JP2009093841A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成で、燃料電池の電力を良好且つ確実に検出するとともに、発電電力の自由度を向上させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質・電極接合体２６を挟持するセパレータ２８を備える。セパレータ２８は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部３２と、前記燃料ガス供給部３２から外方に放射状に延在する４本の第１橋架部３４と、前記第１橋架部３４に連結され、燃料ガス通路４０及び酸化剤ガス通路５４が設けられる挟持部３６とを備える。燃料電池１０は、互いに積層方向に隣接する突出部５６が、燃料ガス供給部３２を中心にして、９０゜ずつ螺旋状に離間するように積層される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。

通常、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池スタックでは、各燃料電池が正常に発電しているか否かを検出するため、前記燃料電池毎の電圧（セル電圧）を測定することが行われている。この測定では、負荷をかけていない状態（電流を流していない状態）で、各燃料電池の発電電圧であるＯＣＶ（開回路電圧）を測定することにより、負荷をかけている状態（電流を流している状態）で、各燃料電池の発電電圧を測定すること等により、発電異常な燃料電池を検出している。

例えば、特許文献１に開示されているセル電圧測定端子付き燃料電池スタックは、固体高分子形燃料電池であり、図３５に示すように、セパレータ１ａを備えている。このセパレータ１ａには、空気吸気通路２ａ、冷却水通路３ａ、水素吸気通路４ａ、空気排気通路５ａ及び水素排気通路６ａが形成されている。

セパレータ１ａの１つの端面には、ピン状の電圧測定端子７ａが溶接されている。電圧測定端子７ａは、陽極側のセパレータ１ａと陰極側のセパレータ１ａとで異なる端面に配置され、または同一端面で位置をずらして配置されている。

また、特許文献２に開示されている固体電解質型燃料電池では、反応ガス供給管同士の接触と短絡を防止して組立てを容易に行うことを目的としており、図３６に示すように、単セルとセパレータ１ｂとが交互に積層されている。各セパレータ１ｂの燃料ガス供給口２ｂと酸化剤ガス供給口３ｂとは、周方向に９０゜ずつ交互にずらして千鳥状に配列されている。

さらにまた、特許文献３に開示されている平板積層型燃料電池は、図３７に示すように、発電セルに積層されるセパレータ１ｃを備えている。セパレータ１は、左右のマニホールド部分２ｃ、２ｃと、中央の発電セルを配置する部分３ｃとが、連結部分４ｃ、４ｃにより連結されており、この連結部分４ｃが可撓性を有している。

マニホールド部分２ｃ、２ｃには、ガス孔５ｃ、６ｃが設けられており、一方のガス孔５ｃは、燃料ガス通路７ｃに連通するとともに、他方のガス孔６ｃは、酸化剤ガス通路８ｃに連通している。燃料ガス通路７ｃ及び酸化剤ガス通路８ｃは、部分３ｃ内にらせん状に延在しており、この部分３ｃの中央部近傍で、図示しない燃料極集電体及び空気極集電体に開放されている。

特開平１１−３３９８２８号公報 特開２００２−１８４４４８号公報 特開２００６−１２０５８９号公報

ところで、上記の特許文献１では、セパレータ１ａの中央部にＭＥＡを挟持する挟持部が設けられており、この挟持部を中心に、空気吸気通路２ａと空気排気通路５ａ及び水素吸気通路４ａと水素排気通路６ａが対角線上に配置されている。

このため、燃料電池（燃料電池スタック）に供給される反応ガスを、発電による発生熱で良好に加熱することができず、熱効率の向上及び熱自立の促進を図ることができないという問題がある。

しかも、反応ガスのシール性が要求されるセパレータ１ａの端面に、突起状の電圧測定端子７ａが設けられている。このセパレータ１ａの端面は、セパレータ積層方向のシール荷重が最も必要な箇所であり、比較的大きな締め付け荷重が付与されるため、電圧測定端子７ａ同士が干渉して短絡したり、空気や水素等の漏れが惹起するおそれがある。

また、特許文献２では、ＭＥＡを挟持する挟持部がセパレータ１ｂの中央部に設けられており、この挟持部を中心にそれぞれ２つの燃料ガス供給口２ｂと酸化剤ガス供給口３ｂとが対角線上に配置されていている。

従って、燃料電池（燃料電池スタック）に供給される反応ガスを、発電による発生熱で良好に加熱することができず、熱効率の向上及び熱自立の促進を図ることができないという問題がある。

さらにまた、特許文献３では、セパレータ１ｃの中央に発電セルを配置する部分３ｃが設けられており、燃料電池の発電による発生熱で燃料ガスや酸化剤ガスを良好に加熱することができない。このため、熱効率の向上及び熱自立の促進を図ることができないという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、コンパクトな構成で、セル電圧を良好且つ確実に検出するとともに、熱効率の向上及び熱自立の促進を図り、且つ発電電力の自由度を向上させることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関するものである。

セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路及びカソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が個別に設けられる挟持部と、前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための反応ガス供給通路が形成される橋架部と、前記橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される反応ガス供給部と、前記挟持部の少なくとも１つに設けられ、前記電解質・電極接合体の発電による電力を取り出すための突出部とを備えている。

そして、燃料電池は、互いに積層方向に隣接する突出部が、反応ガス供給部を中心にして、２π（１８０゜）／ｎ（ｎは、電解質・電極接合体、挟持部又は橋架部の数）の関係を有して等角度間隔ずつ螺旋状に離間するように積層されている。

また、反応ガス供給部は、燃料電池の中央部に設けられるとともに、前記反応ガス供給部を中心に複数の電解質・電極接合体が同心円上に配列されることが好ましい。このため、燃料電池や燃料電池スタックに供給される反応ガスは、発電による発生熱を介して良好に加熱される。従って、燃料電池や燃料電池スタックは、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池や燃料電池スタックの動作温度を維持することをいう。

しかも、反応ガス供給部から各電解質・電極接合体に対して反応ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。

