮荷重が付与されてなる燃料電池において、
上記セパレータは、内部に上記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が形成され、上記発電セルを覆うとともに上記圧縮荷重が付与されるインターコネクト部と、このインターコネクト部の一方の対角部から当該インターコネクト部の外周に沿って延在して他方の対角部に至るとともに内部に上記酸化剤ガス流路が形成された酸化剤用アーム部と、上記インターコネクト部の上記他方の対角部から当該インターコネクト部の外周に沿って延在して上記一方の対角部に至るとともに内部に上記燃料ガス流路が形成された燃料用アーム部と、上記他方の対角部に配設されて内部に上記積層方向に連通する上記酸化剤ガス流路が形成された酸化剤ガスマニホールドと、上記一方の対角部に配設されて内部に上記積層方向に連通する上記燃料ガス流路が形成された燃料ガスマニホールドとが一体化されてなり、
かつ上記燃料用アーム部に形成された上記燃料ガス流路は、その断面積が上記酸化剤用アーム部に形成された上記酸化剤ガス流路の断面積よりも小さく形成されているとともに、上記燃料用アーム部および上記酸化剤用アーム部は、互いの断面係数がほぼ等しくなるように形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
上記燃料用アーム部および上記酸化剤用アーム部は、それぞれ全長にわたって均一な断面積に形成されるとともに、双方の断面係数の差が１％以内であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
各々の上記セパレータは、複数枚の平板状部材が積層・一体化されることにより構成されているとともに、上記燃料用アーム部および上記酸化剤用アーム部および各々に形成された上記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路は、断面方形に形成されていることを特徴とする請求項１または２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、発電セルと、当該発電セルの両面に各々燃料極集電体および酸化剤極集電体を間に介して配されたセパレータとが積層状に組み立てられた平板積層型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率でクリーンな発電装置として燃料電池が注目されており、特に固体酸化物形燃料電池は、第３世代の発電用燃料電池として研究開発が進められている。
この固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体から成り、両面に各々燃料極層および酸化剤極層が形成された発電セルと、この発電セルを間に挟んで配設された燃料極集電体および酸化剤極集電体と、これら燃料極集電体と酸化剤極集電体の外側に配設されたセパレータとを備えた単セルが、複数積層されたものである。
【０００３】
ここで、上記セパレータは、発電セル間を電気的に接続するとともに、当該発電セルに対して上記反応用ガスを供給する機能を有しており、内部に燃料ガスを燃料極層側に誘導する燃料ガス流路と酸化剤ガスを空気極層側に誘導する酸化剤ガス流路とを備えている。
【０００４】
そして、上記固体酸化形燃料電池においては、上記セパレータの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路から、反応用ガスとして燃料極層側に燃料ガス(Ｈ２、ＣＯ等)が、また酸化剤極層側に酸化剤ガス（Ｏ２)が供給されている。
【０００５】
これにより、上記発電セル内において、酸化剤極層側に供給された酸素ガスは、酸化剤極集電体内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）にイオン化される。そして、この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動して、燃料極層との界面近傍に到達し、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等）を生じることにより燃料極層に電子を放出し、この電子を外部負荷にて起電力として取り出すことができる。
【０００６】
この際に、平板積層型の固体酸化物形燃料電池においては、両側のセパレータ間に積層方向に荷重を加えて積層体（スタック）の各構成要素を相互に圧接・密着させている。
そして、燃料極集電体および酸化剤極集電体は、集電機能と、上記反応用ガスを固体電解質層との界面に均一に拡散して到達させるためのガス透過機能および均一ガス拡散機能等が要求されることから、例えばスポンジ状の多孔質金属で構成されている。
【０００７】
