燃料電池
【課題】導電性部材間での絶縁性の確保の確実性を向上した燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池４０は，空気極層５５，電解質層５６，および燃料極層５７を有する平板状の燃料電池セル本体４４と，空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材４１と，燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材４５と，第１，第２の導電性部材の間に配置される板状の絶縁性部材５２と，を具備する燃料電池であって，燃料電池本体，第１，第２の導電性部材，絶縁性部材５２が厚み方向に沿って一体に積層されており，絶縁性部材５２が，第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する。
【解決手段】燃料電池４０は，空気極層５５，電解質層５６，および燃料極層５７を有する平板状の燃料電池セル本体４４と，空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材４１と，燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材４５と，第１，第２の導電性部材の間に配置される板状の絶縁性部材５２と，を具備する燃料電池であって，燃料電池本体，第１，第２の導電性部材，絶縁性部材５２が厚み方向に沿って一体に積層されており，絶縁性部材５２が，第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池，特に高温型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質体を介して化学反応させることで，電力を発生させる。
【０００３】
ここで，燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックにおいて，導電性部材間の絶縁性を確保するために，導電性部材間に空間を設けたり，絶縁物を配置したりすることがある（例えば，特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４５６３３号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，導電性部材間に絶縁物を配置した場合でも，導電性部材間の絶縁性が維持されなくなる可能性がある。例えば，導電性部材を構成する金属材料の酸化が進行し，酸化スケールが成長し剥離することが考えられる。このとき，スケールが導電性部材間に触れ，ショートする可能性がある。具体的には，板状の絶縁物を挟んで板状の導電性部材を積層した場合，絶縁材を跨って導電性部材同士の側端面（積層方向に平行な面）が露出し，さらに，該露出した側端面に剥離してきたスケールが附着する可能性があり，この側端面においてショートが起こる恐れがある。特に，ＳＯＦＣは，高温型の燃料電池であり，例えば，５００℃〜１０００℃の高温で使用されることから，スケールが成長し，剥離する可能性が大きくなる。この場合，例えば，燃料電池の燃料極または空気極に電気的に接続されて異なる電位を有する一対のインターコネクタ（導電性部材）間において，剥離したスケールが絶縁物の側端面を跨って，異なる電位のインターコネクタの側端面に附着することにより，インターコネクタが導通してショートになる恐れがある。
なお，溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ： Molten Carbonate Fuel Cell）でも，ＳＯＦＣと同様に，高温で使用されることから，スケールの成長，剥離等により，導電性部材間の絶縁性が維持されなくなる可能性がある。
本発明は，導電性部材間での絶縁性の確保の確実性を向上した燃料電池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】
【０００６】
本発明に係る燃料電池は，空気極層，電解質層，および燃料極層を有する平板状の燃料電池セル本体と，前記空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材と，前記燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材と，前記第１，第２の導電性部材の間に配置されている板状の絶縁性部材と，を具備する燃料電池であって，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材が厚み方向に沿って一体に積層されており，前記絶縁性部材が，前記第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する。
【０００７】
この燃料電池では，絶縁性部材が，第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有することから，第１，第２の導電性部材間での絶縁性の確保の確実性が向上する。即ち，導電性部材（例えば，インターコネクタ）の側端面を，絶縁部材の側端面よりも引き下げて配置することで，導電性部材の側端面においてスケールが発生した場合でも，（異なる電極に接続し電位の異なる）導電性部材が側端面でのショートの発生を軽減することができる。
【０００８】
（１）前記第１，第２の導電性部材と前記絶縁性部材との相対位置を位置決めするための位置決め手段をさらに具備しても良い。
【０００９】
この燃料電池では，絶縁性部材が，第１，第２の導電性部材の何れよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有することから，その製造時等において，第１，第２の導電性部材と絶縁性部材との相対位置の位置決めが困難となる可能性がある。燃料電池が，絶縁性部材を位置決めするための位置決め手段を有することで，絶縁性部材を位置決め，ひいては，燃料電池の製造が容易となる。
【００１０】
（２）（１）において，前記位置決め手段は，前記第１の導電性部材の厚み方向に形成される第１の貫通孔と，前記第１の貫通孔の位置に対応するように前記第２の導電性部材の厚み方向に形成される第２の貫通孔と，前記第１及び第２の貫通孔の位置に対応するように前記絶縁性部材の厚み方向に形成される第３の貫通孔と，前記第１〜第３の貫通孔を貫通する貫通部材と，を有し，前記貫通部材は，該貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成されており，前記絶縁部材で構成された前記一部が前記第１〜３の貫通孔の内周面（円に限らず）に接触しても良い。
【００１１】
第１〜第３の貫通孔およびこれらを貫通する貫通部材によって，第１，第２の導電性部材および絶縁性部材の相対位置の位置決めが可能となる。
また，貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，この一部が前記第１〜３の貫通孔の内周面に接触することで，絶縁部材の位置決めと，第１，第２の導電性部材間の絶縁性と，の両立が容易となる。
【００１２】
（３）（２）において，前記第１〜第３の貫通孔が，燃料ガスまたは酸化剤ガスのいずれかを通過させるガス流路として機能しても良い。
第１〜第３の貫通孔を，位置決め，ガス流路の双方に利用可能となる。
【００１３】
（４）（３）において，前記ガス流路は，前記貫通部材の内部に形成されても良い。
貫通部材を通して，燃料ガスまたは酸化剤ガスを通過させることができる。
【００１４】
（５）（３）または（４）において，前記ガス流路は，前記貫通部材の前記外周面と前記第１〜３の貫通孔の前記内周面の間に形成されていても良い。
第１〜３の貫通孔と貫通部材との間をガス流路として利用できる。
【００１５】
（６）（２）〜（５）において，前記貫通部材は，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付けるためのボルトであっても良い。
絶縁性部材の位置決めと，燃料電池本体等の締め付けの双方に，貫通部材を利用できる。
【００１６】
（７）（２）において，前記貫通部材は，筒状であり，かつ，内周側に，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付ける棒状の締結部材（ボルト）が挿通されていても良い。
貫通部材と締結部材の組み合わせを，絶縁性部材の位置決めと，燃料電池本体等の締め付けの双方に利用できる。
【００１７】
（８）（１）において，前記位置決め手段が，前記第１の導電性部材，前記第２の導電性部材，及び，前記絶縁性部材のそれぞれの表面に形成されている凸部及び/又は凹部を有しても良い。
【００１８】
位置決め手段として，第１，第２の導電性部材及び絶縁性部材の表面に形成されている凸部及び/又は凹部は，それぞれの表面に積層される部材に対して位置決めすることができる。例えば，絶縁性部材の表面に「凸部」が形成されていて，絶縁性部材の表面に積層される部材（例えば，第１の導電性部材）の表面に，該「凸部」に対応する「凹部」が形成されていれば，絶縁性部材の表面と該部材（第１導電性部材）の表面を合わせて，絶縁性部材に該部材（第１の導電性部材）を積層する際に，「凸部」と「凹部」の係合性により両者の相対位置を決めることができる。
【００１９】
ここでの「部材」は，前述したように，「第１の導電性部材」であってよく，「第２の導電性部材」であってもよく，さらに，第１または第２の導電性部材と絶縁性部材の間に介在されている「他の部材」であってもよい。
なお，第１或いは第２の導電性部材と絶縁性部材との間に「他の部材」が介在されている場合では，前述した凹部または凸部に対応する（係合可能となる）ように，「他の部材」の表面にも「凸部」または「凹部」を形成してもよい。
また，位置決め手段として，「凸部」と「凹部」のいずれか一種を採用してもよく，両方を採用しても良い。
【００２０】
（９）前記第３の貫通孔が，前記第１，第２の貫通孔の何れよりも，小さい径を有し，前記積層方向から見た際，前記第３の貫通孔は，前記第１，第２の貫通孔のいずれの内周で規定された領域の内側に位置しても良い。