さらに、挟持部及び電解質・電極接合体は、円板形状を有するとともに、前記各挟持部は、互いに分離して構成されることが好ましい。挟持部は、電解質・電極接合体に対応して円板形状を有するため、前記電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。

しかも、各挟持部は、互いに分離しており、電解質・電極接合体やセパレータの寸法誤差によって各電解質・電極接合体に発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。従って、セパレータ全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体に対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体の熱歪み等が隣接する他の電解質・電極接合体に伝達されることがなく、前記電解質・電極接合体間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池全体の小型化が容易に図られる。

さらにまた、橋架部は、反応ガス供給部から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されることが好ましい。このため、反応ガス供給部から橋架部を介して各電解質・電極接合体に対して反応ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。

また、挟持部及び橋架部は、電解質・電極接合体の数に対応する数に設定されることが好ましい。反応ガス供給部から各橋架部及び各挟持部を介して各電解質・電極接合体に反応ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。

さらに、反応ガス供給部を中心に４つの電解質・電極接合体が同心円上に配列されるとともに、燃料電池は、互いに積層方向に隣接する突出部が、前記反応ガス供給部を中心にしてπ（１８０゜）／２の関係を有して等角度間隔ずつ螺旋状に離間するように積層されることが好ましい。

反応ガス供給部を中心に４つの電解質・電極接合体が同心円上に配列されているため、燃料電池や燃料電池スタックに供給される反応ガスは、発電による発生熱を介して良好に加熱される。従って、燃料電池や燃料電池スタックは、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。

しかも、セパレータの面内には、４つの電解質・電極接合体が同心円上に配列されている。このため、セパレータの面内に２以上の同一形状且つ同一面積の電解質・電極接合体が同心円上に配列される燃料電池構造の中、最良の空間効率を得ることができる。

具体的には、４つの電解質・電極接合体の外接円面積に占める前記電解質・電極接合体の専有面積は、例えば、３つ以下の電解質・電極接合体の外接円面積に占める前記電解質・電極接合体の専有面積よりも大きくなる。これにより、電解質・電極接合体の非専有率を最小化することができ、セパレータの面内での空間効率の向上が図られる。

一方、発電出力当たりのスタック体積は、例えば、５つ以上の電解質・電極接合体が配列される燃料電池スタックのスタック体積よりも小さくなる。従って、同一の発電出力を得るために必要な燃料電池が積層された燃料電池スタックでは、スタック体積が小さくなり、前記燃料電池スタックのコンパクト化が容易に図られる。

しかも、発電出力当たりのスタック表面積は、例えば、５つ以上の電解質・電極接合体が配列される燃料電池スタックのスタック表面積よりも小さくなる。このため、燃料電池スタックからの放熱を最小化することができ、熱効率の向上及び熱自立の促進を図ることが可能になる。

さらにまた、燃料電池スタックは、複数の燃料電池に積層方向に荷重を付与する荷重付与機構を備え、前記荷重付与機構は、反応ガス供給部の近傍に付与される積層方向の荷重が、電解質・電極接合体に付与される積層方向の荷重よりも大きく設定可能に構成されることが好ましい。これにより、反応ガス供給部には、比較的大きな締め付け荷重が付与されることによって、前記反応ガス供給部のシール性を良好に維持することができる。一方、電解質・電極接合体には、比較的小さな締め付け荷重が付与されることによって、前記電解質・電極接合体の破損等を阻止するとともに、集電性を高めることが可能になる。

また、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。高温型燃料電池に適用することにより、特に懸念される熱応力による影響を良好に回避することができ、燃料電池の小型化が容易に図られる。

本発明によれば、挟持部の少なくとも１つに、電解質・電極接合体の発電による電力を取り出すための突出部が設けられるため、各段の燃料電池の電力取り出し及び計測が容易に可能になる。従って、燃料電池毎の発電異常を確実に検知することができるとともに、燃料電池スタック全体のコンパクト化に対応した薄板状金属セパレータに良好に適用することが可能になる。

しかも、燃料電池は、互いに積層方向に隣接する突出部が、反応ガス供給部を中心にして、２π（１８０゜）／ｎの関係を有して等角度間隔ずつ螺旋状に離間するように積層されている。このため、各突出部は、積層方向に近接することがなく、例えば、前記突出部が変形した際に、隣接する他の突出部に接触して短絡することを有効に阻止することができる。

さらに、突出部を利用して、燃料電池の積層時にセパレータ枚数の確認及び位置決めを正確且つ容易に行うことが可能になる。その上、燃料電池の積層時に厚さが大きくなり易い突出部は、位相を異にして積層されるため、積層方向に対して燃料電池スタック全体のコンパクト化が容易に図られる。

図１は、燃料電池１０が矢印Ａ方向に複数積層された本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１２の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池スタック１２の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。

燃料電池１０は、固体電解質型燃料電池であり、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池１０は、図３及び図４に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）２０の両面に、カソード電極２２及びアノード電極２４が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）２６を備える。電解質・電極接合体２６は、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。

燃料電池１０は、各セパレータ２８間に４つの電解質・電極接合体２６が、このセパレータ２８の中心部である燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３０を中心に同心円上に配列される。

セパレータ２８は、図３に示すように、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ２８は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部（反応ガス供給部）３２を有する。この燃料ガス供給部３２から外方に等角度間隔（９０゜間隔）ずつ離間して放射状に延在する４本の第１橋架部３４を介して比較的大径な挟持部３６が一体的に設けられる。燃料ガス供給部３２と各挟持部３６との中心間距離は、同一距離に設定される。

各挟持部３６は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法の円板形状に設定されており、互いに分離して構成される。挟持部３６には、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔３８が、例えば、前記挟持部３６の中心又は中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定される。

各挟持部３６のアノード電極２４に接触する面３６ａには、前記アノード電極２４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４０が形成される。面３６ａには、燃料ガス通路４０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４２と、アノード電極２４に接触するとともに、前記燃料ガスが燃料ガス供給孔３８から前記燃料ガス排出通路４２に直線状に流れることを阻止する迂回路形成用の円弧状壁部４４とが設けられる。

