図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃� �電池20が、矢印A方向に複数積層された燃料� �池スタック22の概略斜視説明図である。

 燃料電池20は、固体酸化物型燃料電池で� �り、定置用の他、車載用等の種々の用途に� �いられている。燃料電池20は、図2及び図3に� ��すように、例えば、安定化ジルコニア等の� ��化物イオン導電体で構成される電解質(電解 質板)30の両面に、カソード電極32及びアノー� ��電極34が設けられた電解質・電極接合体36を 備える。電解質・電極接合体36は、円板状に� ��成され、セパレータ38により挟持される。

 セパレータ38は、例えば、Fe系合金(SUS)等� ��金属プレートで構成される。図2に示すよう に、セパレータ38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� ��ガス供給連通孔(反応ガス供給連通孔)40を形 成する燃料ガス供給部42を有する。この燃料� ��ス供給部42から外方に等角度間隔ずつ離間� �て放射状に延在する8本の橋架部44が設けら� �るとともに、各橋架部44には、円板状の挟持 部46が一体的に設けられる。

 各挟持部46は、電解質・電極接合体36と略 同一寸法に設定されており、燃料ガスを供給 するための燃料ガス導入口48が、例えば、前� ��挟持部46の中心又は中心に対して酸化剤ガ� �の流れ方向上流側に偏心した位置に設定さ� �る。挟持部46同士は、切り欠き50を介して分� ��されている。

 図2及び図4に示すように、各挟持部46のア ノード電極34に接触する面46a上には、前記ア� ��ード電極34の電極面に沿って燃料ガスを供� �するための燃料ガス通路52を形成する複数の 突起部54が設けられる。各挟持部46のカソー� �電極32に接触する面46b上には、前記カソード 電極32の電極面に沿って酸化剤ガスを供給す� ��ための酸化剤ガス通路56を形成する複数の� �起部58が設けられる。

 セパレータ38のカソード電極32に対向する 面には、通路蓋部材60が、例えば、ろう付け� ��レーザ溶接等により固着される。通路蓋部� ��60は、平板状に構成されるとともに、中央� �に燃料ガス供給連通孔40を形成する燃料ガス 供給部62を備える。燃料ガス供給部62から放� �状に8本の橋架部64が延在するとともに、各� �架部64は、セパレータ38の橋架部44から挟持� �46の面にわたり燃料ガス導入口48を覆って固� ��される。橋架部44、64間には、燃料ガス供給 連通孔40から燃料ガス導入口48に連通する燃� �ガス供給通路65が形成される。

 各セパレータ38間には、燃料ガス供給連� �孔40の外周縁に対応してシール部材66が配置� ��れる。図2及び図4に示すように、シール部� �66は、略リング状を有するとともに、ガスシ ール性、耐熱性及び柔軟性を有する材料で構 成される。このシール部材66は、粘土鉱物及� ��有機高分子が複合化された粘土膜を備える� ��膜状シールにより構成される。

 シール部材66として、例えば、(独)産業技術 総合研究所によるクレースト(登録商標)を使� ��することができ、燃料ガス及び酸化剤ガス� ��対する室温におけるガス透過係数が3.2×10 ^-11 cm ² s ^-1 cmHg ^-1 未満である。シール部材66は、厚さが1mm以下� ��且つ面積が0.1cm ² 以上に設定され、且つ面圧が0.1MPa~10MPaに設定 されており、各セパレータ38同士の間隔に応� ��て、所定の枚数だけ積層される。ここで、� ��圧が0.1MPa以下であると良好なシール性が得� ��れない。一方、面圧が10MPaを超えても良好� �シール性を得ることができるが、過度の荷� �がかかることによって、セパレータ38や電解 質・電極接合体36が変形したり、破損したり� ��易くなる。シール部材66の厚さは、1mmを越� �る範囲でも設定可能であるが、1mm以下の厚� �でガスシール性のほかに耐熱性及び柔軟性� �十分に発揮することができる。また、厚さ� �10μmより薄くなると、シール性を十分に発揮 できなくなる。

 燃料電池20には、図2~図4に示すように、� �持部46の外方に位置して積層方向(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 ガス供給通路68が設けられる一方、燃料ガス� ��給部42の周囲には、使用済みの燃料ガス及� �酸化剤ガスを排出する排ガス通路70が形成さ れる。

 図1に示すように、燃料電池スタック22は� ��複数の燃料電池20の積層方向両端にエンド� �レート74a、74bを配置する。エンドプレート74 aは、略円板状を有しており、中央部には、� �料ガス供給連通孔40に対応して孔部76が設け� ��れる。孔部76の周囲には、排ガス通路70に対 応して複数の孔部78が設けられる。

 エンドプレート74a、74b間は、ねじ孔80に� �合するボルト82により矢印A方向に締め付け� �れ、前記ねじ孔80及び前記ボルト82により締� ��付け部84が構成される。締め付け部84は、シ ール部材66に対し燃料電池スタック22の積層� �向に10N~1000Nの締め付け荷重を付与する。こ� �で、締め付け荷重が10N未満であると、良好� �シール性が得られない。一方、締め付け荷� �が1000Nを超えると、セパレータ38に余分な荷� ��がかかってしまい、このセパレータ38が変� �し易くなる。

