(57)【要約】【課題】高い信頼性を得ることができる燃料電池を提案する。【解決手段】  電解質を燃料極と空気極とで挟んで構成される平板形のセルと、セルを挟み込む、燃料極側に配された平板形の第一セパレータおよび空気極側に配された平板形の第二セパレータと、を備え、第一セパレータは、燃料ガスが供給される入口マニホールドと、燃料ガスが排出される出口マニホールドと、燃料極と接する側の主面に形成されており、一方側の端部で入口マニホールドと連通し、入口マニホールドから供給された燃料ガスを流通させる第一流路部と、第一流路部を流通する燃料ガスを合流させるガス合流部と、主面に形成されており、第一流路部と並行に配置され、第一流路部の一方側の端部と同じ側の端部で出口マニホールドと連通し、ガス合流部で合流させた燃料ガスを、出口マニホールドに向けて流通させる第二流路部と、を有し、第二流路部の流路断面積は、第一流路部の流路断面積よりも小さくなる。【選択図】図１
2016207264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質を燃料極と空気極とで挟んで構成される平板形のセルと、
前記セルを挟み込む、前記燃料極側に配された平板形の第一セパレータおよび前記空気極側に配された平板形の第二セパレータと、を備え、
前記第一セパレータは、
燃料ガスが供給される入口マニホールドと、
前記燃料ガスが排出される出口マニホールドと、
前記燃料極と接する側の主面に形成されており、一方側の端部で前記入口マニホールドと連通し、該入口マニホールドから供給された燃料ガスを流通させる第一流路部と、
前記第一流路部を流通する前記燃料ガスを合流させるガス合流部と、
前記主面に形成されており、前記第一流路部と並行に配置され、該第一流路部の一方側の端部と同じ側の端部で前記出口マニホールドと連通し、前記ガス合流部で合流させた前記燃料ガスを、該出口マニホールドに向けて流通させる第二流路部と、を有し、
前記第二流路部の流路断面積は、前記第一流路部の流路断面積よりも小さくなる、燃料電池。
【請求項２】
前記第一流路部および前記第二流路部は、流路断面積が等しくかつ直線形状となる複数の、燃料ガスを流通させる燃料ガス流路から構成されており、
前記第一流路部は、前記第二流路部よりも前記燃料ガス流路の本数が多い請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電解質は、固体酸化物からなるプロトン伝導体である請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セルおよび前記第一セパレータは矩形であって、
前記第一セパレータの前記主面における一辺側に、複数の前記入口マニホールドと、前記出口マニホールドとが設けられ、該一辺側と対向する辺側に前記ガス合流部が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第一セパレータの前記主面における一辺側において、
前記一辺の両端部側それぞれに前記入口マニホールドが設けられ、
前記一辺の両端部側それぞれに設けられた前記入口マニホールド間における中央部分であり、該入口マニホールドによって挟み込まれる位置に前記出口マニホールドが設けられている、請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃料電池が備える前記セル、前記第一セパレータ、および前記第二セパレータを積層させて形成したセルスタックと、
複数の前記入口マニホールドに燃料ガスを導入させるガス導入管と、を備え、
前記ガス導入管は、供給された前記燃料ガスを複数の前記入口マニホールドそれぞれに等配分するための複数の分岐管を有する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池および燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池の電解質材料には、安定化ジルコニアに代表される酸化物イオン伝導体が広く用いられている。また、電解質材料として、例えばＢａＺｒＣｅＭＯ３-α（Ｍは金属）に代表される、プロトン伝導体を用いることも提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０７５４６
【特許文献２】特開２００７−２０７７４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、一例として、高い信頼性を得ることができる燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃料電池の一態様（ａｓｐｅｃｔ）は、電解質を燃料極と空気極とで挟んで構成される平板形のセルと、前記セルを挟み込む、前記燃料極側に配された平板形の第一セパレータおよび前記空気極側に配された平板形の第二セパレータと、を備え、前記第一セパレータは、燃料ガスが供給される入口マニホールドと、前記燃料ガスが排出される出口マニホールドと、前記燃料極と接する側の主面に形成されており、一方側の端部で前記入口マニホールドと連通し、該入口マニホールドから供給された燃料ガスを流通させる第一流路部と、前記第一流路部を流通する前記燃料ガスを合流させるガス合流部と、前記主面に形成されており、前記第一流路部と並行に配置され、該第一流路部の一方側の端部と同じ側の端部で前記出口マニホールドと連通し、前記ガス合流部で合流させた前記燃料ガスを、該出口マニホールドに向けて流通させる第二流路部と、を有し、前記第二流路部の流路断面積は、前記第一流路部の流路断面積よりも小さくなる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様に係る燃料電池によれば、高い信頼性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池が備える第一セパレータの概略構成を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態の変形例１に係る燃料電池が備える第一セパレータの概略構成を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態の変形例２に係る燃料電池が備える第一セパレータの概略構成を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態の変形例１に係る燃料電池が備える第一セパレータを、一面に複数枚、配置した概略構成の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態の変形例１または変形例２に係る燃料電池１００を含む燃料電池システムの一例を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
本発明者らは、燃料電池のセルに関して鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００９】
例えば、固体酸化物形燃料電池の電解質材料に広く用いられている、安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体は、低温になるほどイオン導電率が下がる。このため、酸化物イオン伝導体を電解質材料に用いた固体酸化物形燃料電池は、７００℃以上の動作温度を必要としている。