円弧状壁部４４は、略馬蹄形状を有し、その先端側内部に燃料ガス供給孔３８が配置される一方、その基端部側（第１橋架部３４側）に燃料ガス排出通路４２が設けられる。面３６ａには、燃料ガス通路４０側に突出してアノード電極２４の外周縁部に接触する外縁周回用凸部４６と、前記アノード電極２４に接触する複数の突起部４８とが設けられる。

凸部４６は、燃料ガス排出通路４２に対応して一部が切り欠かれた略リング状を有するとともに、突起部４８は、面３６ａに、例えば、エッチングにより形成される中実部、又はプレスにより形成される中空部で構成される。

図５及び図６に示すように、各挟持部３６のカソード電極２２に接触する面３６ｂは、略平坦面に形成されており、この面３６ｂには、円板状のプレート５０が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。このプレート５０には、プレス等により複数の突起部５２が設けられる。挟持部３６の面３６ｂ側には、突起部５２によりカソード電極２２の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路５４が形成されるとともに、前記突起部５２は、集電部を構成する。

セパレータ２８は、４つの挟持部３６の少なくとも１つに、第１の実施形態では、１つの前記挟持部３６の外側外周部に、４つの電解質・電極接合体２６（すなわち、燃料電池１０）の発電による電力を取り出すための突出部５６が設けられる。

図３に示すように、セパレータ２８のカソード電極２２に対向する面には、通路部材６０が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。通路部材６０は、平板状に構成されるとともに、中央部に燃料ガス供給連通孔３０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には、補強用のボス部６３が所定数だけ設けられる。

燃料ガス供給部６２から放射状に４本の第２橋架部６４が延在するとともに、各第２橋架部６４は、セパレータ２８の第１橋架部３４から挟持部３６の面３６ｂに燃料ガス供給孔３８を覆って固着される（図６参照）。

燃料ガス供給部６２から第２橋架部６４には、燃料ガス供給連通孔３０から燃料ガス供給孔３８に連通する燃料ガス供給通路（反応ガス供給通路）６６が形成される。燃料ガス供給通路６６は、例えば、エッチング又は、プレスにより形成される。

図６に示すように、酸化剤ガス通路５４は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と挟持部３６の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）６８に連通する。この酸化剤ガス供給連通孔６８は、各挟持部３６の内方と第１橋架部３４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２８間には、燃料ガス供給連通孔３０をシールするための絶縁シール７０が設けられる。絶縁シール７０は、例えば、マイカ材やセラミック材等、地殻成分系素材、硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材で形成されている。絶縁シール７０は、燃料ガス供給連通孔３０を電解質・電極接合体２６に対してシールする機能を有する。燃料電池１０には、挟持部３６の外方に位置して排ガス通路７２が形成される。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０の積層方向一端に、略円板状の第１エンドプレート７４ａが配置されるとともに、積層方向他端に、隔壁７５を介装して小径且つ略円板状の複数の第２エンドプレート７４ｂと、大径且つ略リング状の固定リング７４ｃとが配置される。隔壁７５は、排ガスが燃料電池１０の外部に拡散することを阻止する機能を有する一方、第２エンドプレート７４ｂは、各電解質・電極接合体２６の積層位置に対応して４つ配設される。

第１エンドプレート７４ａ及び固定リング７４ｃは、複数の孔部７６を有する。孔部７６及びボルト挿入用カラー部材７７に挿入されるボルト７８及び前記ボルト７８に螺合するナット８０を介し、第１エンドプレート７４ａと固定リング７４ｃとが締め付け固定される。

第１エンドプレート７４ａには、燃料ガス供給連通孔３０に連通する単一の燃料ガス供給パイプ８２と、各酸化剤ガス供給連通孔６８に連通するキャビティ８３ａを設けるケーシング８３と、前記ケーシング８３に接続されて前記キャビティ８３ａに連通する単一の酸化剤ガス供給パイプ８４とが設けられる。

第１エンドプレート７４ａには、複数のボルト７８、ナット８８ａ、８８ｂ及び板状カラー部材９０を介して支持プレート９２が固定される。支持プレート９２と第１エンドプレート７４ａとの間には、燃料ガス供給部３２、６２に締め付け荷重を付与する第１荷重付与部９４と、各電解質・電極接合体２６に締め付け荷重を付与する第２荷重付与部９８とが設けられ、これらにより荷重付与機構が構成される。

第１荷重付与部９４は、燃料ガス供給連通孔３０から燃料ガスが漏れることを阻止するために燃料電池１０の中央部（燃料ガス供給部３２、６２の中央部）に配置される押圧部材１００を備え、この押圧部材１００は、４つの第２エンドプレート７４ｂの配列中心近傍に位置して前記燃料電池１０に隔壁７５を介して押圧する。押圧部材１００には、第１受け部材１０２ａ及び第２受け部材１０２ｂを介して第１スプリング１０４が配置される。第２受け部材１０２ｂには、第１押圧ボルト１０６の先端が当接する。第１押圧ボルト１０６は、支持プレート９２に形成された第１ねじ孔１０８に螺合するとともに、第１ナット１１０を介して位置調整可能に固定される。

第２荷重付与部９８は、第２エンドプレート７４ｂに各電解質・電極接合体２６に対応して配置される第３受け部材１１２ａを備える。第３受け部材１１２ａは、ピン１１４を介して第２エンドプレート７４ｂに位置決め支持される。第３受け部材１１２ａに第２スプリング１１６の一端が当接する一方、前記第２スプリング１１６の他端が第４受け部材１１２ｂに当接する。第４受け部材１１２ｂには、第２押圧ボルト１１８の先端が当接する。第２押圧ボルト１１８は、支持プレート９２に形成された第２ねじ孔１２０に螺合するとともに、第２ナット１２２を介して位置調整可能に固定される。