上記構成からなる固体酸化物形燃料電池においては、上記積層体内において安定した発電反応が継続的に行われるには、積層された多数の発電セルの各々に反応用ガス、特に発電反応に直接影響を与える燃料ガスが均等に供給されること（等流配）が極めて重要である。
【０００８】
そして、上記燃料ガスの等流配を実現するためには、燃料極集電体における流路圧損（圧力損失）と、セパレータに形成された燃料ガス流路における圧損（圧力損失）を調整してガス流量配分性能を向上する必要がある。
【０００９】
ところが、上述したように、燃料極集電体は、集電機能の他、燃料ガスの透過機能、均一ガス拡散機能、クッション機能等を兼ね備えるスポンジ状の多孔質金属体であるため、当該燃料極集電体の空隙率や内部骨格構造等におけるバラ付き等により、その流路圧損にバラ付きが生じる。因みに、現状では、上記燃料極集電体のロットによる圧損のバラ付きは１５％程度と極めて大きいものである。
【００１０】
そして、このような各々の燃料極集電体における流路圧損の差により、マニホールドから各発電セルへ導入される燃料ガスの流量配分が不均一になり、この結果燃料ガスの供給量が不足する（流路圧損が大きい）発電セルにおいては電圧が低下するために、これら発電セルが直列に配置されたスタックにおいては、全体としての電池性能の低下を招くという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明者等は、上記燃料極集電体の構造上、当該集電体における流路圧損のバラ付きが、セパレータにおける燃料ガス流路の圧損に比べて有意な大きさとなってしまっているため、集電体流路圧損のバラ付きがセパレータ流路圧損と集電体流路圧損とによる総圧損のバラ付きに大いに影響するとの知見に基づき、下記特許文献１において、積層体の各々のセパレータに燃料ガスを供給する燃料ガスマニホールドと、各セパレータの燃料ガス流路との間に、オリフィス等のガス流絞り機構を設けることにより、上記セパレータ内の燃料ガス流路の圧損を増大させて、当該セパレータ流路圧損と集電体流路圧損とによる総圧損のバラ付きを１０％以下に抑制した固体酸化物形燃料電池を提案した。
【特許文献１】特願２００５−２５９５８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記固体酸化物形燃料電池によれば、上記ガス流絞り機構によってセパレータ流路圧損を大きくすることにより、燃料極集電体における流路圧損自体の有する大きなバラ付きを吸収して総圧損のバラ付きを１０％以下に抑制することができるという利点がある。
【００１３】
しかしながら、上記オリフィス等のガス流絞り機構を設けた従来の固体酸化物形燃料電池にあっては、オリフィス等の絞り部分を小さくする程、等流配に必要とされる十分な圧損を生じさせることができるものの、逆に高い精度で加工することが難しくなるために、当該ガス流絞り機構間に加工誤差に起因する圧損誤差が生じて、所望の等流配を実現することができなくなるという問題点があった。
【００１４】
加えて、上記絞り部分の断面積を例えば１ｍｍ以下といった小径に形成すると、長期間の使用により徐々に微細な異物が堆積して流路を塞ぐことにより、圧損が当初の設計値以上に大きくなったり、また各々の発電セル間で、上記圧損に相違が生じて同様に所望の等配流が行われなくなったりするという問題点もあった。
【００１５】
そこで、上記特許文献１においては、上記ガス流絞り機構に代えて、セパレータに形成する燃料ガス流路自体の断面積を小さくすることにより、上記セパレータ流路圧損を大きくする方法も提案されている。
【００１６】
一方、図８は、上記特許文献１に開示されているセパレータを示すものである。
このセパレータ１は、内部に燃料ガス流路２ａおよび酸化剤ガス流路２ｂが形成され、発電セルを覆うとともに積層方向に圧縮荷重が付与されるインターコネクト部３と、このインターコネクト部３からその外周に沿ってＬ字状に延在し、対角部３ａに至るとともに内部に酸化剤ガス流路２ｂが形成された酸化剤用アーム部４と、インターコネクト部３からその外周に沿って上記酸化剤用アーム部４と対称にＬ字状に延在し、対角部３ｂに至るとともに内部に燃料ガス流路２ａが形成された燃料用アーム部５と、対角部３ａに配設されて内部に上記積層方向に連通する酸化剤ガス流路６が形成された酸化剤ガスマニホールド７と、対角部３ｂに配設されて内部に上記積層方向に連通する燃料ガス流路８が形成された燃料ガスマニホールド９とが一体化されたものである。
【００１７】
上記構成からなるセパレータ１を用いた固体酸化物形燃料電池にあっては、インターコネクト部３に加えられる上記圧縮荷重と、酸化剤ガスマニホールド７および燃料ガスマニホールド９における積層方向のシール性を確保するための締め付け力との相違を、可撓性を有する上記酸化剤用アーム部４および燃料用アーム部５の撓みによって吸収・緩和することができるという効果が得られる。
【００１８】