 この燃料電池20を組み込む燃料電池スタ� �ク22の動作について、以下に説明する。

 図1に示すように、エンドプレート74aの孔 部76から燃料ガス(例えば、水素含有ガス)が� �給されるとともに、燃料電池20の外周側に設 けられた酸化剤ガス供給通路68から酸化剤ガ� ��である酸素含有ガス(以下、空気ともいう)� �供給される。

 燃料ガスは、図4に示すように、燃料ガス 供給部42から橋架部44内の燃料ガス供給通路65 に沿って移動し、挟持部46に形成された燃料� ��ス導入口48から複数の突起部54により形成さ れた燃料ガス通路52に導入される。燃料ガス� ��入口48は、各電解質・電極接合体36のアノー ド電極34の略中心位置に設定されている。こ� ��ため、燃料ガスは、燃料ガス導入口48から� �ノード電極34の略中心に供給され、燃料ガス 通路52に沿って該アノード電極34の外周部に� �かって移動する。

 一方、酸化剤ガスは、電解質・電極接合� ��36の外側周端部と挟持部46の外側周端部との 間から矢印B方向に流入し、酸化剤ガス通路56 に送られる。酸化剤ガス通路56では、電解質� ��電極接合体36のカソード電極32の外側周端部 (セパレータ38の外側周端部)側から内側周端� �(セパレータ38の中央部)側に向かって酸化剤� ��スが流動する。

 従って、電解質・電極接合体36では、ア� �ード電極34の電極面の中心側から周端部側に 向かって燃料ガスが供給されるとともに、カ ソード電極32の電極面の一方向(矢印B方向)に� ��かって酸化剤ガスが供給される。その際、� ��化物イオンが電解質30を通ってアノード電� �34に移動し、化学反応により発電が行われる 。なお、各電解質・電極接合体36の外周部に� ��出される排ガスは、排ガス通路70を介して� �層方向に移動し、燃料電池スタック22から排 出される。

 この場合、第1の実施形態では、図4に示� �ように、セパレータ38を構成する燃料ガス供 給部42には、燃料ガス供給連通孔40の外周縁� �対応してシール部材66が配置されている。

 このシール部材66は、粘土鉱物及び有機� �分子が複合化された粘土膜を備えている。� �って、シール部材66は、高いガスシール性を 有するとともに、主成分である粘土鉱物によ り高い耐熱性及び絶縁性の他、柔軟性をも備 えている。これにより、例えば、マイカ材や セラミックス系シール材等の圧縮性(圧着性)� ��ール材に比べて、積層方向に対して少ない� ��重でセパレータ38のシール面にシール部材66 を密着させることができる。

 例えば、マイカ材等のガスケットでは、所� ��のシール性を得るために、(1~2)×10 ⁴ Nの締め付け荷重が必要であるのに対して、� �1の実施形態では、シール部材66を用いるこ� �により、締め付け部84による締め付け荷重は 、10N~1000Nの範囲内に大幅に減少させることが 可能になる。

 このため、セパレータ38及び電解質・電� �接合体36には、積層方向に対して必要以上に 大きな荷重が付与されることがない。従って 、セパレータ38の変形や、電解質・電極接合� ��36の破損を、良好に阻止することができる� �

 しかも、シール部材66は、燃料ガス及び酸� �剤ガスに対する室温におけるガス透過係数� �3.2×10 ^-11 cm ² s ^-1 cmHg ^-1 未満に設定されている。これにより、燃料ガ スと酸化剤ガスとの間や、これらのガスと排 ガスとの間で、ガス同士の混合を確実に阻止 することが可能になり、長期間にわたって所 望のシール性を維持することができる。

 図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃� �電池100が、矢印A方向に複数積層された燃料� ��池スタック102の概略斜視説明図である。な� ��、第1の実施形態に係る燃料電池20と同一の� ��成要素には同一の参照符号を付して、その� ��細な説明は省略する。また、以下に説明す� ��第3~第9の実施形態においても同様に、その� ��細な説明は省略する。

 燃料電池100は、各セパレータ103間に8個の 電解質・電極接合体36が、このセパレータ103� ��中心部である燃料ガス供給連通孔40と同心� �上に配列される。

 セパレータ103は、中央部に燃料ガス供給� ��通孔40を形成する燃料ガス供給部104を有す� �。この燃料ガス供給部104から外方に等角度� �隔ずつ離間して放射状に延在する複数の第1� ��架部106を介し、比較的大径な挟持部108が一� ��的に設けられる。燃料ガス供給部104と各挟� ��部108との中心間距離は、同一距離に設定さ� ��る。

