(57)【要約】【課題】隣り合う２つのインターコネクタ間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池１は、電解質１２の一面側に配置された燃料極１３と電解質１２の他面側に配置された空気極１４とを有するセル本体１０と、セル本体１０を燃料極１３側及び空気極１４側から挟むように配置され、燃料が流れる燃料用中空流路２１，２２と空気が流れる空気用中空流路２３，２４とを有するインターコネクタ１１と、隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０の周囲に配置されると共にインターコネクタ１１と接着され、燃料と空気とが混合しないように隣り合う２つのインターコネクタ１１間をシールするシール部材２５，２６と、隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０の周囲に配置され、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法を設定するスペーサ２７とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の一面側に配置された燃料極と前記電解質の他面側に配置された空気極とを有するセル本体と、
前記セル本体を前記燃料極側及び前記空気極側から挟むように配置され、燃料が流れる燃料流路と空気が流れる空気流路とを有するインターコネクタと、
隣り合う２つの前記インターコネクタ間における前記セル本体の周囲に配置されると共に前記インターコネクタと接着され、前記燃料と前記空気とが混合しないように前記隣り合う２つのインターコネクタ間をシールするシール部材と、
前記隣り合う２つのインターコネクタ間における前記セル本体の周囲に配置され、前記隣り合う２つのインターコネクタ間の隙間寸法を設定するスペーサとを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記インターコネクタは、前記セル本体が配置される第１領域と、前記第１領域の周囲において前記シール部材及び前記スペーサが配置される第２領域とを有し、
前記第２領域の高さ寸法は、前記第１領域の高さ寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記シール部材の主成分はガラスであることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記シール部材の線膨張係数は、前記インターコネクタの線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料流路及び前記空気流路の少なくとも一方の流路は、前記インターコネクタの縁部に沿った第１の方向に連続的又は非連続的に延びており、
前記シール部材は、
前記流路を囲むように配置され、
前記流路の前記第１の方向における両端部にそれぞれ対応して配置される第１の部分と、
前記流路における前記両端部の間の領域に対応して配置される第２の部分と、を有し、
前記第２の部分は、所定の曲率で湾曲する請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記所定の曲率を有する前記シール部材は、長円状に形成された部分を有することで、長さＬで延びる一対の直線部と、一対の直線部を両端側で接続する半径Ｒの半円状の一対の接続部と、を有し、
Ｌ／Ｒは８以下に設定される、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記流路は、前記第１の方向に複数個の分割部に分割されることによって、前記第１の方向に非連続的に延びており、
前記シール部材は、それぞれの前記分割部を取り囲むように、複数の周回部を有する、請求項５または６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、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の燃料電池は、固体電解質層の両面側に燃料電極層及び空気電極層をそれぞれ積層した３層構造のセル本体と、セル本体の両面側にそれぞれ接合固定された１組の金属からなる２つの支持基板と、２つの支持基板の間におけるセル本体の外周側に配置されたシールリングと、これらのセル本体、支持基板及びシールリングからなる単電池セルを両側から挟む２つのインターコネクタとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、隣り合う２つのインターコネクタ間に２つの支持基板及びシールリングといった複数の部材が配置されているため、複数の部材の寸法公差を考慮する必要があり、２つのインターコネクタ間の隙間寸法を管理することが困難である。
【０００５】