ところが、上述したように、上記ガス流絞り機構に代えて、セパレータ１に形成する燃料ガス流路自体の断面積を小さくすると、燃料用アーム部５における燃料ガス流路の断面積も小さくなり、この結果、酸化剤用アーム部４と燃料用アーム部５との外形寸法が等しい場合に、燃料用アーム部５の剛性が相対的に高くなって、その可撓性が酸化剤用アーム部４よりも相対的に小さくなってしまう。
【００１９】
この結果、インターコネクト部３に、剛性の高い燃料用アーム部５側から剛性の低い酸化剤用アーム部４側に向けて漸次撓み量が増加する偏った変形が生じてしまう。このため、発電セルの全面に対する燃料ガスおよび酸化剤ガスの拡散流れも偏って発電効率の低下を招く虞があるとともに、さらにインターコネクト部３に生じる撓み量も大きくなり、この結果、偏荷重による当該発電セルの破損や電気的接触抵抗の増大を招く虞も生じる。
【００２０】
そこで、酸化剤用アーム部４の酸化剤ガス流路についても、燃料用アーム部５の燃料ガス流路と等しい断面積に形成しようとすると、例えば上記酸化剤として空気を用いた場合には、その流量が燃料ガスよりも５〜１０倍と遙かに多いために、酸化剤ガス流路における圧力が高くなり、この結果酸化剤ガスマニホールド７のシール部分から漏れを発生し易いという問題点が生じることから、その改善が望まれている。
【００２１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、各発電セルへの燃料ガスの等流配を高めることができるとともに、同時にインターコネクト部における変形の偏りを小さく抑えることができる燃料電池を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、平板状に形成され、一方の面に燃料極層が配置されるとともに他方の面に酸化剤極層が配置された発電セルと、この発電セルの上記燃料極層側に配設された燃料極集電体および上記酸化剤極層側に配設された酸化剤極集電体と、これら燃料極集電体と酸化剤極集電体の外側に配設されて各々燃料極集電体または酸化剤極集電体に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給する燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が形成されたセパレータとを備えた単セルが、複数積層状に組み立てられるとともに、上記セパレータ間に上記積層方向に圧縮荷重が付与されてなる燃料電池において、上記セパレータは、内部に上記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が形成され、上記発電セルを覆うとともに上記圧縮荷重が付与されるインターコネクト部と、このインターコネクト部の一方の対角部から当該インターコネクト部の外周に沿って延在して他方の対角部に至るとともに内部に上記酸化剤ガス流路が形成された酸化剤用アーム部と、上記インターコネクト部の上記他方の対角部から当該インターコネクト部の外周に沿って延在して上記一方の対角部に至るとともに内部に上記燃料ガス流路が形成された燃料用アーム部と、上記他方の対角部に配設されて内部に上記積層方向に連通する上記酸化剤ガス流路が形成された酸化剤ガスマニホールドと、上記一方の対角部に配設されて内部に上記積層方向に連通する上記燃料ガス流路が形成された燃料ガスマニホールドとが一体化されてなり、かつ上記燃料用アーム部に形成された上記燃料ガス流路は、その断面積が上記酸化剤用アーム部に形成された上記酸化剤ガス流路の断面積よりも小さく形成されているとともに、上記燃料用アーム部および上記酸化剤用アーム部は、互いの断面係数がほぼ等しくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記燃料用アーム部および上記酸化剤用アーム部が、それぞれ全長にわたって均一な断面積に形成されるとともに、双方の断面係数の差が１％以内であることを特徴とするものである。
【００２４】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、各々の上記セパレータは、複数枚の平板状部材が積層・一体化されることにより構成されているとともに、上記燃料用アーム部および上記酸化剤用アーム部および各々に形成された上記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路は、断面方形に形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１〜３のいずれかに記載の発明においては、発電セルを覆うとともに上記圧縮荷重が付与されるインターコネクト部と、このインターコネクト部の一方または他方の対角部から各々当該インターコネクト部の外周に沿って延在して上記他方または一方の対角部に至る酸化剤用アーム部および燃料用アーム部と、上記対角部に配設された酸化剤ガスマニホールドおよび燃料ガスマニホールドとが一体化されたセパレータを用いた場合に、上記燃料用アーム部に形成された燃料ガス流路の断面積を、上記酸化剤用アーム部の酸化剤ガス流路の断面積より小さくしているために、当該セパレータにおける燃料ガス流路の圧損を大きくすることにより、集電体の圧損のバラ付きによって生じる約１０％の各発電セルへの燃料流量のバラ付きを２％以下にまで抑えて、各発電セルへの燃料ガスの等流配を大幅に高めることができる。