 各挟持部108のアノード電極34に接触する� �108aには、前記アノード電極34の電極面に沿� �て燃料ガスを供給するための燃料ガス通路52 が形成される。面108aには、燃料ガス通路52を 通って使用された燃料ガスを排出する燃料ガ ス排出通路110と、アノード電極34に接触する� ��ともに、前記燃料ガスが燃料ガス導入口48� �ら前記燃料ガス排出通路110に直線状に流れ� �ことを阻止する迂回路形成用の円弧状壁部11 2とが設けられる。

 円弧状壁部112は、第1橋架部106の端部から 二股に分岐する略馬蹄形状を有し、その先端 側内部に燃料ガス導入口48が配置される一方� ��その基端部側(第1橋架部106側)に燃料ガス排� ��通路110が設けられる。面108aには、燃料ガス 通路52側に突出してアノード電極34の外周縁� �に接触する外縁周回用凸部114と、前記アノ� �ド電極34に接触する複数の突起部54とが設け� ��れる。

 凸部114は、燃料ガス排出通路110に対応し� ��一部が切り欠かれた略リング状を有すると� ��もに、突起部54は、面108aに、例えば、エッ� ��ングにより形成される中実部、又はプレス� ��より形成される中空部で構成される。

 円弧状壁部112、凸部114及び突起部54は、� �料ガス通路52における燃料ガスの圧力損失が 燃料ガス供給部104における前記燃料ガスの圧 力損失よりも小さくなるように、高さ寸法が 設定される。

 各挟持部108のカソード電極32に接触する� �108bは、略平坦面に形成されるとともに、燃� ��ガス供給部104には、燃料ガス供給連通孔40� �周回して複数の燃料ガス絞り口116が形成さ� �る。燃料ガス絞り口116の開口径は、燃料ガ� �導入口48の開口径よりも小径に設定される。

 セパレータ103のカソード電極32に対向す� �面には、通路蓋部材120が、例えば、ろう付� �、拡散接合やレーザ溶接等により固着され� �。通路蓋部材120は、平板状に構成されると� �もに、中央部に燃料ガス供給連通孔40を形成 する燃料ガス供給部62を備える。燃料ガス供� ��部62から放射状に8本の第2橋架部64が延在す� ��とともに、各第2橋架部64は、セパレータ103� ��第1橋架部106から挟持部108の面108bに燃料ガ� �導入口48を覆って固着される(図8参照)。

 燃料ガス供給部62から第2橋架部64には、� �料ガス供給連通孔40から燃料ガス導入口48に� ��通する燃料ガス供給通路65が形成される。� �料ガス供給通路65は、例えば、エッチングに より形成される。燃料ガス供給部62には、燃� ��ガス供給連通孔40を囲繞してリング状凸部12 2が設けられる。この凸部122は、燃料ガス供� �連通孔40を燃料ガス供給通路65に対してシー� ��する。

 挟持部108の面108bには、カソード電極32の� ��極面に沿って酸化剤ガスを供給するための� ��化剤ガス通路56を形成し且つ前記カソード� �極32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124が配設される。

 メッシュ部材124は、例えば、ステンレス� ��(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124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� �に設定されて挟持部108の面108bに直接接触す� ��とともに、通路蓋部材120を避けるために切� ��欠き部124aを設ける(図6及び図8参照)。

 図8に示すように、メッシュ部材124に設け られる酸化剤ガス通路56は、電解質・電極接� ��体36の内側周端部と挟持部108の内側周端部� �の間から矢印C方向に酸化剤ガスを供給する� ��化剤ガス供給通路68に連通する。この酸化� �ガス供給通路68は、各挟持部108の内方と第1� �架部106との間に位置して積層方向(矢印A方向 )に延在している。

 各セパレータ103間には、燃料ガス絞り口1 16を囲繞するとともに、燃料ガス供給連通孔4 0の外周縁に対応してシール部材66が配置され る。このシール部材66は、第1の実施形態で使 用されたシール部材66と同一に構成されてい� ��。

 燃料電池100には、挟持部108の外方に位置� ��て排ガス通路70が形成される。図8に示すよ� ��に、燃料電池100が積層される際に、各セパ� ��ータ103間には、燃料ガス供給連通孔40から� �岐してセパレータ面方向(矢印C方向)へ向か� �分岐通路126が設けられる。分岐通路126と燃� �ガス供給通路65とは、積層方向(矢印A方向)に 連通する燃料ガス絞り口116を介して連通する 。

 図5に示すように、燃料電池スタック102は 、複数の燃料電池100の積層方向両端に略円板 状のエンドプレート130a、130bを配置する。エ� ��ドプレート130aの中央部には、燃料ガス供給 連通孔40に対応して孔部76が設けられるとと� �に、前記孔部76の周囲には、酸化剤ガス供給 通路68に対応して複数の孔部132が設けられる� ��

 この燃料電池スタック102の動作について� ��以下に説明する。

 図5に示すように、エンドプレート130aの� �部76から燃料ガス供給連通孔40に燃料ガスが� ��給されるとともに、孔部132から酸化剤ガス� ��給通路68に空気が供給される。