本発明の目的は、隣り合う２つのインターコネクタ間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の燃料電池は、電解質の一面側に配置された燃料極と電解質の他面側に配置された空気極とを有するセル本体と、セル本体を燃料極側及び空気極側から挟むように配置され、燃料が流れる燃料流路と空気が流れる空気流路とを有するインターコネクタと、隣り合う２つのインターコネクタ間におけるセル本体の周囲に配置されると共にインターコネクタと接着され、燃料と空気とが混合しないように隣り合う２つのインターコネクタ間をシールするシール部材と、隣り合う２つのインターコネクタ間におけるセル本体の周囲に配置され、隣り合う２つのインターコネクタ間の隙間寸法を設定するスペーサとを備えることを特徴とする。
【０００７】
このような燃料電池においては、燃料と空気とが混合しないように隣り合う２つのインターコネクタ間をシールするシール部材をインターコネクタに接着させることにより、２つのインターコネクタ間には従来のような支持基板は存在しないことになる。従って、寸法公差を考慮する必要がある部材の数が少なくて済むため、隣り合う２つのインターコネクタ間に複数の部材が配置される構造に比べて、２つのインターコネクタ間の隙間寸法のばらつきを抑制することができる。また、隣り合う２つのインターコネクタ間の隙間寸法がスペーサによって決まる。以上により、２つのインターコネクタ間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる。
【０００８】
インターコネクタは、セル本体が配置される第１領域と、第１領域の周囲においてシール部材及びスペーサが配置される第２領域とを有し、第２領域の高さ寸法は、第１領域の高さ寸法よりも大きくてもよい。この場合には、第２領域の高さ寸法と第１領域の高さ寸法との差分だけシール部材の高さ寸法を小さくすることができる。例えばシール部材の熱伝導率がインターコネクタの熱伝導率よりも低くても、シール部材の高さ寸法を小さくすることにより、燃料電池全体としての熱伝導率が高くなるため、燃料電池内の温度均一性を向上させることができる。
【０００９】
シール部材の主成分はガラスであってもよい。この場合には、燃料及び空気に対してシール性が良好なシール部材を得ることができる。
【００１０】
シール部材の線膨張係数は、インターコネクタの線膨張係数よりも大きくてもよい。この場合には、インターコネクタとシール部材とが接着された際に、シール部材の残留圧縮応力がシール部材に一様にかかるため、シール部材の強度が高くなる。
【００１１】
燃料流路及び空気流路の少なくとも一方の流路は、インターコネクタの縁部に沿った第１の方向に連続的又は非連続的に延びており、シール部材は、流路を囲むように配置され、流路の第１の方向における両端部にそれぞれ対応して配置される第１の部分と、流路における両端部の間の領域に対応して配置される第２の部分と、を有し、第２の部分は、所定の曲率で湾曲していてよい。例えば、第２の部分が全て第１の方向へ真っ直ぐに延びる直線部で構成されている場合、当該直線部が長くなることで、熱サイクルによる熱変動時に直線部での膨張力が大きくなる。これにより、直線部の端部付近（例えば、図７においてＡで示すような部分）での応力が大きくなる場合がある。一方、第２の部分が所定の曲率で湾曲することによって、当該第２の部分における直線部の長さが短くなり、または直線部が無くなる。従って、熱サイクルによってシール部材で発生する応力が低減される。
【００１２】
所定の曲率を有するシール部材は、長円状に形成された部分を有することで、長さＬで延びる一対の直線部と、一対の直線部を両端側で接続する半径Ｒの半円状の一対の接続部と、を有し、Ｌ／Ｒは８以下に設定されてよい。この場合には、発生応力比を所定の値以下に抑えることができる。
【００１３】
流路は、第１の方向に複数個の分割部に分割されることによって、第１の方向に非連続的に延びており、シール部材は、それぞれの分割部を取り囲むように、複数の周回部を有してよい。この場合には、シール部材が複数の周回部を有する構造となることで、第２の部分に所定の曲率で湾曲する部分が形成され易くなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、隣り合う２つのインターコネクタ間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる燃料電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ２−Ａ２線断面図及びＢ２−Ｂ２線断面図である。
【図３】図２に示されたスタックの分解斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る燃料電池のスタックの断面図である。