【００２６】
加えて、上記燃料ガス流路の断面積を相対的に小さくしているにも拘わらず、燃料用アーム部と酸化剤用アーム部との断面係数をほぼ等しくしているために、これら両アーム部における可撓性（剛性）をほぼ等しくすることができる。このため、上記インターコネクト部における変形の偏りを小さく抑えることができ、よって燃料ガスおよび酸化剤ガスの拡散流れの偏りに起因する発電効率の低下や、あるいは上記撓み量の偏りに起因する発電セルの破損や電気的接触抵抗の増大を防止することができる。
【００２７】
この際に、通常上記燃料ガス流路や酸化剤ガス流路の断面積は、数平方ミリメートル程度であるために、各々のセパレータにおける燃料ガス流路の圧損を設計的に制御して、しかも上記インターコネクト部における変形の偏りも小さく抑えるためには、請求項２に記載の発明のように、上記燃料用アーム部および酸化剤用アーム部の断面積を、全長にわたって均一に形成することが好ましい。
【００２８】
なお、請求項１において特定する燃料用アーム部と上記酸化剤用アーム部との断面係数がほぼ等しいとは、製作誤差を考慮しても、１２０〜１５０ｍｍφまたは縦横寸法が１２０〜１５０ｍｍの発電セルを覆うインターコネクト部について、その撓み量が５０μｍ以下となるように両者の断面係数を設定することをいう。
このような条件を満足するためには、例えば請求項２に記載の発明のように、上記断面積を全長にわたって均一に形成した場合には、上記製作誤差によっても、最終的な燃料用アーム部および酸化剤用アーム部の双方の断面係数の差が１％以内になるように設定すればよい。
【００２９】
さらに、上記セパレータには、その燃料ガスマニホールドまたは酸化剤ガスマニホールドから燃料用アーム部または酸化剤用アーム部を介してインターコネクト部に至る燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を形成する必要がある。このため、請求項３に記載の発明のように、複数枚の平板状部材を積層・一体化することにより構成すれば、所定の平板状部材に帯状の開口部を形成して互いに積層するのみで、断面方形の上記両流路を形成することができる。
【００３０】
そして、上記帯状の開口部を極めて高い精度で加工することは比較的容易であるために、これら燃料用アーム部および酸化剤用アーム部の断面積を所望の値に調整して、優れた等配流を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１〜図６は、本発明に係る燃料電池の一実施形態を示すもので、図中符号１０がこの燃料電池３０を構成する単セルである。
この単セル１０は、固体電解質層１１の一方の面に燃料極層１２が配置されるとともに他方の面に空気極層（酸化剤極層）１３が配置された発電セル１４と、この発電セル１４の燃料極層１２側に配設された燃料極集電体１５および空気極層１３側に配設された空気極集電体（酸化剤極集電体）１６と、これら燃料極集電体１５と空気極集電体１６の外側に配設されて各々燃料極集電体１５または酸化剤極集電体１６に燃料ガスまたは空気（酸化剤ガス）を供給する燃料ガス流路１７および空気流路（酸化剤ガス流路）１８が形成されたセパレータ１９とから概略構成されたものである。
【００３２】
ここで、固体電解質層１１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１２は、Ｎｉ等の金属、あるいはＮｉ−ＹＳＺ等のサーメットで構成されるとともに、空気極層１３は、ＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３等で構成されている。また、燃料極集電体１５は、Ｎｉ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、他方、空気極集電体１６は、Ａｇ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成されており、これら集電体１５、１６は、集電機能、ガス透過機能、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ている。 
【００３３】
また、セパレータ１９は、発電セル１４間を電気的に接続するとともに、発電セル１４に対して燃料ガスおよび空気を供給する機能を有している。