図３に示すように、各セパレータ２８は、互いに積層方向に隣接する突出部５６が、燃料ガス供給部３２を中心にして、２π（１８０゜）／ｎ（ｎは、電解質・電極接合体２６、挟持部３６又は第１橋架部３４の数）の関係、より具体的には、π（１８０゜）／２（＝９０゜）の関係を有して等角度間隔ずつ螺旋状に離間するように積層されることにより、燃料電池スタック１２が構成される。

このように構成される燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。

図１及び図２に示すように、燃料ガス供給連通孔３０には、第１エンドプレート７４ａに接続されている燃料ガス供給パイプ８２から燃料ガスが供給されるとともに、各酸化剤ガス供給連通孔６８には、酸化剤ガス供給パイプ８４からキャビティ８３ａを介して酸素含有ガスである空気が供給される。

図６に示すように、燃料ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス供給連通孔３０に沿って積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池１０に設けられる燃料ガス供給通路６６に沿ってセパレータ２８の面方向に移動する。

燃料ガスは、燃料ガス供給通路６６から挟持部３６に形成された燃料ガス供給孔３８を通って燃料ガス通路４０に導入される。燃料ガス供給孔３８は、各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の略中心位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス供給孔３８からアノード電極２４の略中心に供給された後、燃料ガス通路４０に沿って前記アノード電極２４の外周部に向かって移動する。

一方、酸化剤ガス供給連通孔６８に供給された空気は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と挟持部３６の内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５４に送られる。酸化剤ガス通路５４では、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の内側周端部（セパレータ２８の中央部）側から外側周端部（セパレータ２８の外側周端部側）に向かって空気が流動する。

従って、電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４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２２の電極面の一方向（矢印Ｂ方向）に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質２０を通ってアノード電極２４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２６の外周部に排出される主に発電反応後の空気を含む排ガスは、オフガスとして排ガス通路７２を介して燃料電池スタック１２から排出される（図１参照）。

この場合、第１の実施形態では、セパレータ２８を構成する４つの挟持部３６の中、１つの挟持部３６に突出部５６が設けられており、この突出部５６を介して各段毎のそれぞれ４つの電解質・電極接合体２６の電力取り出し及び計測は容易に行われている。このため、燃料電池１０毎の発電異常を確実に検知することができるとともに、燃料電池スタック１２全体のコンパクト化に対応した薄板状金属であるセパレータ２８に良好に適応することが可能になる。

ここで、燃料電池スタック１２は、実質的に、図７に示すように、互いに並列された４つの単セルである電解質・電極接合体２６を有する燃料電池１０が、所定の段数であるｍ段積層されることにより、ｎ１ボルトのＯＣＶ（開回路電圧）が得られる。

しかも、燃料電池１０は、互いに積層方向に隣接する突出部５６が、燃料ガス供給部３２を中心にして９０°ずつ螺旋状に離間するように積層されることにより、燃料電池スタック１２が構成されている。従って、各突出部５６は、積層方向に隣接することがなく、例えば、前記突出部５６が変形した際に隣接する他の突出部５６に接触して短絡することを有効に阻止することができる。

さらに、燃料電池１０の積層時には、突出部５６を利用してセパレータ２８の枚数の確認及び位置決めを正確且つ容易に行うことが可能になる。その上、燃料電池１０の積層時に厚さが大きくなり易い突出部５６は、互いに位相を異にして積層されるため、積層方向に対して燃料電池スタック１２全体のコンパクト化が容易に図られる。

さらにまた、第１の実施形態では、燃料ガス供給部３２を中心にして、４つの電解質・電極接合体２６が同心円上に配列されている。このため、燃料電池１０（燃料電池スタック１２）に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスは、発電による発生熱及び燃料ガス排出通路４２から酸化剤ガス供給連通孔６８に排出される残存燃料ガスと、前記酸化剤ガス供給連通孔６８を流れる酸化剤ガスとの反応による発生熱により、良好に加熱されている。従って、燃料電池１０（燃料電池スタック１２）は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。

しかも、セパレータ２８の面内には、４つの電解質・電極接合体２６が同心円状に配列されている。ここで、図８に示すように、４つの電解質・電極接合体２６を互いに接するようにして配置した際、前記電解質・電極接合体２６の外接円１３０の直径をＤとし、所望の発電出力を得るために所定の段数だけ積層したスタック１３２の積層方向の寸法をＬとする。

同様に、図９に示すように、同一面内に２つの電解質・電極接合体２６を互いに接して配置し、所定の発電出力に対応する段数だけ積層されたスタック１３２ａと、図１０に示すように、同一面内に６つの電解質・電極接合体２６を互いに接して配置し、所定の発電出力に対応する段数だけ積層されたスタック１３２ｂと、図１１に示すように、同一面内に８つの電解質・電極接合体２６を互いに接して配置し、所定の発電出力に対応する段数だけ積層されたスタック１３２ｃとが用意される。

そこで、スタック１３２、１３２ａ〜１３２ｃにおいて、それぞれの外接円１３０内で電解質・電極接合体２６の外接円面積に占める占有面積（占有率）は、図１２に示されている。これにより、４つの電解質・電極接合体２６を用いた場合に、３つ以下の電解質・電極接合体２６を配列した構成に比べ、前記電解質・電極接合体２６の占有面積を大きくすることができる。このため、本願の燃料電池１０は、電解質・電極接合体２６の非占有率を最小化することができ、セパレータ２８の面内での空間効率の向上が図られる。

次に、同一の発電出力を実現するために必要な燃料電池を積層したスタック１３２、１３２ａ〜１３２ｃにおいて、それぞれのスタック体積（πＤ²×Ｌ／４）が、図１３に示されている。これにより、４つの電解質・電極接合体２６が配列されたスタック１３２では、他のスタック１３２ａ〜１３２ｃよりもスタック体積が小さく設定される。従って、本願の燃料電池スタック１２は、スタック体積を最小に設定することができ、コンパクト化が容易に図られるという効果がある。