【図５】図４に示されたインターコネクタの断面図である。
【図６】変形例に係る燃料電池のインターコネクタの拡大図である。
【図７】シール部材の長さの関係について示した図である。
【図８】Ｌ／Ｒと発生応力比の関係を示すグラフである。
【図９】変形例に係る燃料電池のインターコネクタの拡大図である。
【図１０】変形例に係る燃料電池のインターコネクタの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。図１において、本実施形態の燃料電池１は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、燃料中の水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う。
【００１８】
燃料電池１は、スタック２と、このスタック２を上下方向に挟むように配置されたエンドプレート３Ａ，３Ｂとを備えている。スタック２とエンドプレート３Ａ，３Ｂとの間には、絶縁プレート４が配置されている。エンドプレート３Ａ，３Ｂ及び絶縁プレート４は、平面視正方形状を呈している。スタック２とエンドプレート３Ａ，３Ｂとは、４つのボルト５により固定されている。
【００１９】
上側のエンドプレート３Ａには、スタック２内に燃料を導入するための燃料導入管６と、スタック２内から燃料を導出するための燃料導出管７と、スタック２内に空気を導入するための空気導入管８と、スタック２内から空気を導出するための空気導出管９とが取り付けられている。燃料導入管６及び燃料導出管７は、エンドプレート３Ａにおける一方の対向する２つの縁部近傍の中央部に取り付けられている。空気導入管８及び空気導出管９は、エンドプレート３Ａにおける他方の対向する２つの縁部近傍の中央部に取り付けられている。
【００２０】
図２（ａ）は、図１のＡ２−Ａ２線断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ２−Ｂ２線断面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、エンドプレート３Ａ，３Ｂ及び絶縁プレート４は省略している。図３は、スタック２の分解斜視図である。
【００２１】
図２及び図３において、スタック２は、セル本体１０とインターコネクタ１１とが複数ずつ交互に積層された構造を有している。スタック２の最上層及び最下層は、インターコネクタ１１である。
【００２２】
セル本体１０は、積層方向に隣り合う２つのインターコネクタ１１間に配置されている。セル本体１０は、電解質１２と、この電解質１２の下面側（一面側）に配置された燃料極（アノード）１３と、電解質１２の上面側（他面側）に配置された空気極（カソード）１４とを有している。セル本体１０は、燃料と空気とを発電反応させる。
【００２３】
インターコネクタ１１は、セル本体１０を燃料極１３側及び空気極１４側から挟むように配置されている。インターコネクタ１１は、金属材料から構成されている。金属材料としては、例えば耐熱ステンレス鋼であるＦｅ−Ｃｒフェライト系合金、Ｃｒ基合金またはＮｉ基合金等が用いられる。
【００２４】
インターコネクタ１１は、燃料極１３と対向する燃料流路形成部１５と、空気極１４と対向する空気流路形成部１６とを有している。燃料流路形成部１５は、燃料極１３に燃料を供給する流路を形成する。空気流路形成部１６は、空気極１４に空気を供給する流路を形成する。燃料流路形成部１５及び空気流路形成部１６は、例えば複数の柱状または壁状の突起が設けられた構造を有し、各突起間の空間が燃料及び空気の流路となる。
【００２５】
インターコネクタ１１は、燃料導入管６から燃料を導入する燃料導入流路１７と、燃料導出管７に燃料を導出する燃料導出流路１８と、空気導入管８から空気を導入する空気導入流路１９と、空気導出管９に空気を導出する空気導出流路２０とを有している。燃料導入流路１７、燃料導出流路１８、空気導入流路１９及び空気導出流路２０は、何れも断面長穴形状を呈している。燃料導入流路１７と燃料導出流路１８とは、燃料流路形成部１５及び空気流路形成部１６を挟んで対向配置されている。空気導入流路１９と空気導出流路２０とは、燃料流路形成部１５及び空気流路形成部１６を挟んで燃料導入流路１７と燃料導出流路１８との対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。
【００２６】
また、インターコネクタ１１は、燃料導入流路１７と燃料流路形成部１５との間に配置されると共に、セル本体１０に対して露出しないように形成された燃料用中空流路２１と、燃料導出流路１８と燃料流路形成部１５との間に配置されると共に、セル本体１０に対して露出しないように形成された燃料用中空流路２２と、空気導入流路１９と空気流路形成部１６との間に配置されると共に、セル本体１０に対して露出しないように形成された空気用中空流路２３と、空気導出流路２０と空気流路形成部１６との間に配置されると共に、セル本体１０に対して露出しないように形成された空気用中空流路２４とを有している。