第３の貫通孔を第１，第２の貫通孔よりも小さい径とすることにより，の内部に配置することが可能となり，第１，第２の貫通孔間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００２１】
（１０）前記絶縁性部材が，マイカ，バーミキュライト，ガラスの少なくとも何れかを含んでも良い。
マイカ，バーミキュライト，ガラスを用いて，燃料電池の使用時での耐高温性を確保しつつ，第１，第２の導電性部材間の絶縁性を確保できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば，導電性部材間での絶縁性の確保の確実性を向上した燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。
【図３】燃料電池セル４０の断面図である。
【図４】燃料電池セル４０の分解斜視図である。
【図５】ボルト２１の一例を表す斜視図である。
【図６】ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。
【図７】ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ａを表す模式断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る燃料電池セル４０ａの断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る燃料電池セル４０ｂの断面図である。
【図１１】第３の実施形態に係る燃料電池セル４０ｂの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下，本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお，本発明の実施の形態は，下記の実施形態に何ら限定されることはなく，本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０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。
【００２６】
固体酸化物形燃料電池１０は，エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）が積層され，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）およびナット３５で固定される。ここでは，判り易さのために，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層しているが，一般には，２０数個程度の燃料電池セル４０を積層することが多い。
【００２７】
エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
エンドプレート１１，１２は，積層される燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，保持する保持板であり，かつ燃料電池セル４０（１）〜４０（４）からの電流の出力端子でもある。
【００２８】
図２は，固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。図３，図４はそれぞれ，燃料電池セル４０の側面図および分解斜視図である。図５〜図７はそれぞれ，ボルト２１〜２３の一例を表す斜視図である。
【００２９】
図３に示すように，燃料電池セル４０は，いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり，インターコネクタ４１，４５，集電体４２，枠部４３，セル本体（燃料電池セル本体）４４を有する。
【００３０】
インターコネクタ４１，４５は，燃料電池セル４０間の導通を確保し，かつガス流路を遮断する，上下一対の導電性（例えば，金属）のプレートである。なお，本実施例では，インターコネクタ４１は，「空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材」として機能し，インターコネクタ４５は，「燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材」として機能する。
【００３１】
なお，燃料電池セル４０間には，１個のインターコネクタ（４１若しくは４５）のみが配置される（直列に接続される二つの燃料電池セル４０の間に一つのインターコネクタを共有しているため）。また，最上層および最下層の燃料電池セル４０（１），４０（４）それぞれでは，インターコネクタ４１，４５に替えて，エンドプレート１１，１２が配置される。
【００３２】
集電体４２は，セル本体４４（空気極５５）とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり，例えば，ＳＵＳ（ステンレス）等の金属材料からなる。
【００３３】
枠部４３は，開口４６を有する。この開口４６内は，気密に保持され，かつ酸化剤ガス流路４７，燃料ガス流路４８に区分される。また，本実施形態の枠部４３は，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，セパレータ（その外周縁部）５３，燃料極フレーム５４を有する。
【００３４】
空気極フレーム５１は，酸化剤ガス流路４７側に配置される金属製のフレームである。なお，空気極フレーム５１は，インターコネクタ４１に接触されており，インタコネクタ４１と同電位である。
絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５間を電気的に絶縁する，セラミックス製のフレームである。具体的には，絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５の間において，一方の面が空気極フレーム５１に，他方の面がセパレータ５３に接触して配置されている。この結果，絶縁フレーム５２により，インターコネクタ４１，５１間が電気的に絶縁されている。なお，絶縁フレーム５２は，本発明の絶縁性部材を構成するものである。
セパレータ５３は，セル本体４４を接合し，かつ酸化剤ガス流路４７，燃料ガス流路４８を遮断する金属製のフレームである。
燃料極フレーム５４は，燃料ガス流路４８側に配置される絶縁材料（セラミック）製のフレームである。なお，後述のように，燃料極フレーム５４を金属等の導電性材料から構成することも可能である。
【００３５】
なお，絶縁フレーム５２および燃料極フレーム５４は，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）の間に配置され第１，第２の導電性部材を電気的に絶縁させる板状の絶縁性部材として機能する。絶縁フレーム５２および燃料極フレーム５４は，セラミック以外にも，マイカ，バーミキュライト，ガラスの少なくとも何れかを含むことができる。例えば，セラミック，マイカ，バーミキュライト，ガラスから選択された複数の材料の組み合わせから，絶縁フレーム５２および燃料極フレーム５４を構成できる。
【００３６】
本実施形態では，図１〜図４に示すように，絶縁フレーム５２が，インターコネクタ４１，空気極フレーム５１，セパレータ５３のいずれの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有する。この結果，インターコネクタ４１（および空気極フレーム５１）と，インターコネクタ４５（及びセパレータ５３）間での絶縁性の確保の確実性が向上する。例えば，インターコネクタ４１，４５，空気極フレーム５１またはセパレータ５３が酸化して，スケールが生成され，剥離することが考えられる。この場合でも，空気極フレーム５１とセパレータ５３間のスケールによるインターコネクタ４１，４５間の短絡が，絶縁フレーム５２の張り出した外周部４９によって，阻止される。固体酸化物形燃料電池１０は，特に，例えば，５００℃以上の高温で動作することから，金属等の酸化によるスケールの発生，剥離の可能性がある。
【００３７】
また，図１〜図４に示すように，燃料極フレーム５４が，セパレータ５３，インターコネクタ４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有しても良い。即ち，燃料極フレーム５４が絶縁性部材で構成された場合，その外周に絶縁フレーム５２と同様に外周部４９を設けることで，インターコネクタ４１（セパレータ５３）とインターコネクタ４５間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００３８】
以上のように，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の張り出した外周部４９は，インターコネクタ４１，４５間での絶縁性の確保の確実性に寄与する。この機能は，基本的に，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４が，インターコネクタ４１，４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有することに依っている。また，この機能は，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の一方のみが，インターコネクタ４１，４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有することでも達成できる。なお，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の双方が，インターコネクタ４１，４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有すると，絶縁性の確保の確実性がより向上する。
【００３９】