【００１０】
ところで、動作温度が高くなるほど、構造部材に使用する金属材料に高価な特殊耐熱金属が必要となる。また、固体酸化物形燃料電池の起動停止の際には、熱膨張差が大きくなるためクラックが生じ易くなる。このため、固体酸化物形燃料電池を含む燃料電池システム全体のコストが高くなったり、信頼性が低下したりするといった課題を有していた。そのため、固体酸化物形燃料電池の動作温度の低温化は、固体酸化物形燃料電池を含む燃料電池システムの実用化において大きな目標の一つとなっている。
【００１１】
固体酸化物形燃料電池の動作温度の低温化を図るためには、電解質の薄膜化、または電解質材料そのものの変更のいずれかが考えられる。例えば、上述した特許文献１では、電解質材料として、例えばＢａＺｒＣｅＭＯ３-α（Ｍは金属）に代表される、プロトン伝導体を用いることで動作温度を下げることを提案している。
【００１２】
ところで、固体酸化物形燃料電池においてプロトン伝導体を電解質に用いた場合、燃料極側に供給された燃料ガス中の水素は、プロトン伝導体中を伝導し、空気極側で酸素と反応し、水を生成する。このため、燃料極と空気極との間における電気化学反応が進行するにしたがって、供給された燃料ガスの体積が減少していくこととなる。特に、発電効率向上のため燃料利用率を高めれば高めるほど、固体酸化物形燃料電池における燃料ガスの流通路である燃料ガス流路の下流側と、その上流側とでは燃料ガスの体積差が大きくなる。換言すると、下流側の燃料ガス流路を流通する燃料ガスの流量は、上流側の燃料ガス流路を流通する燃料ガスの流量よりも小さくなる。
【００１３】
ここで、燃料ガスの流量を「Ｑ」とし、燃料ガス流路の流路断面積を「Ａ」とし、燃料ガスの流速を「Ｖ」とした場合、以下の数式（１）の関係が成り立つ。つまり、燃料ガスの流量は燃料ガスの流速に比例する。
【００１４】
[数１]  Ｑ＝Ａ・Ｖ      ・・・（１）
このため、燃料ガス流路を流通する燃料ガスの流量が小さくなると燃料ガスの流速も低下する。つまり、燃料ガス流路における上流側よりも下流側の方が燃料ガスの流速が低下する。このように燃料ガスの流速が低下すると、燃料極に供給される燃料ガスの単位時間あたりの供給量が小さくなるため、燃料ガス流路の上流側と下流側との間において、発電効率のばらつきが大きくなり、その結果、セルの反応面内における電流分布のばらつきが増大する。
【００１５】
ここで、セルの反応面内では、発電効率が高い部位の方が低い部位よりも、発電に伴い生じる熱によって温度が高くなっている。そのため、セルの反応面内で発電効率にばらつきが生じるということは、セルの反応面内において温度分布にばらつきが生じるということになる。
【００１６】
そこで、セルの反応面内における温度分布のばらつきを低減させるためには、燃料ガス流路を流通する燃料ガスの流速の均一性を図る必要がある。例えば、特許文献２では、燃料ガスの流速の均一性を改善させるように工夫した燃料ガス流路（通流領域）が形成された、高分子電解質形燃料電池用セパレータが提案されている。特許文献２に開示されたセパレータには、サーペンタイン状に形成された燃料ガス（反応ガス）の通流領域において、上流側に位置する通流領域の流路溝の溝数を下流側に位置する通流領域の流路溝の溝数よりも多くすることで、燃料ガス（反応ガス）の流速の均一性を図っている。
【００１７】
しかしながら、本発明者らは、特許文献２に開示されたセパレータのように、燃料ガスの流速の均一性を改善させるだけでは、セルの反応面内における温度分布のばらつきを十分に低減させることができないことを見出した。
【００１８】
特に固体酸化物形燃料電池では、セルの反応面内において温度分布にばらつきが生じると、セルにおいて熱膨張による内部応力が発生し、クラック、または割れの原因となるため、燃料電池の信頼性にとって大きな問題となる。
【００１９】
そこで、本発明者らは、セル内を流通する燃料ガスの流速の均一性を高めるとともに、セルの反応面内の温度分布のばらつきを小さくすることができる燃料電池について鋭意検討した。その結果、以下の知見に至った。
【００２０】
すなわち、本発明者らは、燃料ガス流路が形成された燃料電池用セパレータ（インターコネクタ）において、燃料ガスの流速の均一性を高めることと、燃料ガスの入口と出口との物理的な距離を近づけることとを両立させることで、セルの反応面内の温度分布のばらつきを低減できる点を見出し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
【００２１】
本発明の第１の態様に係る燃料電池は、電解質を燃料極と空気極とで挟んで構成される平板形のセルと、前記セルを挟み込む、前記燃料極側に配された平板形の第一セパレータおよび前記空気極側に配された平板形の第二セパレータと、を備え、前記第一セパレータは、燃料ガスが供給される入口マニホールドと、前記燃料ガスが排出される出口マニホールドと、前記燃料極と接する側の主面に形成されており、一方側の端部で前記入口マニホールドと連通し、該入口マニホールドから供給された燃料ガスを流通させる第一流路部と、前記第一流路部を流通する前記燃料ガスを合流させるガス合流部と、前記主面に形成されており、前記第一流路部と並行に配置され、該第一流路部の一方側の端部と同じ側の端部で前記出口マニホールドと連通し、前記ガス合流部で合流させた前記燃料ガスを、該出口マニホールドに向けて流通させる第二流路部と、を有し、前記第二流路部の流路断面積は、前記第一流路部の流路断面積よりも小さくなる。
【００２２】
上記構成によると、平板形の第一セパレータの、セルの燃料極と接する側の主面に、第一流路部、ガス合流部、および第二流路部が形成されている。このため、第一流路部、ガス合流部、および第二流路部を流通する燃料ガスを利用してセルで発電を行うことができる。
【００２３】
また、第一セパレータでは、第二流路部の流路断面積が第一流路部の流路断面積よりも小さくなるため、第一流路部を流通して流速が低下した燃料ガスは、ガス合流部から第二流路部に流入することで流速を増すことができる。このため、第一セパレータは、第一流路部および第二流路部に渡って流通する燃料ガスの流速の均一性を高めることができる。それゆえ、この第一セパレータを備えた燃料電池は、入口マニホールド近傍のセルの温度と出口マニホールド近傍のセルの温度との温度差を低減させることができる。
【００２４】
また、第一流路部と第二流路部とを並行に配置し、両者の同じ側の端部に入口マニホールドと出口マニホールドとがそれぞれ設けられている。ここで、セルにおいて、燃料ガスの流量が多い入口マニホールド近傍の領域が発電に伴い生じる発熱量が最も大きくなる。逆に、燃料ガスの流量が最も小さくなる出口マニホールド近傍の領域が発電に伴い生じる発熱量が最も小さくなる。このため、セルにおいて最も発熱量が大きい領域と最も小さい領域とが、並行に配置された第一流量部および第二流量部それぞれの同じ側の端部に配置されることになる。また、第一流路部では入口マニホールドからガス合流部に向かってセルの発熱量が徐々に小さくなっていくが、第二流路部は第一流路部とは逆の方向に流れ、ガス合流部から出口マニホールドに向かってセルの発熱量が徐々に小さくなっていく。このため、セルにおける温度分布のばらつきを低減させることができ、それによってセルにクラックまたは割れが生じることを防止することができる。
