特許 6517600 燃料電池スタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6517600

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】燃料電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2465 20160101AFI20190513BHJP

   H01M 8/2432 20160101ALI20190513BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20190513BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20190513BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/2465

   H01M8/2432

   H01M8/04701

   !H01M8/12 101

   !H01M8/12 102A

【請求項の数】6

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-124013(P2015-124013)

(22)【出願日】2015年6月19日

(65)【公開番号】特開2017-10721(P2017-10721A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2018年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】栗林 誠

【審査官】 近藤 政克

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０２２０５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／０４７０１

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質層と、該電解質層を間に挟むように配置された空気極及び燃料極とを有し、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いて発電する平板状の単セルが、該単セルの厚み方向に沿って複数個積層された燃料電池スタックにおいて、
前記燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の端部に、前記燃料電池スタックの内部で熱交換された前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスのうち少なくとも一方のガスを溜めるガス溜め室を備え、
前記ガス溜め室は、一部に開口部を有する周囲が閉ざされた空間であるとともに、前記開口部は、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスのうち少なくとも一方のガスが供給されるガス供給路にのみ開口するように形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。

【請求項2】

前記燃料電池スタックの積層方向における両方の端部に、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスのうち少なくとも一方のガスを溜める前記ガス溜め室を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。

【請求項3】

前記燃料電池スタックの積層方向における両方の端部の前記ガス溜め室のうち、一方のガス溜め室に前記酸化剤ガスを溜め、他方のガス溜め室に前記燃料ガスを溜める構成を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。

【請求項4】

前記ガス溜め室は、一部に開口部を有する周囲が閉ざされた空間であるとともに、前記開口部は、前記ガスが供給されるガス供給路に１箇所開口するように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。

【請求項5】

前記燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の端部に、板状の部材であるエンドプレートを備えるとともに、
前記ガス溜め室は、前記エンドプレートと、前記燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の最も端部側に配置された前記単セルと、の間に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。

【請求項6】

前記燃料電池スタックの内部で熱交換を行う熱交換部は、前記単セル間に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解質層と空気極と燃料極とを有する平板状の単セルを、厚み方向に複数積層した燃料電池スタックに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣでは、発電単位として、例えば固体電解質層の一方の側に燃料ガスに接する燃料極を設けるとともに、他方の側に酸化剤ガス（空気）と接する酸化剤極（空気極）を設けた単セルが使用されている。

【0003】

更に、所望の電圧を得るために、インターコネクタ等を介して複数の単セルを積層するとともに、積層方向の端部にエンドプレートを配置した燃料電池スタック（セルスタック）が開発されている。

【0004】

例えば、特許文献１には、図１８（ａ）に例示するように、燃料電池スタック（Ｐ１）の積層方向の両端に、スタック外部から導入するガス（例えば空気：Ｏ）を溜める室（Ｐ２）を設け、この構造によって各単セル（Ｐ３）に対して積層方向の両側から圧力を加えて、各単セル間等の導電性を確保する技術が開示されている。

【0005】

また、上述したエンドプレートを積層方向の端部に配置した燃料電池スタックにおいては、エンドプレートからの放熱量が大きく、燃料電池スタックの端部の温度が低下して、燃料電池スタックの出力特性が低下するので、その対策も提案されている。なお、温度が低いと、単セルの内部抵抗が大きくなるので、出力が低下する。

【0006】

具体的には、特許文献２には、図１８（ｂ）に例示するように、燃料電池スタック（Ｐ４）の積層方向における端部に、各単セル（Ｐ５）で使用されなかった残余の酸化剤ガスと燃料ガスとを燃焼させる排ガス燃焼器（Ｐ６）を配置し、燃料電池スタックの端部の温度を上昇させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】ＷＯ２０１０／０３８８６９ Ａ１号公報

【特許文献2】特開２００９−９９２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述した従来技術では、燃料電池スタックの積層方向における温度を均一にするとともに、適度な温度に保つことは容易ではなかった。
例えば、前記引用文献１に記載の技術の場合は、燃料電池スタックの積層方向における端部に、外部より冷たいガス（空気）を導入する構造であるので、燃料電池スタックの積層方向における温度を一定に保つのは容易ではなかった。そのため、燃料電池スタックの出力特性が低下する恐れがあった。

【0009】

一方、前記引用文献２に記載の技術では、加熱源である排ガス燃焼器では、各単セルにおいて発電の際のジュール熱にて発生する熱量に比べて非常に大きな熱量を発生するので、燃料電池スタックの端部側を局所的に加熱し過ぎてしまって、燃料電池スタックに熱歪みが発生することがあった。

【0010】

この熱歪みが発生すると、単セルにおける割れ（セル割れ）が発生し易くなり、信頼性が低下するという問題があった。
このように、従来技術では、燃料電池スタックの積層方向における温度を、発電に好適な温度に均一化するとともに、単セルの破損等が生じないような適度な温度に維持することは容易ではなかった。

【0011】

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックの積層方向における温度を均一化するとともに、適度な温度に維持することができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

（１）本発明は、第１態様として、電解質層と、該電解質層を間に挟むように配置された空気極及び燃料極とを有し、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いて発電する平板状の単セルが、該単セルの厚み方向に沿って複数個積層された燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の端部に、前記燃料電池スタックの内部で熱交換された前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスのうち少なくとも一方のガスを溜めるガス溜め室を備えたことを特徴とする。

【0013】

本第１態様では、燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の端部に、燃料電池スタックの内部で熱交換された酸化剤ガス及び燃料ガスのうち少なくとも一方のガスを溜めるガス溜め室を備えている。

【0014】

これにより、ガス溜め室には、燃料電池スタックの内部で熱交換された酸化剤ガスや燃料ガス、即ち燃料電池スタックの内部にて周囲からの熱を受けて適度に加熱された酸化剤ガスや燃料ガスを溜めることができる。

【0015】

その結果、このガス溜め室によって、燃料電池スタックの積層方向における端部の温度を高めることができ、しかも、ガス溜め室が、燃料電池スタック内とその積層方向の外側との間の断熱層として機能するので、燃料電池スタックの積層方向における温度を、従来より均一化できるとともに、単セルの破損等が生じないような適度な温度に維持することができる。例えば、燃料電池スタック内を、単セル自身がジュール熱にて発熱するような適度な温度に維持して保温することができる。