さらに、スタック１３２、１３２ａ〜１３２ｃのスタック表面積（πＤ²／２＋πＤ×Ｌ）が、図１４に示されている。このため、スタック１３２は、スタック１３２ａ〜１３２ｃに比べてスタック表面積が小さくなる。これにより、本願の燃料電池スタック１２からの放熱を最小化することができ、熱効率の向上及び熱自立の促進を図ることが可能になる。

このように、セパレータ２８の面内に、４つの電解質・電極接合体２６を同心円状に配列することにより、同一面内に前記電解質・電極接合体２６を３つ以下、あるいは、５つ以上配列する構造に比べて最適な空間効率を得ることができるという効果が得られる。

また、第１の実施形態では、図３に示すように、セパレータ２８を構成する挟持部３６の面３６ａには、燃料ガス供給孔３８と燃料ガス排出通路４２とを結ぶ経路上に、円弧状壁部４４が設けられており、この円弧状壁部４４は、電解質・電極接合体２６のアノード電極２４に接触している。

従って、燃料ガス供給孔３８から燃料ガス通路４０に供給される燃料ガスは、円弧状壁部４４に阻止されて前記燃料ガス供給孔３８から燃料ガス排出通路４２に直線状に流れることがない。このため、燃料ガスは、燃料ガス通路４０内を迂回しながら流れるため、前記燃料ガスがアノード電極２４に沿って流れる流路長が長尺化し、すなわち、流れる時間が長くなり、前記燃料ガスを発電反応に有効に利用することが可能となる。これにより、燃料利用率が有効に良好する。

ここで、挟持部３６の面３６ａには、アノード電極２４の外周縁部に接触する凸部４６が設けられている。このため、電解質・電極接合体２６の外方からアノード電極２４に排ガスや酸化剤ガスが進入することによる酸化を阻止することが可能になる。これにより、アノード電極２４は、酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ２８や電解質・電極接合体２６の耐久性を向上させることができるという利点がある。

さらに、挟持部３６には、燃料ガス通路４０側に突出してアノード電極２４に接触する複数の突起部４８が設けられている。従って、複数の突起部４８により良好な集電効果を得ることができる。

さらにまた、燃料ガス通路４０に供給された使用済みの燃料ガスは、燃料ガス排出通路４２から酸化剤ガス供給連通孔６８に（矢印Ｃ方向に）排出される。このため、酸化剤ガス供給連通孔６８では、使用済みの排ガスに含まれる燃料ガスと使用前の酸化剤ガスの一部とが反応することによって、使用前の他の酸化剤ガスが加熱される。これにより、予め加熱された酸化剤ガスを酸化剤ガス通路５４に供給することができ、熱効率が向上するという効果がある。

また、挟持部３６は、電解質・電極接合体２６に対応して円板形状を有するため、前記電解質・電極接合体２６で発電された電力を効率的に集電することが可能になる。

しかも、各挟持部３６は、互いに分離しており、電解質・電極接合体２６やセパレータ２８の寸法誤差によって各電解質・電極接合体２６に発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。従って、セパレータ２８全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体２６に対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体２６の熱歪み等が隣接する他の電解質・電極接合体２６に伝達されることがなく、前記電解質・電極接合体２６間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体２６同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池１０全体の小型化が容易に図られる。

さらに、第１橋架部３４は、燃料ガス供給部３２から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されている。このため、燃料ガス供給部３２から第１橋架部３４を介して各電解質・電極接合体２６に対して燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体２６の発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。

さらにまた、燃料電池スタック１２では、第１荷重付与部９４を介して、燃料ガス供給部３２、６２に付与される締め付け荷重が第２荷重付与部９８を介して、電解質・電極接合体２６に付与される締め付け荷重よりも大きく設定可能である。

これにより、燃料ガス供給部３２、６２は、比較的大きな締め付け荷重が付与されてシール性が良好に維持される一方、電解質・電極接合体２６には、比較的小さな締め付け荷重が付与されて損傷等を阻止するとともに、集電性を高めることが可能になる。

本発明では、互いに積層方向に隣接する突出部５６が、２π（１８０゜）／ｎの関係を有して積層方向に螺旋状に配置されている。その具体例が、図１５に示されている。ここで、タイプ（葉数）とは、積層方向に対するスタック平面視（積層方向端面視）で電解質・電極接合体２６が同心円上に配列される数をいう。

第１の実施形態〜第３の実施形態は、スタック平面視で４つの電解質・電極接合体２６が同心円上に配列されるため、４葉タイプであり、第４の実施形態〜第７の実施形態は、スタック平面視で８つの電解質・電極接合体２６が同心円上に配列されるため、８葉タイプであり、第８の実施形態及び第９の実施形態は、スタック平面視で２つの電解質・電極接合体２６が同心円上に配列されるため、２葉タイプである。なお、第２の実施形態〜第９の実施形態については、以下に説明する。

図１６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１４１を構成する燃料電池１４０の分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３〜第９の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１４０は、それぞれ２枚のセパレータ１４２ａ、１４２ｂを備える。セパレータ１４２ａ、１４２ｂは、同様に構成されており、以下に前記セパレータ１４２ａのみについて詳細に説明する。

図１７に示すように、セパレータ１４２ａは、中央に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部１４４を有する。この燃料ガス供給部１４４から互いに１８０゜の角度を有して外方に延在する２本の第１橋架部１４６には、それぞれ挟持部１４８が一体的に設けられる。セパレータ１４２ａのカソード電極２２に対向する面には通路部材１５０が固着される。

通路部材１５０は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部１５２を備える。燃料ガス供給部１５２から互いに１８０°の角度を有して２本の第２橋架部１５４が延在するとともに、前記第２橋架部１５４と第１橋架部１４６との間には、燃料ガス供給通路６６が形成される。