 図8に示すように、燃料ガスは、燃料電池 スタック102の燃料ガス供給連通孔40に沿って� ��層方向(矢印A方向)に移動しながら、各燃料� ��池100に設けられる分岐通路126に分岐供給さ� ��る。このため、燃料ガスは、積層方向から� ��パレータ面方向(矢印C方向)に分岐した後、� ��料ガス絞り口116を通って一旦前記積層方向� ��向かい、さらに前記燃料ガス絞り口116に連� ��する燃料ガス供給通路65に沿って前記セパ� �ータ面方向に移動する。

 燃料ガスは、燃料ガス供給通路65から挟� �部108に形成された燃料ガス導入口48を通って 燃料ガス通路52に導入される。このため、燃� ��ガスは、燃料ガス導入口48からアノード電� �34の略中心に供給された後、燃料ガス通路52� ��沿って前記アノード電極34の外周部に向か� �て移動する。

 その際、図6に示すように、セパレータ103 を構成する挟持部108の面108aには、燃料ガス� �入口48と燃料ガス排出通路110とを結ぶ経路上 に、第1橋架部106の端部から二股に分岐する� �弧状壁部112が設けられており、この円弧状� �部112は、電解質・電極接合体36のアノード電 極34に接触している。

 従って、燃料ガス導入口48から燃料ガス� �路52に供給される燃料ガスは、円弧状壁部112 に阻止されて前記燃料ガス導入口48から燃料� ��ス排出通路110に直線状に流れることがない� ��燃料ガス通路52に供給された使用済みの燃� �ガスは、燃料ガス排出通路110から酸化剤ガ� �供給通路68に(矢印B方向に)排出される。この ため、酸化剤ガス供給通路68では、使用済み� ��排ガスに含まれる燃料ガスと使用前の酸化� ��ガスの一部とが反応することによって、使� ��前の他の酸化剤ガスが加熱される。

 一方、酸化剤ガス供給通路68に供給され� �空気は、電解質・電極接合体36の内側周端部 と挟持部108の内側周端部との間から矢印C方� �に流入し、メッシュ部材124に形成された酸� �剤ガス通路56に送られる。酸化剤ガス通路56� ��は、電解質・電極接合体36のカソード電極32 の内側周端部(セパレータ103の中央部)側から� ��側周端部(セパレータ103の外側周端部側)に� �かって空気が流動する。

 従って、電解質・電極接合体36では、ア� �ード電極34の電極面の中心側から周端部側に 向かって燃料ガスが供給されるとともに、カ ソード電極32の電極面の一方向(矢印C方向)に� ��かって空気が供給される。その際、酸化物� ��オンが電解質30を通ってアノード電極34に移 動し、化学反応により発電が行われる。

 なお、各電解質・電極接合体36の外周部� �排出される主に発電反応後の空気を含む排� �スは、オフガスとして排ガス通路70を介して 燃料電池スタック102から排出される(図5参照) 。

 この場合、第2の実施形態では、各セパレ ータ103間には、燃料ガス絞り口116を囲繞する とともに、燃料ガス供給連通孔40の外周縁に� ��応してシール部材66が配置されている。従� �て、この第2の実施形態では、上記の第1の実 施形態と同様の効果が得られる。

 図9は、本発明の第3の実施形態に係る燃� �電池140が、矢印A方向に複数積層された燃料� ��池スタック142の概略斜視説明図である。

 燃料電池140は、図10及び図11に示すように 、単一の電解質・電極接合体36を挟持するセ� ��レータ144を備える。セパレータ144は、第1及 び第2プレート146、148と、前記第1及び第2プレ ート146、148間に配設される第3プレート150と� �備える。第1~第3プレート146、148及び150は、� �えば、ステンレス合金等の板金で構成され� �前記第3プレート150の両面に、前記第1プレー ト146と前記第2プレート148とが、例えば、ろ� �付けにより接合される。

 図10に示すように、第1プレート146は、積� ��方向(矢印A方向)に沿って燃料ガスを供給す� ��ための燃料ガス供給連通孔40が形成される� �1燃料ガス供給部152を備え、この第1燃料ガス 供給部152には、幅狭な第1橋架部154を介して� �較的大径な第1挟持部156が一体的に設けられ� ��。第1挟持部156は、電解質・電極接合体36の� ��ノード電極34と略同一寸法に設定されてい� �。

 第1挟持部156のアノード電極34に接触する� ��には、燃料ガス通路52を形成するための多� �の突起部54が外周縁部近傍から中心部にわた って設けられるとともに、前記第1挟持部156� �外周縁部には、略リング状突起部157が設け� �れる。突起部54及び略リング状突起部157は、 集電部を構成する。

 第1挟持部156の中央には、アノード電極34� ��略中央部に向かって燃料ガスを供給するた� ��の燃料ガス導入口48が形成される。なお、� �起部54は、略リング状突起部157と同一平面内 に複数の凹部を形成することによって構成し てもよい。

 第2プレート148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68aが形成される第1酸化剤ガス� �給部158を備える。この第1酸化剤ガス供給部1 58には、幅狭な第2橋架部160を介して比較的大 径な第2挟持部162が一体的に設けられる。

