JP2002343407A - 燃料電池のディストリビュータ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディストリビュータに接続した各セパレータ
を電気的に絶縁する。 【解決手段】 燃料電池１１の近傍に設けられた燃料用
ディストリビュータ１３は、箱状の金属材料により形成
された燃料用ディストリビュータ本体２６と、この燃料
用ディストリビュータ本体２６の燃料側開口部２６ａを
閉止するとともに複数の燃料用短管３１が直接接続され
かつ電気絶縁材料により形成された単一の板状の燃料用
蓋体２７とを有する。燃料電池の近傍に設けられた酸化
剤用ディストリビュータ２４は、箱状の金属材料により
形成された酸化剤用ディストリビュータ本体２８と、こ
の酸化剤用ディストリビュータ本体２８の酸化剤側開口
部２８ａを閉止するとともに複数の酸化剤用短管３２が
直接接続されかつ電気絶縁材料により形成された単一の
板状の酸化剤用蓋体２９とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の発電セ
ルに燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのディストリ
ビュータの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体電解質膜の両面に燃料極及び
空気極がそれぞれ設けられ、ディストリビュータが固体
電解質膜と同一組成の材料からなる基体部と、基体部表
面に設けられ導電性材料からなる導電部とにより構成さ
れ、固体電解質膜が基体部を介してインターコネクタに
接合され、更に空気極及び燃料極が導電部を介してイン
ターコネクタに電気的に接続された固体電解質形燃料電
池が開示されている（特開平５−１８２６８０号）。こ
のように構成された固体電解質形燃料電池では、ディス
トリビュータの基体部が固体電解質膜と同じ収縮挙動を
示すため、共焼結時や稼働時の昇降温に対して、ディス
トリビュータの固体電解質膜からの剥離を防止でき、デ
ィストリビュータの固体電解質膜に対する反りを防止で
きる。また上記基体部は固体電解質膜の材料と同一のジ
ルコニアを主成分とする材料が用いられるため、電気絶
縁体となる。この結果、ディストリビュータの表裏の導
通は導電部を介して行われるようになっている。

【０００３】しかし、上記従来の固体電解質形燃料電池
では、発電に寄与しないディストリビュータの基体部が
固体電解質膜に接合されるため、発電に寄与する固体電
解質膜の表面積を狭め、発電効率が低下する不具合があ
った。

【０００４】この点を解消するために、アノード、固体
電解質体及びカソードの積層体からなる集合体と、反応
ガス供給管が配されたセパレータとが交互に積層され、
セパレータの一方の面に燃料ガスが通流する溝が形成さ
れ、セパレータの他方の面に酸化剤ガスが通流する溝が
形成された固体電解質型燃料電池が開示されている（特
開平６−１３０８８号）。この燃料電池では、反応ガス
供給管が少なくとも一部がアルミナ磁器管等のセラミッ
ク管により形成された燃料ガス供給管と酸化剤供給管と
からなる。燃料ガス供給管はセパレータの側面に接続さ
れて燃料ガスの通流する溝に連通し、酸化剤供給管はセ
パレータの側面に接続されて酸化剤ガスの通流する溝に
連通するように構成される。或いは燃料ガス供給管はセ
ラミックにより形成された燃料ガス分配器に接続され、
酸化剤供給管はセラミックにより形成された酸化剤ガス
分配器に接続される。このように構成された固体酸化物
型燃料電池では、反応ガス供給管が各セパレータに個別
に接続されるため、上記集合体及びセパレータに形成さ
れた円形のガスマニホルドをシールする円形のガラスリ
ングを不要にできるとともに、集合体及びセパレータ間
のガスシールを行う四角形のガラスリングを不要にでき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の特
開平６−１３０８８号公報に示された固体酸化物型燃料
電池では、反応ガス供給管の一部又は全部を比較的脆い
セラミック管により形成されているため、その組付作業
を慎重に行わなければならず、組付作業時間が増大し、
また燃料電池の発熱及び冷却の繰返しで反応ガス供給管
に作用する熱応力により反応ガス供給管が損傷するおそ
れがあった。また、上記従来の固体酸化物型燃料電池で
は、燃料ガス分配器及び酸化剤ガス分配器をセラミック
で製作することが非常に難しく、更に熱膨張や熱衝撃に
弱く、破損し易い問題点もあった。

【０００６】本発明の目的は、発電セルの表面を全て発
電に寄与させることができ、比較的簡単な構造でディス
トリビュータに接続した各セパレータをそれぞれ電気的
に絶縁でき、更に燃料用短管及び酸化剤用短管の組付作
業時間の増大を防止できるとともに、燃料用短管等の熱
応力による損傷を防止できる、燃料電池のディストリビ
ュータ構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように、発電セル１２とこの発電セ
ル１２に燃料ガスを供給可能な燃料供給通路２３，２６
と発電セル１２に酸化剤ガスを供給可能な酸化剤供給通
路２４，２７とを有する燃料電池１１と、この燃料電池
１１の近傍に設けられ燃料供給通路２３，２６に燃料用
短管２８を通して燃料ガスを供給する燃料用ディストリ
ビュータ１３と、燃料電池１１の近傍に設けられ酸化剤
供給通路２４，２７に酸化剤用短管２９を通して酸化剤
ガスを供給する酸化剤用ディストリビュータ１４とを備
えた燃料電池モジュールの改良である。その特徴ある構
成は、燃料用ディストリビュータ２３が、箱状又は筒状
の金属材料により形成された燃料用ディストリビュータ
本体２６と、この燃料用ディストリビュータ本体２６の
燃料側開口部２６ａを閉止するとともに複数の燃料用短
管３１が直接接続されかつ電気絶縁材料により形成され
た単一の板状の燃料用蓋体２７とを有し、酸化剤用ディ
ストリビュータ２４が、箱状又は筒状の金属材料により
形成された酸化剤用ディストリビュータ本体２８と、こ
の酸化剤用ディストリビュータ本体２８の酸化剤側開口
部２８ａを閉止するとともに複数の酸化剤用短管３２が
直接接続されかつ電気絶縁材料により形成された単一の
板状の酸化剤用蓋体２９とを有するところにある。

【０００８】この請求項１に記載された燃料電池のディ
ストリビュータ構造では、燃料用ディストリビュータ２
３のうち燃料用短管３１の接続される燃料用蓋体２７が
電気絶縁材料により形成されているため、各セパレータ
１２が燃料用ディストリビュータ２３により電気的に短
絡されることはない。また燃料用ディストリビュータ２
３は、金属材料により形成された燃料用ディストリビュ
ータ本体２６の燃料側開口部２６ａを、電気絶縁材料に
より形成された燃料用蓋体２７により閉止するだけで済
むので、構造が簡単であり組立工数を低減できる。一
方、酸化剤用ディストリビュータ２４のうち酸化剤用短
管３２の接続される酸化剤用蓋体２９が電気絶縁材料に
より形成されているため、各セパレータ１２が酸化剤用
ディストリビュータ２４により電気的に短絡されること
はない。また酸化剤用ディストリビュータ２４は、金属
材料により形成された酸化剤用ディストリビュータ本体
２８の酸化剤側開口部２８ａを、電気絶縁材料により形
成された酸化剤用蓋体２９により閉止するだけで済むの
で、構造が簡単であり組立工数を低減できる。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、更に図１及び図２に示すように、発電セル
１２が固体電解質層１１ａとこの固体電解質層１１ａの
両面に配設された燃料極層１１ｂ及び酸化剤極層１１ｃ
とからなり、燃料電池１１が発電セル１１を（ｎ＋１）
枚（ｎは正の整数である。）積層して構成され、ｉ番目
（ｉ＝１，２，…，ｎ）の発電セル１１の燃料極層１１
ｂとこの燃料極層１１ｂに隣接する（ｉ＋１）番目の発
電セル１１の酸化剤極層１１ｃとの間に金属材料により
板状に形成されたセパレータ１２がそれぞれ１枚ずつ合
計ｎ枚介装され、ｎ枚のセパレータ１２が燃料ガスをセ
パレータ１２外周面から導入してセパレータ１２の燃料
極集電体１３に対向する面から吐出させるセパレータ用
燃料通路１８と、酸化剤ガスをセパレータ１２外周面か
ら導入してセパレータ１２の酸化剤極集電体１４に対向
する面から吐出させるセパレータ用酸化剤通路１９とを
それぞれ有し、燃料用ディストリビュータ２３が発電セ
ルの積層方向に延びて設けられ、酸化剤用ディストリビ
ュータ２４が発電セル１１の積層方向に延びて設けられ
たことを特徴とする。この請求項２に記載された燃料電
池のディストリビュータ構造では、発電セルとセパレー
タとが交互に積層された固体酸化物型燃料電池の側方に
燃料用ディストリビュータ及び酸化剤用ディストリビュ
ータが燃料電池の積層方向に延びて設けられているた
め、燃料用ディストリビュータ及び酸化剤用ディストリ
ビュータを単純でしかもコンパクトに構成できる。