このセパレータ１９は、図４に示すように、発電セル１４よりも大きな面積に形成されて当該発電セル１４を覆うインターコネクト部２０と、このインターコネクト部２０の一方の対角部２０ａからインターコネクト部２０の外周に沿ってＬ字状に延在し、他方の対角部２０ｂに至る空気用アーム部（酸化剤用アーム部）２１と、インターコネクト部２０の対角部２０ｂからインターコネクト部２０の外周に沿ってＬ字状に延在し、対角部２０ａに至る燃料用アーム部２２と、対角部２０ｂ側に配設された空気マニホールド（酸化剤ガスマニホールド）２３と、対角部２０ａ側に配設された燃料ガスマニホールド２４とが一体化されたものである。
【００３４】
そして、上記燃料ガス流路１７は、燃料ガスマニホールド２４から燃料用アーム部２２を介してインターコネクト部２０へと形成されるとともに、空気流路１８は、空気マニホールド２３から空気用アーム部２１を介してインターコネクト部２０へと形成されている。
【００３５】
ここで、セパレータ１９は、複数枚（本実施形態においては、図５に示すように５枚）の略正方形のステンレス板（平板状部材）が打ち抜き加工されるとともに、互いに接合一体化されることにより２〜３ｍｍの厚さ寸法の板状に形成されたものである。
そして、空気マニホールド２３および燃料ガスマニホールド２４に形成された空気流路１８および燃料ガス流路１７は、図２および図４に示すように、それぞれ板厚方向に貫通するように形成されている。
【００３６】
また、空気用アーム部２１、燃料用アーム部２２およびインターコネクト部２０における空気流路１８および燃料ガス流路１７は、それぞれ５枚のステンレス板のうちの中間の３枚が打ち抜き加工されることにより形成されている（図５参照）。なお、空気流路１８および燃料ガス流路１７は、インターコネクト部２０において対角部２０ａ、２０ｂから、互いに交差しないように螺旋状を描いて中心部に延びるように形成されている。
【００３７】
ここで、燃料用アーム部２２および燃料ガス流路１７の断面積、および空気用アーム部２１および空気流路１８の断面積は、いずれも全長にわたって均一に形成されているとともに、図５に示すように、燃料用アーム部２２に形成された燃料ガス流路１７は、その断面積（ｈ１×ｂ２）が空気用アーム部２１に形成された空気流路１８の断面積（ｈ１×ｂ１）よりも小さく形成されている。例えば、ｈ１＝１．５ｍｍ、ｂ１＝３．０ｍｍ、ｂ２＝１．０ｍｍに形成されている。
【００３８】
そして、燃料用アーム部２２および空気用アーム部２１は、互いの断面係数Ｚの相違が、１％以下となるように形成されている。
すなわち、空気用アーム部２１の断面係数Ｚは、（Ｂ１Ｈ３−ｂ１ｈ１３）／６Ｈであり、燃料用アーム部２２の断面係数Ｚは、（Ｂ２Ｈ３−ｂ２ｈ１３）／６Ｈである。したがって、この場合は、中立軸ｙおよび高さＨが両者において共通であるために、
Ｂ１Ｈ３−ｂ１ｈ１３  ＝  Ｂ２Ｈ３−ｂ２ｈ１３
になるように設計することが好ましく、計算で得られた数値の端数の四捨五入や、製作誤差によっても、最終的に両断面係数Ｚの差が１％以下になるように設計されている。
【００３９】
他方、空気流路１８の先端部は、インターコネクト部２０の図中下面の中心に形成された噴出口１８ａに連通されるとともに、燃料流路１７の先端部はインターコネクト部２０の図中上面の中心に形成された噴出口１７ａに連通されている。
【００４０】
また、図中上下に隣接するセパレータ１９の空気マニホールド２３間および燃料ガスマニホールド２４間には、それぞれ空気流路１８または燃料ガス流路１７が形成されたリング状の絶縁性ガスケット２５、２６が介装されている。
【００４１】
そして、この燃料電池３０は、以上の構成からなる複数の単セル１０が積層されるとともに、上下両端に配置された締付板２７の周縁部が、ボルト２８ａおよびナット２８ｂによって締め付けられて空気マニホールド２３とガスケット２５間および燃料ガスマニホールド２４とガスケット２６間が密着された状態で一体化されることにより構成されている。また、上方の締付板２７の中央部には開口部が形成されており、当該開口部に、上下のセパレータ１９間に積層方向の荷重を付与する錘２９が配置されている。
【００４２】
これにより、この燃料電池３０は、多孔質金属からなる燃料極集電体１５と空気極集電体１６とが幾分弾性変形し、上下のセパレータ１９間において、ある程度の弾力を持って圧接・挟持された状態になるとともに、角部には空気マニホールド２３とガスケット２５内および燃料ガスマニホールド２４とガスケット２６内を上記積層方向に連続する空気流路１８および燃料ガス流路１７が形成されている。
【００４３】
そして、運転時、各マニホールド２３、２４に外部から供給される空気と燃料ガスが流通し、各々のガスが各セパレータ１９に形成された空気流路１８および燃料ガス流路１７を介して噴出口１８ａ、１７ａから燃料極集電体１５側と空気極集電体１６側に噴出し、これらの内部を透過・拡散して各発電セル１４の各電極面に分配・誘導されるようになっている。