 第2挟持部162は、電解質・電極接合体36の� ��ソード電極32に接する面に、酸化剤ガス通� �56を形成するための複数の突起部58が面内全� ��にわたって形成される(図12参照)。第2挟持� �162の中央部には、酸化剤ガスをカソード電� �32の略中央部に向かって供給するための酸化 剤ガス導入口164が形成される。

 第3プレート150は、燃料ガス供給連通孔40� ��形成される第2燃料ガス供給部166と、酸化剤 ガス供給連通孔68aが形成される第2酸化剤ガ� �供給部168とを備える。第2燃料ガス供給部166� ��び第2酸化剤ガス供給部168は、幅狭な第3及� �第4橋架部170、172を介して比較的大径な第3挟 持部174と一体的に構成される。第3挟持部174� �、第1及び第2挟持部156、162と同一直径に設定 される。

 第3プレート150の第1プレート146に向かう� �において、第2燃料ガス供給部166には、燃料� ��ス供給連通孔40に連通する複数のスリット� �通路176が放射状に形成される。燃料ガス供� �連通孔40から通路176を介して第3橋架部170及� �第3挟持部174の面内に燃料ガス供給通路65が� �成される。第3挟持部174には、複数の突起部1 78が形成され、この突起部178は、燃料ガス供� ��通路65の一部を構成する。

 第3プレート150の第2プレート148に接する� �において、第2酸化剤ガス供給部168には、酸� ��剤ガス供給連通孔68aに連通する複数のスリ� ��ト状通路180が放射状に形成される。酸化剤� ��ス供給連通孔68aから通路180を介して第3挟持 部174には、酸化剤ガス供給通路182が形成され 、この酸化剤ガス供給通路182は、前記第3挟� �部174の周縁部によって閉塞される。

 第1プレート146が第3プレート150の一方の� �にろう付けされることにより、第1及び第3プ レート146、150間には、燃料ガス供給連通孔40� ��連通する燃料ガス供給通路65が設けられる� �この燃料ガス供給通路65は、第1及び第3挟持� ��156、174間に該第1挟持部156を挟んでアノード 電極34の電極面を覆い、且つ燃料ガスが供給� ��れることにより前記第1挟持部156を前記アノ ード電極34に圧接可能な燃料ガス圧力室186を� ��成する(図12参照)。電解質・電極接合体36の� ��周外方には、使用済みの燃料ガス及び酸化� ��ガスを排出する排ガス通路70が設けられる� �

 第2プレート148が第3プレート150にろう付� �されることにより、第2及び第3プレート148、 150間には、酸化剤ガス供給連通孔68aに連通す る酸化剤ガス供給通路182が形成される。この 酸化剤ガス供給通路182は、第2及び第3挟持部1 62、174間に該第2挟持部162を挟んでカソード電 極32の電極面を覆い、且つ酸化剤ガスが供給� ��れることにより前記第2挟持部162を前記カソ ード電極32に圧接可能な酸化剤ガス圧力室188� ��構成する(図12参照)。

 セパレータ144は、第1プレート146の第1挟� �部156と、第2プレート148の第2挟持部162と、第 3プレート150の第3挟持部174とが接合されるこ� ��により、円板状の挟持部190を構成する。挟� ��部190には、第1及び第3橋架部154、170が接合� �れて構成される橋架部192と、第2及び第4橋架 部160、172が接合されて構成される橋架部194と が連結される。

 橋架部192には、第1燃料ガス供給部152と第 2燃料ガス供給部166とが接合されて形成され� �燃料ガス供給部196が連結される。橋架部194� �は、第1酸化剤ガス供給部158と第2酸化剤ガス 供給部168とが接合されて形成される酸化剤ガ ス供給部198が連結される。

 図10及び図12に示すように、各セパレータ 144間には、燃料ガス供給連通孔40の外周縁に� ��応してシール部材197が配置されるとともに� ��酸化剤ガス供給連通孔68aの外周縁に対応し� ��シール部材199が配置される。

 シール部材197、199は、第1の実施形態に用 いられているシール部材66と同様に構成され� ��おり、粘土鉱物及び有機高分子が複合化さ� ��た粘土膜を備える。シール部材197、199は、� ��適には、それぞれセパレータ144同士の間隔� ��応じて、所定の枚数だけ積層される。

 図9に示すように、燃料電池スタック142は 、複数の燃料電池140の積層方向両端にエンド プレート200a、200bを配置する。エンドプレー� ��200a又はエンドプレート200bは、締付手段202� �電気的に絶縁される。エンドプレート200aに� ��、燃料電池140の燃料ガス供給連通孔40に連� �する第1配管204と、酸化剤ガス供給連通孔68a� ��連通する第2配管206とが接続される。エンド プレート200a、200bには、電解質・電極接合体3 6よりも燃料ガス供給連通孔40及び酸化剤ガス 供給連通孔68aに近接する位置に、矢印A方向� �積層された電解質・電極接合体36とセパレー タ144とに積層方向に締付荷重を付与する締付 手段202が配設される。

