(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた板状のセルの複数が、隣接するセル間に酸素極側流路及び燃料極側流路を区画形成する状態で、厚さ方向に並置された燃料電池であって、
前記セルが凹凸形状に形成され、
隣接するセル間に、板状の流路形成部材、及び、気体の通流を許容する状態に形成された板状の柔軟性導電材が、前記流路形成部材を一方側の前記セルにおける凸部の頂部に接触させ、且つ、前記柔軟性導電材を前記流路形成部材と他方側の前記セルにおける凸部の頂部に接触させる状態で設けられ、
前記流路形成部材とそれが接触する前記セルとの間に、前記酸素極側流路又は前記燃料極側流路が形成され、且つ、前記柔軟性導電材の内部及び前記柔軟性導電材とそれが接触する前記セルとの間に、前記燃料極側流路又は前記酸素極側流路が形成され、
前記流路形成部材が、電気絶縁材にて形成され、且つ、前記セルにおける凸部の頂部と前記柔軟性導電材とに接触してそれらを電気的に接続する導電部分を、セル並び方向に交差する方向に部分的に備える状態に構成されている燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた板状のセルの複数が、隣接するセル間に酸素極側流路及び燃料極側流路を区画形成する状態で、厚さ方向に並置された燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる燃料電池は、酸素極側流路に酸素含有ガスを流すと共に、燃料極側流路に水素含有ガスを流して、発電するものである。
そして、かかる燃料電池において、セルを凹凸状に形成することにより、セルの表面積を大きくして、セルの単位面積（セルの厚さ方向視での面積）当たりの発電出力を大きくして、燃料電池の発電出力を増大させることが考えられている。
このように、セルを凹凸状に形成した燃料電池において、従来は、図１１に示すように、隣接するセルＣ’間に、全体を導電性材料で形成した導電性流路形成部材１１を、両側のセルＣ’の凸部の頂部に密着させる状態で設けて、導電性流路形成部材１１によって、隣接するセルを導電状態に接続すると共に、酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆを区画形成していた（例えば、特開平９−３１２１６３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池は運転状態では高温となるので、従来の燃料電池では、導電性流路形成部材は、高温の酸化雰囲気及び還元雰囲気に曝されることになり、導電性流路形成部材は、導電性を備えると共に、耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備えた材料にて形成する必要がある。しかしながら、導電性に加えて、耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備える材料は特殊な材料となり、高価であるため、従来では、このような導電性流路形成部材を用いることがコストアップの要因となっていた。
又、従来では、複数の凹凸形状のセルと複数の導電性流路形成部材とが、セルと導電性流路形成部材とが交互に並んで互いに密着する状態で並置された構造であることから、燃料電池の運転時に温度上昇して、セル及び導電性流路形成部材が熱膨張したり反ったりすると、導電性流路形成部材とその両側夫々のセルの凸部との接触状態が悪くなるので、内部抵抗が高くなって、発電出力を低下させるため、発電出力を増大させる面で未だ改善の余地があった。
又、燃料電池の運転時に温度上昇して、セル及び導電性流路形成部材が熱膨張したり反ったりすると、その膨張や反りを吸収するところがなく、内部応力が生じ易いため、燃料電池の運転及び停止が繰り返されることによってセル等が破損し易く、耐久性の面で問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電出力が大きく、しかも、コストダウンを図り得ると共に耐久性を向上し得る燃料電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記セルが凹凸形状に形成され、隣接するセル間に、板状の流路形成部材、及び、気体の通流を許容する状態に形成された板状の柔軟性導電材が、前記流路形成部材を一方側の前記セルにおける凸部の頂部に接触させ、且つ、前記柔軟性導電材を前記流路形成部材と他方側の前記セルにおける凸部の頂部に接触させる状態で設けられ、