セパレータ１４２ａは、２つの挟持部１４８の少なくとも１つに、第２の実施形態では、１つの前記挟持部１４８の外側外周部に、２つの電解質・電極接合体２６の発電による電力を取り出すための突出部５６が設けられる。

燃料電池１４０では、図１６に示すように、積層方向に互いに隣接するセパレータ１４２ａ、１４２ｂが各突出部５６を燃料ガス供給部１４４を中心にして９０°ずつ螺旋状に離間するように積層される。セパレータ１４２ａとセパレータ１４２ａとは、各挟持部１４８間に電解質・電極接合体２６を挟持する一方、セパレータ１４２ｂとセパレータ１４２ｂとは、各挟持部１４８間に前記電解質・電極接合体２６を挟持する。

燃料電池１４０では、セパレータ１４２ａ、１４２ｂにより全体として４つの電解質・電極接合体２６が挟持されるとともに、４つの電解質・電極接合体２６は、燃料ガス供給部１４４を中心にして等角度間隔ずつ（９０°ずつ）離間して同心円上に配列される。なお、セパレータ１４２ａ、１４２ｂ間には、それぞれ図示しないが絶縁部材が介装される。

燃料電池１４０は、所望の発電電力を得るために、所定の段数（ｍ段）だけ積層されることにより燃料電池スタック１４１が構成される。図１８に示すように、燃料電池スタック１４１では、各燃料電池１４０のセパレータ１４２ａ、１４２ａ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されることにより構成される第１発電部１６２ａと、セパレータ１４２ｂ、１４２ｂ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されることにより構成される第２発電部１６２ｂとが設けられる。第１発電部１６２ａと第２発電部１６２ｂとは、接続ライン１６４を介して直列に接続されることにより、ｎ２ボルト（＝２×ｎ１ボルト）のＯＣＶが得られる。

このように構成される第２の実施形態では、燃料電池１４０を構成するセパレータ１４２ａ、１４２ｂに突出部５６が設けられるため、各段の燃料電池１４０の電力取り出し及び計測が容易に可能になる。しかも、燃料電池１４０では、セパレータ１４２ａ、１４２ｂの各突出部５６が燃料ガス供給部１５２を中心にして９０°ずつ螺旋状に離間するように積層されている。

これにより、隣接する突出部５６同士の接触を阻止するとともに、燃料電池スタック１４１全体のコンパクト化が容易に図られる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

しかも、第２の実施形態では、それぞれ２つの電解質・電極接合体２６が並列されてｍ段積層される第１発電部１６２ａと第２発電部１６２ｂとを有している。第１発電部１６２ａと第２発電部１６２ｂとは、接続ライン１６４を介して直列に接続されることにより、電圧レベルが第１の実施形態の２倍に設定され、出力電圧の自由度が向上するという効果がある。

図１９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１７０を構成する燃料電池１７２の分解斜視図である。

燃料電池１７２は、それぞれ２枚のセパレータ１７４ａ〜１７４ｄを備える。セパレータ１７４ａ〜１７４ｄは、同一に構成されており、以下に前記セパレータ１７４ａのみについて詳細に説明する。

図２０に示すように、セパレータ１７４ａは、一端部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部１７６を有する。この燃料ガス供給部１７６から外方に１本の第１橋架部１７８が延在し、前記第１橋架部１７８に挟持部１８０が一体的に設けられる。セパレータ１７４ａのカソード電極２２に対向する面には、通路部材１８２が固着される。

通路部材１８２は、一端部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部１８４を備え、この燃料ガス供給部１８４から延在する１本の第２橋架部１８６と第１橋架部１７８との間に、燃料ガス供給通路６６が形成される。セパレータ１７４ａを構成する挟持部１８０には、突出部５６が形成される。

図１９に示すように、積層方向に互いに隣接するセパレータ１７４ａ〜１７４ｄが、燃料ガス供給連通孔３０が設けられる燃料ガス供給部１７６を中心にして各挟持部１８０（各突出部５６）を９０°ずつ螺旋状に離間するように積層したものを一組用意し、前記セパレータ１７４ａ、１７４ａ間、１７４ｂ、１７４ｂ間、１７４ｃ、１７４ｃ間、及び１７４ｄ、１７４ｄ間に電解質・電極接合体２６を挟持することにより、燃料電池１７２が構成される。

図２１に示すように、燃料電池１７２が所定の段数（ｍ段）だけ積層されることにより、燃料電池スタック１７０が構成される。燃料電池スタック１７０では、セパレータ１７４ａ間に電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第１発電部１８８ａと、セパレータ１７４ｂ間に前記電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第２発電部１８８ｂと、セパレータ１７４ｃ間に前記電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第３発電部１８８ｃと、セパレータ１７４ｄ間に前記電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第４発電部１８８ｄとを備え、これらが接続ライン１９０ａ、１９０ｂ、及び１９０ｃを介して直列に接続されることにより、ｎ３ボルト（＝２×ｎ２ボルト）のＯＣＶが得られる。

このように構成される第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が得られる他、燃料電池１７２を燃料電池１０と同数（ｍ段）だけ積層した状態で、ＯＣＶを燃料電池スタック１２の４倍、又は燃料電池スタック１４１の２倍の電圧に設定することができる（ｎ３ボルト＝２×ｎ２ボルト＝４×ｎ１ボルト）。

図２２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック２００を構成する燃料電池２０２の分解斜視説明図である。

燃料電池２０２は、各セパレータ２０４間に、８つの電解質・電極接合体２６がこのセパレータ２０４の中心部である燃料ガス供給連通孔３０と同心円上に配列される。セパレータ２０４は、中央部に燃料ガス供給部３を形成する燃料ガス供給部２０６を有する。この燃料ガス供給部２０６から外方に等角度間隔（４５°間隔）ずつ離間して放射状に延在する８本の第１橋架部２０８を介し、挟持部２１０が一体的に設けられる。燃料ガス供給部２０６と各挟持部２１０との中心間距離は、同一距離に設定される。