【００１０】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、更に図２に示すように、燃料用ディ
ストリビュータ本体２６に燃料側ねじ孔２６ｂが形成さ
れ、燃料用蓋体２７に燃料側通孔２７ｂが形成され、燃
料側通孔２７ｂに通した燃料側固定ねじ３３を燃料側ね
じ孔２６ｂに螺合することにより燃料用蓋体２７が燃料
用ディストリビュータ本体２６に固定され、更に燃料側
通孔２７ｂの孔径が燃料用ディストリビュータ本体２６
及び燃料用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮による変形量の
差を吸収するように燃料側固定ねじ３３より大径に形成
されたことを特徴とする。この請求項３に記載された燃
料電池のディストリビュータ構造では、発電運転の開始
及び停止の繰返しにより大きな温度差の熱サイクルが燃
料用ディストリビュータ２３に作用するけれども、燃料
側通孔２７ｂの孔径が燃料側固定ねじ３３より大きく形
成されているため、燃料用ディストリビュータ本体２６
及び燃料用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮による変形量の
差を、上記燃料側通孔２７ｂと燃料側固定ねじ３３との
間に形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収で
きる。この結果、燃料用蓋体２７に大きな力が作用する
ことはなく、燃料用蓋体２７が破損することはない。

【００１１】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
いずれかに係る発明であって、更に図２に示すように、
酸化剤用ディストリビュータ本体２８に酸化剤側ねじ孔
２８ｂが形成され、酸化剤用蓋体２９に酸化剤側通孔２
９ｂが形成され、酸化剤側通孔２９ｂに通した酸化剤側
固定ねじ３４を酸化剤側ねじ孔２８ｂに螺合することに
より酸化剤用蓋体２９が酸化剤用ディストリビュータ本
体２８に固定され、更に酸化剤側通孔２９ｂの孔径が酸
化剤用ディストリビュータ本体２８及び酸化剤用蓋体２
９の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するよう
に酸化剤側固定ねじ３４より大径に形成されたことを特
徴とする。この請求項４に記載された燃料電池のディス
トリビュータ構造では、発電運転の開始及び停止の繰返
しにより大きな温度差の熱サイクルが酸化剤用ディスト
リビュータ２４に作用するけれども、酸化剤側通孔２９
ｂの孔径が酸化剤側固定ねじ３４より大きく形成されて
いるため、酸化剤用ディストリビュータ本体２８及び酸
化剤用蓋体２９の熱膨張及び熱収縮による変形量の差
を、上記酸化剤側通孔２９ｂと酸化剤側固定ねじ３４と
の間に形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収
できる。この結果、酸化剤用蓋体２９に大きな力が作用
することはなく、酸化剤用蓋体２９が破損することはな
い。

【００１２】請求項５に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、更に図４に示すように、燃料用ディ
ストリビュータ本体７６に燃料側貫通孔７６ｂが形成さ
れ、燃料用蓋体２７に燃料側通孔２７ｂが形成され、燃
料側通孔２７ｂ及び燃料側貫通孔７６ｂに通した燃料側
固定ねじ８３を燃料側ナット８６に螺合することにより
燃料用蓋体２７が燃料用ディストリビュータ本体７６に
固定され、更に燃料側通孔２７ｂ又は燃料側貫通孔７６
ｂの孔径が燃料用ディストリビュータ本体７６及び燃料
用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収
するように燃料側固定ねじ８３より大径に形成されたこ
とを特徴とする。この請求項５に記載された燃料電池の
ディストリビュータ構造では、発電運転の開始及び停止
の繰返しにより大きな温度差の熱サイクルが燃料用ディ
ストリビュータ７３に作用するけれども、燃料側通孔２
７ｂ又は燃料側貫通孔７６ｂの孔径が燃料側固定ねじ８
３より大きく形成されているため、燃料用ディストリビ
ュータ本体７６及び燃料用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮
による変形量の差を、上記燃料側通孔２７ｂ又は燃料側
貫通孔７６ｂと燃料側固定ねじ８３との間に形成された
比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。この結
果、燃料用蓋体２７に大きな力が作用することはなく、
燃料用蓋体２７が破損することはない。

【００１３】請求項６に係る発明は、請求項１ないし３
いずれかに係る発明であって、更に図４に示すように、
酸化剤用ディストリビュータ本体７８に酸化剤側貫通孔
７８ｂが形成され、酸化剤用蓋体２９に酸化剤側通孔２
９ｂが形成され、酸化剤側通孔２９ｂ及び酸化剤側貫通
孔７８ｂに通した酸化剤側固定ねじ８４を酸化剤側ナッ
ト８７に螺合することにより酸化剤用蓋体２９が酸化剤
用ディストリビュータ本体７８に固定され、更に酸化剤
側通孔２９ｂ又は酸化剤側貫通孔７８ｂの孔径が酸化剤
用ディストリビュータ本体７８及び酸化剤用蓋体２９の
熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように酸
化剤側固定ねじ８４より大径に形成されたことを特徴と
する。この請求項６に記載された燃料電池のディストリ
ビュータ構造では、発電運転の開始及び停止の繰返しに
より大きな温度差の熱サイクルが酸化剤用ディストリビ
ュータ７４に作用するけれども、酸化剤側通孔２９ｂ又
は酸化剤側貫通孔７８ｂの孔径が酸化剤側固定ねじ８４
より大きく形成されているため、酸化剤用ディストリビ
ュータ本体７８及び酸化剤用蓋体２９の熱膨張及び熱収
縮による変形量の差を、上記酸化剤側通孔２９ｂ又は酸
化剤側貫通孔７８ｂと酸化剤側固定ねじ８４との間に形
成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。
この結果、酸化剤用蓋体２９に大きな力が作用すること
はなく、酸化剤用蓋体２９が破損することはない。

【００１４】請求項７に係る発明は、請求項１、２、３
又は５いずれかに係る発明であって、更に燃料用ディス
トリビュータ本体の燃料側開口部周縁と燃料用蓋体の周
縁との間に、ガラス製又はセメント製の燃料用シール部
材が充填されたことを特徴とする。この請求項７に記載
された燃料電池のディストリビュータ構造では、燃料用
ディストリビュータ内の燃料ガスのシール効果が高くな
る。請求項８に係る発明は、請求項１、２、４又は６い
ずれかに係る発明であって、更に酸化剤用ディストリビ
ュータ本体の酸化剤側開口部周縁と酸化剤用蓋体の周縁
との間に、ガラス製又はセメント製の酸化剤用シール部
材が充填されたことを特徴とする。この請求項８に記載
された燃料電池のディストリビュータ構造では、酸化剤
用ディストリビュータ内の酸化剤ガスのシール効果が高
くなる。

【００１５】請求項９に係る発明は、請求項５に係る発
明であって、更に図４に示すように、燃料側貫通孔７６
ｂに挿通された燃料側固定ねじ８３のねじ部８３ａを露
出させるための燃料側スリット７６ｄが燃料用ディスト
リビュータ本体７６に形成されたことを特徴とする。燃
料側固定ねじ８３及び燃料側ナット８６を用いて燃料用
ディストリビュータ本体７６に燃料用蓋体２７を固定し
た状態で、燃料電池を作動させるために燃料電池及び燃
料用ディストリビュータ７３を高温にすると、上記燃料
側固定ねじ８３及び燃料側ナット８６が焼付いて燃料側
ナット８６が燃料側固定ねじ８３から外れなくなる場合
がある。このとき請求項９に記載された燃料電池のディ
ストリビュータ構造では、燃料側スリット７６ｄから露
出する燃料側固定ねじ８３を金工用鋸等にて切断するこ
とにより、燃料側固定ねじ８３が燃料側貫通孔７６ｂ及
び燃料側通孔２７ｂから容易に抜けるので、燃料用蓋体
２７を燃料用ディストリビュータ本体７６から外すこと
ができる。