前記流路形成部材とそれが接触する前記セルとの間に、前記酸素極側流路又は前記燃料極側流路が形成され、且つ、前記柔軟性導電材の内部及び前記柔軟性導電材とそれが接触する前記セルとの間に、前記燃料極側流路又は前記酸素極側流路が形成され、
前記流路形成部材が、電気絶縁材にて形成され、且つ、前記セルにおける凸部の頂部と前記柔軟性導電材とに接触してそれらを電気的に接続する導電部分を、セル並び方向に交差する方向に部分的に備える状態に構成されていることにある。
【０００６】
請求項１に記載の特徴構成によれば、セルが凹凸形状に形成されていて、セルの表面積が大きくなるので、セルの単位面積当たりの発電出力が大きくなって、燃料電池の発電出力が大きくなる。
又、隣接するセル間に、流路形成部材、及び、気体の通流を許容する状態に形成された柔軟性導電材が、流路形成部材を一方側のセルにおける凸部の頂部に接触させ、且つ、柔軟性導電材を流路形成部材と他方側のセルとに接触させる状態で設けられることによって、流路形成部材にて酸素極側流路及び燃料極側流路が区画形成されると共に、セルにおける凸部の頂部と柔軟性導電材とに接触してそれらを電気的に接続するように流路形成部材に設けられている導電部分、及び、柔軟性導電材によって、隣接するセルが導電状態に接続される。
【０００７】
そして、流路形成部材の一方側のセルは、その凸部の頂部が流路形成部材に接触し、流路形成部材の他方側のセルは、流路形成部材に対して間隔が保持された状態となって、そのように間隔が保持された流路形成部材とセルとの間に、柔軟性導電材が流路形成部材及びセル夫々と接触する状態で設けられていることから、燃料電池の運転時に温度上昇して、セル及び流路形成部材が熱膨張したり反ったりしても、柔軟性導電材の柔軟性によって、柔軟性導電材とセル及び導電部分夫々との接触状態が良好に保たれるので、内部抵抗の増大を効果的に抑制することができて、内部抵抗の増大に起因する発電出力の低下を抑制することができる。
又、燃料電池の運転時に温度上昇して、セル及び流路形成部材が熱膨張したり反ったりしても、その膨張や反りが柔軟性導電材の変形によって吸収されて、内部応力の発生が効果的に抑制されるので、燃料電池の運転及び停止が繰り返されてもセル等は破損し難く、耐久性を向上することができる。
【０００８】
しかも、流路形成部材は、高温の酸化雰囲気及び還元雰囲気に曝されるものの、導電部分以外は導電性を備えさせる必要がないので、導電部分以外を形成する材料としては、耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備える必要があるものの、導電性は備える必要がなく、従来において導電性流路形成部材材料として用いる必要があった特殊な材料とは異なる、一般的な安価な材料を用いることができるので、コストダウンを図ることができる。
【０００９】
ちなみに、比較例として、セルを凹凸形状に形成して、隣接するセル間に、全体を導電性材料で形成した導電性流路形成部材、及び、気体の通流を許容する状態に形成された柔軟性導電材を、導電性流路形成部材を一方側のセルにおける凸部の頂部に接触させ、且つ、柔軟性導電材を導電性流路形成部材と他方側のセルとに接触させる状態で設ける構成が想定される。しかしながら、この場合は、内部抵抗の増大及び内部応力発生の抑制の面で有利となるが、導電性流路形成部材が従来と同様に高価となるため、コストダウンを図る面で不利となる。
【００１０】
又、別の比較例として、セルを凹凸形状に形成して、隣接するセル間に、流路形成部材、及び、気体の通流を許容する状態に形成された柔軟性導電材を、流路形成部材を一方側のセルにおける凸部の頂部に接触させ、且つ、柔軟性導電材を流路形成部材と他方側のセルとに接触させる状態で設け、セルにおける凹部内に突出してその底部に接触すると共に柔軟性導電材に接触して、それらを電気的に接続する導電部分を、流路形成部材におけるセル並び方向に交差する方向に部分的に備え、流路形成部材を電気絶縁材にて形成する場合が想定される。しかしながら、この場合は、流路形成部材のコストダウンを図る面で有利となるが、セルの凹部と流路形成部材との間に形成される酸素極側流路又は燃料極側流路中に導電部分が存在することになるため、その導電部分によって発電面積が狭くなると共に、流路横断面積が狭くなるので、発電出力を増大させる面で不利となる。
【００１１】
従って、本発明により、発電出力が大きく、しかも、コストダウンを図り得ると共に耐久性を向上し得る燃料電池を提供することができるようになった。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図３に示すように、固体電解質層１の一方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備えて、板状のセルＣ’を構成し、そのセルＣ’の複数を、図６ないし図８に示すように、隣接するセルＣ’間に酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆを区画形成する状態で、厚さ方向に並置して、セル集合体ＮＣを構成してある。