【００２５】
したがって、本発明の第一の態様に係る燃料電池は、高い信頼性を得ることができるという効果を奏する。
【００２６】
本発明の第２の態様に係る燃料電池は、上記した第１の態様において、前記第一流路部および前記第二流路部は、流路断面積が等しくかつ直線形状となる複数の、燃料ガスを流通させる燃料ガス流路から構成されており、前記第一流路部は、前記第二流路部よりも前記燃料ガス流路の本数が多くなるように構成されていてもよい。
【００２７】
上記構成によると第一セパレータでは、第一流路部と第二流路部とは同じ直線形状でかつ同じ流路断面積となる複数の燃料ガス流路から構成されている。このため、第一セパレータの設計および作製が容易となる。
【００２８】
また、本発明の第３の態様に係る燃料電池は、上記した第１または第２の態様において、前記電解質は、固体酸化物からなるプロトン伝導体であってもよい。
【００２９】
また、本発明の第４の態様に係る燃料電池は、上記した第１から第２の態様のいずれか１つの態様において、前記セルおよび前記第一セパレータは矩形であって、前記第一セパレータの前記主面における一辺側に、複数の前記入口マニホールドと、前記出口マニホールドとが設けられ、該一辺側と対向する辺側に前記ガス合流部が設けられていてもよい。
【００３０】
なお、ここで矩形とは、角が９０度となる四辺形だけではなく、角を落とし曲線となった形状、または角部分をカットした形状なども含み、主として四辺から形成されるものを意味する。
【００３１】
また、本発明の第５の態様に係る燃料電池は、上記した第４の態様において、前記第一セパレータの前記主面における一辺側において、前記一辺の両端部側それぞれに前記入口マニホールドが設けられ、前記一辺の両端部側それぞれに設けられた前記入口マニホールド間における中央部分であり、該入口マニホールドによって挟み込まれる位置に前記出口マニホールドが設けられていてもよい。
【００３２】
上記した構成によると、セルの発熱量が大きくなる入口マニホールドの近傍領域部分を一辺の両端部側に配置させ、その中央部分には発熱量が小さくなる出口マニホールドの近傍領域部分を配置させることができる。このため、セルにおける温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００３３】
また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、第４または第５の態様に係る燃料電池が備える前記セル、前記第一セパレータ、および前記第二セパレータを積層させて形成したセルスタックと、複数の前記入口マニホールドに燃料ガスを導入させるガス導入管と、を備え、前記ガス導入管は、供給された前記燃料ガスを複数の前記入口マニホールドそれぞれに等配分するための複数の分岐管を有する。
【００３４】
上記構成によると、セルスタックの内部で燃料ガスを等配分するように分岐させた構造よりも単純な構造で燃料ガスの分配を行うことができる。
【００３５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する場合がある。
【００３６】
[実施の形態]
（燃料電池の構成）
本発明の実施の形態に係る燃料電池１００の構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池１００の概略構成を示す斜視図である。なお、実施の形態に係る燃料電池として、プロトン伝導型固体酸化物形燃料電池を例示する。
【００３７】
図１に示すように、燃料電池１００は、セル１と、セパレータ２（第一セパレータ２ａおよび第二セパレータ２ｂ）と、を備える。セル１は、電解質１０を燃料極１１と空気極１２とで挟んで構成された矩形の平板形セルである。電解質１０の材料としては、例えば、プロトン伝導性を示す酸化物材料が挙げられる。この酸化物材料としては、バリウム、ジルコニウム、セリウムなどからなる酸化物が例示できる（例えば、３価の金属元素をドープしたジルコン酸バリウム（ＢａＺｒＯ３）など）。セル１は、第一セパレータ２ａと第二セパレータ２ｂとで挟み込まれている。なお、セパレータ２を、説明の便宜上、第一セパレータ２ａおよび第二セパレータ２ｂそれぞれに区別しているが、特に区別する必要がないときは単にセパレータ２と称する。
【００３８】
セパレータ２は、燃料極１１と空気極１２との間を電気的に接続し、かつ燃料ガスと空気とが混ざり合うことを防止するものである。第一セパレータ２ａは、セル１の燃料極１１側に配され、第二セパレータ２ｂはセル１の空気極１２側に配されており、第一セパレータ２ａおよび第二セパレータ２ｂは、矩形の平板形状をしている。セパレータ２を構成する主要な材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタン酸ストロンチウムなどが例示できる。なお、セパレータ２を構成する材料として、アルミナ、ジルコニア、マグネシアなど電気的に絶縁された材料を用いる場合、セル１と他のセルとの間をつなぎ合わせ、発生した電力を集める導体が必要となる。そこで、例えば、セパレータ２に穴をあけ、電気的に導電率の高い金属などの材料から構成された導体をその穴に充填する構成としてもよい。
【００３９】
また、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面には、燃料ガスが流通するための燃料ガス流路３が形成されており、第二セパレータ２ｂの空気極１２と接する側の主面には、空気が流通するための空気流路４が形成されている。
【００４０】
図１では特に図示していないが、第一セパレータ２ａの燃料ガス流路３が形成されている主面とは反対側となる主面には、燃料ガス流路３と交差する方向に延伸した空気流路４が、一方、第二セパレータ２ｂの空気流路４が形成されている主面とは反対側となる主面には、空気流路４と交差する方向に延伸した燃料ガス流路３が形成される。そして、燃料電池１００では、セル１とセパレータ２とを交互に積み重ね、電気的に直列に接続し、セルスタック４０（後述の図６参照）を形成することができる。また、図１では特に図示していないが、本実施の形態に係る燃料電池１００は、セル１およびセパレータ２の例えば周辺部等に燃料ガスまたは空気が供給される、入口マニホールド２１（後述の図２参照）と、燃料ガスまたは空気が排出される、出口マニホールド２２（後述の図２参照）が設けられた、いわゆる内部マニホールド形の燃料電池である。
【００４１】
本実施の形態に係る燃料電池１００は、第一セパレータ２ａの構造に特徴がある。特には、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面における燃料ガス流路３の配置構造に特徴がある。そこで、以下において第一セパレータ２ａの構造について図２を参照して説明する。なお、第二セパレータ２ｂの空気極１２と接する側の主面に形成された空気流路４の配置構造ついては従来から知られているセパレータと同様な配置構造となるため説明は省略する。
【００４２】
（第一セパレータの構造）