【００１６】請求項１０に係る発明は、請求項６に係る
発明であって、更に図４に示すように、酸化剤側貫通孔
７８ｂに連通された酸化剤側固定ねじ８４のねじ部８４
ａを露出させるための酸化剤側スリット７８ｄが酸化剤
用ディストリビュータ本体７８に形成されたことを特徴
とする。酸化剤側固定ねじ８４及び酸化剤側ナット８７
を用いて酸化剤用ディストリビュータ本体７８に酸化剤
用蓋体２９を固定した状態で、燃料電池を作動させるた
めに燃料電池及び酸化剤用ディストリビュータ７４を高
温にすると、上記酸化剤側固定ねじ８４及び酸化剤側ナ
ット８７が焼付いて酸化剤側ナット８７が酸化剤側固定
ねじ８４から外れなくなる場合がある。このとき請求項
１０に記載された燃料電池のディストリビュータ構造で
は、酸化剤側スリット７８ｄから露出する酸化剤側固定
ねじ８４を金工用鋸等にて切断することにより、酸化剤
側固定ねじ８４が酸化剤側貫通孔７８ｂ及び酸化剤側通
孔２９ｂから容易に抜けるので、酸化剤用蓋体２９を酸
化剤用ディストリビュータ本体７８から外すことができ
る。

【００１７】請求項１１に係る発明は、請求項１，２，
３，５，７又は９いずれかに係る発明であって、更に図
４に示すように、燃料用ディストリビュータ本体７６に
燃料ガスを導入するための一対の燃料用透孔２６ｃ，２
６ｃが燃料用ディストリビュータ本体７６の上下面にそ
れぞれ形成されたことを特徴とする。この請求項１１に
記載された燃料電池のディストリビュータ構造では、燃
料ガスを各セパレータに略均一に供給することができ
る。請求項１２に係る発明は、請求項１、２、４、６、
８又は１０いずれかに係る発明であって、更に図４に示
すように、酸化剤用ディストリビュータ本体７８に酸化
剤ガスを導入するための一対の酸化剤用透孔２８ｃ，２
８ｃが酸化剤用ディストリビュータ本体７８の上下面に
それぞれ形成されたことを特徴とする。この請求項１２
に記載された燃料電池のディストリビュータ構造では、
酸化剤ガスを各セパレータに略均一に供給することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明の第１の実施の形態を
図面に基づいて説明する。図１に示すように、発電セル
１１は円板状の固体電解質層１１ａと、この固体電解質
層１１ａの両面に配設された円板状の燃料極層１１ｂ及
び空気極層１１ｃ（酸化剤極層）とからなり、燃料電池
１０は上記発電セル１１を（ｎ＋１）枚積層することに
より構成される。ここで、ｎは正の整数である。上から
ｉ番目（ｉ＝１，２，…，ｎ）の発電セル１１の燃料極
層１１ｂとこの燃料極層１１ｂに隣接する上から（ｉ＋
１）番目の発電セル１１の空気極層１１ｃとの間には金
属材料により形成されたセパレータ１２がそれぞれ１枚
ずつ合計ｎ枚介装される。また上からｉ番目の発電セル
１１の燃料極層１１ｂと上からｊ番目（ｊ＝１，２，
…，ｎ）のセパレータ１２との間には円板状に形成され
かつ導電性を有する多孔質の燃料極集電体１３が介装さ
れ、上から（ｉ＋１）番目の発電セル１１の空気極層１
１ｃと上からｊ番目のセパレータ１２との間には円板状
に形成されかつ導電性を有する多孔質の空気極集電体１
４（酸化剤極集電体）が介装される。更に上から１番目
（最上段）の発電セル１１の空気極層１１ｃには空気極
集電体１４を介して金属材料により形成された単一の空
気用端板１６（酸化剤用端板）が積層され、上から（ｎ
＋１）番目（最下段）の発電セル１１の燃料極層１１ｂ
には燃料極集電体１３を介して金属材料により形成され
た単一の燃料用端板１７が積層される。上記セパレータ
１２、空気用端板１６及び燃料用端板１７は燃料極層１
１ｂ等の直径を１辺の長さとする正方形板状にそれぞれ
形成される。なお、固体電解質層、燃料極層、空気極
層、燃料極集電体及び空気極集電体は円板状ではなく、
四角形板状、六角形板状、八角形板状等の多角形板状に
形成してもよい。また、セパレータ、空気用端板及び燃
料用端板は正方形板状ではなく、円板状、或いは長方形
板状、六角形板状、八角形板状等の多角形板状に形成し
てもよい。更に上からｊ番目のセパレータとは、上から
ｉ番目の発電セルと上から（ｉ＋１）番目の発電セルと
の間に位置するセパレータを意味する。

【００１９】固体電解質層１１ａは次の一般式（１）等
で示される酸化物イオン伝導体により形成される。 Ｌｎ１ Ａ Ｇａ Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｏ ……（１） 燃料極層１１ｂはＮｉ等の金属材料により多孔質に形成
され、更に空気極層１１ｃは次の一般式（２）等で示さ
れる酸化物イオン伝導体により多孔質に形成される。 Ｌｎ２_1-x Ｌｎ３_x Ｅ_1-y Ｃｏ_y Ｏ_3+d ……（２） この発電セル１１を有する燃料電池１０は固体酸化物形
燃料電池と呼ばれる。上記一般式（１）において、Ｌｎ
１はＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ及びＳｍからなる群より選
ばれた１種又は２種以上の元素であり、ＡはＳｒ，Ｃａ
及びＢａからなる群より選ばれた１種又は２種以上の元
素であり、Ｂ１はＭｇ，Ａｌ及びＩｎからなる群より選
ばれた１種又は２種以上の元素であり、Ｂ２はＣｏ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ及びＣｕからなる群より選ばれた１種又は２種
以上の元素であり、Ｂ３はＡｌ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ及びＺｒからなる群より選ばれた
１種又は２種以上の元素である。また上記一般式（２）
において、Ｌｎ２はＬａ又はＳｍのいずれか一方又は双
方の元素であり、Ｌｎ３はＢａ，Ｃａ又はＳｒのいずれ
か一方又は双方の元素であり、ＥはＦｅ又はＣｕのいず
れか一方又は双方の元素である。なお、発電セルの固体
電解質層をイオン交換樹脂膜により形成し、燃料極層及
び空気極層を触媒金属粉末若しくは白金担持カーボン粉
末とポリテトラフルオロエチレンとイオン交換樹脂との
混合物により形成してもよい。このように構成された発
電セルを有する燃料電池は固体高分子電解質形燃料電池
と呼ばれる。

【００２０】セパレータ１２、空気用端板１６及び燃料
用端板１７はステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム
基合金により形成される。また燃料極集電体１３はステ
ンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金、或いはニ
ッケル、銀又は銅により多孔質に形成され、空気極集電
体１４はステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合
金、或いは銀又は白金により多孔質に形成される。

【００２１】セパレータ１２には、燃料ガスをセパレー
タ１２外周面から導入してセパレータ１２の燃料極集電
体１３に対向する面から吐出させるセパレータ用燃料通
路１８と、空気（酸化剤ガス）をセパレータ１２外周面
から導入してセパレータ１２の空気極集電体１４に対向
する面から吐出させるセパレータ用空気通路１９（セパ
レータ用酸化剤通路）とが形成される。セパレータ用燃
料通路１８は、セパレータ１２の外周面に臨むセパレー
タ用燃料入口１８ａと、セパレータ１２に隣接する燃料
極集電体１３の中央に臨むセパレータ用燃料出口１８ｂ
と、セパレータ１２内に設けられ上記セパレータ用燃料
入口１８ａ及びセパレータ用燃料出口１８ｂを連通する
セパレータ用燃料連通孔１８ｃとを有する。またセパレ
ータ用空気通路１９は、セパレータ１２の外周面に臨む
セパレータ用空気入口１９ａと、セパレータ１２に隣接
する空気極集電体１４の中央に臨むセパレータ用空気出
口１９ｂと、セパレータ１２内に設けられ上記セパレー
タ用空気入口１９ａ及びセパレータ用空気出口１９ｂを
連通するセパレータ用空気連通孔１９ｃとを有する。な
お、セパレータ用燃料通路１８とセパレータ用空気通路
１９は互いに連通しないように構成される。