【0016】

このように、本第１態様では、燃料電池スタック内の温度を適度な温度に保持することができるので、高い発電効率を実現できるとともに、単セルの熱歪みによる破損（セル割れ）を抑制できるという顕著な効果を奏する。

【0017】

（２）本発明は、第２態様として、前記燃料電池スタックの積層方向における両方の端部に、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスのうち少なくとも一方のガスを溜める前記ガス溜め室を備えたことを特徴とする。

【0018】

本第２態様では、燃料電池スタックの積層方向における両方の端部に、酸化剤ガスや燃料ガスを溜めるガス溜め室を備えているので、燃料電池スタックの積層方向における中心部と両側の端部との温度差を小さくすることができるとともに、熱歪みによるセル割れを抑制できる。

【0019】

（３）本発明は、第３態様として、前記燃料電池スタックの積層方向における両方の端部の前記ガス溜め室のうち、一方のガス溜め室に前記酸化剤ガスを溜め、他方のガス溜め室に前記燃料ガスを溜める構成を有することを特徴とする。
本第３態様ではでは、燃料電池スタックの積層方向の一方のガス溜め室に酸化剤ガスを溜め、他方のガス溜め室に燃料ガスを溜めるので、酸化剤ガス及び燃料ガスの有効利用ができるとともに、従って設計の自由度が高まるという利点がある。

【0020】

（４）本発明は、第４態様として、前記ガス溜め室は、一部に開口部を有する周囲が閉ざされた空間であるとともに、前記開口部は、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスのうち少なくとも一方のガスが供給されるガス供給路にのみ開口するように形成されていることを特徴とする。

【0021】

本第４態様では、ガス溜め室は、酸化剤ガスや燃料ガスが供給されるガス供給路にのみ開口する開口部を有しているので、好適に酸化剤ガスや燃料ガスを溜めることができるとともに、各ガス供給路から各ガスを効率的に導入することができる。

【0022】

なお、酸化剤ガスをガス溜め室に導入する場合には、酸化剤ガスは、酸化剤ガスのガス供給路から、当該ガス供給路に開口する開口部を介して、ガス溜め室に導入される。一方、燃料ガスをガス溜め室に導入する場合には、燃料ガスは、燃料ガスのガス供給路から、当該ガス供給路に開口する開口部を介して、ガス溜め室に導入される。

【0023】

（５）本発明は、第５態様として、前記ガス溜め室は、一部に開口部を有する周囲が閉ざされた空間であるとともに、前記開口部は、前記ガスが供給されるガス供給路に１箇所開口するように形成されていることを特徴とする。

【0024】

本第５態様では、ガス溜め室では、開口部は、ガス（即ち酸化剤ガス又は燃料ガス）が供給されるガス供給路に１箇所開口するように形成されているので、ガスが外部に流出しにくく、よって、ガスをガス溜め室内に好適に溜めることができる。

【0025】

（６）本発明は、第６態様として、前記燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の端部に、板状の部材であるエンドプレートを備えるとともに、前記ガス溜め室は、前記エンドプレートと、前記燃料電池スタックの積層方向における少なくとも一方の最も端部側に配置された前記単セルと、の間に設けられたことを特徴とする。

【0026】

燃料電池スタックの積層方向における端部に、エンドプレートが設けられている場合には、エンドプレートを介して熱の流出が大きいが、本第６態様では、エンドプレートと（最外側の）単セルとの間にガス溜め室が配置されているので、燃料電池スタック内の温度をより均一に保つことができる。

【0027】

（７）本発明は、第７態様として、前記燃料電池スタックの内部で熱交換を行う熱交換部は、前記単セル間に配置されたことを特徴とする。
熱交換部は、単セル間に配置されているので、熱交換部に導入された酸化剤ガス又は燃料ガスは、積層方向の両側の単セルから熱を受けることができる。よって、効率良く熱交換を行うことができる。

【0028】

なお、以下に、本発明の構成について説明する。
・前記燃料ガスとは、燃料となる還元剤（例えば水素）を含むガスを示し、酸化剤ガスとは、酸化剤（例えば酸素）を含むガス（例えば空気）を示している。

【0029】

なお、単セル（従って燃料電池スタック）を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
・前記燃料電池スタックとしては、例えば、ＺｒＯ2系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池スタックが挙げられる。

【0030】

・なお、単セルで発電された電気は、例えば集電体及びインターコネクタを介して外部に取り出すことができる。この場合、インターコネクタと集電体とは、別部材で構成しても、一体の部材として構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】実施例１の燃料電池スタックの斜視図である。

【図2】実施例１の燃料電池スタックを空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を示す断面図（図７のＡ−Ａ断面図）である。

【図3】実施例１の燃料電池スタックを空気の流路に沿って積層方向に破断し熱交換部の周囲を示す断面図（図７のＡ−Ａ断面図）である。

【図4】実施例１の燃料電池スタックの上端の発電単位及び第１ガス溜め室を分解して示す斜視図である。

【図5】実施例１の燃料電池スタックの下端の発電単位及び第２ガス溜め室を分解して示す斜視図である。

【図6】実施例１における熱交換部の構成を分解して示す斜視図である。

【図7】実施例１の燃料電池スタックにおける空気及び燃料ガスの流路を示す平面図である。

【図8】（ａ）は実施例１の燃料電池スタックを積層方向に破断し空気の流路を模式的に示す断面図（図７のＡ−Ａ断面図）、（ｂ）はその燃料電池スタックを積層方向に破断し燃料ガスの流路を模式的に示す断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）である。

【図9】実施例１の燃料電池スタックの変形例を示し、（ａ）は燃料電池スタックの上端側の発電単位及び第１ガス溜め室を空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を示す説明図、（ｂ）は燃料電池スタックの下端側の発電単位及び第２ガス溜め室を空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を示す説明図である。

【図10】実施例２の燃料電池スタックを燃料ガスの流路に沿って積層方向に破断しその一部を示す断面図（図１１のＣ−Ｃ断面図）である。

【図11】実施例２の燃料電池スタックにおける空気及び燃料ガスの流路を示す平面図である。

【図12】実施例３の燃料電池スタックを空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を示す断面図である。

【図13】実施例４の燃料電池スタックを空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を示す断面図である。