 締付手段202は、燃料ガス供給連通孔40の� �側及び酸化剤ガス供給連通孔68aの両側に位� �してエンドプレート200a、200bに形成されるボ ルト孔208を備える。各ボルト孔208に締付ボル ト210が挿入されるとともに、各締付ボルト210 の先端にナット212が螺合することによって、 燃料電池スタック142が締め付け保持される。 シール部材197、199には、積層方向に10N~1000Nの 締め付け荷重が付与される。

 この燃料電池スタック142の動作について� ��以下に説明する。

 図9に示すように、エンドプレート200aに� �続されている第1配管204から燃料ガス供給連� ��孔40に燃料ガスが供給されるとともに、前� �エンドプレート200aに接続された第2配管206か ら酸化剤ガス供給連通孔68aに酸化剤ガスが供 給される。

 燃料ガス供給連通孔40に供給された燃料� �スは、図12に示すように、積層方向(矢印A方� ��)に移動しながら、各燃料電池140を構成する セパレータ144内の燃料ガス供給通路65に供給� ��れる。燃料ガスは、燃料ガス供給通路65に� �って第1及び第3挟持部156、174間に形成された 燃料ガス圧力室186に導入され、複数の突起部 178間を移動して第1挟持部156の中央部に形成� �れる燃料ガス導入口48に導入される。

 燃料ガス導入口48は、各電解質・電極接� �体36のアノード電極34の中心位置に対応して� ��けられている。このため、燃料ガスは、燃� ��ガス導入口48から燃料ガス通路52に供給され 、アノード電極34内を中心部から外周部に向� ��って流動する。

 一方、酸化剤ガス供給連通孔68aに供給さ� ��る酸化剤ガスは、セパレータ144内の酸化剤� ��ス供給通路182を移動し、第2及び第3挟持部16 2、174間に形成された酸化剤ガス圧力室188に� �給される。さらに、酸化剤ガスは、第2挟持� ��162の中心位置に設けられる酸化剤ガス導入� ��164に導入される。

 酸化剤ガス導入口164は、各電解質・電極� ��合体36のカソード電極32の中心位置に対応し て設けられている。このため、酸化剤ガスは 、酸化剤ガス導入口164から酸化剤ガス通路56� ��供給され、カソード電極32の中心部から外� �部に向かって流動する。

 従って、各電解質・電極接合体36では、� �ノード電極34の中心部から外周部に向かって 燃料ガスが供給されるとともに、カソード電 極32の中心部から外周部に向かって酸化剤ガ� ��が供給され、発電が行われる。そして、発� ��に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、� ��ガスとして挟持部190の外周部から排気され� ��。

 この場合、第3の実施形態では、図12に示� ��ように、各セパレータ144間には、燃料ガス� ��給連通孔40の外周縁に対応してシール部材19 7が配置されるとともに、酸化剤ガス供給連� �孔68aの外周縁に対応してシール部材199が配� �されている。このため、第3の実施形態では� ��上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果� �得られる。

 図13は、本発明の第4の実施形態に係る燃� ��電池220の分解斜視説明図である。

 燃料電池220は、第1セパレータ222a及び第2� ��パレータ222b間に複数、例えば、2個の電解� �・電極接合体36が挟持される。第1セパレー� �222a及び第2セパレータ222bは、同一形状のセ� �レータ構造体を互いに180°反転させることに より構成される。

 第1セパレータ222aは、例えば、ステンレ� �等の板金で構成される第1プレート224a及び第 2プレート226aを有する。第1プレート224a及び� �2プレート226a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224aは、略平板状に形成され� �とともに、積層方向(矢印A方向)に沿って燃� �ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔40 が形成される第1燃料ガス供給部228を有する� �この第1燃料ガス供給部228から外方に延在す� ��2つの第1橋架部230a、230bを介して第1挟持部23 2a、232bが一体に設けられる。

 第1挟持部232a、232bは、電解質・電極接合� ��36と略同一寸法に設定されるとともに、前� �第1挟持部232a、232bのアノード電極34に接する 面には、それぞれ複数の突起部234a、234bが設� ��られる。突起部234a、234bは、アノード電極34 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52a、52bを形成するとともに、集 電機能を有する。第1挟持部232a、232bの略中央 部には、アノード電極34の略中央部に向かっ� ��燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口4 8a、48bが形成される。

 第2プレート226aは、燃料ガス供給連通孔40 が形成される第2燃料ガス供給部236を有する� �この第2燃料ガス供給部236から外方に延在す� ��2つの第2橋架部238a、238bを介して第2挟持部24 0a、240bが一体に設けられる。第2プレート226a� ��外周を周回して第1プレート224a側に突出す� �周回突起部242が設けられ、この周回突起部24 2に前記第1プレート224aが接合される。

 第2燃料ガス供給部236、第2橋架部238a、238b 及び第2挟持部240a、240bの第1プレート224aに向� ��う面には、前記第1プレート224aに接して積� �方向の荷重に対する潰れ防止機能を有する� �数の突起部243が形成される。

