(57)【要約】【課題】電解質・電極接合体の発電面全体に反応ガスを均一且つ良好に供給するとともに、反応ガス濃度及び発電反応を均一化し、且つ水蒸気の集中を阻止することを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成するセパレータ２８は、電解質・電極接合体２６を挟持する第１挟持部３６を備え、前記第１挟持部３６は、アノード電極２４の電極面に向かって燃料ガスを雨浴状に供給する複数の燃料ガス供給孔３８ａと、反応に使用された前記燃料ガスを、排ガスとして排ガス排出通路６６に雨浴状に排出する複数の排ガス排出孔３８ｂとを設ける。第１挟持部３６の周縁部には、前記周縁部から排ガスが排出されることを抑制するためのリング状封止部４４が形成される。【選択図】図２
2008071737.tif 000002
【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、少なくとも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又は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反応ガス通路が設けられる挟持部を備え、
前記挟持部は、少なくとも前記反応ガス通路に前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを雨浴状に供給する複数の反応ガス供給孔と、
少なくとも前記反応ガス通路に供給されて反応に使用された前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを、排ガスとして前記反応ガス通路から雨浴状に排出する複数の排ガス排出孔と、
を設けるとともに、
前記挟持部の前記反応ガス通路側の周縁部には、前記周縁部から前記排ガスが排出されることを抑制するための封止部が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
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、少なくとも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又は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反応ガス通路が設けられる挟持部と、
前記挟持部に連結され、少なくとも前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応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、少なくとも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、
前記挟持部は、少なくとも前記反応ガス通路に前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを雨浴状に供給する複数の反応ガス供給孔と、
少なくとも前記反応ガス通路に供給されて反応に使用された前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを、排ガスとして前記反応ガス通路から雨浴状に排出する複数の排ガス排出孔と、
を設けるとともに、
前記挟持部の前記反応ガス通路側の周縁部には、前記周縁部から前記排ガスが排出されることを抑制するための封止部が形成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、前記挟持部は、前記反応ガス通路側に突出し、前記反応ガスが前記反応ガス供給孔から前記排ガス排出孔に向かって直線状に流れることを規制する突起部を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池において、前記突起部は、前記反応ガス供給孔から最短距離に位置する前記排ガス排出孔を結ぶ仮想直線上に設定され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、前記突起部及び前記反応ガス供給孔間の最短距離は、前記突起部及び前記排ガス排出孔間の最短距離と等しく設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記突起部は、長円形状又は楕円形状に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池において、前記突起部は、最短距離に配置される前記反応ガス供給孔及び前記排ガス排出孔を結ぶ仮想直線に対し、前記長円形状又は前記楕円形状の長軸が直交するように設定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、前記挟持部は、前記反応ガス供給孔に連通して前記反応ガス供給孔に前記反応ガスを供給する反応ガス供給室と、
前記排ガス排出孔に連通して前記排ガス排出孔から前記排ガスを排出する排ガス排出室と、
を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池において、前記挟持部は、前記反応ガス供給孔及び前記排ガス排出孔が形成される第１プレート部と、
前記反応ガス供給室及び前記排ガス排出室が形成される第２プレート部と、
を備え、
前記第１プレート部と前記第２プレート部とが積層さ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、シールレス構造の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（ＭＥＡ）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、ＭＥＡ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】
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は、図３０に示すように、発電セルに積層されるセパレータ１を備えている。セパレータ１は、左右のマニホールド部分２ａ、２ａと、中央の発電セルを配置する部分２ｂとが、連結部分２ｃ、２ｃにより連結されており、この連結部分２ｃが可撓性を有している。
【０００５】
マニホールド部分２ａ、２ａには、ガス孔３、４が設けられており、一方のガス孔３は、燃料ガス通路３ａに連通するとともに、他方のガス孔４は、酸化剤ガス通路４ａに連通している。燃料ガス通路３ａ及び酸化剤ガス通路４ａは、部分２ｂ内にらせん状に延在しており、この部分２ｂの中央部近傍で、図示しない燃料極集電体及び空気極集電体に開放されている。
【０００６】
ところで、この特許文献１では、燃料ガス及び酸化剤ガスが、発電セルの中心部から供給されて前記発電セルの外周部に向かって排出されている。このため、発電セルの電極面内において、中央部と外周部とに反応ガスの濃度差が発生し、前記電極面内における電流密度分布に偏りが生じて発電効率の向上が図れないという問題がある。
【０００７】
しかも、発電セルの電極面内には、発電反応の差が発生して前記電極面内に温度勾配が生じ易い。従って、発電セルには、熱応力により損傷や劣化等の発電不良が惹起するおそれがある。
【０００８】