【図14】実施例５の燃料電池スタックを示し、（ａ）は空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を模式的に示す断面図（図１５（ａ）のＤ−Ｄ断面図）、（ｂ）は燃料ガスの流路に沿って積層方向に破断しその一部を模式的に示す断面図（図１５（ｂ）のＥ−Ｅ断面図）説明図である。

【図15】（ａ）は実施例５の燃料電池スタックにおける空気の流路を示す平面図、（ｂ）はその燃料電池スタックにおける燃料ガスの流路を示す平面図である。

【図16】実施例６の燃料電池スタックを示し、（ａ）は空気の流路に沿って積層方向に破断しその一部を模式的に示す断面図（図１６（ｂ）のＦ−Ｆ断面図）、（ｂ）はその空気の流路を示す平面図である。

【図17】実施例７の燃料電池スタックを積層方向に破断しその一部を示す断面図である。

【図18】従来技術の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明が適用された燃料電池スタックとして、固体酸化物形燃料電池スタックを例に挙げて説明する。

【実施例1】

【0033】

ａ）まず、本実施例の燃料電池スタックの概略構成について説明する。
なお、以下の各図面においては、酸化剤ガスは「Ｏ」で示し、燃料ガスは「Ｆ」で示す。また、「ＩＮ」はガスが導入されることを示し、「ＯＵＴ」はガスが排出されることを示す。また、以下の記載で方向を示す「上」及び「下」とは、図１及び図２における「上方」及び「下方」と同じである。

【0034】

図１及び図２に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池スタック（以下単に燃料電池スタックと記す）１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気、詳しくは空気中の酸素）との供給を受けて発電を行う装置である。

【0035】

この燃料電池スタック１は、図１及び図２の上下方向の両端に配置されたエンドプレート３、５の間に、後に詳述するように、層状の複数（例えば２４段：各図では段数を簡略化してある）の燃料電池の発電単位７、層状の熱交換部１０、層状の第１ガス溜め室２０及び第２ガス溜め室３０が積層された構成を有している。なお、発電単位７は、燃料ガスと空気との供給を受けて発電する最小の構成単位である。

【0036】

つまり、燃料電池スタック１は、熱交換部１０の上方及び下方にそれぞれ複数の発電単位７が積層されるとともに、上端の発電単位７の上部に第１ガス溜め室２０を備え、下端の発電単位７の下部に第２ガス溜め室３０を備えている。

【0037】

ここで、熱交換部１０の上方に配置された複数（例えば１２段）の発電単位７からなる部分を上スタック本体２ａと称し、熱交換部１０の下方に配置された複数（例えば１２段）の発電単位７からなる部分を下スタック本体２ｂと称する。

【0038】

図１に示すように、エンドプレート３、５、各発電単位７、熱交換部１０、第１ガス溜め室２０、第２ガス溜め室３０を構成する部材には、それらを積層方向（図１の上下方向）に貫く複数（例えば８個）の貫通孔９が設けられ、その貫通孔９に配置された各ボルト１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ）とボルト１１に螺合する各ナット１３とによって、エンドプレート３、５と各発電単位７と熱交換部１０と第１、第２ガス溜め室２０、３０とが一体に固定されている。

【0039】

また、ボルト１１のうちの特定（５本）のボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈには、図３に示すように、軸方向（即ち積層方向）に沿って、空気又は燃料ガスが流れる内部流路１４が形成されており、この内部流路１４と、各ボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈが挿通される各貫通孔９とは、各ガスの通過が可能な連通孔１５により連通している。

【0040】

更に、各発電単位７には、その厚み方向の中央部分に、板状の単セル１７が配置されている。単セル１７の一方の側（図３上方）に、空気が流れる空気流路１９（図３では矢印で空気の流れを示している）が設けられているとともに、単セル１７の他方の側（図３下方）に、燃料ガスが流れる燃料流路２１が設けられている。なお、燃料流路２１は、紙面と垂直方向の流路である。

【0041】

このうち、単セル１７は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの構造を有しており、薄膜の固体電解質層２３と、その一方の側（図３上方）に形成された薄膜の空気極層（カソード）２５と、他方の側（図３下方）に形成された燃料極層（アノード）２７とを備えている。

【0042】

ｂ）次に、発電単位７と熱交換部１０と第１、第２ガス溜め室２０、３０との構成について、詳しく説明する。
図４及び図５に示すように、発電単位７は、金属製のインターコネクタ３１と、空気極絶縁フレーム３３と、（単セル１７が接合された）金属製のセパレータ３５と、金属製の燃料極フレーム３７と、燃料極絶縁フレーム３９と、金属製のインターコネクタ４１等が積層されものである。

【0043】

また、空気極絶縁フレーム３３の枠内の空気流路１９には、空気極側集電体４３が配置され、燃料極絶縁フレーム３９の枠内の燃料流路２１には、燃料極側集電体４５が配置されている。

【0044】

特に、本実施例１では、図４に示すように、上スタック本体２ａの上端の発電単位７には、その上端（図４上方の外側の端面）に、第１ガス溜め室２０を構成するために、金属製のガス溜め室フレーム５３とガス溜め室フレーム５３の上方を覆う前記エンドプレート３とが配置されている。

【0045】

同様に、図５に示すように、下スタック本体２ｂの下端の発電単位７には、その下端（図５下方の外側の端面）に、第２ガス溜め室３０を構成するために、同様に、金属製のガス溜め室フレーム６３とガス溜め室フレーム６３の下方を覆う前記エンドプレート５とが配置されている。

【0046】

ここで、エンドプレート３、５は、積層される発電単位７を押圧して保持するとともに、第１、第２ガス溜め室２０、３０の蓋となる板材であり、発電単位７からの電流の出力端子でもある。なお、エンドプレート３、５は、導電性を有する板材（例えばステンレス鋼等の金属板）からなる。

【0047】

以下、各構成について、更に詳しく説明する。
まず、上述した単セル１７を構成する空気極層２５、固体電解質層２３、燃料極層２７について説明する。

【0048】

空気極層２５としては、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＦｅＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏ_１−ｙＦｅ_yＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３系複合酸化物、Ｐｒ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物、Ｓｍ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物）などを使用できる。