前述のように，燃料極フレーム５４を金属等の導電性材料から構成することも可能である。この場合，燃料極フレーム５４が，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有しない方がむしろ好ましい。
【００４０】
枠部４３は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
【００４１】
セル本体（燃料電池セル本体）４４は，空気極（カソード，空気極層ともいう）５５，固体電解質体（電解質層）５６，燃料極（アノード，燃料極層ともいう）５７を積層して構成される。固体電解質体５６の酸化剤ガス流路４７側，燃料ガス流路４８側それぞれに，空気極５５，燃料極５７が配置される。空気極５５としてはペロブスカイト系酸化物，各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。固体電解質体５６としては，ＹＳＺ，Ｓｃ，ＳＺ，ＳＤＣ，ＧＤＣ，ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また，燃料極５７としてはＮｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用できる。
【００４２】
図４に示すように，空気極フレーム５１において，貫通孔３３（３３ａ，３３ｂ）と開口４６間が切欠６１で空間的に接続され，これらの間での酸化剤ガスの流通を可能としている。燃料極フレーム５４において，貫通孔３２（３２ａ，３２ｂ）と開口４６間が切欠６２で空間的に接続され，これらの間での燃料ガスの流通を可能としている。
【００４３】
ボルト２１〜２３は，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）の固定等の他に，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）と，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）との相対位置を位置決めするための位置決め手段として機能する。次のように，インターコネクタ４１，４５，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の厚み方向に形成される貫通孔３１〜３３（第１〜第３の貫通孔）と，これらの貫通孔３１〜３３を貫通するボルト２１〜２３（貫通部材）の組み合わせにより，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）と，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）との相対位置を位置決めできる。
第１の貫通孔：インターコネクタ４１（第１の導電性部材）の貫通孔３１〜３３のいずれか
第２の貫通孔：インターコネクタ４５（第２の導電性部材）の貫通孔３１〜３３のいずれか（第２の貫通孔）
第３の貫通孔：絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）の貫通孔３１〜３３のいずれか
【００４４】
ここで，ボルト２１〜２３（貫通部材）は，その外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，絶縁部材で構成された一部が貫通孔３１〜３３の内周面に接触しても良い。このようにすることで，ボルト２１〜２３によるインターコネクタ４１，４５間の短絡を防止できる。
【００４５】
以下，ボルト２１〜２３を個別，具体的に説明する。
ボルト２１は，積層されたエンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，固定するための部材である。
図５（ａ）は，ボルト２１の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２１は，略円柱形状を有する。この場合，ボルト２１が位置決め手段を構成する貫通部材として機能する。
既述のように，ボルト２１の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，絶縁部材で構成された一部が貫通孔３１の内周面に接触しても良い。
【００４６】
図５（ｂ）は，ボルト２１の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２１は，筒状の部材７１の内部（内周側）に配置され，部材７１が貫通孔３１内に配置されている。この場合，部材７１が位置決め手段を構成する貫通部材として機能する。
【００４７】
ここで，部材７１の側面を絶縁材料で構成すれば，ボルト２１自体が絶縁部材で構成される必要は無い。その他の点では，図５（ｂ）は，図５（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
なお，ボルト２１として，後述の図６（ａ）〜（ｃ），図７（ａ），（ｂ）に対応する形状を採用することも可能である。
【００４８】
ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）は燃料ガスを流通させるための部材であり，燃料ガスが流通する燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）を有する。ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）は酸化剤ガスを流通させるための部材であり，酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）を有する。燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５は，ボルト２２，２３それぞれに設けられた空孔である。
【００４９】
ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）は，燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）と接続された燃料ガス流入出口２６を有する。燃料ガス流入出口２６は，燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）に燃料ガスを流入流出させる。
ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）は酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）と接続された酸化剤ガス流入出口２８を有する。酸化剤ガス流入出口２８は，酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）に酸化剤ガスを流入流出させる。
燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８は，燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５と連通するように，ボルト２２，２３の側部に設けられた貫通穴である。
【００５０】
図６（ａ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，ガス流路（燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５）は，ボルト２２，２３（貫通部材）の内部に形成されている。ここでは，ボルト２２，２３は略円筒形状をなし，円筒形状の燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５，略矩形状の燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８を有する。矩形状の４つの燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８はそれぞれ，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）に対応して配置される。
既述のように，ボルト２２，２３の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，絶縁部材で構成された一部が貫通孔３２，３３の内周面に接触しても良い。
【００５１】
図６（ｂ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２２，２３が，略円形状の燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８を有する。その他の点では，図６（ｂ）は，図６（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５２】
図６（ｃ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２２，２３が，１つの略矩形状の燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８を有する。１つの燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８が，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）に対応する。その他の点では，図６（ｃ）は，図６（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５３】
図７（ａ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，円筒形状のボルト２２，２３の外周に，略円筒形状の一部をなす４つの溝Ｇが形成されている。ガス流路（燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５）は，ボルト２２，２３（貫通部材）の外周面（４つの溝Ｇ）と貫通孔３１〜３３の内周面の間に形成されている。この場合，燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８は不要となる。その他の点では，図７（ａ）は，図６（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５４】