さらに、発電セルの中央部から外周部に向かって、燃料ガス及び酸化剤ガスが流れるため、特にこの発電セルの外周部に発電反応により発生した水蒸気が集中する。これにより、発電セルが劣化し易いという問題がある。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献２に開示されている燃料電池用セパレータでは、図３１に示すように、セパレータ内部に中空部５が設けられるとともに、この中空部５は、ガス導入口６に連通している。セパレータ積層面７には、ガス導入口６から中空部５内に導入された反応ガスを吐出するための複数のガス吐出口８が、前記積層面７の略全域にわたって設けられている。従って、セパレータ内部に導入された反応ガスは、複数のガス吐出口８から発電セルに向かってシャワー状に吐出されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２０５８９号公報（図４）
【特許文献２】特開２００５−２２８７３４号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の特許文献２では、発電セルに向かってシャワー状に反応ガスを吐出する一方、反応後の排ガスを前記発電セルの外周部から排出しているため、前記外周部近傍で反応ガス濃度が低下し易い。これにより、発電セルの電極面内における反応ガス濃度に差が生じ、前記電極面内における電流密度分布に偏りが発生するという問題がある。
【００１２】
しかも、発電セルの外周部では、ガス吐出口８近傍に比べて排ガス濃度が高くなり、電極面内における発電反応に差が生じてしまう。従って、発電セルに温度勾配が生じ、熱応力によって前記発電セルに損傷や劣化等の不良が生じるおそれがある。
【００１３】
さらにまた、発電セルの外周部から排ガスが排出されるため、この発電セルの外周部には、発電反応で発生した水蒸気が集中し易い。このため、発電セルが劣化するという問題がある。
【００１４】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、電解質・電極接合体の発電面全体に反応ガスを均一且つ良好に供給するとともに、反応ガス濃度及び発電反応を均一化し、且つ水蒸気の集中を阻止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】
【００１５】
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。
【００１６】
セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくともアノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する又はカソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する反応ガス通路が設けられる挟持部を備える。
【００１７】
そして、挟持部は、少なくとも反応ガス通路に燃料ガス又は酸化剤ガスを雨浴状に供給する複数の反応ガス供給孔と、少なくとも前記反応ガス通路に供給されて反応に使用された前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを、排ガスとして前記反応ガス通路から雨浴状に排出する複数の排ガス排出孔とを設けるとともに、前記挟持部の前記反応ガス通路側の周縁部には、前記周縁部から前記排ガスが排出されることを抑制するための封止部が形成されている。
【００１８】
また、本発明では、セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくともアノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する又はカソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する反応ガス通路が設けられる挟持部と、前記挟持部に連結され、少なくとも前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応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、少なくとも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。
【００１９】
さらに、挟持部は、反応ガス通路側に突出し、反応ガスが反応ガス供給孔から排ガス排出孔に向かって直線状に流れることを規制する突起部を設けることが好ましい。さらにまた、突起部は、反応ガス供給孔から最短距離に位置する排ガス排出孔を結ぶ仮想直線上に設定されることが好ましく、また、前記突起部及び前記反応ガス供給孔間の最短距離は、前記突起部及び前記排ガス排出孔間の最短距離と等しく設定されることが好ましい。
【００２０】
反応ガスが反応ガス供給孔から排ガス排出孔に吹き抜けることを抑制し、反応ガス利用率の向上を図ることができるからである。しかも、突起部は、電解質・電極接合体の電極面に接触するため、前記電解質・電極接合体への荷重の伝達及び前記電解質・電極接合体からの集電が可能になる。
【００２１】
さらに、突起部は、長円形状又は楕円形状に形成されることが好ましく、前記突起部は、最短距離に配置される前記反応ガス供給孔及び前記排ガス排出孔を結ぶ仮想直線に対し、前記長円形状又は前記楕円形状の長軸が直交するように設定されることが好ましい。反応ガス通路内における反応ガス流路長が長尺化され、反応ガス利用率を一層向上させることができるからである。
【００２２】
さらにまた、挟持部は、反応ガス供給孔に連通して前記反応ガス供給孔に反応ガスを供給する反応ガス供給室と、排ガス排出孔に連通して前記排ガス排出孔から排ガスを排出する排ガス排出室とを設けることが好ましい。
【００２３】
反応ガス供給室は、反応前の反応ガスの圧力変動や圧力不均等を整える機能を有し、電解質・電極接合体の電極面内における反応ガス濃度を均等化することができる。一方、排ガス排出室は、排ガスの排出を促進させるとともに、反応ガスの供給も促進させる機能を有し、電極面内における排ガス濃度を均等化することが可能である。これにより、電極面内の電流密度分布を均一にして発電効率の向上が遂行されるとともに、電解質・電極接合体における温度勾配を抑制し、熱応力による前記電解質・電極接合体の損傷や劣化等を可及的に阻止することができる。
【００２４】
また、挟持部は、反応ガス供給孔及び排ガス排出孔が形成される第１プレート部と、反応ガス供給室及び排ガス排出室が形成される第２プレート部とを備え、前記第１プレート部と前記第２プレート部とが積層されることが好ましい。
【００２５】
すなわち、繊細な製造工程が必要な微細孔である反応ガス供給孔及び排ガス排出孔は、第１プレート部にのみ形成すればよく、第２プレート部には、微細な製造工程が不要になる。従って、微細な製造工程の有無により第１プレート部と第２プレート部とを別体に構成することができ、製造コストの削減及び歩留まりの向上が容易に図られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、反応ガスは、複数の反応ガス供給孔から電解質・電極接合体の電極面全面に雨浴状に供給されるため、前記電極面内における反応ガス濃度を均等化することができる。一方、排ガスは、複数の排ガス排出孔から雨浴状に排出されるため、電解質・電極接合体の電極面内における排ガス濃度を均等化することが可能である。