【００２７】
燃料用中空流路２１は、燃料導入流路１７及び燃料流路形成部１５と連通されている。燃料用中空流路２２は、燃料導出流路１８及び燃料流路形成部１５と連通されている。燃料用中空流路２１，２２は、燃料導入流路１７から燃料導出流路１８に燃料を流すための流路である。空気用中空流路２３は、空気導入流路１９及び空気流路形成部１６と連通されている。空気用中空流路２４は、空気導出流路２０及び空気流路形成部１６と連通されている。空気用中空流路２３，２４は、空気導入流路１９から空気導出流路２０に空気を流すための流路である。
【００２８】
燃料導入流路１７、燃料導出流路１８及び燃料用中空流路２１，２２は、燃料が流れる燃料流路を構成している。空気導入流路１９、空気導出流路２０及び空気用中空流路２３，２４は、空気が流れる空気流路を構成している。燃料導入流路１７から燃料導出流路１８に燃料が流れる方向と空気導入流路１９から空気導出流路２０に空気が流れる方向とは、垂直に交差している。
【００２９】
このようなインターコネクタ１１において、燃料導入管６から燃料導入流路１７に導入された燃料が、燃料用中空流路２１及び燃料流路形成部１５を通ってセル本体１０の燃料極１３に供給されると共に、空気導入管８から空気導入流路１９に導入された空気が、空気用中空流路２３及び空気流路形成部１６を通ってセル本体１０の空気極１４に供給されることで、セル本体１０において発電反応が起こる。そして、燃料流路形成部１５を通過した燃料が、燃料用中空流路２２及び燃料導出流路１８を通って燃料導出管７に導出されると共に、空気流路形成部１６を通過した空気が空気用中空流路２４及び空気導出流路２０を通って空気導出管９に導出される。
【００３０】
また、積層方向に隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０の周囲には、１対のシール部材２５及び１対のシール部材２６がセル本体１０を取り囲むように配置されている。各シール部材２５は、セル本体１０を挟んで対向配置されている。各シール部材２６は、セル本体１０を挟んで各シール部材２５の対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。なお、シール部材２５，２６同士は、繋がっていてもよい。
【００３１】
シール部材２５，２６は、何れも環状を呈している。シール部材２５，２６は、燃料と空気とが混合しないように隣り合う２つのインターコネクタ１１間をシールすると共に、隣り合う２つのインターコネクタ１１同士を電気的に絶縁する部材である。シール部材２５は、隣り合う２つのインターコネクタ１１間における燃料導入流路１７及び燃料導出流路１８の周縁部にそれぞれ配置されている。シール部材２６は、隣り合う２つのインターコネクタ１１間における空気導入流路１９、空気導出流路２０の周縁部にそれぞれ配置されている。シール部材２５の内側領域Ｓ１は、燃料が通る通路を画成している。シール部材２６の内側領域Ｓ２は、空気が通る通路を画成している。
【００３２】
シール部材２５，２６は、電気絶縁性を有する材料から構成されている。具体的には、シール部材２５，２６の主成分は、ガラスである。ガラスは、例えば主成分としてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＢ２Ｏ３等を含んでいる。シール部材２５，２６の線膨張係数は、インターコネクタ１１の線膨張係数よりも大きい。シール部材２５，２６は、インターコネクタ１１に接触していると共に接着されている。
【００３３】
また、積層方向に隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０の周囲には、シール部材２５，２６の高さ寸法を設定することで隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法を設定するスペーサ２７がシール部材２５，２６と並んで配置されている。具体的には、スペーサ２７は、隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０とシール部材２５，２６との間に配置されている。スペーサ２７は、枠体形状を呈している。スペーサ２７は、例えばインターコネクタ１１の上面部及び下面部に設けられた位置決め溝部（図示せず）に嵌まることで、インターコネクタ１１に対して位置決めされる。
【００３４】
スペーサ２７は、マイカ、バーミキュライトまたはセラミック等といった電気絶縁性を有する材料から構成されていてもよいし、或いはステンレス鋼等の金属にセラミックコートを施して電気絶縁性を持たせた構成としてもよい。
【００３５】