【００２２】空気用端板１６には、空気を空気用端板１
６外周面から導入して空気用端板１６の空気極集電体１
４に対向する面から吐出させる端板用空気通路２１（端
板用酸化剤通路）が形成され、燃料用端板１７には、燃
料ガスを燃料用端板１７外周面から導入して燃料用端板
１７の燃料極集電体１３に対向する面から吐出させる端
板用燃料通路２２が形成される。端板用空気通路２１
は、空気用端板１６の外周面に臨む端板用空気入口２１
ａと、空気用端板１６に隣接する空気極集電体１４の中
央に臨む端板用空気出口２１ｂと、空気用端板１６内に
設けられ上記端板用空気入口２１ａ及び端板用空気出口
２１ｂを連通する端板用空気連通孔２１ｃとを有する。
また端板用燃料通路２２は燃料用端板１７の外周面に臨
む端板用燃料入口２２ａと、空気用端板１７に隣接する
燃料極集電体１３の中央に臨む端板用燃料出口２２ｂ
と、燃料用端板２２内に設けられ上記端板用燃料入口２
２ａ及び端板用燃料出口２２ｂを連通する端板用燃料連
通孔２２ｃとを有する。

【００２３】一方、図１及び図２に示すように、積層さ
れた発電セル１１の側方には、燃料用ディストリビュー
タ２３と空気用ディストリビュータ２４（酸化剤用ディ
ストリビュータ）がそれぞれ積層方向に延びかつ発電セ
ル１１の近傍に設けられる。燃料用ディストリビュータ
２３はセパレータ用燃料通路１８及び端板用燃料通路２
２にそれぞれ燃料用短管３１を通して燃料ガスを供給す
るように構成され、空気用ディストリビュータ２４はセ
パレータ用空気通路１９及び端板用空気通路２１にそれ
ぞれ空気用短管３２（酸化剤用短管）を通して空気を供
給するように構成される。

【００２４】上記燃料用ディストリビュータ２３は燃料
用短管３１と電気的に絶縁される。即ち、燃料用ディス
トリビュータ２３は、この実施の形態では、発電セル１
１への対向面に燃料側開口部２６ａを有しかつ金属材料
により箱状に形成された燃料用ディストリビュータ本体
２６と、燃料側開口部２６ａを閉止しかつ電気絶縁性を
有するセラミックにより形成された単一の板状の燃料用
蓋体２７とを備える。燃料用ディストリビュータ本体２
６は、上記燃料側開口部２６ａの周縁コーナ部にそれぞ
れ形成され燃料側固定ねじ３３が螺合可能な４つの燃料
側ねじ孔２６ｂと、底壁中央に形成され燃料供給パイプ
３６が接続された燃料用透孔２６ｃとを有する。また燃
料用蓋体２７は、セパレータ用燃料入口１８ａ及び端板
用燃料入口２２ａにそれぞれ対向して設けられ燃料用短
管３１を挿入可能な燃料用接続孔２７ａと、周縁コーナ
部に上記４つの燃料側ねじ孔２６ｂにそれぞれ対向して
形成され燃料側固定ねじ３３を遊挿可能な４つの燃料側
通孔２７ｂとを有する。なお、燃料側通孔２７ｂの孔径
は燃料用ディストリビュータ本体２６及び燃料用蓋体２
７の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するよう
に燃料側固定ねじ３３のねじ部３３ａより大径に形成さ
れる。

【００２５】また空気用ディストリビュータ２４は空気
用短管３２と電気的に絶縁される。即ち、空気用ディス
トリビュータ２４は、この実施の形態では、発電セル１
１への対向面に空気側開口部２８ａ（酸化剤側開口部）
を有しかつ金属材料により箱状に形成された空気用ディ
ストリビュータ本体２８（酸化剤用ディストリビュータ
本体）と、空気側開口部２８ａを閉止しかつ電気絶縁性
を有するセラミックにより形成された単一の板状の空気
用蓋体２９（酸化剤用蓋体）とを備える。空気用ディス
トリビュータ本体２８は、上記空気側開口部２８ａの周
縁コーナ部にそれぞれ形成され空気側固定ねじ３４（酸
化剤側固定ねじ）を螺合可能な４つの空気側ねじ孔２８
ｂ（酸化剤側ねじ孔）と、底壁中央に形成され空気供給
パイプ３７が接続された空気用透孔２８ｃとを有する。
また空気用蓋体２９は、セパレータ用空気入口１９ａ及
び端板用空気入口２１ａにそれぞれ対向して設けられ空
気用短管３２を挿入可能な空気用接続孔２９ａ（酸化剤
用接続孔）と、周縁コーナ部に上記４つの空気側ねじ孔
２８ｂにそれぞれ対向して形成され空気側固定ねじ３４
を遊挿可能な４つの空気側通孔２９ｂ（酸化剤側通孔）
とを有する。なお、空気側通孔２９ｂの孔径は空気用デ
ィストリビュータ本体２８及び空気用蓋体２９の熱膨張
及び熱収縮による変形量の差を吸収するように空気側固
定ねじ３４のねじ部３４ａより大径に形成される。

【００２６】燃料用ディストリビュータ本体２６、空気
用ディストリビュータ本体２７、燃料用短管３１及び空
気用短管３２はステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロ
ム基合金などの金属材料により形成され、燃料用蓋体２
７及び空気用蓋体２９はアルミナ、マグネシア等のセラ
ミック（電気絶縁材料）により形成される。なお、燃料
用ディストリビュータ本体及び空気用ディストリビュー
タ本体もセラミック（電気絶縁材料）により形成しても
よい。また燃料用ディストリビュータ本体２６の燃料側
開口部２６ａ周縁と燃料用蓋体２７周縁との間には、図
示しない燃料用シール部材を介装し、空気用ディストリ
ビュータ本体２８の空気側開口部２８ａ周縁と空気用蓋
体２９周縁との間には、図示しない空気用シール部材
（酸化剤用シール部材）を介装することが好ましい。こ
れらのシール部材としては、アルミナ短繊維の集合体
（アルミナウール）や、塗布後硬化させたシリカゾルな
どが挙げられる。

【００２７】また燃料側固定ねじ３３及び空気側固定ね
じ３４には、比較的柔らかいアルミナ短繊維の集合体
（アルミナウール）からなるワッシャ（図示せず）を用
いることが好ましい。このワッシャを用いることによ
り、燃料側固定ねじ３３の頭部３３ｂと燃料用蓋体２７
とが直接接触せずに柔らかいワッシャを介して接触する
ため脆い燃料用蓋体２７が破損せず、空気側固定ねじ３
４の頭部３４ｂと空気用蓋体２９とが直接接触せずに柔
らかいワッシャを介して接触するため脆い空気用蓋体２
９が破損しないようになっている。更に燃料用短管３１
とセパレータ用燃料入口１８ａとの接続部、燃料用短管
３１と端板用燃料入口２２ａとの接続部、燃料用短管３
１と燃料用接続孔２７ａとの接続部、空気用短管３２と
セパレータ用空気入口１９ａとの接続部、空気用短管３
２と端板用空気入口２１ａとの接続部、空気用短管３２
と空気用接続孔２９ａとの接続部には、ガラスやセメン
ト等の封止部材によりそれぞれ封止することが好まし
い。