図２は、図１に示す燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａの概略構成を示す平面図である。図２では、第一セパレータ２ａの、燃料極１１と接する側の主面を図示している。なお、図２における左右方向を横方向と称し、上下方向を縦方向と称するものとする。
【００４３】
第一セパレータ２ａは、図２に示すように、入口マニホールド２１と、出口マニホールド２２と、第一流路部２３ａと、ガス合流部２４と、第二流路部２３ｂとを有する。
【００４４】
入口マニホールド２１は、燃料ガスが供給される貫通孔であり、出口マニホールド２２は、燃料が排出される貫通孔である。本実施の形態に係る第一セパレータ２ａは、矩形で平板形状をしており、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面における一辺側に、入口マニホールド２１および出口マニホールド２２が設けられている。つまり、図２における第一セパレータ２ａの左辺側に、入口マニホールド２１および出口マニホールド２２が縦方向に並んで設けられている。
【００４５】
第一流路部２３ａは、図２に示すように、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面に形成された流路部であって、一方側の端部で入口マニホールド２１と連通し、入口マニホールド２１から供給された燃料ガスを流通させる。また、第一流路部２３ａは、他方側の端部でガス合流部２４と連通しており、燃料ガスをガス合流部２４に導く。実施の形態に係る第一セパレータ２ａが有する第一流路部２３ａは、それぞれ流路断面積が略等しく、かつ略直線形状の１０本の燃料ガス流路３から構成されている。そして、１０本の燃料ガス流路３から構成された第一流路部２３ａが入口マニホールド２１からガス合流部２４まで横方向に延伸している。
【００４６】
ガス合流部２４は、第一流路部２３ａを流通する燃料ガスを合流させる貫通孔である。ガス合流部２４は、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面において、入口マニホールド２１および出口マニホールド２２が設けられる一辺側と対向する辺側（図２における第一セパレータ２ａの右辺側）に設けられている。第一流路部２３ａの各燃料ガス流路３を流通した燃料ガスは、このガス合流部２４において合流させられ、第二流路部２３ｂへと導かれる。
【００４７】
第二流路部２３ｂは、図２に示すように、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面に形成された流路部であって、第一流路部２３ａと並行に配置されている。そして、第二流路部２３ｂは、第一流路部２３ａの一方側の端部と同じ側の端部で出口マニホールド２２と連通している。また、第二流路部２３ｂは、出口マニホールド２２と連通する側の端部とは反対側となる端部でガス合流部２４と連通している。そして、第二流路部２３ｂは、ガス合流部２４で合流させた燃料ガスを出口マニホールド２２に向けて流通させる。より具体的には、第二流路部２３ｂは、それぞれ流路断面積が略等しく、かつ略直線形状の５本の燃料ガス流路３から構成されている。そして、５本の燃料ガス流路３から構成された第二流路部２３ｂが、ガス合流部２４から出口マニホールド２２まで横方向に延伸している。なお、第一流路部２３ａを構成する燃料ガス流路３と第二流路部２３ｂを構成する燃料ガス流路３とも互いに流路断面積が略等しくなっている。
【００４８】
上記した構成を有する第一セパレータ２ａにおいて、入口マニホールド２１から供給された燃料ガスは、第一流路部２３ａの燃料ガス流路３を流通し、ガス合流部２４に至る。そして、第一流路部２３ａの燃料ガス流路３を流通した燃料ガスは、ガス合流部２４で合流し、ガス合流部２４から折り返す方向に第二流路部２３ｂの燃料ガス流路３を流通する。そして、第二流路部２３ｂの燃料ガス流路３を流通した燃料ガスは、出口マニホールド２２から排出される。このように、第一流路部２３ａを流通する燃料ガスの流れる方向と、第二流路部２３ｂを流通する燃料ガスの流れる方向とは、互いに反対となる、いわゆる対抗流となっている。
【００４９】
以上のように、第一流路部２３ａは、１０本の燃料ガス流路３から構成され、第二流路部２３ｂは、５本の燃料ガス流路３から構成されている。このため、５本の燃料ガス流路３の流路断面積を足し合わせて求めることができる第二流路部２３ｂの流路断面積は、１０本の燃料ガス流路３の流路断面積を足し合わせて求めることができる第一流路部２３ａの流路断面積の半分となる。すなわち、第一セパレータ２ａでは、入口マニホールド２１近傍の第一流路部２３ａの流路断面積に対し、出口マニホールド２２近傍の第二流路部２３ｂの流路断面積が半分となる。
【００５０】
ところで、入口マニホールド２１近傍では、燃料ガス流路３を流通する燃料ガス中の水素濃度は高くなっている。このため、セル１において発電に伴って消費される水素ガスが、遅滞することなく供給されることとなる。それゆえ、燃料ガス中の水素濃度が高くなっている領域では、セル１での発電量が大きくなり、それに伴って発熱量も大きくなる。一方、燃料ガス中の水素濃度が低下すると発電量が小さくなり、それに伴って発熱量が小さくなる。したがって、第一流路部２３ａでは、入口マニホールド２１近傍では、セル１の温度が上昇するが、燃料ガスがガス合流部２４に向かうにつれ、燃料ガス中の水素濃度が徐々に低下するため、発電量および発熱量がともに低下していく。また、水素が発電で消費されることにより燃料ガスの体積が小さくなり、燃料ガスの流速も低下していく。
【００５１】
入口マニホールド２１から第一流路部２３ａを通って流れてきた燃料ガスは、ガス合流部２４で合流したのち、第二流路部２３ｂへと導かれる。図２に示すように第二流路部２３ｂは第一流路部２３ａよりも燃料ガス流路３の本数が少ない。このため、５本の燃料ガス流路３の合計で示される第二流路部２３ｂの流路断面積は、１０本の燃料ガス流路３の合計で示される第一流路部２３ａの流路断面積よりも小さくなる。それゆえ、ガス合流部２４から第二流路部２３ｂに導かれた燃料ガスは、再び流速を増すことができる。
【００５２】
このように、本実施の形態に係る第一セパレータ２ａでは、入口マニホールド２１への供給時の流速よりも低下した流速でガス合流部２４に流入してきた燃料ガスが、第一流路部２３ａよりも流路断面積の小さい第二流路部２３ｂを流通することで再び流速を増すことができる。このため、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂ全体にわたって燃料ガスの流速の均一性を高めることができる。それ故、燃料ガス中の水素が発電により消費され、徐々に燃料ガスの流速が低下する従来のセパレータと比較して、燃料ガス流路３中における単位面積当たり、ならびに単位時間当たりに通過する燃料ガスの流量を増加させることができる。それゆえ、第二流路部２３ｂの下流側においてもセル１の発電量および発電に伴い生じる熱の発熱量低下を抑制できる。
【００５３】