【００２７】
これにより、電極面内の電流密度分布を均一にすることができ、発電効率の向上が遂行される。さらに、電解質・電極接合体における発熱反応となる発電反応を均等化することが可能になる。このため、電解質・電極接合体の温度勾配を抑制し、熱応力による前記電解質・電極接合体の損傷や劣化等を可及的に阻止するとともに、発電反応により生じた水蒸気が集中することを良好に防止することができる。
【００２８】
しかも、挟持部の反応ガス通路側の周縁部には、前記周縁部から排ガスが排出されることを抑制するための封止部が形成されている。従って、発電反応により発生した排ガスは、挟持部の周縁部に集中することを抑制することができ、電解質・電極接合体の電極面内における電流密度分布に偏りが生ずることを抑制することが可能になる。このため、発電効率の向上及び安定化を図るとともに、電解質・電極接合体の温度勾配を抑制して熱応力による前記電解質・電極接合体の損傷や劣化等を可及的に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。
【００３０】
燃料電池スタック１２は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池１０は、固体電解質型燃料電池であり、この燃料電池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。
【００３１】
燃料電池１０は、各セパレータ２８間に複数、例えば、８個の電解質・電極接合体２６が、このセパレータ２８の中心部である燃料ガス供給連通孔３０と同心円上に配列される。
【００３２】
セパレータ２８は、図２に示すように、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で構成される。セパレータ２８は、中央部に燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３０を形成する燃料ガス供給部（反応ガス供給部）３２を有する。この燃料ガス供給部３２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３４を介して比較的大径な第１挟持部（第１プレート部）３６が一体的に設けられる。
【００３３】
各第１挟持部３６は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定される。各第１挟持部３６には、燃料ガスを電解質・電極接合体２６を構成するアノード電極２４に雨浴状（以下、シャワー状という）に供給するための複数の燃料ガス供給孔（反応ガス供給孔）３８ａと、前記アノード電極２４で反応に使用された燃料ガスを、排ガスとしてシャワー状に排出するための複数の排ガス排出孔３８ｂとが、交互に配列される（図２〜図４参照）。
【００３４】
各第１挟持部３６のアノード電極２４に接触する面３６ａには、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（反応ガス通路）４０が形成される。面３６ａには、燃料ガスが燃料ガス供給孔３８ａから排ガス排出孔３８ｂに直線状に流れることを規制する複数の突起部４２が形成される。第１挟持部３６の面３６ａ側の周縁部には、前記周縁部から燃料ガス及び排ガスが排出されることを抑制するためのリング状封止部（凸部）４４が形成される。
【００３５】
突起部４２は、面３６ａに、例えば、エッチングにより形成される中実部、又はプレスにより形成される中空部で構成される。突起部４２の断面形状は、矩形状、円形状、長円形状、楕円形状、三角形状又は長方形状等、種々の形状に設定可能であるとともに、位置や密度は、燃料ガスの流れ状態等によって任意に変更される。以下に説明する他の突起部は、上記の突起部４２と同様に構成される。
【００３６】
各第１挟持部３６の反対側の面３６ｂは、略平坦面に形成されるとともに、前記面３６ｂ側には、通路部材５０が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。
【００３７】
通路部材５０は、平板状に構成されるとともに、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部５２を備える。燃料ガス供給部５２から放射状に８本の第２橋架部５４が延在するとともに、各第２橋架部５４には、第２挟持部（第２プレート部）５６が一体に（又は別体部品の接合体として）設けられる。
【００３８】
燃料ガス供給部５２から各第２橋架部５４を周回して、凸部５８が設けられる。この凸部５８は、セパレータ２８の燃料ガス供給部３２及び各第１橋架部３４に接合されることにより、燃料ガス供給連通孔３０に連通してセパレータ面方向に延在する燃料ガス供給通路６０が形成される。
【００３９】
第２挟持部５６の面５６ａには、燃料ガス供給通路６０と燃料ガス供給孔３８ａとに連通し、前記燃料ガス供給通路６０を流れる燃料ガスを前記燃料ガス供給孔３８ａに供給する燃料ガス供給室（反応ガス供給室）６２と、排ガス排出孔３８ｂに連通し、前記排ガス排出孔３８ｂから排ガスを排出する排ガス排出室６４とが設けられる。
【００４０】
燃料ガス供給室６２は、複数列、例えば、５列に配列される燃料ガス供給孔３８ａに対応して５本に分岐する一方、排ガス排出室６４は、例えば、６列に配列される排ガス排出孔３８ｂに対応して６本に分岐され、前記燃料ガス供給室６２と前記排ガス排出室６４とが交互に配置される。排ガス排出室６４は、第２挟持部５６の外周外方側端部に設けられた排ガス排出通路６６を介して排ガス通路６８に連通する。
【００４１】
第２挟持部５６の面５６ｂには、カソード電極２２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７０を形成し且つ前記カソード電極２２に密着する変形可能な弾性通路部、例えば、導電性メッシュ部材７２が配設される。メッシュ部材７２は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）の線材で構成され、円板状を有する。このメッシュ部材７２は、積層方向（矢印Ａ方向）の荷重に対して所望の弾性変形が可能な厚さに設定される。
【００４２】
図５に示すように、メッシュ部材７２に設けられる酸化剤ガス通路７０は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と第１挟持部３６の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔７４に連通する。この酸化剤ガス供給連通孔７４は、各第１挟持部３６及び第２挟持部５６の内方と第１橋架部３４間及び第２橋架部５４間に位置して積層方向（矢印Ａ方向）に延在している。
【００４３】
各セパレータ２８間には、燃料ガス供給連通孔３０をシールするための絶縁シール７６が配設される。絶縁シール７６は、例えば、マイカ材、ガラス材やセラミック材で形成される。
【００４４】
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の積層方向両端に略円板状のエンドプレート８０ａ、８０ｂを配置する。エンドプレート８０ａの中央部には、燃料ガス供給連通孔３０に対応して孔部８２が設けられるとともに、前記孔部８２の周囲には、酸化剤ガス供給連通孔７４に対応して複数の孔部８４が設けられる。エンドプレート８０ａ、８０ｂ間は、ねじ孔８６に螺合する図示しないボルトにより矢印Ａ方向に締め付けられている。