図７（ｂ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。円筒形状のボルト２２，２３の外周に，略円筒形状の一部をなす２つの溝Ｇが形成されている。その他の点では，図７（ｂ）は，図７（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５５】
燃料ガス，酸化剤ガスは，次のように，燃料電池セル４０に流入，流出する。
即ち，ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）内の燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）の燃料ガス流入出口２６から燃料極フレーム５４の開口４６（燃料ガス流路４８）内に燃料ガスが流入，流出する。ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）内の酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）の酸化剤ガス流入出口２８から空気極フレーム５１の開口４６（酸化剤ガス流路４７）内に酸化剤ガスが流入，流出する。
本実施形態では，本発明の「貫通部材」を，積層された各部材を一体に締め付けるためのボルト２３（２３a，２３ｂ）として説明したが，ボルト２３に限らず，貫通孔３１〜３３（または，貫通孔３１〜３３とは別個に，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）に設けられた貫通孔）に挿入して位置決めできるものであれば良い。例えば，位置決めピンなどが挙げられる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図８は，第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ａを表す模式断面図である。図９は，固体酸化物形燃料電池１０ａの燃料電池セル４０ａの断面図である。
【００５７】
本実施形態では，図８，図９に示すように，絶縁フレーム５２の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，空気極フレーム５１，セパレータ５３，インターコネクタ４５のいずれの貫通孔３１〜３３よりも，小さい径を有する。この結果，インターコネクタ４１（および空気極フレーム５１）と，インターコネクタ４５（及びセパレータ５３）間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００５８】
また，図８，図９に示すように，絶縁性の燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，セパレータ５３，インターコネクタ４５の貫通孔３１〜３３のいずれよりも，小さい径を有しても良い。即ち，燃料極フレーム５４が絶縁性部材で構成された場合，絶縁フレーム５２の貫通孔３１〜３３と同様に小さい径を有する（内周面を内側に突出させる）ことで，インターコネクタ４１（セパレータ５３）とインターコネクタ４５間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００５９】
以上のように，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３が小径であることは，インターコネクタ４１，４５間での絶縁性の確保の確実性に寄与する。この機能は，基本的に，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，４５の貫通孔３１〜３３のいずれよりも，小さい径を有することに依っている。また，この機能は，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３の一方のみが，インターコネクタ４１，４５の貫通孔３１〜３３のいずれよりも，小さい径を有することでも達成できる。なお，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の双方の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，４５のいずれの貫通孔３１〜３３よりも，小さい径を有すると，絶縁性の確保の確実性がより向上する。
【００６０】
本実施形態において，ボルト２１〜２３に，既述の図５〜図７の態様を採用することができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
図１０は，第３の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ｂの燃料電池セル４０ｂの断面図および分解斜視図である。
【００６２】
本実施形態では，インターコネクタ４１，４５，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，セパレータ（その外周縁部）５３，燃料極フレーム５４が互いに上下に係合する凹凸部７２を有する。これらの凹凸部７２が位置決め手段として機能し，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）と，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）との相対位置を位置決めできる。なお，本実施形態の凹凸部７２は,本発明の凹部または凸部を構成するものである。
また，位置決め手段としての凹凸部７２は，積層される各部材（例えば，インターコネクタ４１，４５，セパレータ５３，各フレーム５１，５２，５４）の積層方向に沿って同じ位置に形成すると良い。
【００６３】
本実施形態において，ボルト２１〜２３に，既述の図５〜図７の態様を採用することができる。
【００６４】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では，固体酸化物形燃料電池を例として本発明を説明したが，本発明は，溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等燃料電池一般に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 固体酸化物形燃料電池
１１，１２ エンドプレート
２１〜２３ ボルト
２４ 燃料ガス流路
２５ 酸化剤ガス流路
２６ 燃料ガス流入出口
２８ 酸化剤ガス流入出口
３１〜３３ 貫通孔
３５ ナット
４０ 燃料電池セル
４１，４５ インターコネクタ
４２ 集電体
４３ 枠部
４４ セル本体
４６ 開口
４７ 酸化剤ガス流路
４８ 燃料ガス流路
４９ 外周部
５１ 空気極フレーム
５２ 絶縁フレーム
５３ セパレータ
５４ 燃料極フレーム
５５ 空気極
５６ 固体電解質体
５７ 燃料極
６１ 切欠
６２ 切欠
７１ 絶縁部材
７２ 凹凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池，特に高温型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質体を介して化学反応させることで，電力を発生させる。
【０００３】
ここで，燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックにおいて，導電性部材間の絶縁性を確保するために，導電性部材間に空間を設けたり，絶縁物を配置したりすることがある（例えば，特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４５６３３号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，導電性部材間に絶縁物を配置した場合でも，導電性部材間の絶縁性が維持されなくなる可能性がある。例えば，導電性部材を構成する金属材料の酸化が進行し，酸化スケールが成長し剥離することが考えられる。このとき，スケールが導電性部材間に触れ，ショートする可能性がある。具体的には，板状の絶縁物を挟んで板状の導電性部材を積層した場合，絶縁材を跨って導電性部材同士の側端面（積層方向に平行な面）が露出し，さらに，該露出した側端面に剥離してきたスケールが附着する可能性があり，この側端面においてショートが起こる恐れがある。特に，ＳＯＦＣは，高温型の燃料電池であり，例えば，５００℃〜１０００℃の高温で使用されることから，スケールが成長し，剥離する可能性が大きくなる。この場合，例えば，燃料電池の燃料極または空気極に電気的に接続されて異なる電位を有する一対のインターコネクタ（導電性部材）間において，剥離したスケールが絶縁物の側端面を跨って，異なる電位のインターコネクタの側端面に附着することにより，インターコネクタが導通してショートになる恐れがある。
なお，溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ： Molten Carbonate Fuel Cell）でも，ＳＯＦＣと同様に，高温で使用されることから，スケールの成長，剥離等により，導電性部材間の絶縁性が維持されなくなる可能性がある。
本発明は，導電性部材間での絶縁性の確保の確実性を向上した燃料電池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】
【０００６】
本発明に係る燃料電池は，空気極層，電解質層，および燃料極層を有する平板状の燃料電池セル本体と，前記空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材と，前記燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材と，前記第１，第２の導電性部材の間に配置されている板状の絶縁性部材と，を具備する燃料電池であって，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材が厚み方向に沿って一体に積層されており，前記絶縁性部材が，前記第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する。