さらに、入口マニホールド２１と出口マニホールド２２とが、第一セパレータ２ａの燃料極１１側における主面の同一辺状に位置する構成である。つまり、セル１において最も発電量および発熱量が大きくなる位置の近傍にある入口マニホールド２１と、セル１において最も発電量および発熱量が小さくなる位置の近傍にある出口マニホールド２２とが、第一セパレータ２ａの主面の同一辺状に隣接して設けられている。さらにセル１の反応面内における発熱量は、入口マニホールド２１からガス合流部２４（図２における紙面の左から右）に向って徐々に低下する関係にある。また、セル１の反応面内の発熱量は、ガス合流部２４から出口マニホールド２２（図２における紙面の右から左）に向かってさらに徐々に低下する関係にある。このように、セル１の反応面内において、発熱量が高い位置と低い位置とを隣接させることができるため、セル１の温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００５４】
したがって、本実施の形態に係る燃料電池１００では、セル１の反応面内における温度分布のばらつきを低減させることができ、セル１にクラックまたは割れが生じることを防止することができる。よって、燃料電池１００は、高い信頼性を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態に係る第一セパレータ２ａでは、第一流路部２３ａが１０本の燃料ガス流路３から構成され、第二流路部２３ｂが５本の燃料ガス流路から構成されていたが、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂそれぞれが有する燃料ガス流路３の本数はこれに限定されるものではない。また、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂそれぞれが有する燃料ガス流路３の流路断面積はすべて略等しいものであったがこれに限定されるものではない。例えば、第一セパレータ２ａは、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂは共に同じ本数の燃料ガス流路３を備えるが、第一流路部２３ａが有する燃料ガス流路３の方が、第二流路部２３ｂが有する燃料ガス流路３よりも流路断面積が大きくなる構成としてもよい。
【００５６】
少なくとも、第二流路部２３ｂが有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計が、第一流路部２３ａが有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計よりも小さくなる関係となるように適宜、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積を設定する。特には、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂに渡って燃料ガスの流速がより均一となるように、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積を適宜、設定することが有利である。
【００５７】
ただし、実際のものづくりの観点においては、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂそれぞれを構成する燃料ガス流路３の流路断面積を全て同一としておいた方が、第一セパレータ２ａの設計および作製が容易となる。このため、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂそれぞれを構成する燃料ガス流路３の流路断面積を同一とし、第一流路部２３ａを構成する燃料ガス流路３の本数と、第二流路部２３ｂを構成する燃料ガス流路３の本数とを異ならせた構成の方が、設計および作製において有利となる。
【００５８】
（変形例１）
次に、図３を参照して、本発明の実施形態の変形例１に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａについて説明する。図３は、本発明の実施形態の変形例１に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａの概略構成を示す平面図である。図３では、第一セパレータ２ａの、燃料極１１と接する側の主面を図示している。
【００５９】
変形例１に係る第一セパレータ２ａは、入口マニホールド２１が２つ設けられている点で図２に示す本実施の形態に係る第一セパレータ２ａと異なる。そして、２つの入口マニホールド２１ａ、２１ｂそれぞれから供給された燃料ガスが第一流路部２３ａ１，２３ａ２を流通し、ガス合流部２４で合流させられ、第二流路部２３ｂへと導かれる点でも異なる。それ以外の点は変形例１に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａは、実施の形態に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａと同じであるため、同様の部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
図３に示すように、変形例１に係る第一セパレータ２ａでは、燃料極１１と接する側の主面における一辺側に、複数（図３の例では２つ）の入口マニホールド２１ａ，２１ｂと、出口マニホールド２２とが設けられている。また、この一辺側と対向する辺側にガス合流部２４が設けられている。
【００６１】
より具体的には、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面における一辺側において、該一辺の中央部に出口マニホールド２２が設けられている。またこの一辺の各端部側であって、出口マニホールド２２を挟み込む位置に、入口マニホールド２１ａ，２１ｂが、それぞれ設けられている。この配置関係によって、セル１の発熱量が大きい入口マニホールド２１ａ，２１ｂの近傍領域部分を一辺の両端部に配置させ、その中央部分には発熱量が小さい出口マニホールド２２の近傍領域部分を配置させることができる。このため、セル１における温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００６２】
また、それぞれ流路断面積が略等しく、かつ略直線形状の５本の燃料ガス流路３から構成された第一流路部２３ａ１，２３ａ２が各入口マニホールド２１ａ，２１ｂそれぞれからガス合流部２４まで延伸している。つまり、入口マニホールド２１ａ，２１ｂからガス合流部２４までは、合計１０本の燃料ガス流路３によってつながっている。
【００６３】
一方、それぞれ流路断面積が略等しく、かつ略直線形状の５本の燃料ガス流路３から構成された第二流路部２３ｂが、第一流路部２３ａと並行に配置され、ガス合流部２４から出口マニホールド２２まで延伸している。つまり、ガス合流部２４から出口マニホールド２２までは、合計５本の燃料ガス流路３によってつながっている。
【００６４】
このような第一セパレータ２ａの構成において、２箇所の入口マニホールド２１ａ、２１ｂから第一流路部２３ａを通って流れてきた燃料ガスは、ガス合流部２４で合流した後、第二流路部２３ｂへと導かれる。そして、燃料ガスは、この第二流路部２３ｂを流通し、出口マニホールド２２から排出される。
【００６５】