 第1及び第2橋架部230a、238a間と第1及び第2� ��架部230b、238b間には、燃料ガス供給連通孔40 に連通する燃料ガス供給通路65a、65bが形成さ れる。燃料ガス供給通路65a、65bは、第1及び� �2挟持部232a、240a間と第1及び第2挟持部232b、24 0b間に形成される燃料ガス充填室248a、248bを� �して燃料ガス導入口48a、48bに連通する。

 第2セパレータ222bは、第1セパレータ222aと 同一形状に構成されており、第1プレート224a� ��び第2プレート226aに対応する第1プレート224b 及び第2プレート226bを有する。第1及び第2プ� �ート224b、226bは、積層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68a が形成される第1及び第2酸化剤ガス供給部250� ��252を有する。

 第1及び第2プレート224b、226bは、第1及び� �2酸化剤ガス供給部250、252から外方に突出す� ��2つの第1橋架部254a、254b及び第2橋架部256a、2 56bを介して第1挟持部258a、258b及び第2挟持部26 0a、260bが一体に設けられる。

 第1挟持部258a、258bのカソード電極32に接� �する面には、複数の突起部234a、234bを介し前 記カソード電極32の電極面に沿って酸化剤ガ� ��を供給するための酸化剤ガス通路56a、56bが� ��成される。第1挟持部258a、258bの略中央部に� ��、カソード電極32の略中央部に向かって酸� �剤ガスを供給するための酸化剤ガス導入口16 4a、164bが形成される。

 第2プレート226b内には、第1プレート224bが 接合されることにより酸化剤ガス供給連通孔 68aに連通する酸化剤ガス供給通路182a、182bが� ��第1橋架部254a、254bと第2橋架部256a、256bとの� ��に対応して形成される。

 第2挟持部260a、260b内には、酸化剤ガス供� ��連通孔68aと酸化剤ガス供給通路182a、182bを� �して連通する酸化剤ガス充填室266a、266bが形 成される。

 図15に示すように、各燃料電池220間には� �燃料ガス供給連通孔40の外周縁に対応してシ ール部材197が配置されるとともに、酸化剤ガ ス供給連通孔68aの外周縁に対応してシール部 材199が配置される。

 この燃料電池220の動作について、以下に� ��明する。

 燃料ガスは、積層方向(矢印A方向)に移動� ��ながら各燃料電池220を構成する第1セパレー タ222aに形成された燃料ガス供給通路65a、65b� �導入される(図14及び図15参照)。

 燃料ガスは、燃料ガス供給通路65a、65bに� ��って移動し、一旦、燃料ガス充填室248a、248 bに充填される。さらに、燃料ガスは、燃料� �ス導入口48a、48bから燃料ガス通路52a、52bに� �入される。その際、燃料ガス導入口48a、48b� �、各電解質・電極接合体36のアノード電極34� ��略中央位置に設定されている。このため、� ��料ガスは、アノード電極34の略中心から燃� �ガス通路52a、52bに沿って前記アノード電極34 の外周部に向かって移動する。

 一方、空気は、各燃料電池220の酸化剤ガ� ��供給連通孔68aに供給される。図14及び図15に 示すように、酸化剤ガス供給連通孔68aに供給 された空気は、酸化剤ガス供給通路182a、182b� ��沿って移動し、一旦、酸化剤ガス充填室266a 、266bに充填される。さらに、酸化剤ガスは� �酸化剤ガス導入口164a、164bから酸化剤ガス通 路56a、56bに導入される。

 酸化剤ガス導入口164a、164bは、各電解質� �電極接合体36のカソード電極32の略中央位置� ��設定されている。このため、酸化剤ガスは� ��酸化剤ガス通路56a、56bに沿ってカソード電� ��32の略中央位置から外周部に向かって移動� �る。

 燃料ガス通路52a、52bを移動した使用済み� ��燃料ガス、及び酸化剤ガス通路56a、56bを移� ��した使用済みの空気は、各電解質・電極接� ��体36の外周部から排ガス通路70に導出され、 この排ガス通路70で混合されて比較的高温の� ��ガスとして排出される。

 この場合、第4の実施形態では、図15に示� ��ように、各燃料電池220間には、燃料ガス供� ��連通孔40の外周縁に対応してシール部材197� �配置されるとともに、酸化剤ガス供給連通� �68aの外周縁に対応してシール部材199が配置� �れる。従って、第4の実施形態では、上記の� ��3の実施形態と同様の効果が得られる。

 図16は、本発明の第5の実施形態に係る燃� ��電池280の分解斜視説明図である。

 燃料電池280は、2個の電解質・電極接合体 36を挟持するセパレータ282を備える。セパレ� ��タ282は、第3の実施形態に用いられるセパレ ータ144と同様に3枚のプレート(図示せず)によ り構成される。セパレータ282は、それぞれ電 解質・電極接合体36を挟持する円板状の第1挟 持部190aと第2挟持部190bとを備える。