そして、燃料極側流路ｆに炭化水素系の原燃料ガスとして例えばメタンガスを供給し且つ酸素極側流路ｓに酸素極側反応ガスとして例えば空気を供給して、燃料極側流路ｆ内で原燃料ガスを水素含有ガスに改質させながら発電させるように構成してある。
【００１３】
本発明においては、図６ないし図８に示すように、セルＣ’を凹凸形状に形成して、隣接するセルＣ’間に、流路形成部材としてのセパレータ４、及び、気体の通流を許容する状態に形成された柔軟性導電材５を、セパレータ４を一方側のセルＣ’における凸部の頂部に接触させ、且つ、柔軟性導電材５をセパレータ４と他方側のセルＣ’とに接触させる状態で設け、セパレータ４を、セルＣ’における凸部の頂部と柔軟性導電材５とに接触してそれらを電気的に接続する導電部分４Ｄを、セル並び方向に交差する方向に部分的に備える状態に、電気絶縁材にて形成してある。
【００１４】
先ず、図１ないし図３に基づいて、セルＣ’及びにセパレータ付セルＣついて説明を加える。
セルＣ’は、平面形状が矩形板状になるように形成すると共に、その矩形板状のセルＣ’の外周部が固体電解質層１のみから成る四角枠状の平坦な枠部分Ｃｆとなり、その枠部分の内部が、固体電解質層１、膜状又は板状の酸素極２及び膜状又は板状の燃料極３から成り、且つ、凹凸部が複数存在する凹凸状の三層膜状発電部Ｃｇとなるように形成してある。
尚、以下の説明においては、セルＣ’の凹凸状の三層膜状発電部Ｃｇにおいて、酸素極２の側の凸部を酸素極側凸部と称し、燃料極３の側の凸部を燃料極側凸部と称する場合がある。
【００１５】
そして、セルＣ’における酸素極２側に、酸素極側流路ｓを区画形成すべく、セパレータ４を、その内面がセルＣ’の酸素極側凸部の頂部に接触する状態で付設して、矩形板状のセパレータ付セルＣを形成してある。
【００１６】
更に説明を加えると、セパレータ４は、電気絶縁材からなる板状部４Ａの両側縁夫々に電気絶縁材からなる帯状体４Ｂを気密状に接合して形成し、更に、板状部４Ａには、複数の導電部分４Ｄを、セパレータ４をセルＣ’に付設した状態において、複数の酸素極側凸部に各別に対向位置するように設けてある。
【００１７】
具体的には、セパレータ４の板状部４Ａに、セルＣ’に面する側の大径部分と、セルＣ’に面する側とは反対側の小径部分とから成って、厚さ方向に貫通する孔４ｈの複数を、導電部分４Ｄを設置すべき位置に夫々位置させて形成する。
孔４ｈの大径部分よりも小径で且つ前記小径部分よりも大径の緻密な円板状導電材８を、大径部分の底部にシール材により気密状に接合して、孔４ｈの小径部分の内側の開口部を閉塞し、更に、孔４ｈの小径部分には、柔軟性を備えたフェルト状導電材９を、円板状導電材８に接触する状態で充填して、それら円板状導電材８とフェルト状導電材９とにより、導電部分４Ｄを構成してある。
【００１８】
そして、そのセパレータ４を、その複数の導電部分４Ｄ（具体的には円板状導電材８）が複数の酸素極側凸部に各別に接触する状態で、一対の帯状体４ＢをセルＣ’の枠部分Ｃｆにおける酸素極２側の面に気密状に接合することにより、セパレータ付セルＣを形成してある。
【００１９】
そして、セルＣ’の酸素極側凸部とセパレータ４の導電部分４Ｄとを導電状態に接続するとともに、酸素極２とセパレータ４との間に、セパレータ付セルＣにおけるセル周縁を形成する４辺のうちの一方の対向する一対の辺に対応するセル周縁部分において開いた酸素極側流路ｓを形成してある。
つまり、セパレータ付セルＣは、セパレータ４によって、セパレータ付セルＣにおける一方の対向する一対のセル周縁部分が酸素極側流路ｓが開いて酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉ又は流路出口ｓｏとなる開口周縁部分となり、且つ、他方の向かい合う一対の周縁部分が酸素極側流路ｓが閉じた閉塞周縁部分となるように構成してある。
【００２０】
固体電解質層１は、３〜１０モル％程度のＹ2 Ｏ3 を固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ2 から成り、酸素極２はＬａＭｎＯ2 から成り、燃料極３はＮｉとＺｒＯ2 のサーメットから成る。