ところで、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂそれぞれを構成する燃料ガス流路３はともに同じ流路断面積を有する流路である。そして、図３に示すように、第二流路部２３ｂは第一流路部２３ａよりも燃料ガス流路３の本数が少ない。このため、５本の燃料ガス流路３の合計で示される第二流路部２３ｂの流路断面積は、１０本の燃料ガス流路３の合計で示される第一流路部２３ａの流路断面積よりも小さくなる。つまり、変形例１に係る第一セパレータ２ａでは、入口マニホールド２１ａ，２１ｂ近傍の流路断面積に対し、出口マニホールド２２近傍の流路断面積が半分となっている。
【００６６】
それゆえ、ガス合流部２４から第二流路部２３ｂに導かれた燃料ガスは、再び流速を増すことができ、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂに渡って、燃料ガスの流速の均一化を高めることができる。このため、第二流路部２３ｂの下流側におけるセル１の発電量および発熱量の低下を抑制できる。
【００６７】
さらにまた、２箇所ある入口マニホールド２１ａ，２１ｂと出口マニホールド２２とが、第一セパレータ２ａの燃料極１１と接する側の主面における同一辺側（図３の例では左辺側）に設けられている。そして、出口マニホールド２２を挟み込むように、入口マニホールド２１ａと入口マニホールド２１ｂとが縦方向に配置されている。このように、セル１では、発電量および発熱量がより小さくなる領域を中央に配置し、その領域を、発電量および発熱量がより大きくなる領域によって挟み込むようになっている。
【００６８】
また、第一セパレータ２ａでは、燃料極１１と接する側の主面において、第二流路部２３ｂを中央に配置し、それを２つの第一流路部２３ａ１,２３ａ２それぞれによって縦方向に挟み込むように配置されている。そして、セル１の反応面内における発熱量は、入口マニホールド２１ａ，２１ｂそれぞれからガス合流部２４（図３における紙面の左から右）に向かって徐々に低下する。また、ガス合流部２４から出口マニホールド２２（図３における紙面の右から左）に向かってさらに低下する。このように、セル１の反応面内において、発熱量が高い位置と低い位置とを隣接して配置させるため、セル１の温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００６９】
したがって、本実施の形態の変形例１に係る燃料電池１００では、セル１の反応面内における温度分布のばらつきを低減させることができるため、セル１のクラックまたは割れが生じることを防止することができる。よって、燃料電池１００は、高い信頼性を得ることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態の変形例１に係る第一セパレータ２ａでは、第一流路部２３ａ１，２３ａ２は、合わせて１０本の燃料ガス流路３から構成され、第二流路部２３ｂが５本の燃料ガス流路から構成されていたが、第一流路部２３ａ１，２３ａ２、および第二流路部２３ｂそれぞれが有する燃料ガス流路３の本数はこれに限定されるものではない。また、第一流路部２３ａ１，２３ａ２および第二流路部２３ｂそれぞれが有する燃料ガス流路３の流路断面積はすべて略等しいものであったがこれに限定されるものではない。例えば、第一セパレータ２ａは、第一流路部２３ａ１，２３ａ２それぞれで合わせた燃料ガス流路３の本数と、第二流路部２３ｂの有する燃料ガス流路３の本数とを共に同じ本数とし、第一流路部２３ａ１，２３ａ２が有する各燃料ガス流路３の方が、第二流路部２３ｂが有する各燃料ガス流路３よりも流路断面積が大きくなる構成としてもよい。
【００７１】
少なくとも、第二流路部２３ｂが有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計が、第一流路部２３ａ１，２３ａ２それぞれが有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計よりも小さくなる関係となるように適宜、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積を設定する。特には、第一流路部２３ａ１，２３ａ２および第二流路部２３ｂに渡って燃料ガスの流速がより均一となるように、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積を適宜、設定することが有利である。
【００７２】
ただし、実際のものづくりの観点においては、第一流路部２３ａ１，２３ａ２、および第二流路部２３ｂそれぞれを構成する燃料ガス流路３の流路断面積を同一としておいた方が、第一セパレータ２ａの設計および作製が容易となる。このため、第一流路部２３ａ１，２３ａ２、および第二流路部２３ｂそれぞれを構成する燃料ガス流路３の流路断面積を同一とし、第一流路部２３ａ１，２３ａ２を構成する燃料ガス流路３の本数と、第二流路部２３ｂを構成する燃料ガス流路３の本数とを異ならせた構成の方が、設計および作製において有利となる。
【００７３】
（変形例２）
次に、図４を参照して、本発明の実施形態の変形例２に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａについて説明する。図４は、本発明の実施形態の変形例２に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａの概略構成を示す平面図である。図４では、第一セパレータ２ａの、燃料極１１と接する側の主面を図示している。
【００７４】
図４に示すように、変形例２に係る第一セパレータ２ａは、横方向における中央部分を縦方向に延びる軸に対して線対称となるように、上述した変形例１に係る第一セパレータ２ａを配し、入口マニホールド２１ａ，２１ｂを共用させた構成となっている。
【００７５】
すなわち、変形例２に係る第一セパレータ２ａは、２つの入口マニホールド２１ａ、２１ｂと、その間に挟み込まれるように配置される出口マニホールド２２と、２つのガス合流部２４ａ，２４ｂと、４つの第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４と、２つの第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２とを備えてなる構成である。変形例２に係る第一セパレータ２ａでは、第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４、ガス合流部２４ａ，２４ｂ、ならびに第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれの個数が変形例１に係る第一セパレータ２ａと異なるが、備える個数が異なる点を除けば同じであるため、各部の説明は省略する。
【００７６】
図４において、横方向における中央部分に、２つの入口マニホールド２１ａ，２１ｂが出口マニホールド２２を挟み込むように、縦方向に配置されている。また、ガス合流部２４ａが、図４に示す第一セパレータ２ａの左辺側に設けられ、ガス合流部２４ｂが図４に示す第一セパレータ２ａの右辺側にそれぞれ設けられている。
【００７７】
また、入口マニホールド２１ａから図４における左方向にガス合流部２４ａに向かって第一流路部２３ａ１が延伸し、図４における右方向にガス合流部２４ｂに向かって第一流路部２３ａ２が延伸している。同様に、入口マニホールド２１ｂから図４における左方向にガス合流部２４ａに向かって第一流路部２３ａ３が延伸し、右方向にガス合流部２４ｂに向かって第一流路部２３ａ４が延伸している。