【００４５】
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。
【００４６】
図１及び図２に示すように、エンドプレート８０ａの孔部８２から燃料ガス供給連通孔３０に燃料ガス（水素含有ガス）が供給されるとともに、孔部８４から酸化剤ガス供給連通孔７４に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。
【００４７】
燃料ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス供給連通孔３０に沿って積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池１０に設けられる燃料ガス供給通路６０に沿ってセパレータ面方向（矢印Ｂ方向）に移動する。
【００４８】
図３及び図５に示すように、燃料ガスは、燃料ガス供給通路６０から燃料ガス供給室６２に一旦導入される。この燃料ガス供給室６２は、第１挟持部３６に設けられている複数且つ５列に配列された燃料ガス供給孔３８ａに連通している。このため、燃料ガスは、燃料ガス供給室６２から各燃料ガス供給孔３８ａを通って、電解質・電極接合体２６を構成するアノード電極２４の電極面全面にわたりシャワー状に供給される（図６参照）。
【００４９】
燃料ガス供給孔３８ａを通ってアノード電極２４に供給された燃料ガスは、燃料ガス通路４０を通り、すなわち、複数の突起部４２によって形成された流路を通り、発電反応に使用された後、複数の排ガス排出孔３８ｂから排ガス排出室６４にシャワー状に排出される（図６参照）。この排ガス排出室６４は、図４に示すように、複数且つ６列に配列された排ガス排出孔３８ｂに連通しており、前記排ガス排出孔３８ｂから前記排ガス排出室６４に排出された排ガスは、排ガス排出通路６６に集められて排ガス通路６８に排出される（図３参照）。
【００５０】
一方、酸化剤ガス供給連通孔７４に供給された空気は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と第１挟持部３６及び第２挟持部５６の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、メッシュ部材７２に形成された酸化剤ガス通路７０に送られる。酸化剤ガス通路７０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。
【００５１】
従って、電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４の電極面全面にわたってシャワー状に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。
【００５２】
なお、各電解質・電極接合体２６の外周部に排出される発電反応後の空気及び発電反応後の燃料ガスは、オフガスとして排ガス通路６８を介して燃料電池スタック１２から排出される（図１参照）。
【００５３】
この場合、第１の実施形態では、第１挟持部３６は、アノード電極２４の電極面に向かって燃料ガスをシャワー状に導入する複数の燃料ガス供給孔３８ａと、燃料ガス通路４０に供給されて反応に使用された燃料ガスを、排ガスとして前記燃料ガス通路４０からシャワー状に排出する複数の排ガス排出孔３８ｂとを設けている。
【００５４】
このように、燃料ガスは、複数の燃料ガス供給孔３８ａからアノード電極２４の電極面全面にシャワー状に供給されるため、前記電極面内における燃料ガス濃度を均一化することができる。一方、排ガスは、複数の排ガス排出孔３８ｂからシャワー状に排出されるため、電極面内における排ガス濃度を均等化することが可能になる。
【００５５】
このため、電極面内の電流密度分布を均一にすることができ、発電効率の向上が容易に遂行される。さらに、電解質・電極接合体２６における発熱反応となる発電反応を均等化することが可能になる。従って、電解質・電極接合体２６の温度勾配を抑制し、熱応力による前記電解質・電極接合体２６の損傷や劣化等を可及的に阻止するとともに、発電反応により生じた水蒸気が集中することを良好に防止することができるという効果が得られる。
【００５６】
そこで、図７には、従来技術１（特許文献１）、従来技術２（特許文献２）及び本発明の第１の実施形態において、それぞれの水蒸気濃度と電流密度との発生状態が示されている。
【００５７】
従来技術１では、単一の燃料ガス供給孔を備えるだけであり、電解質・電極接合体２６の中心における電流密度及び水蒸気密度と、周縁部における電流密度及び水蒸気濃度とに大きな差が生じた。また、複数の燃料ガス供給孔を備え、外方に排気ガスを排出する従来技術２では、電解質・電極接合体２６の中央から外方にわたって水蒸気濃度及び電流密度の差が比較的小さいものの、前記電解質・電極接合体２６の周縁部に行くに従って、前記水蒸気濃度及び前記電流密度に差が生じた。
【００５８】
これにより、従来技術１及び従来技術２では、電極面内の電流密度分布が不均一になり、発電効率が低下するとともに、温度勾配によって前記電解質・電極接合体２６の損傷や劣化等が発生し易い。
【００５９】
これに対して、第１の実施形態では、電解質・電極接合体２６の発電面内にわたって水蒸気濃度及び電流密度を略均一化することができ、上記の不具合が発生することを抑制することができるという効果が得られた。
【００６０】
さらにまた、第１の実施形態では、図２及び図４に示すように、第１挟持部３６の面３６ａ側の周縁部には、該周縁部から燃料ガス及び排ガスが排出されることを抑制するためのリング状封止部４４が形成されている。従って、発電反応により発生した排ガスが第１挟持部３６の周縁部に集中することを抑制することができ、電解質・電極接合体２６の電極面内における電流密度分布に偏りが生ずることを抑制することが可能になる。このため、発電効率の向上及び安定化を図るとともに、電解質・電極接合体２６の温度勾配を抑制し、熱応力による前記電解質・電極接合体２６の損傷や劣化等を可及的に阻止することができる。
【００６１】
また、第１挟持部３６の面３６ａには、燃料ガス供給孔３８ａと排ガス排出孔３８ｂとの間に複数の突起部４２が設けられている。これにより、燃料ガス供給孔３８ａから燃料ガス通路４０に供給された燃料ガスは、排ガス排出孔３８ｂに即座に通過することを抑制され、燃料ガス利用率の向上を図ることが可能になる。
【００６２】
しかも、突起部４２は、電解質・電極接合体２６の電極面に接触するため、前記電解質・電極接合体２６の荷重の伝達及び前記電解質・電極接合体２６からの集電が確実に遂行される。
【００６３】
さらに、第２挟持部５６には、燃料ガス供給孔３８ａに連通する燃料ガス供給室６２と、排ガス排出孔３８ｂに連通する排ガス排出室６４とが設けられている。燃料ガス供給室６２は、反応前の燃料ガスの圧力変動や圧力不均等を整える機能を有しており、燃料ガス供給孔３８ａから電解質・電極接合体２６の電極面に供給される燃料ガスは、前記電極面内における燃料ガス濃度を均等化することができる。一方、排ガス排出室６４は、排ガスの排出を促進させるとともに、燃料ガスの供給も促進させる機能を有しており、アノード電極２４の電極面内における排ガス濃度を均等化することが可能である。
【００６４】