【００２８】このように構成された燃料電池１０の動作
を説明する。燃料ガス（Ｈ₂、ＣＯ等）を燃料供給パイ
プ３６を通って燃料用ディストリビュータ２３に導入す
ると、この燃料ガスは燃料用短管３１及びセパレータ用
燃料通路１８を通ってセパレータ用燃料出口１８ｂから
燃料極集電体１３の中央に向って吐出するとともに、燃
料用短管３１及び端板用燃料通路２２を通って端板用燃
料出口２２ｂから燃料極集電体１３の中央に向って吐出
する。これにより燃料ガスは燃料極集電体１３内の気孔
を通過して燃料極層１１ｂの中央に速やかに供給され、
更に燃料極層１１ｂの中央から外周縁に向って流れる。
同時に空気を空気供給パイプ３７を通って空気用ディス
トリビュータ２４に導入すると、この空気は空気用短管
３２及びセパレータ用空気通路１９を通ってセパレータ
用空気出口１９ｂから空気極集電体１４の中央に向って
吐出するとともに、空気用短管３２及び端板用空気通路
２１を通って端板用空気出口２１ｂから空気極集電体１
４の中央に向って吐出する。これにより空気は空気極集
電体１４内の気孔を通過して空気極層１１ｃの中央に速
やかに供給され、更に空気極層１１ｃの中央から外周縁
に向って流れる。

【００２９】空気極層１１ｃに供給された空気は空気極
層１１ｃ内の気孔を通って固体電解質層１１ａとの界面
近傍に到達し、この部分で空気中の酸素は空気極層１１
ｃから電子を受け取って、酸化物イオン（Ｏ^2-）にイオ
ン化される。この酸化物イオンは燃料極層１１ｂの方向
に向って固体電解質層１１ａ内を拡散移動し、燃料極層
１１ｂとの界面近傍に到達すると、この部分で燃料ガス
と反応して反応生成物（Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂等）を生じ、燃料
極層１１ｂに電子を放出する。この電子を燃料極集電体
１３により取り出すことにより電流が発生し、電力が得
られる。

【００３０】一方、金属材料により形成された各燃料用
短管３１が電気絶縁材料により形成された燃料用蓋体２
７に接続されているため、各セパレータ１２、空気用端
板１６及び燃料用端板１７が燃料用ディストリビュータ
２３や空気用ディストリビュータ２４により電気的に短
絡されることはない。即ち、燃料用ディストリビュータ
２３に燃料用短管３１を介して接続された各セパレータ
１２及び燃料用端板１７がそれぞれ電気的に絶縁され、
空気用ディストリビュータ２４に空気用短管３２を介し
て接続された各セパレータ１２及び空気用端板１６がそ
れぞれ電気的に絶縁される。また金属材料により形成さ
れた燃料用ディストリビュータ本体２６の燃料側開口部
２６ａを、電気絶縁材料により形成された燃料用蓋体２
７により閉止し、かつ金属材料により形成された空気用
ディストリビュータ本体２８の空気側開口部２８ａを、
電気絶縁材料により形成された空気用蓋体２９により閉
止するという、比較的簡単な構造で上記電気的絶縁を確
保することができる。

【００３１】また上記燃料電池１０の発電運転を５００
℃以上で行うと、発電効率が向上する。このため燃料電
池１０には発電運転の開始及び停止の繰返しにより、室
温から５００℃以上までの熱サイクルが作用する。特
に、熱膨張係数の大きい金属製の燃料用ディストリビュ
ータ本体２６に熱膨張係数の小さいセラミック製の燃料
用蓋体２７が燃料側固定ねじ３３により固定され、熱膨
張係数の大きい金属製の空気用ディストリビュータ本体
２８に熱膨張係数の小さいセラミック製の空気用蓋体２
９が空気側固定ねじ３４により固定されているため、上
記熱サイクルにより、燃料用蓋体２７の燃料側固定ねじ
３３周辺と、空気用蓋体２９の空気側固定ねじ３４周辺
とにそれぞれ大きな力が作用しようとする。しかし、燃
料側固定ねじ３３のねじ部３３ａが遊挿される燃料側通
孔２７ｂの孔径がこのねじ部３３ａより一回り大きく形
成され、かつ空気側固定ねじ３４のねじ部３４ａが遊挿
される空気側通孔２９ｂの孔径がこのねじ部２９ｂより
一回り大きく形成されているため、燃料用ディストリビ
ュータ本体２６及び燃料用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮
による変形量の差と、空気用ディストリビュータ本体２
８及び空気用蓋体２９の熱膨張及び熱収縮による変形量
の差とを、通孔２７ｂ，２９ｂとねじ部３３ａ，３４ａ
との間に形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸
収できる。この結果、燃料用蓋体２６及び空気用蓋体２
９に大きな力が作用することはなく、燃料用蓋体２７及
び空気用蓋体２９が破損することはない。

【００３２】図３は本発明の第２の実施の形態を示す。
図３において図２と同一符号は同一部品を示す。この実
施の形態では、燃料用ディストリビュータ５３の燃料用
ディストリビュータ本体５６の燃料側開口部２６ａに燃
料用蓋体２７を収容可能な燃料側段差部５６ａが形成さ
れ、空気用ディストリビュータ５４の空気用ディストリ
ビュータ本体５８の空気側開口部２８ａに空気用蓋体２
９を収容可能な空気側段差部５８ａが形成される。燃料
用ディストリビュータ本体５６の燃料側開口部２６ａ周
縁と燃料用蓋体２７周縁との間には、図示しない燃料用
シール部材を介装し、空気用ディストリビュータ本体５
８の空気側開口部２８ａ周縁と空気用蓋体２９周縁との
間には、図示しない空気用シール部材（酸化剤用シール
部材）を介装することが好ましい。これらのシール部材
としては、ガラス製又はセメント製のシール材、アルミ
ナ短繊維の集合体（アルミナウール）、或いは塗布後硬
化させたシリカゾルなどが挙げられる。上記以外は第１
の実施の形態と同一に構成される。

【００３３】このように構成された燃料電池では、燃料
用蓋体２７を燃料用ディストリビュータ本体５６の燃料
側段差部５６ａに収容すると、燃料用蓋体２７の裏面周
縁のみならず燃料用蓋体２７の側面も燃料用ディストリ
ビュータ本体５６に接触するため、燃料用ディストリビ
ュータ５３内の燃料ガスのシール効果が高くなり、燃料
用蓋体２７及び燃料用ディストリビュータ本体５６間に
ガラス製のシール材等を充填すると、更に燃料用ディス
トリビュータ５３内の燃料ガスのシール効果が高くな
る。また空気用蓋体２９を空気用ディストリビュータ本
体５８の空気側段差部５８ａに収容すると、空気用蓋体
２９の裏面周縁のみならず空気用蓋体２９の側面も空気
用ディストリビュータ本体５８に接触するため、空気用
ディストリビュータ５４内の空気のシール効果が高くな
り、空気用蓋体２７及び空気用ディストリビュータ本体
５６間にガラス製のシール材等を充填すると、更に空気
用ディストリビュータ５３内の空気のシール効果が高く
なる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同
様であるので、繰返しの説明を省略する。

【００３４】なお、燃料用蓋体を燃料用ディストリビュ
ータ本体の燃料側段差部に収容するとともに、燃料用蓋
体及び燃料用ディストリビュータ本体間にガラス製又は
セメント製のシール部材を充填すると、このシール部材
がシール機能のみならず接着機能を有するので、燃料用
固定ねじを用いずに済む。また空気用蓋体を空気用ディ
ストリビュータ本体の空気側段差部に収容するととも
に、空気用蓋体及び空気用ディストリビュータ本体間に
ガラス製又はセメント製の空気用シール部材（酸化剤用
シール部材）を充填すると、このシール部材がシール機
能のみならず接着機能を有するので、空気用固定ねじを
用いずに済む。

【００３５】図４は本発明の第３の実施の形態を示す。
図４において図２と同一符号は同一部品を示す。この実
施の形態では、燃料用ディストリビュータ本体７６に燃
料側貫通孔７６ｂが形成され、燃料用蓋体２７に燃料側
通孔２７ｂが形成され、更に燃料側通孔２７ｂ及び燃料
側貫通孔７６ｂに通した燃料側固定ねじ８３を燃料側ナ
ット８６に螺合することにより燃料用蓋体２７が燃料用
ディストリビュータ本体７６に固定される。また空気用
ディストリビュータ本体７８に空気側貫通孔７８ｂ（酸
化剤側貫通孔）が形成され、空気用蓋体２９に空気側通
孔２９ｂ（酸化剤側通孔）が形成され、更に空気側通孔
２９ｂ及び空気側貫通孔７８ｂに通した空気側固定ねじ
８４を空気側ナット８７（酸化剤側ナット）に螺合する
ことにより空気用蓋体２９が空気用ディストリビュータ
本体７８に固定される。