【００７８】
第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４それぞれは、流路断面積が略等しく、かつ略直線形状の５本の燃料ガス流路３から構成されている。そして、５本の燃料ガス流路３から構成された第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４は、その一方の端部で上記したように入口マニホールド２１ａ，２１ｂと連通し、その反対側の端部でガス合流部２４ａ，２４ｂと連通する。
【００７９】
ガス合流部２４ａは、第一流路部２３ａ１，２３ａ３それぞれと連通するとともに、第二流路部２３ｂ１と連通している。また、ガス合流部２４ｂは、第一流路部２３ａ２，２３ａ４それぞれと連通するとともに、第二流路部２３ｂ２と連通している。
【００８０】
ガス合流部２４ａから出口マニホールド２２に向かって横方向でかつ第一流路部２３ａ１，２３ａ３と並行に第二流路部２３ｂ１が延伸している。また、ガス合流部２４ｂから出口マニホールド２２に向かって横方向でかつ第一流路部２３ａ２，２３ａ４と並行に第二流路部２３ｂ２が延伸している。
【００８１】
第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれは、流路断面積が略等しく、かつ略直線形状の５本の燃料ガス流路３から構成されている。そして、５本の燃料ガス流路３から構成される第二流路部２３ｂ１は、第一流路部２３ａ１，２３ａ３それぞれが、入口マニホールド２１ａ，２１ｂと連通する一方側と同じ側の端部で、出口マニホールド２２と連通している。同様に、５本の燃料ガス流路３から構成される第二流路部２３ｂ２は、第一流路部２３ａ２，２３ａ４それぞれが、入口マニホールド２１ａ，２１ｂと連通する一方側と同じ側の端部で、出口マニホールド２２と連通している。
【００８２】
なお、第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４それぞれを構成する燃料ガス流路３と、第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれを構成する燃料ガス流路３は同じ流路断面積を有している。
【００８３】
上記した構成において、入口マニホールド２１ａから供給された燃料ガスは、第一流路部２３ａ１および第一流路部２３ａ２それぞれに分かれて流れる。第一流路部２３ａ１を流通した燃料ガスは、ガス合流部２４ａで合流され第二流路部２３ｂ１に導かれる。一方、第一流路部２３ａ２を流通した燃料ガスは、ガス合流部２４ｂで合流され第二流路部２３ｂ２に導かれる。また、入口マニホールド２１ｂから供給された燃料ガスは、第一流路部２３ａ３および第一流路部２３ａ４それぞれに分かれて流れる。第一流路部２３ａ３を流通した燃料ガスは、ガス合流部２４ａで合流され第二流路部２３ｂ１に導かれる。一方、第一流路部２３ａ４を流通した燃料ガスは、ガス合流部２４ｂで合流され第二流路部２３ｂ２に導かれる。
【００８４】
変形例２に係る第一セパレータ２ａは、上記したように、合計１０本の燃料ガス流路３から構成される第一流路部２３ａ１，２３ａ３を流通した燃料ガスが、５本の燃料ガス流路３から構成される第二流路部２３ｂ１を流通する。また合計１０本の燃料ガス流路３から構成される第一流路部２３ａ２，２３ａ４を流通した燃料ガスが、５本の燃料ガス流路３から構成される第二流路部２３ｂ２を流通する。
【００８５】
つまり、変形例２に係る第一セパレータ２ａでは、入口マニホールド２１ａ，２１ｂ近傍の流路断面積に対し、出口マニホールド２２近傍の流路断面積が半分となっている。
【００８６】
それゆえ、ガス合流部２４から第二流路部２３ｂに導かれた燃料ガスは、再び流速を増すことができ、第一流路部２３ａおよび第二流路部２３ｂに渡って、燃料ガスの流速の均一化を高めることができる。このため、第二流路部２３ｂの下流側においてもセル１の発電量および発熱量の低下を抑制できる。
【００８７】
さらにまた、２箇所ある入口マニホールド２１ａ，２１ｂと出口マニホールド２２とが、第一セパレータ２ａの上記した主面の横方向における略中央部に位置している。そして、出口マニホールド２２を挟み込む位置に、入口マニホールド２１ａと入口マニホールド２１ｂとが縦方向に設けられている。このように、セル１では、発電量および発熱量がより小さくなる領域を中央に配置し、その領域を、発電量および発熱量がより大きくなる領域によって挟み込むようになっている。
【００８８】
また、変形例２に係る第一セパレータ２ａでは燃料極１１と接する側の主面において、第二流路部２３ｂ１を中央に配置し、それを第一流路部２３ａ１と第一流路部２３ａ３とによって縦方向に挟み込むように配置されている。また第二流路部２３ｂ２を第一流路部２３ａ２と第一流路部２３ａ４とによって縦方向に挟み込むように配置されている。
【００８９】
この構成により、セル１の反応面内において、発熱量が高い位置と低い位置とが隣接させることができるため、セル１の温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００９０】
したがって、本実施の形態の変形例２に係る燃料電池１００では、セル１の反応面内における温度分布のばらつきを低減させることができるため、セル１のクラックまたは割れが生じることを防止することができる。よって、燃料電池１００は、高い信頼性を得ることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態の変形例２に係る第一セパレータ２ａでは、第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４は、合わせて２０本の燃料ガス流路３から構成され、第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２が合わせて１０本の燃料ガス流路３から構成されていたが、第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４、および第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれが有する燃料ガス流路３の本数はこれに限定されるものではない。また、第一流路部２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４、および第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれが有する燃料ガス流路３の流路断面積はすべて略等しいものであったがこれに限定されるものではない。
【００９２】
例えば、第一セパレータ２ａは、第一流路部２３ａ１，２３ａ３それぞれを足し合わせた燃料ガス流路３の本数と、第二流路部２３ｂ１が有する燃料ガス流路３の本数とを共に同じ本数とし、第一流路部２３ａ１，２３ａ３が有する各燃料ガス流路３の方が、第二流路部２３ｂ１が有する燃料ガス流路３よりも流路断面積が大きくなる構成としてもよい。
【００９３】