これにより、アノード電極２４の電極面内の電流密度分布を均一にして発電効率の向上が遂行されるとともに、電解質・電極接合体２６における温度勾配を抑制し、熱応力による前記電解質・電極接合体２６の損傷や劣化等を可及的に阻止することができる。
【００６５】
さらに、第１挟持部３６にのみ、繊細な製造工程が必要である微細孔である燃料ガス供給孔３８ａ及び排ガス排出孔３８ｂが形成されており、第２挟持部５６には、この種の微細な製造工程が不要になる。従って、微細な製造工程の有無により第１挟持部３６と第２挟持部５６とを別体に構成することができ、製造コストの削減及び歩留りの向上が容易に図られる。
【００６６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータ９０及び前記セパレータ９０に接合される通路部材９２の一部拡大分解斜視図であり、図９は、前記セパレータ９０及び前記通路部材９２の一部平面説明図である。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〜第８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。
【００６７】
セパレータ９０を構成する第１挟持部９４には、燃料ガス供給孔３８ａと排ガス排出孔３８ｂとが、各々複数個ずつ交互に配列されるとともに、燃料ガスが前記燃料ガス供給孔３８ａから前記排ガス排出孔３８ｂに向かって直線状に流れることを規制する複数の突起部９６が設けられる。
【００６８】
突起部９６は、燃料ガス供給孔３８ａから最短距離に位置する排ガス排出孔３８ｂを結ぶ仮想直線上に設定されるとともに、前記突起部９６及び前記燃料ガス供給孔３８ａ間の最短距離は、前記突起部９６及び前記排ガス排出孔３８ｂ間の最短距離と等しく設定される。突起部９６は、長円形状（又は楕円形状）に設定され、前記仮想直線に直交する方向に長尺となる位置に配置される。
【００６９】
通路部材５０を構成する第２挟持部９８には、燃料ガス供給孔３８ａに連通する燃料ガス供給室６２と、排ガス排出孔３８ｂに連通する排ガス排出室６４とが形成される。
【００７０】
このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス供給孔３８ａから燃料ガス通路４０に供給された燃料ガスが、即座に排ガス排出孔３８ｂに排出されることを突起部９６により抑制することができる。このため、燃料ガス利用率の向上を図るとともに、電解質・電極接合体２６への荷重の伝達及び集電が可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
しかも、突起部９６は、長円形状（又は楕円形状）に形成されている。従って、最短距離に配置されている燃料ガス供給孔３８ａから排ガス排出孔３８ｂへの燃料ガスの流路長が有効に長尺化され、燃料ガス利用率を一層向上させることができるという利点がある。
【００７２】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータ１００及び通路部材９２の一部拡大斜視説明図である。
【００７３】
セパレータ１００を構成する第１挟持部１０２には、それぞれ複数の燃料ガス供給孔３８ａと排ガス排出孔３８ｂとが交互に且つ千鳥状に配置されている。第１挟持部１０２には、燃料ガス供給孔３８ａから最短位置に位置する排ガス排出孔３８ｂを結ぶ仮想直線状に長円状（又は楕円形状）の突起部１０４が設けられる。従って、第３の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータ１１０と通路部材１１２の一部拡大分解斜視図であり、図１２は、前記セパレータ１１０及び前記通路部材１１２の一部平面説明図である。
【００７５】
セパレータ１１０を構成する第１挟持部１１４には、中央部に燃料ガス供給孔３８ａが設けられるとともに、この中央部と同心円状に複数の燃料ガス供給孔３８ａが所定角度間隔ずつ離間して設けられる。中央の燃料ガス供給孔３８ａを中心に、同心円状に配置されている複数の燃料ガス供給孔３８ａの内方及び外方には、それぞれ同心円状に所定数の排ガス排出孔３８ｂが所定角度間隔ずつ離間して設けられる。
【００７６】
第１挟持部１１４内では、燃料ガス供給孔３８ａと排ガス排出孔３８ｂとが、直径方向に沿って交互に設けられるとともに、前記燃料ガス供給孔３８ａから最短距離に位置する排ガス排出孔３８ｂを結ぶ仮想直線上に、突起部１１６が形成される。突起部１１６は、前記仮想直線上の略中央部に且つ該仮想直線に直交する方向に長尺な長円形状（又は楕円形状）に設定される。
【００７７】
通路部材１１２を構成する第２挟持部１１８には、燃料ガス供給孔３８ａに連通する燃料ガス供給室１２０と、排ガス排出孔３８ｂに連通する排ガス排出室１２２とが形成される。燃料ガス供給室１２０は、中央側に直線状部を有し、この直線状部の両側に円弧状部が一体に連通する形状に設定される。
【００７８】
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。なお、以下に説明する第５の実施形態以降では、第１〜第４の実施形態を適用することができるものであるが、説明の簡素化上、例えば、第２の実施形態の第１挟持部９４及び第２挟持部９８を用いている。
【００７９】
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１４０の分解斜視説明図である。
【００８０】
燃料電池１４０を構成するセパレータ１４２には、通路部材１４４が接合されるとともに、前記通路部材１４４を構成する第２挟持部９８の面９８ｂには、酸化剤ガス通路１４６が設けられる。この酸化剤ガス通路１４６は、各第２挟持部９８の面９８ｂに、例えば、エッチングやプレス加工により形成される複数の突起部１４８により構成される（図１４及び図１５参照）。
【００８１】
このように構成される第５の実施形態では、第２挟持部９８に設けられている複数の突起部１４８を介して、積層方向の荷重が効率的に伝達される。このため、少ない荷重で、燃料電池１４０を積層することができ、電解質・電極接合体２６やセパレータ１４２の歪みを低減することが可能になる。
【００８２】
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１５０の分解斜視説明図である。
【００８３】
燃料電池１５０は、セパレータ１５２を備える。このセパレータ１５２を構成する第１挟持部１５４には、複数の燃料ガス供給孔３８ａと複数の排ガス排出孔３８ｂとが交互に形成される。
【００８４】
第１挟持部１５４には、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４０を形成し且つ前記アノード電極２４に密着する変形可能な弾性通路部、例えば、導電性メッシュ部材１５６が配設される（図１６及び図１７参照）。このメッシュ部材１５６を使用することにより、第１挟持部１５４は、突起部を不要にしてもよい。
【００８５】
なお、第１〜第６の実施形態では、酸化剤ガスである空気は、セパレータ２８等の中央側から外方に向かって供給されているが、例えば、これとは逆に、外方側から内方に向かって空気を供給するように構成してもよい。
【００８６】
図１８は、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池２００が矢印Ａ方向に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。
【００８７】