【０００７】
この燃料電池では，絶縁性部材が，第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有することから，第１，第２の導電性部材間での絶縁性の確保の確実性が向上する。即ち，導電性部材（例えば，インターコネクタ）の側端面を，絶縁部材の側端面よりも引き下げて配置することで，導電性部材の側端面においてスケールが発生した場合でも，（異なる電極に接続し電位の異なる）導電性部材が側端面でのショートの発生を軽減することができる。
【０００８】
（１）前記第１，第２の導電性部材と前記絶縁性部材との相対位置を位置決めするための位置決め手段をさらに具備しても良い。
【０００９】
この燃料電池では，絶縁性部材が，第１，第２の導電性部材の何れよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有することから，その製造時等において，第１，第２の導電性部材と絶縁性部材との相対位置の位置決めが困難となる可能性がある。燃料電池が，絶縁性部材を位置決めするための位置決め手段を有することで，絶縁性部材を位置決め，ひいては，燃料電池の製造が容易となる。
【００１０】
（２）（１）において，前記位置決め手段は，前記第１の導電性部材の厚み方向に形成される第１の貫通孔と，前記第１の貫通孔の位置に対応するように前記第２の導電性部材の厚み方向に形成される第２の貫通孔と，前記第１及び第２の貫通孔の位置に対応するように前記絶縁性部材の厚み方向に形成される第３の貫通孔と，前記第１〜第３の貫通孔を貫通する貫通部材と，を有し，前記貫通部材は，該貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成されており，前記絶縁部材で構成された前記一部が前記第１〜３の貫通孔の内周面（円に限らず）に接触しても良い。
【００１１】
第１〜第３の貫通孔およびこれらを貫通する貫通部材によって，第１，第２の導電性部材および絶縁性部材の相対位置の位置決めが可能となる。
また，貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，この一部が前記第１〜３の貫通孔の内周面に接触することで，絶縁部材の位置決めと，第１，第２の導電性部材間の絶縁性と，の両立が容易となる。
【００１２】
（３）（２）において，前記第１〜第３の貫通孔が，燃料ガスまたは酸化剤ガスのいずれかを通過させるガス流路として機能しても良い。
第１〜第３の貫通孔を，位置決め，ガス流路の双方に利用可能となる。
【００１３】
（４）（３）において，前記ガス流路は，前記貫通部材の内部に形成されても良い。
貫通部材を通して，燃料ガスまたは酸化剤ガスを通過させることができる。
【００１４】
（５）（３）または（４）において，前記ガス流路は，前記貫通部材の前記外周面と前記第１〜３の貫通孔の前記内周面の間に形成されていても良い。
第１〜３の貫通孔と貫通部材との間をガス流路として利用できる。
【００１５】
（６）（２）〜（５）において，前記貫通部材は，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付けるためのボルトであっても良い。
絶縁性部材の位置決めと，燃料電池本体等の締め付けの双方に，貫通部材を利用できる。
【００１６】
（７）（２）において，前記貫通部材は，筒状であり，かつ，内周側に，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付ける棒状の締結部材（ボルト）が挿通されていても良い。
貫通部材と締結部材の組み合わせを，絶縁性部材の位置決めと，燃料電池本体等の締め付けの双方に利用できる。
【００１７】
（８）（１）において，前記位置決め手段が，前記第１の導電性部材，前記第２の導電性部材，及び，前記絶縁性部材のそれぞれの表面に形成されている凸部及び/又は凹部を有しても良い。
【００１８】
位置決め手段として，第１，第２の導電性部材及び絶縁性部材の表面に形成されている凸部及び/又は凹部は，それぞれの表面に積層される部材に対して位置決めすることができる。例えば，絶縁性部材の表面に「凸部」が形成されていて，絶縁性部材の表面に積層される部材（例えば，第１の導電性部材）の表面に，該「凸部」に対応する「凹部」が形成されていれば，絶縁性部材の表面と該部材（第１導電性部材）の表面を合わせて，絶縁性部材に該部材（第１の導電性部材）を積層する際に，「凸部」と「凹部」の係合性により両者の相対位置を決めることができる。
【００１９】
ここでの「部材」は，前述したように，「第１の導電性部材」であってよく，「第２の導電性部材」であってもよく，さらに，第１または第２の導電性部材と絶縁性部材の間に介在されている「他の部材」であってもよい。
なお，第１或いは第２の導電性部材と絶縁性部材との間に「他の部材」が介在されている場合では，前述した凹部または凸部に対応する（係合可能となる）ように，「他の部材」の表面にも「凸部」または「凹部」を形成してもよい。
また，位置決め手段として，「凸部」と「凹部」のいずれか一種を採用してもよく，両方を採用しても良い。
【００２０】
（９）前記第３の貫通孔が，前記第１，第２の貫通孔の何れよりも，小さい径を有し，前記積層方向から見た際，前記第３の貫通孔は，前記第１，第２の貫通孔のいずれの内周で規定された領域の内側に位置しても良い。
第３の貫通孔を第１，第２の貫通孔よりも小さい径とすることにより，の内部に配置することが可能となり，第１，第２の貫通孔間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００２１】
（１０）前記絶縁性部材が，マイカ，バーミキュライト，ガラスの少なくとも何れかを含んでも良い。
マイカ，バーミキュライト，ガラスを用いて，燃料電池の使用時での耐高温性を確保しつつ，第１，第２の導電性部材間の絶縁性を確保できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば，導電性部材間での絶縁性の確保の確実性を向上した燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。
【図３】燃料電池セル４０の断面図である。
【図４】燃料電池セル４０の分解斜視図である。
【図５】ボルト２１の一例を表す斜視図である。
【図６】ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。
【図７】ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ａを表す模式断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る燃料電池セル４０ａの断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る燃料電池セル４０ｂの断面図である。
【図１１】第３の実施形態に係る燃料電池セル４０ｂの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下，本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお，本発明の実施の形態は，下記の実施形態に何ら限定されることはなく，本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０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。
【００２６】
固体酸化物形燃料電池１０は，エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）が積層され，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）およびナット３５で固定される。ここでは，判り易さのために，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層しているが，一般には，２０数個程度の燃料電池セル４０を積層することが多い。
【００２７】
エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
エンドプレート１１，１２は，積層される燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，保持する保持板であり，かつ燃料電池セル４０（１）〜４０（４）からの電流の出力端子でもある。
【００２８】
図２は，固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。図３，図４はそれぞれ，燃料電池セル４０の側面図および分解斜視図である。図５〜図７はそれぞれ，ボルト２１〜２３の一例を表す斜視図である。
【００２９】
図３に示すように，燃料電池セル４０は，いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり，インターコネクタ４１，４５，集電体４２，枠部４３，セル本体（燃料電池セル本体）４４を有する。
【００３０】
インターコネクタ４１，４５は，燃料電池セル４０間の導通を確保し，かつガス流路を遮断する，上下一対の導電性（例えば，金属）のプレートである。なお，本実施例では，インターコネクタ４１は，「空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材」として機能し，インターコネクタ４５は，「燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材」として機能する。
【００３１】