 第1挟持部190a及び第2挟持部190bには、橋架 部192a、192bを介して燃料ガス供給部196が連結� ��れるとともに、橋架部194a、194bを介して酸� �剤ガス供給部198に連結される。橋架部192a、1 92b内には、燃料ガス供給通路65a、65bが形成さ れるとともに、橋架部194a、194b内には、酸化� ��ガス供給通路182a、182bが形成される。

 第1挟持部190aと電解質・電極接合体36との 間には、燃料ガス通路52a及び酸化剤ガス通路 56aが形成される一方、第2挟持部190bと前記電� ��質・電極接合体36との間には、燃料ガス通� �52b及び酸化剤ガス通路56bが形成される。

 各セパレータ282では、燃料ガス供給部196� ��燃料ガス供給連通孔40の外周縁に対応して� �ール部材197が配置されるとともに、酸化剤� �ス供給部198に酸化剤ガス供給連通孔68aの外� �縁に対応してシール部材199が配置される。

 この第5の実施形態では、上記の各実施形 態と同様の効果を有する。

 図17は、本発明の第6の実施形態に係る燃� ��電池290の断面説明図である。

 燃料電池290は、1個の電解質・電極接合体 36を挟持するセパレータ292を備える。図18に� �すように、セパレータ292は、中央部に挟持� �294を有し、前記挟持部294の対角位置には、� �れぞれ橋架部296a、296bを介して燃料ガス供給 部298及び酸化剤ガス供給部300が一体成形され る。

 燃料ガス供給部298に設けられる燃料ガス� ��給連通孔40は、燃料ガス供給通路65を介して 挟持部294の略中央部に設けられる燃料ガス導 入口48に連通する。酸化剤ガス供給部300に設� ��られる酸化剤ガス供給連通孔68aは、酸化剤� ��ス供給通路182を介して挟持部294の略中央部� ��設けられる酸化剤ガス導入口164に連通する� ��

 図17に示すように、セパレータ292間には� �燃料ガス供給連通孔40の外周縁に対応してシ ール部材197が配置されるとともに、酸化剤ガ ス供給連通孔68aの外周縁に対応してシール部 材199が配置される。

 この第6の実施形態では、上記の各実施形 態と同様の効果が得られる。

 図19は、本発明の第7の実施形態に係る燃� ��電池310の断面説明図である。

 燃料電池310は、1個の電解質・電極接合体 312をセパレータ314で挟持する。電解質・電極 接合体312は、電解質層316をカソード電極32及� ��アノード電極34で挟んで構成される。電解� �層316は、カソード電極32及びアノード電極34� ��りも大きな表面積に設定される。

 セパレータ314は、アノード電極34側の面� �燃料ガス通路52を形成する一方、カソード電 極32側の面に酸化剤ガス通路56を形成する。� �パレータ314とアノード電極34との間には、金 属メッシュ318が介装される。

 セパレータ314と電解質層316との間には、� ��料ガス供給部320を周回してシール部材322が� ��装されるとともに、酸化剤ガス供給部324を� ��回してシール部材326が介装される。シール� ��材322、326は、上記のシール部材66と同様に� �粘土鉱物及び有機高分子が複合化された粘� �膜を備える。シール部材322、326は、それぞ� �所定の枚数ずつ積層される。

 従って、この第7の実施形態では、上記の 第1~第6の実施形態と同様の効果を有する。

 図20は、本発明の第8の実施形態に係る燃� ��電池340の断面説明図である。

 この燃料電池340は、実質的に第1の実施形 態に係る燃料電池20と同様に構成されている� ��、第2~第7の実施形態においても適用するこ� ��ができる。また、以下に説明する第9の実施 形態においても同様である。

 燃料電池340は、セパレータ342を備えると� ��もに、このセパレータ342は、燃料ガス供給� ��通孔40を形成する燃料ガス供給部344に前記� �料ガス供給連通孔40を囲繞して積層方向に突 出する突起部346を設ける。突起部346と隣り合 う他のセパレータ342との間には、シール部材 348が介装される。

 シール部材348は、その厚さhが1mm以下で且つ 面積が0.1cm ² 以上に設定され、且つ面圧が0.1MPa~10MPaに設定 される。このシール部材348は、一方のセパレ ータ342の突起部346の頂部と他方のセパレータ 342との間に、1枚又は2枚以上積層して配置さ� ��る。

 このように、第8の実施形態では、シール 部材348を一層薄肉化することができる。これ により、シール部材348は、燃料ガスに接する 露出面積を大幅に削減することが可能になり 、耐久性の向上が図られる。

 図21は、本発明の第9の実施形態に係る燃� ��電池350の断面説明図である。

 燃料電池350を構成するセパレータ342は、� ��料ガス供給部42にスペーサとしてリング部� �352を配置し、このリング部材352の両側には� �薄肉状のシール部材66a、66aが配設される。� �って、シール部材66aを一層薄肉化すること� �でき、上記の第8の実施形態と同様の効果が� ��られる。