【００４４】
以上の構成からなる燃料電池３０によれば、燃料用アーム部２２に形成された燃料ガス流路１７の圧損を大きくすることにより、特に各々の燃料極集電体１５の圧損のバラ付きによって生じる約１０％の各発電セル１４への燃料流量のバラ付きを、２％以下にまで抑えて、各発電セル１４への燃料ガスの等流配を大幅に高めることができる。
【００４５】
加えて、燃料ガス流路１７の断面積を相対的に小さくしているにも拘わらず、燃料用アーム部２２の断面係数Ｚと空気用アーム部２１との断面係数Ｚとの相違が１％以下となるように設定しているために、これら両アーム部２１、２２における可撓性（剛性）をほぼ等しくすることができる。この結果、インターコネクト部２０における変形の偏りおよび撓み量を小さく抑えることができ、よって燃料ガスおよび酸化剤ガスの拡散流れの偏りに起因する発電効率の低下や、あるいは上記撓み量の偏りに起因する発電セルの破損や電気的接触抵抗の増大を防止することができる。
【００４６】
上記効果を確認するために、本発明者等は、インターコネクト部２０が外径１２０ｍｍφの発電セル１４を覆うのに十分な寸法を有する図４および図５に示したものと同様の形状のセパレータ１９（図６）と、燃料ガス流路１７の断面形状が上記セパレータ１９と等しく、かつアーム部断面の外形寸法が空気用アーム部２１と等しい燃料用アーム部２２´を有するセパレータ１９´（図７）とについて、インターコネクト部２０に積層方向の荷重が加えられた際の撓み量を解析した。
【００４７】
この結果、図７に示すセパレータ１９´においては、燃料用アーム部２２´の剛性が、空気用アーム部２１よりも相対的に高くなる結果、図中点線で示す撓み分布曲線に見られるように、発電セル１４が載置される部分のインターコネクト部２１に、図中（イ）で示す領域から図中（ロ）で示す領域に向けて、漸次撓み量が増加する偏った変形が生じるとともに、インターコネクト部２１に生じる撓み量も１０６μｍと大きくなってしまった。
【００４８】
これに対して、図６に示す本願発明に係るセパレータ１９において、図中点線で示す撓み分布曲線に見られるように、発電セル１４が載置される部分のインターコネクト部２０に、図中撓み量が大きい（イ）で示す領域から撓み量が少ない（ロ）で示す領域に向けて、対称な撓み量の分布が表れるとともに、全体の撓み量も４３μｍと、５０μｍ以下に抑えられることが確認できた。
【００４９】
また、上記燃料電池においては、セパレータ１９を複数枚（図では５枚）の平板状部材によって形成するとともに、燃料用アーム部２２および燃料ガス流路１７を断面長方形状に形成し、かつ断面積も全長にわたって均一に形成しているために、各々のセパレータ１９における燃料ガス流路１７の圧損を容易に設計的に調整することができ、しかもインターコネクト部２０における変形の偏りも小さく抑えることができる。
【００５０】
また、中間部に位置する３枚の平板状部材に帯状の開口部を形成して互いに積層するのみで、各辺が１〜１．５ｍｍ程度の燃料ガス流路１７を極めて高い精度で加工することができ、よって燃料用アーム部２２の断面積を所望の値に調整することにより、容易に優れた等配流および剛性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施形態を示す全体の正面図である。
【図２】図１の単セルを示す縦断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】図１のセパレータの形状を示す平面図である。
【図５】図４のアーム部の断面形状を示すもので、（ａ）は空気用アーム部の断面図、（ｂ）は燃料用アーム部の断面図である。
【図６】図４のセパレータのインターコネクト部における撓み分布曲線を示す平面図である。
【図７】図６に対する比較例のセパレータのインターコネクト部における撓み分布曲線を示す平面図である。
【図８】従来のセパレータの形状を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  単セル
１１  固体電解質
１２  燃料極層
１３  空気極層（酸化剤極層）
１４  発電セル
１５  燃料極集電体
１６  空気極集電体（酸化剤極集電体）
１７  燃料ガス流路
１８  空気流路（酸化剤ガス流路）
１９  セパレータ
２０  インターコネクト部
２０ａ  一方の対角部
２０ｂ  他方の対角部
２１  空気用アーム部（酸化剤用アーム部）
２２  燃料用アーム部
２３  空気マニホールド（酸化剤ガスマニホールド）
２４  燃料ガスマニホールド
２５、２６  ガスケット
２９  錘
３０  燃料電池
【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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