なお，燃料電池セル４０間には，１個のインターコネクタ（４１若しくは４５）のみが配置される（直列に接続される二つの燃料電池セル４０の間に一つのインターコネクタを共有しているため）。また，最上層および最下層の燃料電池セル４０（１），４０（４）それぞれでは，インターコネクタ４１，４５に替えて，エンドプレート１１，１２が配置される。
【００３２】
集電体４２は，セル本体４４（空気極５５）とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり，例えば，ＳＵＳ（ステンレス）等の金属材料からなる。
【００３３】
枠部４３は，開口４６を有する。この開口４６内は，気密に保持され，かつ酸化剤ガス流路４７，燃料ガス流路４８に区分される。また，本実施形態の枠部４３は，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，セパレータ（その外周縁部）５３，燃料極フレーム５４を有する。
【００３４】
空気極フレーム５１は，酸化剤ガス流路４７側に配置される金属製のフレームである。なお，空気極フレーム５１は，インターコネクタ４１に接触されており，インタコネクタ４１と同電位である。
絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５間を電気的に絶縁する，セラミックス製のフレームである。具体的には，絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５の間において，一方の面が空気極フレーム５１に，他方の面がセパレータ５３に接触して配置されている。この結果，絶縁フレーム５２により，インターコネクタ４１，５１間が電気的に絶縁されている。なお，絶縁フレーム５２は，本発明の絶縁性部材を構成するものである。
セパレータ５３は，セル本体４４を接合し，かつ酸化剤ガス流路４７，燃料ガス流路４８を遮断する金属製のフレームである。
燃料極フレーム５４は，燃料ガス流路４８側に配置される絶縁材料（セラミック）製のフレームである。なお，後述のように，燃料極フレーム５４を金属等の導電性材料から構成することも可能である。
【００３５】
なお，絶縁フレーム５２および燃料極フレーム５４は，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）の間に配置され第１，第２の導電性部材を電気的に絶縁させる板状の絶縁性部材として機能する。絶縁フレーム５２および燃料極フレーム５４は，セラミック以外にも，マイカ，バーミキュライト，ガラスの少なくとも何れかを含むことができる。例えば，セラミック，マイカ，バーミキュライト，ガラスから選択された複数の材料の組み合わせから，絶縁フレーム５２および燃料極フレーム５４を構成できる。
【００３６】
本実施形態では，図１〜図４に示すように，絶縁フレーム５２が，インターコネクタ４１，空気極フレーム５１，セパレータ５３のいずれの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有する。この結果，インターコネクタ４１（および空気極フレーム５１）と，インターコネクタ４５（及びセパレータ５３）間での絶縁性の確保の確実性が向上する。例えば，インターコネクタ４１，４５，空気極フレーム５１またはセパレータ５３が酸化して，スケールが生成され，剥離することが考えられる。この場合でも，空気極フレーム５１とセパレータ５３間のスケールによるインターコネクタ４１，４５間の短絡が，絶縁フレーム５２の張り出した外周部４９によって，阻止される。固体酸化物形燃料電池１０は，特に，例えば，５００℃以上の高温で動作することから，金属等の酸化によるスケールの発生，剥離の可能性がある。
【００３７】
また，図１〜図４に示すように，燃料極フレーム５４が，セパレータ５３，インターコネクタ４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有しても良い。即ち，燃料極フレーム５４が絶縁性部材で構成された場合，その外周に絶縁フレーム５２と同様に外周部４９を設けることで，インターコネクタ４１（セパレータ５３）とインターコネクタ４５間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００３８】
以上のように，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の張り出した外周部４９は，インターコネクタ４１，４５間での絶縁性の確保の確実性に寄与する。この機能は，基本的に，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４が，インターコネクタ４１，４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有することに依っている。また，この機能は，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の一方のみが，インターコネクタ４１，４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有することでも達成できる。なお，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の双方が，インターコネクタ４１，４５のいずれよりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有すると，絶縁性の確保の確実性がより向上する。
【００３９】
前述のように，燃料極フレーム５４を金属等の導電性材料から構成することも可能である。この場合，燃料極フレーム５４が，面方向の全周に亘って張り出した外周部４９を有しない方がむしろ好ましい。
【００４０】
枠部４３は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
【００４１】
セル本体（燃料電池セル本体）４４は，空気極（カソード，空気極層ともいう）５５，固体電解質体（電解質層）５６，燃料極（アノード，燃料極層ともいう）５７を積層して構成される。固体電解質体５６の酸化剤ガス流路４７側，燃料ガス流路４８側それぞれに，空気極５５，燃料極５７が配置される。空気極５５としてはペロブスカイト系酸化物，各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。固体電解質体５６としては，ＹＳＺ，Ｓｃ，ＳＺ，ＳＤＣ，ＧＤＣ，ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また，燃料極５７としてはＮｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用できる。
【００４２】
図４に示すように，空気極フレーム５１において，貫通孔３３（３３ａ，３３ｂ）と開口４６間が切欠６１で空間的に接続され，これらの間での酸化剤ガスの流通を可能としている。燃料極フレーム５４において，貫通孔３２（３２ａ，３２ｂ）と開口４６間が切欠６２で空間的に接続され，これらの間での燃料ガスの流通を可能としている。
【００４３】
ボルト２１〜２３は，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）の固定等の他に，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）と，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）との相対位置を位置決めするための位置決め手段として機能する。次のように，インターコネクタ４１，４５，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の厚み方向に形成される貫通孔３１〜３３（第１〜第３の貫通孔）と，これらの貫通孔３１〜３３を貫通するボルト２１〜２３（貫通部材）の組み合わせにより，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）と，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）との相対位置を位置決めできる。
第１の貫通孔：インターコネクタ４１（第１の導電性部材）の貫通孔３１〜３３のいずれか
第２の貫通孔：インターコネクタ４５（第２の導電性部材）の貫通孔３１〜３３のいずれか（第２の貫通孔）
第３の貫通孔：絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）の貫通孔３１〜３３のいずれか
【００４４】
ここで，ボルト２１〜２３（貫通部材）は，その外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，絶縁部材で構成された一部が貫通孔３１〜３３の内周面に接触しても良い。このようにすることで，ボルト２１〜２３によるインターコネクタ４１，４５間の短絡を防止できる。
【００４５】
以下，ボルト２１〜２３を個別，具体的に説明する。
ボルト２１は，積層されたエンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，固定するための部材である。
図５（ａ）は，ボルト２１の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２１は，略円柱形状を有する。この場合，ボルト２１が位置決め手段を構成する貫通部材として機能する。
既述のように，ボルト２１の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，絶縁部材で構成された一部が貫通孔３１の内周面に接触しても良い。
【００４６】
図５（ｂ）は，ボルト２１の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２１は，筒状の部材７１の内部（内周側）に配置され，部材７１が貫通孔３１内に配置されている。この場合，部材７１が位置決め手段を構成する貫通部材として機能する。
【００４７】