８つの挟持部２１０の中、例えば、１つの挟持部２１０に突出部５６が形成される。セパレータ２０４のカソード電極２２に対向する面には、通路部材２１２が固着される。通路部材２１２は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部２１４を備え、前記燃料ガス供給部２１４から放射状に８本の第２橋架部２１６が等角度間隔（４５°間隔）ずつ離間して延在する。各第１橋架部２０８と各第２橋架部２１６との間には、燃料ガス供給通路６６が形成される。

電解質・電極接合体２６を挟んで積層方向に配列される各セパレータ２０４は、互いに積層方向に隣接する突出部５６が燃料ガス供給部２０６を中心にして２π（１８０°）／８＝４５°ずつ螺旋状に離間して積層される。図２３に示すように、燃料電池スタック２００は、燃料電池２０２がｍ段積層されることにより構成されており、ｎ１ボルト（ｎ）のＯＣＶが得られる。従って、第４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２４は、本発明は第５の実施形態に係る燃料電池スタック２２０を構成する燃料電池２２２の分解斜視説明図である。

燃料電池２２２は、それぞれ一対のセパレータ２２４ａ、２２４ｂを備える。なお、セパレータ２２４ａ、２２４ｂは、同一に構成されており、以下に前記セパレータ２２４ａについてのみ詳細に説明する。

図２５に示すように、セパレータ２２４ａは、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部２２６を有する。この燃料ガス供給部２２６から外方に等角度間隔（９０°間隔）ずつ離間して放射状に延在する４本の第１橋架部２２８を介して挟持部２３０が一体的に設けられる。燃料ガス供給部２２６と各挟持部２３０との中心間距離は、同一距離に設定される。

セパレータ２２４ａのカソード電極２２に対向する面には、通路部材２３２が固着される。通路部材２３２には、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する燃料ガス供給部２３４を備える。燃料ガス供給部２３４から放射状に４本の第２橋架部２３６が延在するとともに、前記第２橋架部２３６と第１橋架部２２８との間には、燃料ガス供給通路６６が形成される。４つの挟持部２３０のうち１つの前記挟持部２３０の外周に、突出部５６が形成される。

図２４に示すように、積層方向に対してセパレータ２２４ａとセパレータ２２４ｂとが交互に配置されるとともに、これらが燃料ガス供給部２２６を中心にして各挟持部２３０（各突出部５６）を４５°ずつ螺旋状に離間するように積層される。セパレータ２２４ａ、２２４ａ間には、４つの電解質・電極接合体２６が挟持される一方、セパレータ２２４ｂ、２２４ｂ間には、４つの電解質・電極接合体２６が挟持されて燃料電池２２２が構成される。燃料電池２２２は、所定の段数（ｍ段）積層されることにより燃料電池スタック２２０が構成される。

燃料電池スタック２２０は、図２６に示すように、セパレータ２２４ａ間に４つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第１発電部２４０ａと、セパレータ２２４ｂ間に４つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第２発電部２４０ｂとを有する。第１発電部２４０ａと第２発電部２４０ｂとは、接続ライン２４２を介して直列に接続されることにより、ｎ２ボルトのＯＣＶが得られる。このように構成される第５の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図２７は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタック２５０を構成する燃料電池２５２の分解斜視説明図である。

燃料電池２５２は、それぞれ２枚のセパレータ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ及び１４２ｄを備える。セパレータ１４２ａ〜１４２ｄは、燃料ガス供給部１４４を中心にして４５°ずつ螺旋状に離間するように積層される。セパレータ１４２ａ、１４２ａ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持され、セパレータ１４２ｂ、１４２ｂ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持され、セパレータ１４２ｃ、１４２ｃ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持され、セパレータ１４２ｄ、１４２ｄ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されて、燃料電池２５２が構成される。燃料電池２５２は、所定の段数（ｍ段）積層されることにより、燃料電池スタック２５０が構成される。

図２８に示すように、燃料電池スタック２５０は、セパレータ１４２ａ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第１発電部２５４ａと、セパレータ１４２ｂ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第２発電部２５４ｂと、セパレータ１４２ｃ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第３発電部２５４ｃと、セパレータ１４２ｄ間に２つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第４発電部２５４ｄとを有する。第１発電部２５４ａ〜第４発電部２５４ｄは、接続ライン２５６ａ〜２５６ｃを介して直列に接続されることにより、ｎ３ボルトのＯＣＶが得られる。

図２９は、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタック２６０を構成する燃料電池２６２の分解斜視説明図である。

燃料電池２６２は、それぞれ２枚のセパレータ１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄ、１７４ｅ、１７４ｆ、１７４ｇ及び１７４ｈを有する。セパレータ１７４ａ〜１７４ｈは、燃料ガス供給部１７６を中心にして４５°ずつ螺旋状に離間するようにして積層される。セパレータ１７４ａ、１７４ａ間、セパレータ１７４ｂ、１７４ｂ間、セパレータ１７４ｃ、１７４ｃ間、セパレータ１７４ｄ、１７４ｄ間、セパレータ１７４ｅ、１７４ｅ間、セパレータ１７４ｆ、１７４ｆ間、セパレータ１７４ｇ、１７４ｇ間及びセパレータ１７４ｈ、１７４ｈ間に、それぞれ１つの電解質・電極接合体２６が挟持されることにより、燃料電池２６２が構成される。

図３０に示すように、燃料電池２６２が所定の段数（ｍ段）積層されることにより構成される燃料電池スタック２６０では、セパレータ１７４ａ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第１発電部２６４ａと、セパレータ１７４ｂ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第２発電部２６４ｂと、セパレータ１７４ｃ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第３発電部２６４ｃと、セパレータ１７４ｄ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第４発電部２６４ｄと、セパレータ１７４ｅ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第５発電部２６４ｅと、セパレータ１７４ｆ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第６発電部２６４ｆと、セパレータ１７４ｇ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第７発電部２６４ｇと、セパレータ１７４ｈ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第８発電部２６４ｈとを有する。第１発電部２６４ａ〜第８発電部２６４ｈは、接続ライン２６６ａ〜２６６ｇを介して直列に接続されることにより、ｎ４ボルト（＝２×ｎ３ボルト）のＯＣＶが得られる。