又、セパレータ４の板状部４Ａ及び帯状体４Ｂは、高温の酸化雰囲気及び還元雰囲気に曝されるので、電気絶縁性に加えて、耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備えたセラミックから成り、円板状導電材８は、同様に高温の酸化雰囲気及び還元雰囲気に曝されるので、導電性に加えて耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備えた材料、例えば、ＬａＣｒＯ3 から成り、フェルト状導電材９は、高温の還元雰囲気に曝されるので、例えば、Ｎｉのフェルト状から成る。
【００２１】
ちなみに、図１１に示す従来の燃料電池では、導電性流路形成部材１１の全体を、導電性に加えて耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備えた材料にて形成する必要があり、そのような材料、例えば、ＬａＣｒＯ3 は、高価な材料であるので、コストアップの要因となっていた。
これに対して、本発明であれば、セパレータ４の大部分を、安価な電気絶縁性のセラミックで形成し、導電部分４Ｄの一部を、導電性に加えて耐熱性、耐酸化性及び耐還元性を備えた材料、例えば、ＬａＣｒＯ3 にて形成するので、コストダウンを図ることができる。
【００２２】
そして、図４ないし図８に示すように、複数のセパレータ付セルＣを、互いに間に燃料極側流路ｆを形成すべく、間隔を隔てて厚み方向に並置してセル集合体ＮＣを形成する。
燃料極側流路ｆは、セパレータ付セルＣにおける一対の閉塞周縁部分の夫々を流路出口ｆｏとし、セパレータ付セルＣにおける一対の開口周縁部分のうちの一方の略中央部に、原燃料ガスを供給する流路入口ｆｉ備えて、その流路入口ｆｉから導入される原燃料ガスを、流路入口ｆｉ側とは反対側の開口周縁部分に向けて流動させながら、反対側の開口周縁部分に至るまでの各部で、一対の流路出口ｆｏ側に向けて向きを変えさせて流動させるようにして、燃料極３の全面にわたって接触する状態で流動させるように構成してある。
【００２３】
つまり、本発明においては、燃料極側流路ｆを、セルＣ’が並置されるセル並び方向視において、その中央側に供給される原燃料ガスをセル周縁側に流動させるように構成してある。
【００２４】
つまり、原燃料ガスは、セル並び方向視において、燃料極側流路ｆを、セルＣ’の中央側からセル周縁側に向かって流動するので、原燃料の改質反応量は、セルＣ’におけるセル並び方向視での中央側が多く、セル周縁側ほど少なくなるため、発電反応熱の放熱がし難いセルＣ’における面方向での中央部が、改質反応による吸熱量が多くなって、効果的に冷却されることにより、セルＣ’における面方向での温度分布が小さくなる。
従って、セルＣ’における面方向での温度分布が小さくなるので、内部応力の発生を抑制しながら、発電反応量を多くすることができるので、耐久性を一層向上しながら、発電出力を増大させることができる。
【００２５】
尚、酸素極側流路ｓが開く一対の開口周縁部分のうちのいずれか一方を酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとし、他方を流路出口ｓｏとするが、この実施形態では、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが存在する方の開口周縁部分を流路出口ｓｏとする。
【００２６】
次に、図４ないし図８に基づいて、セパレータ付セルＣの複数を、電気的に直列接続する状態で厚み方向に並置する構成、及び、各セパレータ付セルＣの酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆに対するガス給排構成について説明する。
厚み方向に並置された複数のセパレータ付セルＣの４つの周縁部分にて形成される、セル集合体ＮＣの４つの外周部分のうち、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが存在する外周部分のセル並び方向に沿って、そのセル並び方向に沿って形成される燃料極用主流路Ｆｍと、その燃料極用主流路Ｆｍと複数のセパレータ付セルＣ夫々に対応する燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉとを連通接続する複数の燃料極用補助流路Ｆａと、セル並び方向に沿って形成される酸素極用主流路Ｓｍと、その酸素極用主流路Ｓｍと複数のセパレータ付セルＣ夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏとを連通接続する複数の酸素極用補助流路Ｓａとを備えた両用ガス通路構成部Ｔｄを設けてある。又、セル集合体ＮＣの４外周部分のうち、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが存在する外周部分に対向する外周部分のセル並び方向に沿って、そのセル並び方向に沿って形成される酸素極用主流路Ｓｍと、その酸素極用主流路Ｓｍと複数のセパレータ付セルＣ夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとを連通接続する複数の酸素極用補助流路Ｓａとを備えた酸素極用ガス通路構成部Ｔｓを設けてある。