【0049】

固体電解質層２３としては、ジルコニア系、セリア系、ペロブスカイト系の電解質材料が挙げられる。ジルコニア系材料では、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、及びカルシア安定化ジルコニア（ＣａＳＺ）を挙げることができ、一般的には、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が使用される例が多い。セリア系材料では、いわゆる希土類元素添加セリアが、ペロブスカイト系材料では、ランタン元素を含有するペロブスカイト型複酸化物が使われる。

【0050】

燃料極層２７としては、金属が好ましく、Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットやＮｉ基合金を使用できる。
また、前記図４及び図５に示すように、インターコネクタ３１、４１は、導電性を有する板材（例えばステンレス鋼等の金属板）からなる。このインターコネクタ３１、４１は、単セル１７間の導通を確保し、且つ、単セル１７間（従って発電単位７間）でのガスの混合を防止するものである。

【0051】

空気極絶縁フレーム３３は、四角枠状の部材であり、軟質マイカ、バーミキュライト、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁板である。この空気極絶縁フレーム３３には、（平面視で）その中央部に厚み方向に貫通する空間部３３ａが形成されている。また、空気極絶縁フレーム３３の対向する一対の貫通孔９（９ｄ、９ｈ）には、それぞれ長尺の連通孔３３ｂが連通するように設けられ、更に、各連通孔３３ｂと空間部３３ａとを連通するように、ガスが通過する部分（連通部）として、複数の溝３３ｃが設けられている。

【0052】

空気極側集電体４３は、柱状の部材が平行に配置された例えばステンレスからなる部材であり、前記空気極絶縁フレーム３３の空間部３３ａ内にて、一対の貫通孔９（９ｈ、９ｄ）の配置方向に沿って配置されている。

【0053】

セパレータ３５は、四角枠状の導電性を有する板材（例えばステンレス鋼等の金属板）からなり、自身の内周が、単セル１７の固体電解質層２３の外周縁部にろう付け接合されている。この単セル１７が接合されたセパレータ３５により、発電単位７の内部において、空気と燃料ガスとが混合しないように、空気流路１９と燃料流路２１とが分離されている。

【0054】

燃料極フレーム３７は、耐熱性を有するステンレス等からなる四角枠状の部材である。
燃料極絶縁フレーム３９は、空気極絶縁フレーム３３と同様に、四角枠状の部材であり、軟質マイカ、バーミキュライト、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁板である。この燃料極絶縁フレーム３９には、空気極絶縁フレーム３３と同様に、中央部の空間部３９ａと、（各貫通孔９ｂ、９ｆと連通する長尺の）各連通孔３９ｂと、各連通孔３９ｂと空間部３９ａとを連通する各溝３９ｃが設けられている。

【0055】

燃料極側集電体４５は、公知の格子状の部材（例えば特開２０１３−５６０４２号公報に記載の集電部材１９参照）であり、芯材である格子状のスペーサ（軟質マイカ、バーミキュライト、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁性のスペーサ）５２と、スペーサ５２に取り付けられた金属板の導電部材５４（図３参照）とから構成されている。

【0056】

また、図４に示すガス溜め室フレーム５３は、四角枠状の部材であり、導電性を有する例えばステンレスから構成されている。
このガス溜め室フレーム５３には、（平面視で）中央部に正方形の空間部５３ａが設けられているとともに、熱交換部１０にて加熱された空気が排出される貫通孔９ｄと空間部５３ａとが連通するように、開口部５３ｂが設けられている。

【0057】

また、前記エンドプレート３は、このガス溜め室フレーム５３の空間部５３ａを、同図上側から塞ぐように配置されている。
これにより、ガス溜め室フレーム５３と、その積層方向の両側に配置されたエンドプレート３及びインターコネクタ３１とによって、貫通孔９ｄのみに１箇所開口する密閉された第１ガス溜め室２０が形成される。

【0058】

同様に、図５に示すガス溜め室フレーム６３は、四角枠状の部材であり、導電性を有する例えばステンレスから構成されている。
このガス溜め室フレーム６３には、（平面視で）中央部に正方形の空間部６３ａが設けられているとともに、熱交換部１０にて加熱された空気が排出される貫通孔９ｄと空間部６３ａとが連通するように、開口部６３ｂが設けられている。

【0059】

また、前記エンドプレート５は、このガス溜め室フレーム６３の空間部６３ａを、同図下側から塞ぐように配置されている。
これにより、ガス溜め室フレーム６３と、その積層方向の両側に配置されたエンドプレート５及びインターコネクタ４１とによって、貫通孔９ｄのみに１箇所開口する密閉された第２ガス溜め室３０が形成される。

【0060】

更に、図６に示すように、上スタック本体２ａと下スタック本体２ｂとの間に配置される熱交換部１０は、前記第１、第２ガス溜め室２０、３０と同様に、四角枠状の熱交換部フレーム１２を備えており、熱交換部フレーム１２の厚み方向の両側には、熱交換部フレーム１２の中央の空間部１２ａを覆うように、隣接する発電単位７のインターコネクタ４１、３１が配置されている。なお、熱交換部フレーム１２は、導電性を有する例えばステンレスからなる。

【0061】

この熱交換部フレーム１２には、インターコネクタ４１、３１等と同様に、ボルト１１が貫挿される８個の貫通孔９が形成されている。また、貫通孔９のうち、ボルト１１ａが貫挿される貫通孔９ａには、空間部１２ａと連通して空気を空間部１２ａ内に導入する開口部１２ｂが設けられ、ボルト１１ｄが貫挿される貫通孔９ｄには、空間部１２ａと連通して空気を空間部１２ａから排出する開口部１２ｃが設けられている。

【0062】

ｃ）次に、燃料電池スタック１の製造方法について、簡単に説明する。
まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ３１、４１、燃料極フレーム３７、セパレータ３５、ガス溜め室フレーム５３、６３、熱交換部フレーム１２、エンドプレート３、５を製造した。

【0063】

また、単セル１７を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極層２７及び固体電解質層２３のグリーンシート積層体を焼成し、その上に空気極層２５の材料を印刷した。なお、単セル１７は、セパレータ３５にろう付けして固定した。

【0064】

更に、周知の絶縁性の材料からなる絶縁板に対して、パンチング加工や溝加工などによって、前記図４、図５に示す枠形状の空気極絶縁フレーム３３と燃料極絶縁フレーム３９を作製した。