【００３６】上記燃料側通孔２７ｂ又は燃料側貫通孔７
６ｂの孔径は燃料用ディストリビュータ本体７６及び燃
料用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸
収するように燃料側固定ねじ８３のねじ部８３ａより大
径に形成され、空気側通孔２９ｂ又は空気側貫通孔７８
ｂの孔径は空気用ディストリビュータ本体７８及び空気
用蓋体２９の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収
するように空気側固定ねじ８４のねじ部８４ａより大径
に形成される。また燃料用ディストリビュータ本体７３
の４つのコーナ部には、燃料側貫通孔７６ｂに挿通され
た燃料側固定ねじ８３のねじ部８３ａを露出させるため
の燃料側スリット７６ｄがそれぞれ形成され、空気用デ
ィストリビュータ本体７４の４つのコーナ部には、空気
側貫通孔７８ｂに連通された空気側固定ねじ８４のねじ
部８４ａを露出させるための空気側スリット７８ｄ（酸
化剤側スリット）が形成される。更に燃料用ディストリ
ビュータ本体７６の上下面には、この燃料用ディストリ
ビュータ本体７６に燃料ガスを導入するための一対の燃
料用透孔２６ｃ，２６ｃがそれぞれ形成され、空気用デ
ィストリビュータ本体７８の上下面には、空気用ディス
トリビュータ本体７８に空気を導入するための一対の空
気用透孔２８ｃ，２８ｃがそれぞれ形成される。なお、
図４中の符号８３ｂ及び８４ｂは燃料側固定ねじ及び空
気側固定ねじの頭部である。上記以外は第１の実施の形
態と同一に構成される。

【００３７】このように構成された燃料電池では、発電
運転の開始及び停止の繰返しにより大きな温度差の熱サ
イクルが燃料用ディストリビュータ７３に作用するけれ
ども、燃料側通孔２７ｂ又は燃料側貫通孔７６ｂの孔径
が燃料側固定ねじ８３のねじ部８３ａの外径より大きく
形成されているため、燃料用ディストリビュータ本体７
６及び燃料用蓋体２７の熱膨張及び熱収縮による変形量
の差を、上記燃料側通孔２７ｂ又は燃料側貫通孔７６ｂ
と燃料側固定ねじ８３との間に形成された比較的大きな
隙間によりそれぞれ吸収できる。また空気用ディストリ
ビュータ７４にも上記と同様に大きな温度差の熱サイク
ルが作用するけれども、空気側通孔２９ｂ又は空気側貫
通孔７８ｂの孔径が空気側固定ねじ８４のねじ部８４ａ
の外径より大きく形成されているため、空気用ディスト
リビュータ本体７８及び空気用蓋体２９の熱膨張及び熱
収縮による変形量の差を、上記空気側通孔２９ｂ又は空
気側貫通孔７８ｂと空気側固定ねじ８４との間に形成さ
れた比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。この
結果、燃料用蓋体２７及び空気用蓋体２９に大きな力が
作用することはなく、燃料用蓋体２７及び空気用蓋体２
９が破損することはない。

【００３８】また燃料側固定ねじ８３及び燃料側ナット
８６を用いて燃料用ディストリビュータ本体７６に燃料
用蓋体２７を固定した状態で、燃料電池を作動させるた
めに燃料電池及び燃料用ディストリビュータ７３を高温
にすると、上記燃料側固定ねじ８３及び燃料側ナット８
６が焼付いて燃料側ナット８６が燃料側固定ねじ８３か
ら外れなくなる場合がある。このとき燃料側スリット７
６ｄから露出する燃料側固定ねじ８３のねじ部８３ａを
金工用鋸等にて切断することにより、燃料側固定ねじ８
３が燃料側貫通孔７６ｂ及び燃料側通孔２７ｂから容易
に抜ける。この結果、燃料用蓋体２７を燃料用ディスト
リビュータ本体７６から外すことができるので、燃料用
ディストリビュータ７３の点検等を容易に行うことがで
きる。

【００３９】一方、空気側固定ねじ８４及び空気側ナッ
ト８７を用いて空気用ディストリビュータ本体７８に空
気用蓋体２９を固定した状態で、燃料電池を作動させる
ために燃料電池及び空気用ディストリビュータ７４を高
温にすると、上記空気側固定ねじ８４及び空気側ナット
８７が焼付いて空気側ナット８７が空気側固定ねじ８４
から外れなくなる場合がある。このとき空気側スリット
７８ｄから露出する空気側固定ねじ８４を金工用鋸等に
て切断することにより、空気側固定ねじ８４が空気側貫
通孔７８ｂ及び空気側通孔２９ｂから容易に抜ける。こ
の結果、空気用蓋体２９を空気用ディストリビュータ本
体７８から外すことができるので、空気用ディストリビ
ュータ７４の点検等を容易に行うことができる。

【００４０】更に燃料用ディストリビュータ本体７６の
上下面に一対の燃料用透孔２６ｃ，２６ｃをそれぞれ形
成し、空気用ディストリビュータ本体７８の上下面に一
対の空気用透孔２８ｃ，２８ｃをそれぞれ形成したの
で、各セパレータのセパレータ用燃料通路に略同一流量
の燃料ガスをそれぞれ供給でき、各セパレータのセパレ
ータ用空気通路に略同一流量の空気をそれぞれ供給する
ことができる。

【００４１】図５は本発明の第４の実施の形態を示す。
図５において図２と同一符号は同一部品を示す。この実
施の形態では、燃料用ディストリビュータ本体９６は一
方の側面及び両端が開口する角筒状に形成され、空気用
ディストリビュータ本体９８は一方の側面及び両端が開
口する角筒状に形成される。燃料用ディストリビュータ
本体９６の両端には一対の燃料側閉止板９６ａ，９６ｂ
が溶接又はボルトにより固着され、空気用ディストリビ
ュータ本体９８の両端には一対の空気側閉止板９８ａ，
９８ｂが溶接又はボルトにより固着される。上記以外は
第１の実施の形態と同一に構成される。

【００４２】このように構成された燃料電池のディスト
リビュータ構造では、燃料用ディストリビュータ本体９
６及び空気用ディストリビュータ本体９８を鋳造する場
合、大きな金型が不要になり、また押出し成型又は引抜
き成型により角筒状に形成された材料を用いることによ
り、ブロックから削り出す必要がないので、これらのデ
ィストリビュータ本体９６，９８の製作コストを低減で
きる。上記以外の動作は第１の実施の形態と略同様であ
るので、繰返しの説明を省略する。

【００４３】なお、上記第１〜第４の実施の形態では、
酸化剤ガスとして空気を用いたが、酸素又はその他の酸
化剤ガスを用いてもよい。また、上記第１〜第４の実施
の形態では、燃料電池として、発電セルが燃料極層及び
空気極層（酸化剤極層）にて固体電解質層を挟持して構
成された固体酸化物型の燃料電池を挙げたが、固体高分
子型燃料電池や炭酸溶融塩型燃料電池や燐酸型燃料電池
などでもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃
料用ディストリビュータ本体及び酸化剤用ディストリビ
ュータ本体を金属材料により箱状又は筒状に形成し、電
気絶縁材料により形成された単一の板状の燃料用蓋体に
複数の燃料用短管を直接接続しかつこの燃料用蓋体によ
り燃料用ディストリビュータ本体の燃料側開口部を閉止
し、更に電気絶縁材料により形成された単一の板状の酸
化剤用蓋体に複数の酸化剤用短管を直接接続しかつこの
酸化剤用蓋体により酸化剤用ディストリビュータ本体の
酸化剤側開口部を閉止したので、各セパレータが燃料用
ディストリビュータ及び酸化剤用ディストリビュータに
より電気的に短絡されず、各セパレータはそれぞれ電気
的に絶縁される。また燃料用ディストリビュータ本体の
燃料側開口部を燃料用蓋体により閉止し、酸化剤用ディ
ストリビュータ本体の酸化剤側開口部を酸化剤用蓋体に
より閉止するだけで済むので、構造が簡単であり組立工
数を低減できる。