【００２７】
両用ガス通路構成部Ｔｄは、各セパレータ付セルＣに対して１個ずつ設けられて、セル並び方向に沿って密着状態に並設される複数の両用ガス通路構成部材６にて構成し、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓは、各セパレータ付セルＣに対して１個ずつ設けられて、セル並び方向に沿って密着状態に並設される複数の酸素極用ガス通路構成部材７にて構成する。
【００２８】
両用ガス通路構成部材６は、矩形板状体に、下記のように、燃料極用主流路Ｆｍを形成するための燃料極用主流路形成用孔６ａ、酸素極用主流路Ｓｍを形成するための酸素極用主流路形成用孔６ｂ、セパレータ付セルＣの厚みと同一又は略同一の深さを有して、セパレータ付セルＣの開口周縁部分が入れられると共に、酸素極用補助流路Ｓａを形成するための凹部６ｃと、その凹部６ｃが形成された残りの薄肉部分６ｅに位置して、燃料極用補助流路Ｆａを形成する燃料極用補助流路形成用孔６ｄとを備えさせて、構成してある。
【００２９】
即ち、厚み方向に貫通する２個の酸素極用主流路形成用孔６ｂを、矩形板状体におけるセパレータ付セルＣの側に位置する端縁の延びる方向に、間隔が開いて並ぶ状態で備えさせ、厚み方向に貫通する燃料極用主流路形成用孔６ａを、それら２個の酸素極用主流路形成用孔６ｂの間に備えさせる。
又、凹部６ｃは、矩形板状体の一方の面に、燃料極用主流路形成用孔６ａとは間隔が開き、２個の酸素極用主流路形成用孔６ｂに連なって、セパレータ付セルＣの側に位置する端縁に達する状態で、セパレータ付セルＣの開口周縁部分が入れられるように、深さをセパレータ付セルＣの厚みよりやや深くし、幅をセパレータ付セルＣの幅と同一又は略同一にした溝状に備えさせる。
又、燃料極用補助流路形成用孔６ｄは、矩形板状体における凹部６ｃを形成した残りの薄肉部分６ｅを貫通して、燃料極用主流路形成用孔６ａの内面と矩形板状体におけるセパレータ付セルＣの側の端面における長手方向の中央部とに開くように備えさせる。
【００３０】
酸素極用ガス通路構成部材７は、矩形板状体に、酸素極用主流路Ｓｍを形成するための酸素極用主流路形成用孔７ｂを厚み方向に貫通する状態で備えさせ、セパレータ付セルＣの開口周縁部分を入れると共に、酸素極用補助流路Ｓａを形成するための凹部７ｃを、矩形板状体の一方の面に、酸素極用主流路形成用孔７ｂに連なって、セパレータ付セルＣの側に位置する端縁に達する状態で、深さをセパレータ付セルＣの厚みよりやや深くし、幅をセパレータ付セルＣの幅と同一又は略同一にした溝状に備えさせる。
【００３１】
セパレータ付セルＣにおいて、セルＣ’の枠部分Ｃｆにおける燃料極３側の面のうちの一対の開口周縁部分に相当する部分夫々に、厚さがセルＣ’の燃料極側凸部の高さよりもやや厚く、長さが開口周縁部分の長さと同一又は略同一の帯状の隔壁部材１０を、気密状に接合する。
そして、セパレータ付セルＣの一方の開口周縁部分を両用ガス通路構成部材６の凹部６ｃに入れると共に、他方の開口周縁部分を酸素極用ガス通路構成部材７の凹部７ｃに入れて、一対の開口周縁部分夫々に隔壁部材１０を備えたセパレータ付セルＣを両用ガス通路構成部材６及び酸素極用ガス通路構成部材７にて保持させた状態で、両用ガス通路構成部材６及び酸素極用ガス通路構成部材７夫々を厚み方向に密着状態で積み重ねることにより、複数のセパレータ付セルＣを互いに間隔を隔てて並置する。
【００３２】
セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣ間の間隔は、両用ガス通路構成部材６の薄肉部分６ｅ及び隔壁部材１０と、酸素極用ガス通路構成部材７の薄肉部分７ｅ及び隔壁部材１０とにより保持される。
そして、セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣ間に、セパレータ付セルＣにおける一対の閉塞周縁部分夫々の側に形成される開口部分夫々を流路出口ｆｏとし、燃料極用補助流路形成用孔６ｄの開口部分を流路入口ｆｉとする燃料極側流路ｆを形成する。