【0065】

そして、上述したインターコネクタ３１、４１、空気極絶縁フレーム３３、単セル１７をろう付けしたセパレータ３５、燃料極フレーム３７、燃料極絶縁フレーム３９等を積層して、各発電単位７を組み付けるとともに、その積層方向の中央に（即ち上スタック本体２ａ及び下スタック本体２ｂの間に）、熱交換部フレーム１２を配置し、且つ、積層方向の両方の端部に、ガス溜め室フレーム５３、６３、エンドプレート３、５を積層して、積層体を構成した。

【0066】

そして、この積層体の貫通孔９にボルト１１を嵌め込むとともに、各ボルト１１にナット１３を螺合させて締め付けて、積層体を押圧して一体化して固定し、燃料電池スタック１を完成した。

【0067】

ｄ）次に、本実施例１におけるガスの流路について、前記図２、図７、図８等に基づいて説明する。
＜空気の流路＞
図７に示す様に、空気は、燃料電池スタック１の外部から、ボルト１１ａの内部流路１４を介して貫通孔９ａに導入される。そして、前記図２に示すように、貫通孔９ａから開口部１２ｂ（図６参照）を介して熱交換部１０内に導入される。なお、図２では、ここまでの空気の流れを破線で示す。

【0068】

次に、熱交換部１０に導入された空気は（以後の空気の流れを実線で示す）、周囲の単セル１７等（具体的には発電単位７）からの熱を受けて熱交換部１０で加熱され、開口部１２ｃ（図６参照）を介して貫通孔９ｄに供給される。

【0069】

この貫通孔９ｄに供給された熱交換後の空気は、図２の上下方向に分岐し、各発電単位７の空気流路１９と第１ガス溜め室２０と第２ガス溜め室３０とに分配して供給される。
つまり、図２の上方に導かれた熱交換後の空気の一部は、開口部５３ｂを介して、燃料電池スタック１の上部の第１ガス溜め室２０内に供給される。一方、下方に導かれた熱交換後の空気は、開口部６３ｂを介して、燃料電池スタック１の下部の第２ガス溜め室３０内に供給される。

【0070】

また、図２の上方及び下方に導かれて各空気流路１９に導入された熱交換後の空気は、各空気流路１９内にて発電に使用される。そして発電後の残余の空気は、同図の矢印方向に流れて、各空気流路１９から貫通孔９ｈを介して外部に排出される。

【0071】

これらの空気の流れを、図８（ａ）にて模式的に示すが、外部から導入された空気は、熱交換部１０にて加熱された後に、各発電単位７及び第１、第２ガス溜め室２０、３０に導入され、発電後の空気は外部に排出される。

【0072】

なお、図２及び図８（ａ）では、燃料電池スタック１の外部から導入される空気の流路と外部に排出される空気の流路とを重ねて表示しているが、上述したように、それらは別の流路（貫通孔９ａと貫通孔９ｈ）として分離されている。

【0073】

＜燃料ガスの流路＞
燃料ガスの流路は、従来と同様であり、前記図７及び図８（ｂ）に示すように、燃料電池スタック１の外部から、ボルト１１ｆの内部流路１４を介しての貫通孔９ｆに導入された燃料ガスは、各発電単位７の燃料流路２１（図８（ｂ）では図示せず）に分配して供給される。

【0074】

そして、各燃料流路２１内にて発電に使用された残余の燃料ガスは、各燃料流路２１から貫通孔９ｆと反対側の貫通孔９ｂに導入される。
この貫通孔９ｂに導入された発電後の燃料ガスは、ボルト１１ｂの内部流路１４を介して、燃料電池スタック１外に排出される。

【0075】

ｅ）本実施例１の効果について説明する。
本実施例１では、燃料電池スタック１の発電単位７の積層方向の中央に熱交換部１０が配置されており、その積層方向における両方の端部に、熱交換部１０から排出された空気を溜める第１、第２ガス溜め室２０、３０を備えている。

【0076】

これにより、第１、第２ガス溜め室２０、３０には、熱交換部１０から排出された空気、即ち熱交換部１０にて周囲の単セル１７（従って発電単位７）によって適度に加熱された空気を溜めることができる。その結果、この両ガス溜め室２０、３０により、燃料電池スタック１の積層方向における端部の温度を高めることができ、しかも、両ガス溜め室２０、３０は、燃料電池スタック１内とその積層方向の外側との間の断熱層として機能する。

【0077】

そのため、燃料電池スタック１の積層方向における温度を、従来より均一化できるとともに、単セル１７の破損等が生じないような適度な温度に維持することができる。例えば、燃料電池スタック１内を、単セル１７自身がジュール熱にて発熱するような適度な温度に維持して保温することができる。

【0078】

このように、本実施例１では、燃料電池スタック１内の温度を適度な温度に保持することができるので、高い発電効率を実現できるとともに、単セル１７の熱歪みによる破損（セル割れ）を抑制できるという顕著な効果を奏する。

【0079】

また、本実施例１では、両ガス溜め室２０、３０は、熱交換部１０から空気が供給される貫通孔９ｄに１箇所のみ開口しているので、空気が外に流出ににくく、好適に空気を溜めることができるとともに、貫通孔９ｄから空気を効率的に導入することができる。

【0080】

更に、本実施例１では、エンドプレート３、５と（最外側の）発電単位７との間に各ガス溜め室２０、３０が配置されているので、エンドプレート３、５から熱が放出されにくく、燃料電池スタック１内の温度をより均一に保つことができる。

【0081】

ｆ）その他
・例えば、第１、第２ガス溜め室２０、３０の内部は、空洞であってもよいが、燃料電池スタック１の積層方向における導電性を高めるために、集電体を配置してよい。

【0082】

例えば図９（ａ）に示すように、第１ガス溜め室２０内に、前記燃料極側集電体４５と同様な構造の集電体９１を配置してもよい。なお、第２ガス溜め室３０内に、同様な集電体９１を配置してもよい。

【0083】

或いは、図９（ｂ）に示すように、燃料電池スタック１の下端のインターコネクタ４１の表面（第２ガス溜め室２０側の表面）から、内側（同図下方）に向かって突出して、相手側のエンドプレート５に接触する凸部９３を設けてもよい。なお、逆に、エンドプレート５に、インターコネクタ４１側に突出する同様な凸部を設けてもよい。