同様に、第一セパレータ２ａは、第一流路部２３ａ２，２３ａ４それぞれを足し合わせた燃料ガス流路３の本数と、第二流路部２３ｂ２が有する燃料ガス流路３の本数とを共に同じ本数とし、第一流路部２３ａ２，２３ａ４が有する各燃料ガス流路３の方が、第二流路部２３ｂ２が有する燃料ガス流路３よりも流路断面積が大きくなる構成としてもよい。
【００９４】
すなわち、少なくとも、第二流路部２３ｂ１が有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計が、第一流路部２３ａ１，２３ａ３それぞれが有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計よりも小さくなる関係となるように適宜、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積が設定される。また、第二流路部２３ｂ２が有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計が、第一流路部２３ａ２，２３ａ４それぞれが有する燃料ガス流路３の流路断面積の合計よりも小さくなる関係となるように適宜、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積が設定される。
【００９５】
特には、第一流路部２３ａ１〜２３ａ４および第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２すべてに渡って燃料ガスの流速がより均一となるように、燃料ガス流路３の本数およびその流路断面積を適宜、設定することが有利である。
【００９６】
ただし、実際のものづくりの観点においては、第一流路部２３ａ１〜２３ａ４、および第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれを構成する燃料ガス流路３の流路断面積を同一としておいた方が、第一セパレータ２ａの設計および作製が容易となる。このため、第一流路部２３ａ１〜２３ａ４、および第二流路部２３ｂ１，２３ｂ２それぞれを構成する燃料ガス流路３の流路断面積を同一とし、それぞれが有する燃料ガス流路３の本数を異ならせた構成の方が、設計および作製において有利となる。
【００９７】
ところで、セルは熱歪等で割れやすいため、一般的に大面積とすることができない。そこで、大面積のセルを構成する場合は、本実施の形態に係る燃料電池１００が備えるセル１、変形例１に係る燃料電池１００が備えるセル１、または変形例２に係る燃料電池が備えるセル１を複数枚用意し、一面に並べて配置する構成としてもよい。このように構成する場合、セル１に合わせて設けられている第一セパレータ２ａも同様に複数枚用意し、一面に並べて配置する構成としてもよい。
【００９８】
より具体的には、図５に示すように、例えば、変形例１に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａを、横方向に２枚、縦方向に２枚配置する構成としてもよい。図５は、本発明の実施形態の変形例１に係る燃料電池１００が備える第一セパレータ２ａを、一面に複数枚、配置した概略構成の一例を示す平面図である。図５では、第一セパレータ２ａの、燃料極１１と接する側の主面を図示している。
【００９９】
なお、図５では、変形例１に係る第一セパレータ２ａを、一面に複数枚、配置する構成について例示したが、実施の形態に係る第一セパレータ２ａまたは変形例２に係る第一セパレータ２ａを一面に複数枚、配置した構成としてもよい。
【０１００】
以上のように実施の形態に係る第一セパレータ２ａ、変形例１に係る第一セパレータ２ａ、あるいは変形例２に係る第一セパレータ２ａの構造は、発電による燃料ガスの消費に伴って該燃料ガスの体積が減少する場合に効果を発揮する。このことから、プロトンを伝導する電解質を有したセルを備える燃料電池において有効である。
【０１０１】
また、実施の形態に係る第一セパレータ２ａ、変形例１に係る第一セパレータ２ａ、あるいは変形例２に係る第一セパレータ２ａは、セル１における温度分布のばらつきを抑制することができる。このため、実施の形態に係る第一セパレータ２ａ、変形例１に係る第一セパレータ２ａ、あるいは変形例２に係る第一セパレータ２ａは、セルにおいて温度分布にばらつきが生じると、熱膨張による内部応力が発生し、クラックまたは割れが発生する可能性のある固体酸化物形燃料電池において優れた効果を発揮する。特に、プロトン伝導体の電解質を用いた、固体酸化物形燃料電池において、最も大きな効果を発揮することができる。
【０１０２】
また、セル１と、変形例１に係る第一セパレータ２ａまたは変形例２に係る第一セパレータ２ａと、第二セパレータ２ｂとを積層させて形成したセルスタック４０を用いて、燃料電池システムを組んでもよい。例えば、このような燃料電池システムを組む場合、図６に示すように燃料電池システムは、燃料ガス流路３に燃料ガスを導入させるガス導入管３０と、空気流路４に空気を導入させる空気導入管３１とを備える構成としてもよい。図６は、本発明の実施形態の変形例１または変形例２に係る燃料電池１００を含む燃料電池システムの一例を概略的に示す斜視図である。
【０１０３】
燃料電池システムでは、ガス導入管３０は、図６に示すように、供給された燃料ガスを、セルスタック４０の外部で、入口マニホールド２１ａ，２１ｂそれぞれに等配分するための複数の分岐管３０ａ，３０ｂを有した構成とすることができる。このように構成する場合、セルスタック４０の内部で燃料ガスを等配分するように分岐させた構造よりも単純な構造で燃料ガスの分配を行うことができる点で有利である。
【０１０４】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る燃料電池は、燃料ガス流速の均一性を高めるとともに、入口マニホールドと出口マニホールドとの物理的な距離を近づけることで、セルにおける温度分布のばらつきを抑制し、セルの割れを防止することができる。このため、セルにおける温度分布のばらつきに起因してセルが割れてしまうような燃料電池に広く適用できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１      セル
２      セパレータ
２ａ    第一セパレータ
２ｂ    第二セパレータ
３      燃料ガス流路
４      空気流路
１０      電解質
１１      燃料極
１２      空気極
２１      入口マニホールド
２１ａ    入口マニホールド
２１ｂ    入口マニホールド
２２      出口マニホールド
２３ａ    第一流路部
２３ａ１  第一流路部
２３ａ２  第一流路部
２３ａ３  第一流路部
２３ａ４  第一流路部
２３ｂ    第二流路部
２３ｂ１  第二流路部
２３ｂ２  第二流路部
２４      ガス合流部
２４ａ    ガス合流部
２４ｂ    ガス合流部
３０      ガス導入管
３０ａ    分岐管
３０ｂ    分岐管
４０      セルスタック
１００      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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