燃料極側流路ｆは、両用ガス通路構成部材６の薄肉部分６ｅ及び隔壁部材１０により、酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏと区画され、酸素極用ガス通路構成部材７の薄肉部分７ｅ及び隔壁部材１０とにより、酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉと区画される。
【００３３】
セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣ間に、気体の通流を許容する柔軟性導電材５を、一方側に隣接するセパレータ４と他方側に隣接するセルＣ’の燃料極３とに接触するように、充填してある。
【００３４】
つまり、セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣ間に、柔軟性導電材５を、セパレータ４に設けられた導電部分４Ｄ（具体的にはフェルト状導電材９）と、セルＣ’の燃料極３とに接触させる状態で設けることによって、隣接するセルＣ’を、導電部分４Ｄ及び柔軟性導電材５によって、直列接続してある。
【００３５】
両用ガス通路構成部材６、酸素極用ガス通路構成部材７及び隔壁部材１０は、耐熱性及び電気絶縁性を備えたセラミック材から成る。
又、柔軟性導電材５は、耐熱性及び耐還元性に優れたＮｉのフェルト状材から成る。
【００３６】
そして、両用ガス通路構成部材６の２個の酸素極用主流路形成用孔６ｂ夫々をセル並び方向に一連に連ならせて、酸素極用主流路Ｓｍを形成すると共に、その酸素極用主流路Ｓｍと、各セパレータ付セルＣ夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏとを酸素極用補助流路Ｓａとして機能する凹部６ｃにて連通接続し、並びに、燃料極用主流路形成用孔６ａをセル並び方向に一連に連ならせて、燃料極用主流路Ｆｍを形成すると共に、その燃料極用主流路Ｆｍと、各セパレータ付セルＣ夫々に対応する燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉとを燃料極用補助流路Ｆａとして機能する燃料極用補助流路形成用孔６ｄにて連通接続する。
又、酸素極用ガス通路構成部材７の酸素極用主流路形成用孔７ｂをセル並び方向に一連に連ならせて、酸素極用主流路Ｓｍを形成すると共に、その酸素極用主流路Ｓｍと、各セパレータ付セルＣ夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとを酸素極用補助流路Ｓａとして機能する凹部７ｃにて連通接続する。
【００３７】
そして、図４ないし図８において実線の矢印にて示すように、積層状態の両用ガス通路構成部材６にて形成される燃料極用主流路Ｆｍに、水蒸気を含有させた炭化水素系の原燃料ガスを供給すると、水蒸気混合原燃料ガスは、各燃料極用補助流路Ｆａを通じて、各セパレータ付セルＣの燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉから柔軟性導電材５に導入され、その柔軟性導電材５の内部を通って、両側の流路出口ｆｏに向かって流動するように燃料極側流路ｆ内を流動し、燃料極側排ガスは、各流路出口ｆｏからセル外に流出する。そして、水蒸気混合原燃料ガスは、そのように燃料極側流路ｆ内を流動する過程で、燃料極３を構成するサーメット中のＮｉ、及び、柔軟性導電材５を構成するＮｉの触媒作用により改質反応して、水素含有ガスが生成されるのである。
【００３８】
又、図４ないし図８において破線の矢印にて示すように、積層状態の酸素極用ガス通路構成部材７にて形成される酸素極用主流路Ｓｍに、酸素極側反応ガスとして空気等の酸素含有ガスを供給すると、酸素含有ガスは、各酸素極用補助流路Ｓａを通じて、各セパレータ付セルＣの酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉから酸素極側流路ｓに流入して、酸素極側流路ｓを通流し、酸素極側排ガスは、流路出口ｓｏから、積層状態の両用ガス通路構成部材６にて形成される各酸素極用補助流路Ｓａを通じて、酸素極用主流路Ｓｍに対して流出して、酸素極用主流路Ｓｍから外部に排出される。
【００３９】
燃料極３においては、原燃料ガスが改質された水素含有ガス中の水素及び一酸化炭素と固体電解質層１を通過してきた酸素イオンとにより、下記の反応式１にて発電反応する。
又、原燃料ガスが例えばメタンの場合は、原燃料ガスは、燃料極側排ガスに含まれている水分及び二酸化炭素、並びに、下記の反応式１の如き発電反応にて生成した水分と二酸化炭素により、下記の反応式２にて改質反応して、水素及び一酸化炭素を含む水素含有ガスが生成される。
【００４０】
【化１】
〔反応式１〕