以上のように本実施形態においては、燃料と空気とが混合しないように隣り合う２つのインターコネクタ１１間をシールするシール部材２５，２６をインターコネクタ１１に接着させることにより、２つのインターコネクタ１１間には従来のような支持基板は存在しないことになる。従って、寸法公差を考慮する必要がある部材の数が少なくて済むため、隣り合う２つのインターコネクタ１１間に複数の部材が配置される構造に比べて、２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法のばらつきを抑制することができる。これにより、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる。
【００３６】
ところで、主成分がガラスであるシール部材２５，２６をインターコネクタ１１に接着するときは、熱によりシール部材２５，２６をガラスの軟化点以上の温度に溶かす。この接着の過程で、シール部材２５，２６の高さ寸法がばらつくことがある。
【００３７】
これに対し本実施形態では、隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０の周囲に、シール部材２５，２６の高さ寸法を設定することで隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法を設定するスペーサ２７が配置されるので、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法がスペーサ２７によって決まることになる。これにより、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法の管理を更に容易に行うことができる。その結果、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法を均等にすることが可能となる。
【００３８】
また、シール部材２５，２６の主成分はガラスであるので、燃料及び空気に対してシール性が良好なシール部材２５，２６を得ることができる。
【００３９】
また、シール部材２５，２６の線膨張係数がインターコネクタ１１の線膨張係数よりも大きいので、シール部材２５，２６とインターコネクタ１１とが接着された際に、シール部材２５，２６の残留圧縮応力がシール部材２５，２６に一様にかかる。従って、シール部材２５，２６の強度が高くなる。
【００４０】
図４は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池のスタックの断面図である。図４（ａ）は、図２（ａ）に対応する図であり、図４（ｂ）は、図２（ｂ）に対応する図である。図５（ａ）は、図４（ａ）に示されたインターコネクタの断面図であり、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示されたインターコネクタの断面図である。
【００４１】
図４及び図５において、インターコネクタ１１は、セル本体１０が配置される第１領域１１ａと、この第１領域１１ａの周囲においてシール部材２５，２６及びスペーサ２７が配置される第２領域１１ｂとを有している。第１領域１１ａは、セル本体１０と接触している。第２領域１１ｂは、シール部材２５，２６及びスペーサ２７と接触している。
【００４２】
インターコネクタ１１の第１領域１１ａの上面部には、セル本体１０の燃料極１３が配置される燃料極凹部３０が設けられている。インターコネクタ１１の第１領域１１ａの下面部には、セル本体１０の空気極１４が配置される空気極凹部３１が設けられている。従って、インターコネクタ１１の第２領域１１ｂの高さ寸法は、インターコネクタ１１の第１領域１１ａの高さ寸法よりも大きい。
【００４３】
燃料極１３の下端部は、インターコネクタ１１の燃料極凹部３０に収容される。空気極１４の上端部は、インターコネクタ１１の空気極凹部３１に収容される。従って、シール部材２５，２６及びスペーサ２７の高さ寸法を、図２に示される実施形態に比べて第２領域１１ｂの高さ寸法と第１領域１１ａの高さ寸法との差分だけ小さくすることができる。
【００４４】
ところで、シール部材２５，２６の主成分は、上述したようにガラスである。このため、シール部材２５，２６の熱伝導率は、インターコネクタ１１の熱伝導率よりも低い。
【００４５】
以上のように本実施形態では、インターコネクタ１１の第２領域１１ｂの高さ寸法がインターコネクタ１１の第１領域１１ａの高さ寸法よりも大きいので、インターコネクタ１１に比べて熱伝導率が低いシール部材２５，２６の高さ寸法を小さくすることができる。このようにシール部材２５，２６の高さ寸法を小さくすることにより、スタック２全体としての熱伝導率が高くなるため、スタック２内の温度均一性を向上させることができる。
【００４６】