【0084】

また、前記第１ガス溜め室２０側に、前記第２ガス溜め室３０側に形成したような凸部を設けてもよい。
・また、燃料電池スタック１に対して空気や燃料ガスを供給する側、或いは、燃料電池スタック１から空気や燃料ガスを排出する側は、燃料電池スタック１の積層方向におけるどちら側に（例えば図１、図２における上方又は下方に）設定してもよい。

【実施例2】

【0085】

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
なお、実施例１と同様な構成には、同様な番号を付して説明する。
図１０に示すように、本実施例２の燃料電池スタック１０１は、上下の各発電単位７の間に空気ではなく燃料ガスの熱交換を行う熱交換部１０３を備えており、この熱交換部１０３にて加熱した燃料ガスを、燃料電池スタック１０１の積層方向の両端に配置された第１、第２ガス溜め室１０５、１０７に溜めるものである。以下、詳細に説明する。

【0086】

本実施例２の燃料電池スタック１０１では、燃料ガスは、図１０及び図１１に示すように（図１０では破線で示す）、燃料電池スタック１０１の外部から、ボルト１１ｃの内部流路１４を介して貫通孔９ｃに導入され、その後、発電単位７の間に配置された熱交換部１０３内に導入される。

【0087】

次に、図１０にて実線で示すように、熱交換部１０３で加熱された燃料ガスは、貫通孔９ｆに導入されてから、各発電単位７の燃料流路２１に供給されるとともに、各開口部１０９、１１０を介してそれぞれ第１、第２ガス溜め室１０５、１０７に供給される。

【0088】

そして、各燃料流路２１内にて発電に使用された残余の燃料ガスは、各燃料流路２１から貫通孔９ｂに導入され、その後、燃料電池スタック１０１外に排出される。
なお、空気については、図１１に示すように、ボルト１１ｄの内部流路１４及び貫通孔９ｄを介して、燃料電池スタック１０１に導入され、各発電単位７の空気流路１９から、貫通孔９ｈ及びボルト１１ｈの内部流路１４を介して、燃料電池スタック１０１外に排出される。

【0089】

本実施例２においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
なお、図１０では、前記図２と同様に、燃料電池スタック１の外部から導入される空気の流路（破線部分）と外部に排出される空気の流路（実線部分）とを重ねて表示している。

【実施例3】

【0090】

次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
なお、実施例１と同様な構成には、同様な番号を付して説明する。
図１２に示すように、本実施例３の燃料電池スタック１１１は、上述した積層方向の一方（同図上方）に第１ガス溜め室２０を備えるとともに、他方に排ガス燃焼器１１３を備えたものである。以下、詳細に説明する。

【0091】

ａ）まず、本実施例３の燃料電池スタック１１１の構成について説明する。
図１２に示すように、本実施例３の燃料電池スタック１１１では、上スタック本体２ａと下スタック本体２ｂとの間に空気を加熱する熱交換部１０が配置されている。

【0092】

また、上スタック本体２ａの上端には、前記実施例１と同様な第１ガス溜め室２０が積層され、下スタック本体２ｂの下端には、板状の排ガス燃焼器１１３が積層されている。
この排ガス燃焼器１１３内には、例えばＮｉ等の燃焼用の触媒１１５が充填されており、排ガス燃焼器１１３に発電後の空気と燃料ガスとが導入されるように各流路１１７（燃料ガスの流路は図示せず）が設けられている。

【0093】

また、空気排出用のボルト１１ｈが挿通される貫通孔９ｈは、前記実施例１とは異なり、下方に開口することなくボルト１１ｈの頭部によって閉ざされている。
更に、本実施例３では、空気や燃料ガスの流路として用いられるボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈとは異なる別のボルト１１及びその貫通孔９（図示しないが例えばボルト１１ｇ及び貫通孔９ｇ）が、排ガス燃焼器１１３から排出される燃焼後の排ガスの流路（図示せず）として用いられ、排ガスが排出されるように構成されている。

【0094】

なお、図１２では、前記図２と同様に、燃料電池スタック１の外部から導入される空気の流路（破線部分）と外部に排出される空気の流路（実線部分）とを重ねて表示している。

【0095】

ｂ）次に、本実施例３における空気の流路について説明する。
前記図１２に示すように、本実施例３の燃料電池スタック１１１では、空気は、燃料電池スタック１１１の外部から、ボルト１１ａの内部流路１４を介して貫通孔９ａに導入され、その後、熱交換部１０に導入される。

【0096】

そして、熱交換部１０にて加熱された空気は、貫通孔９ｄに導入された後に、各発電単位７の空気流路１９に分配して供給されるとともに、第１ガス溜め室２０に供給される。
そして、各空気流路１９内にて発電に使用された残余の空気は、各空気流路１９から貫通孔９ｈに導入された後に、排ガス燃焼器１１３に導入される。

【0097】

一方、燃料ガスについては、図示しないが、燃料電池スタック１１１の外部から、ボルト１１ｆの内部流路１４を介して、燃料電池スタック１１１の貫通孔９ｆに導入され、その後、各発電単位７の燃料流路２１に分配して供給される。

【0098】

次に、各燃料流路２１内にて発電に使用された残余の燃料ガスは、各燃料流路２１から貫通孔９ｂに導入され、その後、排ガス燃焼器１１３に導入される。
そして、排ガス燃焼器１１３内に導入された空気と燃料ガスとが燃焼することにより、燃料電池スタック１１１が加熱される。そして、燃焼後の排ガスは燃料電池スタック１１１外に排出される。

【0099】

本実施例３においても、第１ガス溜め室２０が配置された側では、前記実施例１と同様な効果を奏する。また、燃料電池スタック１１１の下端側が冷えやすい構造の場合には、排ガス燃焼器１１３によって、下端側を好適に加熱することができる。

【0100】

なお、本実施例３において、前記実施例２と同様に、空気を第１ガス溜め室２０に溜めるのではなく、燃料ガスを溜めるような構成としてもよい。

【実施例4】

【0101】

次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
なお、実施例１と同様な構成には、同様な番号を付して説明する。
図１３に示すように、本実施例４の燃料電池スタック１２１は、前記積層方向の一方（図１３の上方）にのみ、空気を溜める第１ガス溜め室２０を備えたものである。以下、詳細に説明する。

【0102】

本実施例４の燃料電池スタック１２１では、空気は、燃料電池スタック１２１の外部から、ボルト１１ｈの内部流路１４を介して貫通孔９ｈに導入され、その後、発電単位７の間に配置された熱交換部１０に導入される。