Ｈ2 ＋Ｏ2-→Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- 、ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2 ＋２ｅ- 
〔反応式２〕
ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ、ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２Ｈ2 ＋２ＣＯ
【００４１】
次に、図９及び図１０に基づいて、燃料電池の全体構成について説明する。
上述のように構成したセル集合体ＮＣにおいて、積層状態の両用ガス通路構成部材６及び積層状態の酸素極用ガス通路構成部材７夫々におけるセル並び方向の一端側に、蓋板２１を設けて、それらによって形成される酸素極用主流路Ｓｍ及び燃料極用種流路Ｆｍ夫々におけるセル並び方向の一端側を閉塞する。
そして、そのように蓋板２１を設けたセル集合体ＮＣを、台２３、並びに、両用ガス通路構成部Ｔｄの２個の酸素極用主流路Ｓｍ、及び、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓｍに夫々に連通する状態で配置した３個の筒状体２４の上に載置する状態で、箱体２２の内部に設ける。
従って、各セパレータ付セルＣの燃料極側流路ｆ夫々の一対の流路出口ｆｏは、箱体２２の内部に対して開いて、各燃料極側流路ｆからの燃料極側排ガスは、一対の流路出口ｆｏから箱体２２の内部に対して排出される。
【００４２】
エジェクタ２５を、その吸引部２５ｓが箱体２２の内部に対して吸引作用する状態で、箱体２２の内部に設ける。原燃料ガス供給管２６を、箱体２２の底部を貫通させて、エジェクタ２５のノズル部２５ｎに接続し、並びに、エジェクタ２５の排出部２５ｅと、両用ガス通路構成部Ｔｄの燃料極用主流路Ｆｍの一端開口部とを、連通路２７にて接続する。
又、燃料極側排ガス排出管２８を、箱体２２の内部に連通する状態で、箱体２２の底部に接続する。
又、酸素極側反応用ガス供給管２９を、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓｍに対して連通する状態で設けられた筒状体２４に連通する状態で、箱体２２の底部に接続し、酸素極側排ガス排出管３０を、両用ガス通路構成部Ｔｄの酸素極用主流路Ｓｍに対して連通する状態で設けられた筒状体２４に連通する状態で、箱体２２の底部に接続してある。
【００４３】
そして、原燃料ガス供給管２６から供給される原燃料ガスが、エジェクタ２５のノズル部２５ｎから吸引部２５ｓに対して噴出供給されると、その吸引作用により、箱体２２内の燃料極側排ガスの一部が吸引され、それら原燃料ガスと燃料極側排ガスとの混合ガスが、排出部２５ｅから連通路２７を通じて燃料極用主流路Ｆｍに供給され、箱体２２内の燃料極側排ガスの残部が、燃料極側排ガス排出管２８を通じて箱体２２の外部に排出される。
つまり、原燃料ガスに燃料極側排ガスを混合させることにより、燃料極側排ガスに含まれている水分及び二酸化炭素を、内部改質反応用として用いるのである。
【００４４】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  セルＣ’を凹凸状に形成する場合、凹凸の数及び配置形態は、適宜設定することができ、従って、セパレータ４に導電部分４Ｄを設けるに当たって、その数及び配置形態は、セルＣ’の凹凸の数及び配置形態に応じて、設定することができる。
又、凹凸の形状は、上記の実施形態において例示した如き椀状に限定されるものではなく、円錐状、円錐台状、四角錐状、四角錐台状、円柱状、四角柱状等、種々の形状を採用することができる
又、上記の実施形態においては、１個の酸素極側凸部に対して、１個の導電部分４Ｄを設ける場合について例示したが、複数個の酸素極側凸部に対して、１個の導電部分４Ｄを設けるように構成しても良い。
【００４５】
（ロ）  上記の実施形態においては、導電部分４Ｄを、緻密な円板状導電材８と柔軟性を備えたフェルト状導電材９とから構成する場合について例示したが、これに代えて、導電部分４Ｄの全てを、緻密な導電材にて構成しても良い。この場合は、セパレータ４に形成した導電部分充填用の孔に対して、緻密な導電材を気密状に設ける。
【００４６】