また、インターコネクタ１１の上面部には、セル本体１０の燃料極１３が配置される燃料極凹部３０が設けられ、インターコネクタ１１の下面部には、セル本体１０の空気極１４が配置される空気極凹部３１が設けられている。従って、セル本体１０とインターコネクタ１１とを積層する際に、セル本体１０とインターコネクタ１１との位置決めを容易に行うことができる。その結果、セル本体１０とインターコネクタ１１との組み付け性を向上させることが可能となる。
【００４７】
さらに、シール部材２５，２６の主成分であるガラスには、寸法が小さくなるほど切り欠きが生じにくくなるため強度が高くなるという寸法効果がある。本実施形態では、シール部材２５，２６の高さ寸法を小さくすることが可能となるため、シール部材２５，２６の強度を高くすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、インターコネクタ１１の上面部に燃料極凹部３０が設けられ、インターコネクタ１１の下面部に空気極凹部３１が設けられているが、特にその構成には限られず、インターコネクタ１１の上面部及び下面部の何れか一方のみに、セル本体１０の燃料極１３または空気極１４が配置される凹部を設けてもよい。この場合にも、インターコネクタ１１において第２領域１１ｂの高さ寸法が第１領域１１ａの高さ寸法よりも大きくなる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、スペーサ２７は、隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０とシール部材２５，２６との間に配置されているが、スペーサ２７の配置箇所としては、特にそれには限られず、隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるシール部材２５，２６の外側（シール部材２５，２６に対してセル本体１０の反対側）であってもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、スペーサ２７が枠体形状を呈しているが、スペーサの形状としては、特に枠体形状には限られず、直方体形状等であってもよい。この場合には、複数のスペーサを使用する。
【００５１】
また、上記実施形態では、シール部材２５，２６の主成分がガラスであるが、シール部材２５，２６の材料としては、特にそれには限られず、マイカまたはバーミキュライト等であってもよい。この場合にも、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法がスペーサ２７によって決まるため、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる。
【００５２】
また、上記実施形態では、シール部材２５，２６は隣り合う２つのインターコネクタ１１間に２つずつ配置されているが、特にそれには限られず、一体の枠体形状のシール部材を使用してもよい。この場合には、燃料電池の部品点数を削減することができる。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、積層方向に隣り合う２つのインターコネクタ１１間におけるセル本体１０の周囲に、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法を設定するスペーサ２７が配置されているが、そのようなスペーサ２７は特に無くてもよい。例えば、シール部材の材料として高さ寸法の管理が行い易い材料を用いることで、シール部材がスペーサ２７の機能を兼ねることが可能になる。この場合にも、隣り合う２つのインターコネクタ１１間に複数の部材が配置される構造に比べて、隣り合う２つのインターコネクタ１１間の隙間寸法の管理を容易に行うことができる。
【００５４】
また、上記実施形態の燃料電池１は、セル本体１０とインターコネクタ１１とが複数ずつ交互に積層されてなるスタック２を有しているが、本発明は、１つのセル本体１０と、このセル本体１０を燃料極１３側及び空気極１４側から挟むように配置された２つのインターコネクタ１１とを備えた単セル構造の燃料電池にも適用可能である。
【００５５】
また、上記実施形態では、燃料流路及び空気流路は、インターコネクタ１１の縁部に沿った方向に連続的に延びており、シール部材２５，２６は、燃料流路及び空気流路を囲むように配置され、シール部材２５，２６は、燃料流路及び空気流路に沿って連続的に延びた直線部を有している。これに代えて、図６及び図７に示すように、所定の曲率で湾曲する部分（以降、「湾曲部」と称する）を有していてよい。なお、以下の説明においては、燃料流路及び空気流路をまとめて「流路」と称するものとする。なお、以下に説明する構成は、燃料流路及び空気流路の両方に適用されていてよく、燃料流路及び空気流路のいずれか一方に適用されてよい。
【００５６】