図３１は、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタック２７０を構成する燃料電池２７２の分解斜視説明図である。

燃料電池２７２は、各セパレータ１４２間に２つの電解質・電極接合体２６がこのセパレータ１４２の中心部である燃料ガス供給連通孔３０と同心円上に配列される。セパレータ１４２は、第２の実施形態に係る燃料電池１４０を構成するセパレータ１４２ａと同様に構成される。各セパレータ１４２は、互いに積層方向に隣接する突出部５６が燃料ガス供給部１４４を中心にして１８０°ずつ螺旋状に離間するように積層され、燃料電池スタック２７０が構成される。

図３２に示すように、燃料電池２７２が所定の段数（ｍ段）積層された燃料電池スタック２７０では、ｎ１ボルトのＯＣＶが得られる。

図３３は、本発明の第９の実施形態に係る燃料電池スタック２８０を構成する燃料電池２８２の分解斜視説明図である。

燃料電池２８２は、それぞれ２枚のセパレータ１７４ａ、１７４ｂを備える。セパレータ１７４ａ、セパレータ１７４ｂは、燃料ガス供給部１７６を中心にして１８０°ずつ螺旋状に配置される。セパレータ１７４ａ、１７４ａ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持される一方、セパレータ１７４ｂ、１７４ｂ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて、燃料電池２８２が構成される。

燃料電池２８２は、所定の段数（ｍ段）積層されることにより燃料電池スタック２８０が構成される。図３４に示すように、燃料電池スタック２８０は、セパレータ１７４ａ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第１発電部２８４ａと、セパレータ１７４ｂ間に１つの電解質・電極接合体２６が挟持されて構成される第２発電部２８４ｂを有する。第１発電部２８４ａと第２発電部２８４ｂとは、接続ライン２８６により直列に接続されることによって、ｎ２ボルトのＯＣＶが得られる。

燃料電池が複数積層された本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記燃料電池の分解斜視説明図である。 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池を構成するセパレータの平面説明図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 ４つの電解質・電極接合体が互いに摺接して所定段数積層されたスタックの斜視説明図である。 ２つの電解質・電極接合体が互いに摺接して所定段数積層されたスタックの斜視説明図である。 ６つの電解質・電極接合体が互いに摺接して所定段数積層されたスタックの斜視説明図である。 ８つの電解質・電極接合体が互いに摺接して所定段数積層されたスタックの斜視説明図である。 電解質・電極接合体の外周円面積に対する占有率の説明図である。 各スタックのスタック体積の説明図である。 各スタックのスタック表面積の説明図である。 葉数の異なるタイプによる設定条件の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池を構成するセパレータの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池を構成するセパレータの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池を構成するセパレータの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 本発明の第９の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの電気回路図である。 特許文献１の燃料電池スタックを構成するセパレータの説明図である。 特許文献２の燃料電池の正面説明図である。 特許文献３の燃料電池スタックを構成するセパレータの説明図である。

符号の説明

１０、１４０、１７２、２０２、２２２、２５２、２６２、２７２、２８２…燃料電池
１２、１４１、１７０、２００、２２０、２５０、２６０、２７０、２８０…燃料電池スタック
２０…電解質 ２２…カソード電極
２４…アノード電極 ２６…電解質・電極接合体
２８、１４２ａ〜１４２ｄ、１７４ａ〜１７４ｈ、２０４、２２４ａ、２２４ｂ…セパレータ
３０…燃料ガス供給連通孔
３２、６２、１４４、１５２、１７６、１８４、２０６、２１４、２２６、２３４…燃料ガス供給部
３４、６４、１４６、１５４、１７８、１８６、２０８、２１６、２２８、２３６…橋架部
３６、１４８、１８０、２１０、２１２、２３０…挟持部
３８…燃料ガス供給孔 ４０…燃料ガス通路
４２…燃料ガス排出通路 ４４…円弧状壁部
４６…凸部 ４８、５２…突起部
５０…プレート ５４…酸化剤ガス通路
５６…突出部
６０、１５０、１８２、２３２…通路部材
６６…燃料ガス供給通路 ６８…酸化剤ガス供給連通孔
９４、９８…荷重付与部

Claims (8)

1. 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路及び前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が個別に設けられる挟持部と、
   前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための反応ガス供給通路が形成される橋架部と、
   前記橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される反応ガス供給部と、
   前記挟持部の少なくとも１つに設けられ、前記電解質・電極接合体の発電による電力を取り出すための突出部と、
   を備え、
   前記燃料電池は、互いに積層方向に隣接する前記突出部が、前記反応ガス供給部を中心にして、
   ２π（１８０゜）／ｎ（ｎは、電解質・電極接合体、挟持部又は橋架部の数）
   の関係を有して等角度間隔ずつ螺旋状に離間するように積層されることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス供給部は、前記燃料電池の中央部に設けられるとともに、
   前記反応ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同心円上に配列されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記挟持部及び前記電解質・電極接合体は、円板形状を有するとともに、
   前記各挟持部は、互いに分離して構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記橋架部は、前記反応ガス供給部から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記挟持部及び前記橋架部は、前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス供給部を中心に４つの前記電解質・電極接合体が同心円上に配列されるとともに、
   前記燃料電池は、互いに積層方向に隣接する前記突出部が、前記反応ガス供給部を中心にしてπ（１８０゜）／２の関係を有して等角度間隔ずつ螺旋状に離間するように積層されることを特徴とする燃料電池スタック。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、複数の前記燃料電池に積層方向に荷重を付与する荷重付与機構を備え、
   前記荷重付与機構は、前記反応ガス供給部の近傍に付与される積層方向の荷重が、前記電解質・電極接合体に付与される積層方向の荷重よりも大きく設定可能に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池スタック。

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