ここで，部材７１の側面を絶縁材料で構成すれば，ボルト２１自体が絶縁部材で構成される必要は無い。その他の点では，図５（ｂ）は，図５（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
なお，ボルト２１として，後述の図６（ａ）〜（ｃ），図７（ａ），（ｂ）に対応する形状を採用することも可能である。
【００４８】
ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）は燃料ガスを流通させるための部材であり，燃料ガスが流通する燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）を有する。ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）は酸化剤ガスを流通させるための部材であり，酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）を有する。燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５は，ボルト２２，２３それぞれに設けられた空孔である。
【００４９】
ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）は，燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）と接続された燃料ガス流入出口２６を有する。燃料ガス流入出口２６は，燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）に燃料ガスを流入流出させる。
ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）は酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）と接続された酸化剤ガス流入出口２８を有する。酸化剤ガス流入出口２８は，酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）に酸化剤ガスを流入流出させる。
燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８は，燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５と連通するように，ボルト２２，２３の側部に設けられた貫通穴である。
【００５０】
図６（ａ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，ガス流路（燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５）は，ボルト２２，２３（貫通部材）の内部に形成されている。ここでは，ボルト２２，２３は略円筒形状をなし，円筒形状の燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５，略矩形状の燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８を有する。矩形状の４つの燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８はそれぞれ，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）に対応して配置される。
既述のように，ボルト２２，２３の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され，絶縁部材で構成された一部が貫通孔３２，３３の内周面に接触しても良い。
【００５１】
図６（ｂ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２２，２３が，略円形状の燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８を有する。その他の点では，図６（ｂ）は，図６（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５２】
図６（ｃ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，ボルト２２，２３が，１つの略矩形状の燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８を有する。１つの燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８が，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）に対応する。その他の点では，図６（ｃ）は，図６（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５３】
図７（ａ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。この例では，円筒形状のボルト２２，２３の外周に，略円筒形状の一部をなす４つの溝Ｇが形成されている。ガス流路（燃料ガス流路２４，酸化剤ガス流路２５）は，ボルト２２，２３（貫通部材）の外周面（４つの溝Ｇ）と貫通孔３１〜３３の内周面の間に形成されている。この場合，燃料ガス流入出口２６，酸化剤ガス流入出口２８は不要となる。その他の点では，図７（ａ）は，図６（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５４】
図７（ｂ）は，ボルト２２，２３の一例を表す斜視図である。円筒形状のボルト２２，２３の外周に，略円筒形状の一部をなす２つの溝Ｇが形成されている。その他の点では，図７（ｂ）は，図７（ａ）と実質的な相違は無いので，詳細な説明を省略する。
【００５５】
燃料ガス，酸化剤ガスは，次のように，燃料電池セル４０に流入，流出する。
即ち，ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）内の燃料ガス流路２４（２４ａ，２４ｂ）の燃料ガス流入出口２６から燃料極フレーム５４の開口４６（燃料ガス流路４８）内に燃料ガスが流入，流出する。ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）内の酸化剤ガス流路２５（２５ａ，２５ｂ）の酸化剤ガス流入出口２８から空気極フレーム５１の開口４６（酸化剤ガス流路４７）内に酸化剤ガスが流入，流出する。
本実施形態では，本発明の「貫通部材」を，積層された各部材を一体に締め付けるためのボルト２３（２３a，２３ｂ）として説明したが，ボルト２３に限らず，貫通孔３１〜３３（または，貫通孔３１〜３３とは別個に，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）に設けられた貫通孔）に挿入して位置決めできるものであれば良い。例えば，位置決めピンなどが挙げられる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図８は，第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ａを表す模式断面図である。図９は，固体酸化物形燃料電池１０ａの燃料電池セル４０ａの断面図である。
【００５７】
本実施形態では，図８，図９に示すように，絶縁フレーム５２の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，空気極フレーム５１，セパレータ５３，インターコネクタ４５のいずれの貫通孔３１〜３３よりも，小さい径を有する。この結果，インターコネクタ４１（および空気極フレーム５１）と，インターコネクタ４５（及びセパレータ５３）間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００５８】
また，図８，図９に示すように，絶縁性の燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，セパレータ５３，インターコネクタ４５の貫通孔３１〜３３のいずれよりも，小さい径を有しても良い。即ち，燃料極フレーム５４が絶縁性部材で構成された場合，絶縁フレーム５２の貫通孔３１〜３３と同様に小さい径を有する（内周面を内側に突出させる）ことで，インターコネクタ４１（セパレータ５３）とインターコネクタ４５間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
【００５９】
以上のように，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３が小径であることは，インターコネクタ４１，４５間での絶縁性の確保の確実性に寄与する。この機能は，基本的に，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，４５の貫通孔３１〜３３のいずれよりも，小さい径を有することに依っている。また，この機能は，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の貫通孔３１〜３３の一方のみが，インターコネクタ４１，４５の貫通孔３１〜３３のいずれよりも，小さい径を有することでも達成できる。なお，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４の双方の貫通孔３１〜３３が，インターコネクタ４１，４５のいずれの貫通孔３１〜３３よりも，小さい径を有すると，絶縁性の確保の確実性がより向上する。
【００６０】
本実施形態において，ボルト２１〜２３に，既述の図５〜図７の態様を採用することができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
図１０は，第３の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ｂの燃料電池セル４０ｂの断面図および分解斜視図である。