すなわち、図６、図９及び図１０に示すように、シール部材６０，１６０は、流路５０，１５０の第１の方向Ｄ１における両端部５０ａ，１５０ａにそれぞれ対応して配置される第１の部分６０ａ，１６０ａと、流路５０，１５０における両端部５０ａ，１５０ａの間の領域に対応して配置される第２の部分６０ｂ，１６０ｂと、を有している。第２の部分６０ｂ，１６０ｂは、所定の曲率で湾曲する湾曲部６０ｃ，１６０ｃを有している。湾曲部６０ｃ，１６０ｃの曲率は、熱サイクルにおける応力の影響を抑制できるものであればよく、具体的には０．０２〜２の間であればよい。
【００５７】
具体的には、図６に示すように、流路５０は、第１の方向Ｄ１に複数個の分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに分割されることによって、第１の方向Ｄ１に非連続的に延びている。シール部材は、それぞれの分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを取り囲むように、複数の周回部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃを有する。周回部６１Ａと周回部６１Ｂとの間、及び周回部６１Ｂと周回部６１Ｃとの間は、第１の方向Ｄ１へ延びる接続部６２で接続されている。なお、接続部６２は直線状に形成されているが、湾曲していてもよい。
【００５８】
ここで、図６に示す形態においては、分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、長円状に形成されている。当該形状に対応するように、周回部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃも長円状に形成される。詳細には、図７（ａ）に示すように、周回部６１は、長さＬで延びる一対の直線部６１ｂと、一対の直線部６１ｂを両端側で接続する半径Ｒの半円状の一対の接続部６１ａと、を有している。ただし、分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは真円状に形成されてもよく、その場合は、図７（ｂ）に示すように、周回部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃも真円状に形成されてもよい。当該状態では、直線部６１ｂが限りなく短くなることで長さＬが０となり、接続部６１ａのみで周回部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃが構成された状態となる。また、分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが長円状に形成されている場合であっても、直線部が短い場合は、周回部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃが真円状に形成されてよい。また、周回部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃのうち、いずれかが長円状に形成され、他は真円状に形成されてよい。
【００５９】
図６に示す形態においては、第１の方向Ｄ１における一端側（紙面下側）に配置される周回部６１Ａの一端側の接続部６１ａはシール部材６０の一方の端部に該当する。周回部６１Ａの他端側（紙面上側）の接続部６１ａはシール部材６０の第２の部分６０ｂにおける湾曲部６０ｃに該当する。周回部６１Ｂの両端側の接続部６１ａはいずれもシール部材６０の第２の部分６０ｂにおける湾曲部６０ｃに該当する。第１の方向Ｄ１における他端側に配置される周回部６１Ｃの他端側の接続部６１ａがシール部材６０の他方の端部に該当する。周回部６１Ｃの一端側の接続部６１ａはシール部材６０の第２の部分６０ｂにおける湾曲部６０ｃに該当する。なお、直線部６１ｂ及び接続部６２が湾曲していてもよく、その場合はこれらも湾曲部６０ｃに該当する。
【００６０】
直線部６１ｂは湾曲部６０ｃに比して、熱サイクルによる熱変動時の膨張力が大きくなる。これにより、直線部６１ｂの端部付近（直線部６１ｂと接続部６１ａとの間の部分であり、図においてＡで示す部分）に最大応力が発生する。従って、図３に示すように、シール部材６０の第２の部分６０ｂの直線部６１ｂが大きい場合は、シール部材６０の最大応力が大きくなる場合がある。一方、第２の部分６０ｂが湾曲部６０ｃを有することによって、当該第２の部分６０ｂにおける直線部６１ｂの長さが短くなり、または直線部６１ｂが無くなる。従って、熱サイクルによってシール部材６０で発生する応力が低減される。
【００６１】