図１９に示すように、燃料電池２００は、一組のセパレータ２０４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２０４は、互いに積層される第１、第２及び第３プレート２０６、２０８及び２１０を備える。第１〜第３プレート２０６、２０８及び２１０は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成され、前記第２プレート２０８の両面に、前記第１プレート２０６と前記第３プレート２１０とが、例えば、ろう付け、拡散接合又はレーザ溶接等により接合される。
【００８８】
第１プレート２０６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３０が形成される第１燃料ガス供給部２１２を備える。第１燃料ガス供給部２１２には、幅狭な橋架部２１４を介して比較的大径な第１挟持部２１６が一体的に設けられる。第１挟持部２１６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。
【００８９】
第３プレート２１０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７４が形成される第１酸化剤ガス供給部２２８を備える。第１酸化剤ガス供給部２２８には、幅狭な橋架部２３０を介して比較的大径な第２挟持部２３２が一体的に設けられる。
【００９０】
第２挟持部２３２は、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２に接する面に、前記カソード電極２２の電極面全面に酸化剤ガスをシャワー状に供給する複数の酸化剤ガス供給孔３８ｃと、前記カソード電極２２で反応に使用された酸化剤ガスを、排ガスとしてシャワー状に排出するための複数の排ガス排出孔３８ｄとが、交互に配設される。酸化剤ガス供給孔３８ｃと排ガス排出孔３８ｄとの間には、突起部９６が設けられる（図１９及び図２０参照）。
【００９１】
図１９に示すように、第２プレート２０８は、燃料ガス供給連通孔３０が形成される第２燃料ガス供給部２３８と、酸化剤ガス供給連通孔７４が形成される第２酸化剤ガス供給部２４０とを備える。第２燃料ガス供給部２３８及び第２酸化剤ガス供給部２４０は、幅狭な橋架部２４２、２４４を介して比較的大径な第３挟持部２４６と一体的に構成される。第３挟持部２４６は、第１及び第２挟持部２１６、２３２と同一直径に設定される。
【００９２】
第３挟持部２４６は、第１挟持部２１６に向かう面に、燃料ガス供給室６２と排ガス排出室６４とを分離して形成する。この第３挟持部２４６は、第２挟持部２３２に向かう面に、図２１に示すように、酸化剤ガス供給室６２ａと、排ガス排出室６４ａとを分離して形成する。酸化剤ガス供給室６２ａは、酸化剤ガス供給孔３８ｃに連通するとともに、排ガス排出室６４ａは、排ガス排出孔３８ｄに連通する。
【００９３】
橋架部２１４、２４２間には、燃料ガス供給連通孔３０に連通する燃料ガス供給通路６０が設けられる（図１９及び図２２参照）。橋架部２３０、２４４間には、酸化剤ガス供給連通孔７４に連通する酸化剤ガス供給通路２５２が設けられる。
【００９４】
第１プレート２０６が第２プレート２０８の一方の面にろう付け、拡散接合、レーザ溶接等で接合されることにより、第１及び第２プレート２０６、２０８間には、燃料ガス通路４０に連通する燃料ガス供給通路６０が設けられる。同様に、第２プレート２０８が第３プレート２１０にろう付け、拡散接合又はレーザ溶接により接合されることにより、第２及び第３プレート２０８、２１０間には、酸化剤ガス通路７０に連通する酸化剤ガス供給通路２５２が形成される。
【００９５】
図１８に示すように、燃料電池スタック２０２は、複数の燃料電池２００の積層方向両端にエンドプレート２７０ａ、２７０ｂを配置する。エンドプレート２７０ａもしくはエンドプレート２７０ｂは、締付ボルト２７２と電気的に絶縁される。エンドプレート２７０ａには、燃料電池２００の燃料ガス供給連通孔３０に連通する第１配管２７４と、酸化剤ガス供給連通孔７４に連通する第２配管２７６とが接続される。
【００９６】
このように構成される燃料電池スタック２０２では、エンドプレート２７０ａに接続されている第１配管２７４から燃料ガス供給連通孔３０には、燃料ガスが供給される。一方、エンドプレート２７０ａに接続された第２配管２７６から酸化剤ガス供給連通孔７４には、酸素含有ガスである空気が供給される。
【００９７】
燃料ガス供給連通孔３０に供給された燃料ガスは、図２０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２００を構成するセパレータ２０４内の燃料ガス供給通路６０に供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路６０に沿って燃料ガス供給室６２に供給される。
【００９８】
燃料ガス供給室６２には、複数の燃料ガス供給孔３８ａが連通しており、燃料ガスは、前記燃料ガス供給孔３８ａから燃料ガス通路４０にシャワー状に供給される。発電反応に使用された燃料ガスは、複数の排ガス排出孔３８ｂから排ガス排出室６４にシャワー状に排出される（図２２参照）。
【００９９】
一方、酸化剤ガス供給連通孔７４に供給される空気は、セパレータ２０４内の酸化剤ガス供給通路２５２を移動し、酸化剤ガス供給室６２ａに供給される。さらに、空気は、複数の酸化剤ガス供給孔３８ｃから酸化剤ガス通路７０にシャワー状に供給される。発電反応に使用された酸化剤ガスは、複数の排ガス排出孔３８ｄから排ガス排出室６４ａにシャワー状に排出される。
【０１００】
この場合、第７の実施形態では、酸化剤ガスが複数の酸化剤ガス供給孔３８ｃからカソード電極２２の電極面全面にシャワー状に供給されるため、前記電極面内における酸化剤ガス濃度を均等化することができる。一方、排ガス（使用済みの酸化剤ガス）は、複数の排ガス排出孔３８ｄからシャワー状に排出されるため、カソード電極２２の電極面内における排ガス濃度を均等化することが可能になる。
【０１０１】
これにより、電極面内の電流密度分布を均一化するとともに、温度勾配を抑制することができる等、上記の第１〜第６の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。
【０１０２】
図２３は、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池３００が矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック３０２の概略斜視説明図である。
【０１０３】
燃料電池３００は、図２４に示すように、一対のセパレータ３０６間に複数、例えば、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３０６間には、このセパレータ３０６の中心部である燃料ガス供給連通孔３０を中心にして等角度間隔ずつ離間し且つ前記燃料ガス供給連通孔３０と同心円上に４個の電解質・電極接合体２６が配置される。
【０１０４】
セパレータ３０６は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される第１プレート３０８及び第２プレート３１０を有する。第１プレート３０８及び第２プレート３１０は、互いに拡散接合、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。第１プレート３０８及び第２プレート３１０は、金属プレートに代えて、例えば、カーボンプレート等（接合方法は省略する）で構成してもよい。