【0103】

次に、熱交換部１０にて加熱された空気は、貫通孔９ｄに導入された後に、各発電単位７の空気流路１９と第１ガス溜め室２０に分配して供給される。
そして、各空気流路１９内にて発電に使用された残余の空気は、各空気流路１９から貫通孔９ｈに導入された後に、燃料電池スタック１３１外に排出される。

【0104】

また、燃料ガスについては、前記実施例１と同様であるので、その説明は省略する。
なお、図１３では、前記図２と同様に、燃料電池スタック１の外部から導入される空気の流路（破線部分）と外部に排出される空気の流路（実線部分）とを重ねて表示している。

【0105】

本実施例４においても、第１ガス溜め室２０が配置された側では、前記実施例１と同様な効果を奏する。
なお、本実施例４において、前記実施例２と同様に、燃料ガスを第１ガス溜め室２０に溜めるような構成としてもよい。

【実施例5】

【0106】

次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
なお、実施例１と同様な構成には、同様な番号を付して説明する。
図１４に示すように、本実施例５の燃料電池スタック１３１は、前記積層方向の一方の第１ガス溜め室１３３に空気を溜めるとともに、他方の第２ガス溜め室１３５に燃料ガスを溜めるものである。以下、詳細に説明する。

【0107】

ａ）まず、燃料電池スタック１３１の構成について説明する。
本実施例５の燃料電池スタック１３１では、前記実施例１における空気の流路の構成と前記実施例２における燃料ガスの流路の構成とが組み合わせられている。

【0108】

具体的には、図１４に示すように、燃料電池スタック１３１の複数の発電単位７に挟まれるように、空気の熱交換を行う第１熱交換部１３７と燃料ガスの熱交換を行う第２熱交換部１３９とが配置されている。

【0109】

つまり、図１４の上部の複数の発電単位７と中央の複数の発電単位７との間に第１熱交換部１３７が配置され、下部の複数の発電単位７と中央の複数の発電単位７との間に第２熱交換部１３９が配置されている。

【0110】

そして、上端の発電単位７の上部に、空気を溜める第１ガス溜め室１３３が設けられ、下端の発電単位７の下部に、燃料ガスを溜める第２ガス溜め室１３５が設けられている。
ｂ）次に、燃料電池スタック１３１における空気及び燃料ガスの流路について説明する。

【0111】

＜空気の流路＞
図１４（ａ）及び図１５（ａ）に示すように、本実施例５の燃料電池スタック１３１では、空気は、燃料電池スタック１３１の外部から、ボルト１１ａの内部流路１４を介して貫通孔９ａに導入され、その後、第１熱交換部１３７に導入される。

【0112】

次に、第１熱交換部１３７にて加熱された空気は、貫通孔９ｄに導入された後に、各発電単位７の空気流路１９（図３参照）と第１ガス溜め室１３３に分配して供給される。
そして、各空気流路１９内にて発電に使用された残余の空気は、各空気流路１９から貫通孔９ｈを介して、外部に排出される。

【0113】

＜燃料ガスの流路＞
図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、本実施例５の燃料電池スタック１３１では、燃料ガスは、燃料電池スタック１３１の外部から、ボルト１１ｃの内部流路１４を介して貫通孔９ｃに導入され、その後、第２熱交換部１３９に導入される。

【0114】

次に、第２熱交換部１３９にて加熱された燃料ガスは、貫通孔９ｆに導入された後に、各発電単位７の燃料流路２１（図３参照）と第２ガス溜め室１３５に分配して供給される。

【0115】

そして、各燃料流路２１内にて発電に使用された残余の燃料ガスは、各燃料流路２１から貫通孔９ｂを介して、外部に排出される。
本実施例５においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、設計の自由度が高いという利点がある。

【実施例6】

【0116】

次に、実施例６について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
なお、実施例１と同様な構成には、同様な番号を付して説明する。
図１６に示すように、本実施例６の燃料電池スタック１４１は、空気の流路についてシリアルフロー構造を有しており、最初の発電後の空気を第１ガス溜め室２０及び第２ガス溜め室３０に導入するものである。

【0117】

ａ）まず、本実施例６の燃料電池スタック１４１の構造について説明する。
図１６（ａ）に示すように、本実施例６の燃料電池スタック１４１では、複数（例えば４段）の発電単位７からなる上スタック本体２ａと、複数（例えば４段）の発電単位７からなる下スタック本体２ｂとの間に、実施例１と同様に、熱交換部１０を備えている。

【0118】

ここでは、上スタック本体２ａが、空気のシリアルフローの上流側であり、下スタック本体２ｂが、空気のシリアルフローの下流側である。
また、実施例１と同様に、上スタック本体２ａの上部に第１ガス溜め室２０を備えるとともに、下スタック本体２ｂの下部に第２ガス溜め室３０を備えている。

【0119】

ｂ）次に、燃料電池スタック１４１における空気の流路について説明する。
図１６に示すように、燃料電池スタック１４１の外部から、ボルト１１ａの内部流路１４を介して貫通孔９ａに導入された空気は、熱交換部１０に供給される。

【0120】

そして、熱交換部１０で加熱された空気は、貫通孔９ｄを介して、上スタック本体２ａの各発電単位７の各空気流路１９（図３参照）と第１ガス溜め室２０と第２ガス溜め室３０とに供給される。

【0121】

次に、各空気流路１９内にて最初の発電に使用された残余の空気は、貫通孔９ｈに導入され、貫通孔９ｈから、下スタック本体２ｂの各発電単位７に供給される。
そして、各空気流路１９内にて２回目の発電に使用された残余の空気は、貫通孔９ｅを介して外部に排出される。

【0122】

なお、図１６では、空気の流れの順番を、Ｏ１→Ｏ２→Ｏ３で示している。
なお、燃料ガスの流路は、実施例１と同様であるので、その説明は省略する。
本実施例６は、空気の流路がシリアルフローであり、燃料電池スタック１４１の積層方向の両側に、熱交換部１０で熱交換により加熱された後に空気を溜める両ガス溜め室２０、３０を備えているので、前記実施例１と同様な効果を奏する。