また、流路５０は、第１の方向Ｄ１に複数個の分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに分割されることによって、第１の方向Ｄ１に非連続的に延びている。シール部材６０は、それぞれの分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを取り囲むように、複数の周回部６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを有している。この場合には、シール部材６０が複数の周回部６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを有する構造となることで、第２の部分６０ｂに湾曲部６０ｃが形成され易くなる。
【００６２】
ここで、図８を参照して、直線部６１ｂの長さＬと接続部６１ａの半径Ｒの関係について説明する。最大応力は、Ｌ／Ｒの値が大きいほど（すなわち、半径Ｒに対する長さＬが長いほど）大きくなる。図８は、シール部材６０を主成分がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３であるガラスとし、幅を２ｍｍとして、２５〜６５０℃（常温からＳＯＦＣ封止ガラスの一般的なガラス転移温度まで）という条件で熱変動を与えた場合における、Ｌ／Ｒと発生応力比の関係を示すグラフである。発生応力比は、シール部材６０が真円（グラフＧＦ１に示す）であった場合の最大応力を「１」としている。図８のグラフＧＦ２は、Ｌ／Ｒを「２」、「４」、「６」、「８」、「１０」とした場合の結果をプロットし、各点を結んだグラフである。ここで、本発明者らは、燃料電池の使用条件下においては、シール部材６０の発生応力比を２．５以下に抑えておくことが好適であることを見出している。図８のグラフＧＦ２から分かるように、Ｌ／Ｒは８以下に設定されることが好ましい。なお、シール部材６０の材質等の条件を変えて実験を行った場合であっても、おおむねグラフＧＦ２と同様のグラフが得られ、Ｌ／Ｒが８以下に設定されることで、発生応力比を２．５以下に抑えることができた。以上より、Ｌ／Ｒは８以下に設定されることで、発生応力比を所定の値（２．５）以下に抑えることができる。
【００６３】
図９に示すように、流路５０の分割部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが互いに異なる大きさを有していてもよい。ここで、セル本体１０に対して第１の方向Ｄ１に沿って燃料又は空気の反応流体が流れる。反応流体の流れにおける上流側の領域は、下流側の領域に比して反応流体が多く存在するため反応が起こりやすい。このような反応流体の流れに対し、セル本体１０の縁部に沿って第１の方向Ｄ１へ延びる流路５０の圧損を調整することで、上流側の領域において反応流体を少なくすることで面内で反応を均一にすることができる。具体的には、第１の方向Ｄ１に流れる反応流体の上流側の領域における圧損を大きくするために、当該上流側の領域における分割部５０Ａを分割部５０Ｂに比して小さくし、分割部５０Ｂを下流側の分割部５０Ｃに比して小さくする。これに伴って、周回部６０Ａは下流側の周回部６０Ｂに比して小さく構成され、周回部６０Ｂは下流側の周回部６０Ｃに比して小さく構成される。
【００６４】
なお、分割部の個数（すなわち周回部の個数）は３つに限定されず、２つでもよく、４つ以上でもよい。
【００６５】
図１０に示すように、流路１５０が、第１の方向Ｄ１に連続的に延びており、シール部材１６０の第２の部分１６０ｂは、蛇行することによって、湾曲部１６０ｃを有してよい。第２の部分１６０ｂは、蛇行しながら第１の方向Ｄ１に連続的に延びている。蛇行のパターンは特に限定されず、図１０に示す形態では、第２の部分１６０ｂはサインカーブを描くように略全域において湾曲部１６０ｃが形成されているが、一部に直線部が含まれていてよい。なお、図１０に示すように、シール部材１６０の第１の領域は、図６及び図９の形態のような半円状でなくともよく、あらゆる形状を採用してよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…燃料電池、１０…セル本体、１１…インターコネクタ、１１ａ…第１領域、１１ｂ…第２領域、１２…電解質、１３…燃料極、１４…空気極、１７…燃料導入流路（燃料流路）、１８…燃料導出流路（燃料流路）、１９…空気導入流路（空気流路）、２０…空気導出流路（空気流路）、２１，２２…燃料用中空流路（燃料流路）、２３，２４…空気用中空流路（空気流路）、２５，２６…シール部材、２７…スペーサ、５０，１５０…流路、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…分割部、６０，１６０…シール部材、６０ａ，１６０ａ…第１の部分、６０ｂ，１６０ｂ…第２の部分、６０ｃ，１６０ｃ…湾曲部、６１…周回部、６１ａ…接続部、６１ｂ…直線部。
【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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