【００６２】
本実施形態では，インターコネクタ４１，４５，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，セパレータ（その外周縁部）５３，燃料極フレーム５４が互いに上下に係合する凹凸部７２を有する。これらの凹凸部７２が位置決め手段として機能し，インターコネクタ４１，４５（第１，第２の導電性部材）と，絶縁フレーム５２，燃料極フレーム５４（絶縁性部材）との相対位置を位置決めできる。なお，本実施形態の凹凸部７２は,本発明の凹部または凸部を構成するものである。
また，位置決め手段としての凹凸部７２は，積層される各部材（例えば，インターコネクタ４１，４５，セパレータ５３，各フレーム５１，５２，５４）の積層方向に沿って同じ位置に形成すると良い。
【００６３】
本実施形態において，ボルト２１〜２３に，既述の図５〜図７の態様を採用することができる。
【００６４】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では，固体酸化物形燃料電池を例として本発明を説明したが，本発明は，溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等燃料電池一般に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 固体酸化物形燃料電池
１１，１２ エンドプレート
２１〜２３ ボルト
２４ 燃料ガス流路
２５ 酸化剤ガス流路
２６ 燃料ガス流入出口
２８ 酸化剤ガス流入出口
３１〜３３ 貫通孔
３５ ナット
４０ 燃料電池セル
４１，４５ インターコネクタ
４２ 集電体
４３ 枠部
４４ セル本体
４６ 開口
４７ 酸化剤ガス流路
４８ 燃料ガス流路
４９ 外周部
５１ 空気極フレーム
５２ 絶縁フレーム
５３ セパレータ
５４ 燃料極フレーム
５５ 空気極
５６ 固体電解質体
５７ 燃料極
６１ 切欠
６２ 切欠
７１ 絶縁部材
７２ 凹凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極層，電解質層，および燃料極層を有する平板状の燃料電池セル本体と，
前記空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材と，
前記燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材と，
前記第１，第２の導電性部材の間に配置されている板状の絶縁性部材と，を具備する燃料電池であって，
前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材が厚み方向に沿って一体に積層されており，
前記絶縁性部材が，前記第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第１，第２の導電性部材と前記絶縁性部材との相対位置を位置決めするための位置決め手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記位置決め手段は，
前記第１の導電性部材の厚み方向に形成される第１の貫通孔と，
前記第１の貫通孔の位置に対応するように，前記第２の導電性部材の厚み方向に形成される第２の貫通孔と，
前記第１及び第２の貫通孔の位置に対応するように，前記絶縁性部材の厚み方向に形成される第３の貫通孔と，
前記第１〜第３の貫通孔を貫通する貫通部材と，を有し，
前記貫通部材は，該貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成されており，前記絶縁部材で構成された前記一部が前記第１〜３の貫通孔の内周面に接触している
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１〜第３の貫通孔が，燃料ガスまたは酸化剤ガスのいずれかを通過させるガス流路として機能する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス流路は，前記貫通部材の内部に形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス流路は，前記貫通部材の前記外周面と前記第１〜３の貫通孔の前記内周面の間に形成されている
ことを特徴とする請求項４また５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記貫通部材は，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付けるためのボルトである
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記貫通部材は，筒状であり，かつ，内周側に，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付ける棒状の締結部材が挿通されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記位置決め手段が，
前記第１の導電性部材，
前記第２の導電性部材，及び，
前記絶縁性部材のそれぞれの表面に形成されている凸部及び/又は凹部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記第３の貫通孔が，前記第１，第２の貫通孔の何れよりも，小さい径を有し，前記積層方向から見た際，前記第３の貫通孔は，前記第１，第２の貫通孔のいずれの内周で規定された領域の内側に位置する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記絶縁性部材が，マイカ，バーミキュライト，ガラスの少なくとも何れかを含む
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１】
空気極層，電解質層，および燃料極層を有する平板状の燃料電池セル本体と，
前記空気極層と電気的に接続される板状の第１の導電性部材と，
前記燃料極層と電気的に接続される板状の第２の導電性部材と，
前記第１，第２の導電性部材の間に配置されている板状の絶縁性部材と，を具備する燃料電池であって，
前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材が厚み方向に沿って一体に積層されており，
前記絶縁性部材が，前記第１，第２の導電性部材の何れの外周よりも，面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第１，第２の導電性部材と前記絶縁性部材との相対位置を位置決めするための位置決め手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記位置決め手段は，
前記第１の導電性部材の厚み方向に形成される第１の貫通孔と，
前記第１の貫通孔の位置に対応するように，前記第２の導電性部材の厚み方向に形成される第２の貫通孔と，
前記第１及び第２の貫通孔の位置に対応するように，前記絶縁性部材の厚み方向に形成される第３の貫通孔と，
前記第１〜第３の貫通孔を貫通する貫通部材と，を有し，
前記貫通部材は，該貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成されており，前記絶縁部材で構成された前記一部が前記第１〜３の貫通孔の内周面に接触している
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１〜第３の貫通孔が，燃料ガスまたは酸化剤ガスのいずれかを通過させるガス流路として機能する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス流路は，前記貫通部材の内部に形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス流路は，前記貫通部材の前記外周面と前記第１〜３の貫通孔の前記内周面の間に形成されている
ことを特徴とする請求項４また５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記貫通部材は，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付けるためのボルトである
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記貫通部材は，筒状であり，かつ，内周側に，前記燃料電池本体，前記第１，第２の導電性部材，前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付ける棒状の締結部材が挿通されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記位置決め手段が，
前記第１の導電性部材，
前記第２の導電性部材，及び，
前記絶縁性部材のそれぞれの表面に形成されている凸部及び/又は凹部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記第３の貫通孔が，前記第１，第２の貫通孔の何れよりも，小さい径を有し，前記積層方向から見た際，前記第３の貫通孔は，前記第１，第２の貫通孔のいずれの内周で規定された領域の内側に位置する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記絶縁性部材が，マイカ，バーミキュライト，ガラスの少なくとも何れかを含む
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１４７８４（Ｐ２０１３−１１４７８４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７４１２（Ｐ２０１１−２５７４１２）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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