（ハ）上記の実施形態では、セパレータ付セルＣにおける酸素極側流路ｓが開く一対の開口周縁部分のうち、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが存在する方の開口周縁部分を酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏとして、酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆ夫々のガス流れ方向が逆向きとなるように構成する場合について例示したが、これに代えて、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが存在する方の開口周縁部分を酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとして、酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆ夫々のガス流れ方向が同方向となるように構成しても良い。
【００４７】
あるいは、セパレータ付セルＣにおける一対の開口周縁部分の一方を酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとし他方を流路出口ｓｏとし、並びに、セパレータ付セルＣにおける一対の閉塞周縁部分の一方に燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉを設け、他方に流路出口ｆｏを設けて、酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆ夫々のガス流れ方向が直交するように構成しても良い。
【００４８】
（ニ）  複数のＣ’を、隣接するセルＣ’間に、セパレータ４及び柔軟性導電材５を、セパレータ４を一方側のセルＣ’における凸部の頂部に接触させ、且つ、柔軟性導電材５をセパレータ４と他方側のセルＣ’とに接触させる状態で、セル厚さ方向に並置するセル並置構造は、上記の実施形態において例示した構造に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態に例示した如き、予め、セルＣ’における酸素極２側にセパレータ４を付設してセパレータ付セルＣを形成し、そのセパレータ付セルＣの複数を並置する構造に代えて、別体の状態のセルＣ’及びセパレータ４を並置する構造を採用しても良い。
【００４９】
又、隣接するセルＣ’間にセパレータ４と柔軟性導電材５を設けるための間隔を保持する間隔保持部材、セル並び方向に並ぶ複数の酸素極側流路ｓに酸素極側反応ガスを供給するための酸素極側ガス通路形成部材、及び、セル並び方向に並ぶ複数の燃料極側流路ｆに原燃料ガスを供給するための燃料極側ガス通路形成部材を、夫々別個に構成しても良い。
【００５０】
（ホ）  上記の実施形態においては、セパレータ４を、セルＣ’における酸素極２側に、酸素極側流路ｓを区画形成すべく設ける場合について例示したが、これに代えて、セパレータ４を、セルＣ’における燃料極３側に、燃料極側流路ｆを区画形成すべく設けても良い。この場合は、複数のセパレータ付セルＣを、互いに間に酸素極側流路ｓを形成すべく、間隔を隔てて厚み方向に並置してセル集合体ＮＣを形成する。
【００５１】
（ヘ）  燃料極側流路ｆ内で原燃料ガスを水素含有ガスに改質させる内部改質を行う燃料電池に本発明を適用する場合は、上記実施形態において例示した固体電解質型に限定されるものではなく、溶融炭酸塩型にも適用することができる。
又、本発明は、内部改質を行う燃料電池の他に、燃料極側流路ｆに水素含有ガスを供給する燃料電池にも適用することができ、その場合は、固体電解質型、溶融炭酸塩型、リン酸型、固体高分子型等、種々の型式の燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池のセル及びセパレータ付セルの構成を示す斜視図
【図２】燃料電池のセル及びセパレータ付セルの構成を示す分解斜視図
【図３】燃料電池のセル及びセパレータ付セルの構成を示す縦断側面図
【図４】燃料電池のセル集合体の構成を示す分解斜視図
【図５】燃料電池のセル集合体の構成を示す横断平面図
【図６】図５におけるＡ−Ａ矢視図
【図７】図５におけるＢ−Ｂ矢視図
【図８】図５におけるＣ−Ｃ矢視図
【図９】燃料電池の全体構成を示す横断平面図
【図１０】燃料電池の全体構成を示す縦断側面図
【図１１】従来の燃料電池の要部の縦断側面図
【符号の説明】
１    電解質層
２    酸素極
３    燃料極
４    流路形成部材
４Ｄ  導電部分
５    柔軟性導電材
ｆ    燃料極側流路
ｓ    酸素極側流路
Ｃ’  セル
【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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