【０１０５】
第１プレート３０８は、中央部に積層方向（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３０が形成される燃料ガス供給部（反応ガス供給部）３１２を有する。この燃料ガス供給部３１２から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する４つの第１橋架部３１４を介し、第１挟持部（第１プレート部）３１６が一体に設けられる。第１挟持部３１６は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定される。
【０１０６】
各第１挟持部３１６には、短尺な第２橋架部３２２を介して環状の第１筐体部３２４が一体に設けられる。第１筐体部３２４は、酸化剤ガスを後述する酸化剤ガス供給通路３４８に供給するための酸化剤ガス供給連通孔７４が積層方向に形成される酸化剤ガス供給部３２６を有する。第１筐体部３２４には、複数のボルト挿入用孔部３２８が所定角度間隔ずつ離間して設けられる。
【０１０７】
燃料ガス供給連通孔３０、第１橋架部３１４、第１挟持部３１６、第２橋架部３２２及び酸化剤ガス供給連通孔７４は、セパレータ面方向に沿って直線上に配置される（図２４〜図２６参照）。
【０１０８】
図２４及び図２７に示すように、第２プレート３１０は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０が形成される燃料ガス供給部（反応ガス供給部）３３０を有する。この燃料ガス供給部３３０から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する４つの第１橋架部３３２を介して第２挟持部（第２プレート部）３３４が一体に設けられる。第２挟持部３３４は、第１挟持部３１６と同様に、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定される。
【０１０９】
各第２挟持部３３４には、短尺な第２橋架部３４０を介して環状の第２筐体部３４２が一体に設けられる。第２筐体部３４２には、酸化剤ガス供給連通孔７４が積層方向に形成される酸化剤ガス供給部３２６と、ボルト挿入用孔部３２８とが設けられる。この第２筐体部３４２の第１筐体部３２４に接合される面には、酸化剤ガス供給連通孔７４から供給される酸化剤ガスを充填するための充填室３４６が形成される。
【０１１０】
充填室３４６は、各第２橋架部３４０から各第２挟持部３３４の中央部近傍まで延在する酸化剤ガス供給通路（反応ガス供給通路）３４８に連通する。酸化剤ガス供給通路３４８の先端には、第２挟持部３３４を貫通する酸化剤ガス供給孔３５０が連通する。
【０１１１】
図２８に示すように、各セパレータ３０６間には、燃料ガス供給連通孔３０をシールするための第１絶縁シール７６ａと、酸化剤ガス供給連通孔７４をシールするための第２絶縁シール７６ｂとが設けられる。第１絶縁シール７６ａ及び第２絶縁シール７６ｂは、シール性が高く、硬質で潰れ難い、例えば、地殻成分系素材、硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材等が使用される。また、第２絶縁シール７６ｂは、熱エネルギの拡散を阻止する断熱部材であることが好ましい。
【０１１２】
図２３に示すように、燃料電池スタック３０２は、複数の燃料電池３００の積層方向一端に、略円板状の第１エンドプレート３５２ａが配置されるとともに、積層方向他端に、図示しない隔壁を介装して小径且つ略円板状の複数の第２エンドプレート３５２ｂと、大径且つ略リング状の固定リング３５２ｃとが配置される。隔壁は、排ガスが燃料電池３００の外部に拡散することを阻止する機能を有する一方、第２エンドプレート３５２ｂは、各電解質・電極接合体２６の積層位置に対応して４つ配設される。
【０１１３】
セパレータ３０６のボルト挿入用孔部３２８に挿入されるボルト３５８及び前記ボルト３５８に螺合するナット３６０を介し、セパレータ３０６の第１筐体部３２４及び第２筐体部３４２が第１エンドプレート３５２ａに締め付け固定される。
【０１１４】
第１エンドプレート３５２ａには、燃料ガス供給連通孔３０に連通する単一の燃料ガス供給パイプ３６２と、各酸化剤ガス供給連通孔７４に連通する４本の酸化剤ガス供給パイプ３６４と、排ガス通路６８に連通する４本の酸化剤ガス排出パイプ３６８とが設けられる。
【０１１５】
第１エンドプレート３５２ａは、支持プレート３７２が固定される。支持プレート３７２と第１エンドプレート３５２ａとの間には、燃料ガス供給部３１２、３３０に締め付け荷重を付与する第１荷重付与部３７４と、酸化剤ガス供給部３２６に締め付け荷重を付与する第２荷重付与部３７６と、各電解質・電極接合体２６に締め付け荷重を付与する第３荷重付与部３７８とが設けられる。
【０１１６】
第１荷重付与部３７４は、燃料ガス供給連通孔３０から燃料ガスが漏れることを阻止するために燃料電池３００の中央部（燃料ガス供給部３１２、３３０の中央部）に配置される押圧部材３８０を備え、この押圧部材３８０は、４つの第２エンドプレート３５２ｂの配列中心近傍に位置して前記燃料電池３００に隔壁（図示せず）を介して押圧する。押圧部材３８０には、第１受け部材３８２ａ及び第２受け部材３８２ｂを介して第１スプリング３８４が配置される。
【０１１７】
第２荷重付与部３７６は、ボルト挿入用孔部３２８に挿入されるボルト３５８と、前記ボルト３５８に螺合するナット３６０とを備え、酸化剤ガス供給連通孔７４から酸化剤ガスが漏れることを阻止する機能を有する。
【０１１８】
第３荷重付与部３７８は、第２エンドプレート３５２ｂに各電解質・電極接合体２６に対応して配置される第３受け部材３９２ａを備える。第３受け部材３９２ａは、ピン（図示せず）を介して第２エンドプレート３５２ｂに位置決め支持される。第３受け部材３９２ａに第２スプリング３９６の一端が当接する一方、前記第２スプリング３９６の他端が第４受け部材３９２ｂに当接する。
【０１１９】
このように構成される燃料電池スタック３０２の動作について、以下に説明する。
【０１２０】
図２３に示すように、第１エンドプレート３５２ａに接続されている燃料ガス供給パイプ３６２から燃料ガス供給連通孔３０には、燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給パイプ３６４から酸化剤ガス供給連通孔７４には、酸素含有ガスである空気が供給される。
【０１２１】
燃料ガス供給連通孔３０に供給された燃料ガスは、図２５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３００を構成するセパレータ３０６の燃料ガス供給通路６０から燃料ガス供給室６２に一旦供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給室６２から各燃料ガス供給孔３８ａを通って、電解質・電極接合体２６を構成するアノード電極２４の電極面全面にわたりシャワー状に供給される。
【０１２２】
アノード電極２４で発電反応に使用された燃料ガスは、排ガスとして複数の排ガス排出孔３８ｂから排ガス排出室６４にシャワー状に排出された後、排ガス排出通路６６から排ガス通路６８に排出される（図２９参照）。