【００４５】また発電に寄与しないディストリビュータ
の基体部が固体電解質膜に接合されるため、発電に寄与
する固体電解質膜の表面積を狭め、発電効率が低下する
従来の固体電解質形燃料電池と比較して、本発明では、
発電セルの表面を全て発電に寄与させることができるの
で、発電効率を向上できる。また反応ガス供給管の一部
又は全部が比較的脆いセラミック管により形成されるた
め、熱応力により反応ガス供給管が損傷するおそれがあ
る従来の固体酸化物型燃料電池と比較して、本発明で
は、比較的厚い板状の燃料用蓋体及び酸化剤蓋体がセラ
ミック等の脆い材料により形成されるので、熱応力が作
用しても損傷することはない。また燃料用短管及び酸化
剤用短管を堅牢な金属管で形成できるので、これらの短
管の組付作業をそれ程慎重に行う必要がなく、これらの
短管の組付作業時間の増大を防止できるとともに上記短
管の熱応力による損傷を防止できる。

【００４６】また燃料用ディストリビュータ本体及び燃
料用蓋体の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収す
るように、燃料側通孔の孔径を燃料側固定ねじより大径
に形成すれば、燃料側通孔の孔径が燃料側固定ねじより
大きく形成されているため、熱サイクルによる燃料用デ
ィストリビュータ本体及び燃料用蓋体の変形量の差を、
上記燃料側通孔と燃料側固定ねじとの間に形成された比
較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。この結果、
燃料用蓋体に大きな力が作用することはなく、燃料用蓋
体が破損することはない。また酸化剤用ディストリビュ
ータ本体及び酸化剤用蓋体の熱膨張及び熱収縮による変
形量の差を吸収するように、酸化剤側通孔の孔径を酸化
剤側固定ねじより大径に形成すれば、酸化剤側通孔の孔
径が酸化剤側固定ねじより大きく形成されているため、
熱サイクルによる酸化剤用ディストリビュータ本体及び
酸化剤用蓋体の変形量の差を、上記酸化剤側通孔と酸化
剤側固定ねじとの間に形成された比較的大きな隙間によ
りそれぞれ吸収できる。この結果、酸化剤用蓋体に大き
な力が作用することはなく、酸化剤用蓋体が破損するこ
とはない。

【００４７】また燃料用ディストリビュータ本体に燃料
側貫通孔を形成し、燃料用蓋体に燃料側通孔を形成し、
燃料側通孔及び燃料側貫通孔に通した燃料側固定ねじを
燃料側ナットに螺合することにより燃料用蓋体を燃料用
ディストリビュータ本体に固定し、更に燃料側通孔又は
燃料側貫通孔の孔径を燃料用ディストリビュータ本体及
び燃料用蓋体の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸
収するように燃料側固定ねじより大径に形成すれば、上
記と同様に燃料用蓋体に大きな力が作用せず、燃料用蓋
体の破損を防止できる。また酸化剤用ディストリビュー
タ本体に酸化剤側貫通孔を形成し、酸化剤用蓋体に酸化
剤側通孔を形成し、酸化剤側通孔及び酸化剤側貫通孔に
通した酸化剤側固定ねじを酸化剤側ナットに螺合するこ
とにより酸化剤用蓋体を酸化剤用ディストリビュータ本
体に固定し、更に酸化剤側通孔又は酸化剤側貫通孔の孔
径を酸化剤用ディストリビュータ本体及び酸化剤用蓋体
の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように
酸化剤側固定ねじより大径に形成すれば、上記と同様に
酸化剤用蓋体に大きな力が作用せず、酸化剤用蓋体の破
損を防止できる。また燃料用ディストリビュータ本体の
燃料側開口部周縁と燃料用蓋体の周縁との間に、ガラス
製又はセメント製の燃料用シール部材を充填したり、或
いは酸化剤用ディストリビュータ本体の酸化剤側開口部
周縁と酸化剤用蓋体の周縁との間に、ガラス製又はセメ
ント製の酸化剤用シール部材が充填すれば、燃料用ディ
ストリビュータ内の燃料ガスのシール効果及び酸化剤用
ディストリビュータ内の酸化剤ガスのシール効果をそれ
ぞれ高めることができる。

【００４８】また燃料側貫通孔に挿通された燃料側固定
ねじのねじ部を露出させるための燃料側スリットを燃料
用ディストリビュータ本体に形成し、或いは酸化剤側貫
通孔に連通された酸化剤側固定ねじのねじ部を露出させ
るための酸化剤側スリットを酸化剤用ディストリビュー
タ本体に形成すれば、燃料側固定ねじ及び燃料側ナット
が焼付き、或いは酸化剤側固定ねじ及び酸化剤側ナット
が焼付いても、燃料側スリットから露出する燃料側固定
ねじ、或いは酸化剤側スリットから露出する酸化剤側固
定ねじを切断することにより、燃料側固定ねじが燃料側
貫通孔及び燃料側通孔から容易に抜け、或いは酸化剤側
固定ねじが酸化剤側貫通孔及び酸化剤側通孔から容易に
抜けるので、燃料用蓋体を燃料用ディストリビュータ本
体から外し、酸化剤用蓋体を酸化剤用ディストリビュー
タ本体から外すことができる。更に燃料用ディストリビ
ュータ本体に燃料ガスを導入するための一対の燃料用透
孔を燃料用ディストリビュータ本体の上下面にそれぞれ
形成し、或いは酸化剤用ディストリビュータ本体に酸化
剤ガスを導入するための一対の酸化剤用透孔を酸化剤用
ディストリビュータ本体の上下面にそれぞれ形成すれ
ば、燃料ガス或いは酸化剤ガスを各セパレータに略均一
に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施形態の燃料電池の縦断面図。

【図２】その燃料電池の燃料用ディストリビュータ及び
空気用ディストリビュータの分解斜視図。

【図３】本発明第２実施形態を示す図２に対応する分解
斜視図。

【図４】本発明第３実施形態を示す図２に対応する分解
斜視図。

【図５】本発明第４実施形態を示す図２に対応する分解
斜視図。

【符号の説明】

１０ 燃料電池 １１ 発電セル １１ａ 固体電解質層 １１ｂ 燃料極層 １１ｃ 空気極層（酸化剤極層） １２ セパレータ １８ セパレータ用燃料通路 １９ セパレータ用空気通路（セパレータ用酸化剤通
路） ２３，５３，７３，９３ 燃料用ディストリビュータ ２４，５４，７４，９４ 空気用ディストリビュータ
（酸化剤用ディストリビュータ） ２６，５６，７６，９６ 燃料用ディストリビュータ本
体 ２６ａ 燃料側開口部 ２６ｂ 燃料側ねじ孔 ２７ 燃料用蓋体 ２７ａ 燃料用接続孔 ２７ｂ 燃料側通孔 ２８，５８，７８，９８ 空気用ディストリビュータ本
体（酸化剤用ディストリビュータ本体） ２８ａ 空気側開口部（酸化剤側開口部） ２８ｂ 空気側ねじ孔（酸化剤側ねじ孔） ２９ 空気用蓋体（酸化剤用蓋体） ２９ａ 空気用接続孔（酸化剤用接続孔） ２９ｂ 空気側通孔（酸化剤側通孔） ３１ 燃料用短管 ３２ 空気用短管（酸化剤用短管） ３３，８３ 燃料側固定ねじ ３４，８４ 空気側固定ねじ（酸化剤側固定ねじ） ７６ｂ 燃料側貫通孔 ７６ｃ 燃料側透孔 ７６ｄ 燃料側スリット ７８ｂ 空気側貫通孔（酸化剤側貫通孔） ７８ｃ 空気側透孔（酸化剤側透孔） ７８ｄ 空気側スリット（酸化剤側スリット） ８６ 燃料側ナット ８７ 空気側ナット（酸化剤側ナット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC06 CC08 CC10 CX06 CX07 EE12