【0123】

なお、本実施例６では、両ガス溜め室２０、３０に発電後の空気を溜めるようにしたが、前記実施例２のように、燃料ガスをためるようにしてもよい。また、第１ガス溜め室２０に空気を溜め、第２ガス溜め室３０に燃料ガスを溜めるようにしてもよい（或いは、溜めるガスの種類を上下逆にしてもよい）。

【0124】

また、空気の流路のみをシリアルフローとする以外に、空気及び燃料ガスの流路をシリアルフローにしたり、燃料ガスの流路のみをシリアルフローとしてもよい。

【実施例7】

【0125】

次に、実施例７について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
なお、実施例１と同様な構成には、同様な番号を付して説明する。
図１７に示すように、本実施例７の燃料電池スタック１６１では、複数の発電単位７は、前記実施例１と同様に、空気極層２５と固体電解質層２３と燃料極層２７とからなる単セル１７と、単セル１７に接合された四角枠状の金属製のセパレータ３５とを備えている。

【0126】

また、空気極層２５の（同図の）上方には、板状の金属製のインターコネクタ１６３が配置されており、その下方より突出する凸部１６５と空気極層２５とが接触している。
このインターコネクタ１６３は、その周囲が金属製の四角枠状の（インターコネクタ１６３より板厚が小さな）集電セパレータ１６７に接合されており、集電セパレータ１６７及びインターコネクタ１６３によって、インターコネクタ１６３の上下の流路（従って発電単位７間）が分離されている。

【0127】

更に、燃料極層２７の（同図の）下方には、前記実施例１の燃料極側集電体４５と同様な構造の（絶縁板と金属板からなる）燃料極側集電体１６９が配置されている。
また、（空気流路１９に対応する）集電セパレータ１６７とセパレータ３５との間には、四角枠状の絶縁板からなるフレーム１７１が配置され、（燃料流路２１に対応する）セパレータ３５と集電セパレータ１６７との間には、四角枠状の金属からなるフレーム１７３が配置されている。

【0128】

本実施例７では、実施例１と同様に、同図の上下に配置された発電単位７の間に熱交換部１０が配置されている。この熱交換部１０は、同図の上下に配置された一対の金属板からなるプレート１８１、１８３と、両プレート１８１、１８３の間に配置された四角枠状の金属製のスペーサ１８５とから構成されている。なお、図示しないが、このスペーサ１８５には、実施例１と同様に、空気の導入又は排出を行う開口部が設けられている。

【0129】

また、同図の最上段の発電単位７とエンドプレート３との間に、（フレーム１７３と同様な）四角枠状の金属製のスペーサ１９１を配置することにより、熱交換部１０で加熱された空気を溜める第１ガス溜め室１９３が設けられている。なお、図示しないが、スペーサ１７４には、第１ガス溜め室１９３と熱交換後の空気排出用の貫通孔９とを連通する開口部が設けられている。

【0130】

この第１ガス溜め室１９３内には、エンドプレート３と（集電セパレータ１６７が接合された）インターコネクタ１６３とが接触して導通するように、前記燃料極側集電体１６９が配置されている。

【0131】

同様に、同図の最下段の発電単位７とエンドプレート５との間に、（フレーム１７１と同様な）四角枠状の絶縁板からなるスペーサ１９５を配置することにより、熱交換部１０によって加熱された空気を溜める第２ガス溜め室１９７が設けられている。なお、図示しないが、スペーサ１９５には、第２ガス溜め室１７７と熱交換後の空気排出用の貫通孔９とを連通する開口部が設けられている。

【0132】

この第２ガス溜め室１９７内には、エンドプレート５と燃料極側集電体１６９とが接触して導通するように、前記（集電セパレータ１６７が接合された）インターコネクタ１６３が配置されている。

【0133】

本実施例７においても、前記実施例１と同様に、第１、第２ガス溜め室１９３、１９７に、熱交換部１０で加熱された空気が導入されるので、前記実施例１と同様な効果を奏する。

【0134】

さらに、本実施例８では、インターコネクタ１６３は、板厚が小さな（薄い）集電セパレータ１６７に接合されているため、発電単位７の側面方向への放熱が低減される。すなわち、積層方向だけでなく、側面方向に熱が放出されにくくなるため、発電単位７内の温度を、より均一に保つことができる。

【0135】

なお、前記実施例２と同様に、第１、第２ガス溜め室１９３、１９７に、熱交換部１０で加熱された燃料ガスを導入してもよい。
また、前記実施例５と同様に、第１ガス溜め室１９３に空気を導入するとともに、第２ガス溜め室１９７に燃料ガスを導入してもよい。或いは、その逆に、第１ガス溜め室１９３に燃料ガスを導入するとともに、第２ガス溜め室１９７に空気を導入してもよい。

【0136】

なお、図１７では、各ガスの供給経路である貫通孔から各空気流路１９や各燃料流路２１にガスを供給する連通路である連通部、各空気流路１９や各燃料流路２１から各ガスの排出経路である貫通孔にガスを排出する連通部、各ガスの排出経路から第１、第２ガス溜め室１９３、１９７にガスを供給する開口部は省略してあるが、前記実施例１〜３等と同様に、各ガスの流通が可能なように、適宜（各ガスの供給側の貫通孔に開口する）開口部を設ければよい。

【0137】

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）例えば、本発明は、例えば、ＺｒＯ_２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池の燃料電池スタックに適用できる。

【0138】

（２）また、単セルで発電された電気は、例えば集電体及びインターコネクタを介して外部に取り出すことができるが、この場合、インターコネクタと集電体とは、別部材で構成しても、一体の部材として構成してもよい。

【0139】

（３）更に、ガス溜め室の（ガス供給側に開口する）開口部は、ガスを溜めるためには１個が望ましいが、複数個設けてもよい。

【符号の説明】

【0140】

１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１６１…燃料電池スタック（固体酸化物形燃料電池スタック）
３、５…エンドプレート
７…発電単位
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ…貫通孔
１０、１０３…熱交換部
１７…単セル
１９…空気流路
２０、１０５、１３３、１９３…第１ガス溜め室
２１…燃料流路
２３…固体電解質層
２５…空気極層
２７…燃料極層
３０、１０７、１３５、１９７…第２ガス溜め室
３１、４１、１６３…インターコネクタ
５３ａ、６３ａ、１０９、１１１…開口部
１３７…第１熱交換部
１３９…第２熱交換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】