【０１２３】
一方、酸化剤ガス供給連通孔７４に供給される空気は、第１プレート３０８の第１筐体部３２４と第２プレート３１０の第２筐体部３４２との間に設けられる充填室３４６に一旦充填される。この充填室３４６には、酸化剤ガス供給通路３４８が連通しており、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス供給通路３４８に沿って第１挟持部３１６及び第２挟持部３３４の中心側に移動する。
【０１２４】
第２挟持部３３４の中心近傍には、酸化剤ガス供給孔３５０が連通するとともに、前記酸化剤ガス供給孔３５０は、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の略中心位置に対応して設けられている。これにより、空気は、酸化剤ガス供給孔３５０からカソード電極２２に供給され、このカソード電極２２の略中心部から外周部に向かってメッシュ部材（金属メッシュ等の導電性織布）７２に形成された酸化剤ガス通路７０を流動する（図２８参照）。
【０１２５】
なお、メッシュ部材７２に代えて、導電性フェルト部材（金属フェルト等の導電性不織布）、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を採用してもよい。また、第２挟持部３３４のカソード電極２２側の面には、カソード電極２２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７０を形成する複数の突起部（ボス）を設けてもよく、突起部は、エッチングやプレス等により形成される。
【０１２６】
これにより、第８の実施形態では、上記の第１〜第７の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を組み込む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説明図である。
【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である。
【図４】セパレータの一方の面の一部拡大説明図である。
【図５】前記燃料電池の、図４中、Ｖ−Ｖ線断面説明図である。
【図６】前記燃料電池の、図４中、ＶＩ−ＶＩ線断面説明図である。
【図７】従来技術と第１の実施形態の水蒸気濃度及び電流密度の関係説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータ及び通路部材の一部拡大分解斜視図である。
【図９】前記セパレータ及び前記通路部材の一部平面説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータ及び通路部材の一部拡大分解斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータ及び通路部材の一部拡大分解斜視図である。
【図１２】前記セパレータ及び前記通路部材の一部平面説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図１４】前記燃料電池を構成する通路部材の正面説明図である。
【図１５】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１６】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図１７】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１８】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図１９】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２０】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２１】前記燃料電池を構成する第２プレートの正面説明図である。
【図２２】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２３】本発明の第８の実施形態に係る燃料電池が矢印Ａ方向に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２４】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２５】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２６】セパレータを構成する第１プレートの説明図である。
【図２７】前記セパレータを構成する第２プレートの説明図である。
【図２８】前記燃料電池の、図２６及び図２７中、ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線断面説明図である。
【図２９】前記燃料電池の、図２６及び図２７中、ＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線断面説明図である。
【図３０】特許文献１の燃料電池を構成するセパレータの説明図である。
【図３１】特許文献２の燃料電池用セパレータの説明図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０、１４０、１５０、２００、３００…燃料電池
１２、２０２、３０２…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、９０、１００、１１０、１４２、１５２、２０４、３０６…セパレータ
３０…燃料ガス供給連通孔
３２、５２、２１２、２３８、３１２、３３０…燃料ガス供給部
３４、５４、２１４、２３０、２４２、２４４、３１４、３２２、３３２、３４０…橋架部
３６、５６、９４、９８、１０２、１１４、１１８、１５４、２１６、２３２、２４６、３１６、３３４…挟持部
３８ａ…燃料ガス供給孔                  ３８ｂ、３８ｄ…排ガス排出孔
３８ｃ、３５０…酸化剤ガス供給孔        ４０…燃料ガス通路
４２、９６、１０４、１１６、１４８…突起部
４４…リング状封止部                    ５０、９２、１１２、１４４…通路部材
５８…凸部                              ６０…燃料ガス供給通路
６２、１２０…燃料ガス供給室            ６４、６４ａ、１２２…排ガス排出室
６６…排ガス排出通路                    ６８…排ガス通路
７０、１４６…酸化剤ガス通路            ７２、１５６…メッシュ部材
７４…酸化剤ガス供給連通孔
２０６、２０８、２１０、３０８、３１０…プレート
２２８、２４０、３２６…酸化剤ガス供給部
２５２、３４８…酸化剤ガス供給通路      ３２４、３４２…筐体部
【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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【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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