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電セル(12)と前記発電セル(12)に燃料
   ガスを供給可能な燃料供給通路(23,26)と前記発電セル
   (12)に酸化剤ガスを供給可能な酸化剤供給通路(24,27)
   とを有する燃料電池(11)と、 前記燃料電池(11)の近傍に設けられ前記燃料供給通路(2
   3,26)に燃料用短管(28)を通して燃料ガスを供給する燃
   料用ディストリビュータ(13)と、 前記燃料電池(11)の近傍に設けられ前記酸化剤供給通路
   (24,27)に酸化剤用短管(29)を通して酸化剤ガスを供給
   する酸化剤用ディストリビュータ(14)とを備えた燃料電
   池モジュールにおいて、 前記燃料用ディストリビュータ(23)が、箱状又は筒状の
   金属材料により形成された燃料用ディストリビュータ本
   体(26)と、前記燃料用ディストリビュータ本体(26)の燃
   料側開口部(26a)を閉止するとともに複数の燃料用短管
   (31)が直接接続されかつ電気絶縁材料により形成された
   単一の板状の燃料用蓋体(27)とを有し、 前記酸化剤用ディストリビュータ(24)が、箱状又は筒状
   の金属材料により形成された酸化剤用ディストリビュー
   タ本体(28)と、前記酸化剤用ディストリビュータ本体(2
   8)の酸化剤側開口部(28a)を閉止するとともに複数の酸
   化剤用短管(32)が直接接続されかつ電気絶縁材料により
   形成された単一の板状の酸化剤用蓋体(29)とを有するこ
   とを特徴とする燃料電池のディストリビュータ構造。
2. 【請求項２】 発電セル(12)が固体電解質層(12a)とこ
   の固体電解質層(12a)の両面に配設された燃料極層(12b)
   及び酸化剤極層(12c)とからなり、燃料電池(11)が前記
   発電セル(12)を（ｎ＋１）個（ｎは正の整数である。）
   積層して構成され、 ｉ番目（ｉ＝１，２，…，ｎ）の発電セル(11)の燃料極
   層(11b)とこの燃料極層(11b)に隣接する（ｉ＋１）番目
   の発電セル(11)の酸化剤極層(11c)との間に金属材料に
   より板状に形成されたセパレータ(12)がそれぞれ１枚ず
   つ合計ｎ枚介装され、 前記ｎ枚のセパレータ(12)が燃料ガスをセパレータ(12)
   外周面から導入して前記セパレータ(12)の燃料極集電体
   (13)に対向する面から吐出させるセパレータ用燃料通路
   (18)と、酸化剤ガスを前記セパレータ(12)外周面から導
   入して前記セパレータ(12)の酸化剤極集電体(14)に対向
   する面から吐出させるセパレータ用酸化剤通路(19)とを
   それぞれ有し、 燃料用ディストリビュータ(23)が前記発電セル(11)の積
   層方向に延びて設けられ、 酸化剤用ディストリビュータ(24)が前記発電セル(11)の
   積層方向に延びて設けられた請求項１記載の燃料電池の
   ディストリビュータ構造。
3. 【請求項３】 燃料用ディストリビュータ本体(26)に燃
   料側ねじ孔(26b)が形成され、燃料用蓋体(27)に燃料側
   通孔(27b)が形成され、前記燃料側通孔(27b)に通した燃
   料側固定ねじ(33)を前記燃料側ねじ孔(26b)に螺合する
   ことにより前記燃料用蓋体(27)が前記燃料用ディストリ
   ビュータ本体(26)に固定され、更に前記燃料側通孔(27
   b)の孔径が前記燃料用ディストリビュータ本体(26)及び
   前記燃料用蓋体(27)の熱膨張及び熱収縮による変形量の
   差を吸収するように前記燃料側固定ねじ(33)より大径に
   形成された請求項１又は２記載の燃料電池のディストリ
   ビュータ構造。
4. 【請求項４】 酸化剤用ディストリビュータ本体(28)に
   酸化剤側ねじ孔(28b)が形成され、酸化剤用蓋体(29)に
   酸化剤側通孔(29b)が形成され、前記酸化剤側通孔(29b)
   に通した酸化剤側固定ねじ(34)を前記酸化剤側ねじ孔(2
   8b)に螺合することにより前記酸化剤用蓋体(29)が前記
   酸化剤用ディストリビュータ本体(28)に固定され、更に
   前記酸化剤側通孔(29b)の孔径が前記酸化剤用ディスト
   リビュータ本体(28)及び前記酸化剤用蓋体(29)の熱膨張
   及び熱収縮による変形量の差を吸収するように前記酸化
   剤側固定ねじ(34)より大径に形成された請求項１ないし
   ３いずれか記載の燃料電池のディストリビュータ構造。
5. 【請求項５】 燃料用ディストリビュータ本体(76)に燃
   料側貫通孔(76b)が形成され、燃料用蓋体(27)に燃料側
   通孔(27b)が形成され、前記燃料側通孔(27b)及び前記燃
   料側貫通孔(76b)に通した燃料側固定ねじ(83)を燃料側
   ナット(86)に螺合することにより前記燃料用蓋体(27)が
   前記燃料用ディストリビュータ本体(76)に固定され、更
   に前記燃料側通孔(27b)又は前記燃料側貫通孔(76b)の孔
   径が前記燃料用ディストリビュータ本体(76)及び前記燃
   料用蓋体(27)の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸
   収するように前記燃料側固定ねじ(83)より大径に形成さ
   れた請求項１又は２記載の燃料電池のディストリビュー
   タ構造。
6. 【請求項６】 酸化剤用ディストリビュータ本体(78)に
   酸化剤側貫通孔(78b)が形成され、酸化剤用蓋体(29)に
   酸化剤側通孔(29b)が形成され、前記酸化剤側通孔(29b)
   及び前記酸化剤側貫通孔(78b)に通した酸化剤側固定ね
   じ(84)を酸化剤側ナット(87)に螺合することにより前記
   酸化剤用蓋体(29)が前記酸化剤用ディストリビュータ本
   体(78)に固定され、更に前記酸化剤側通孔(29b)又は前
   記酸化剤側貫通孔(78b)の孔径が前記酸化剤用ディスト
   リビュータ本体(78)及び前記酸化剤用蓋体(29)の熱膨張
   及び熱収縮による変形量の差を吸収するように前記酸化
   剤側固定ねじ(84)より大径に形成された請求項１ないし
   ３いずれか記載の燃料電池のディストリビュータ構造。
7. 【請求項７】 燃料用ディストリビュータ本体の燃料側
   開口部周縁と燃料用蓋体の周縁との間に、ガラス製又は
   セメント製の燃料用シール部材が充填された請求項１、
   ２、３又は５いずれか記載の燃料電池のディストリビュ
   ータ構造。
8. 【請求項８】 酸化剤用ディストリビュータ本体の酸化
   剤側開口部周縁と酸化剤用蓋体の周縁との間に、ガラス
   製又はセメント製の酸化剤用シール部材が充填された請
   求項１、２、４又は６いずれか記載の燃料電池のディス
   トリビュータ構造。
9. 【請求項９】 燃料側貫通孔(76b)に挿通された燃料側
   固定ねじ(83)のねじ部(83a)を露出させるための燃料側
   スリット(76d)が燃料用ディストリビュータ本体(76)に
   形成された請求項５記載の燃料電池のディストリビュー
   タ構造。
10. 【請求項１０】 酸化剤側貫通孔(78b)に連通された酸
    化剤側固定ねじ(84)のねじ部(84a)を露出させるための
    酸化剤側スリット(78d)が酸化剤用ディストリビュータ
    本体(78)に形成された請求項６記載の燃料電池のディス
    トリビュータ構造。
11. 【請求項１１】 燃料用ディストリビュータ本体(76)に
    燃料ガスを導入するための一対の燃料用透孔(26c,26c)
    が前記燃料用ディストリビュータ本体(76)の上下面にそ
    れぞれ形成された請求項１、２、３、５、７又は９いず
    れか記載の燃料電池のディストリビュータ構造。
12. 【請求項１２】 酸化剤用ディストリビュータ本体(78)
    に酸化剤ガスを導入するための一対の酸化剤用透孔(28
    c,28c)が前記酸化剤用ディストリビュータ本体(78)の上
    下面にそれぞれ形成された請求項１、２、４、６、８又
    は１０いずれか記載の燃料電池のディストリビュータ構
    造。