JP2012129148A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタック内での接触抵抗の低減を図った燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池が，第１，第２の主面を有し，かつ，前記第１の主面側に第１ガス室が，前記第２の主面側に第２ガス室が，それぞれ配置される燃料電池セル本体と，前記第１の主面と接触し，かつ中空部を有する集電体と，前記中空部にガスを供給し，前記集電体と前記第１の主面との接触状態を変化させる供給部と，前記中空部内の圧力と，前記第１ガス室内の圧力との圧力差を検出する圧力差検出部と，前記圧力差に基づいて，前記供給部によるガスの供給を制御する制御部と，を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は，燃料電池に関する。

燃料電池として，電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）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本体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。

ここで，起動時に燃料電池スタックの温度上昇を早めることができる技術が公開されている（特許文献１参照）。内部が空洞の中空集電板を用い，昇温時に，この空洞部に低圧力の流体を満たして，中空集電板を凹ませる。この結果，中空集電板の接触抵抗が高くなり，接触抵抗によるジュール熱が大きくなり，燃料電池スタックを素早く昇温できる。

ところで，燃料電池の運転時(起動，発電，停止)において，温度サイクル，発電時の燃料電池スタックでの発熱による熱膨張収縮により，燃料電池スタック内での電気的接続状態が低下する場合がある。即ち，燃料電池スタック内，特に積層されている燃料電池セル本体間及び集電体と燃料電池セル本体間での物理的接触が劣化して，接触抵抗が増加し，燃料電池の発電効率の低下を招く可能性がある。

この物理的接触を維持する方法として，燃料電池スタック内にセラミックバネ，耐熱鋼バネ等の弾性部材を付加して，集電体と燃料電池セル本体間に圧力を印加することが考えられる。しかし，弾性部材の追加による高コスト化，弾性部材のクリープ変形によるバネ性低下など耐久性に課題がある。
バネ等の押圧部材により燃料電池スタックを外部から加圧することも考えられる。しかし，燃料電池スタックを覆う断熱容器からの放熱量増加，押圧部材からの熱伝導による放熱量の増加などが課題である。

特開２００６−１６４６８０号公報

本発明は，燃料電池スタック内での接触抵抗の低減を図った燃料電池を提供することを目的とする。

Ａ．本発明の一態様に係る燃料電池は，第１，第２の主面を有し，かつ，前記第１の主面側に第１ガス室が，前記第２の主面側に第２ガス室が，それぞれ配置される燃料電池セル本体と，前記第１の主面と接触し，かつ中空部を有する集電体と，前記中空部にガスを供給し，前記集電体と前記第１の主面との接触状態を変化させる供給部と，前記中空部内の圧力と，前記第１ガス室内の圧力との圧力差を検出する圧力差検出部と，前記圧力差に基づいて，前記供給部によるガスの供給を制御する制御部と，を具備する。
第１ガス室と中空部の圧力差に基づいて，中空部へのガスの供給を制御することで，燃料電池セル本体と集電体の接触状態を適切な状態に保ち，接触抵抗の増大を防止できる。

（１）燃料電池が，前記集電体と前記燃料電池セル本体間での直流電圧損失を検出する損失検出部をさらに具備し，前記制御部が，前記圧力差および前記直流電圧損失に基づいて，ガスの供給を制御しても良い。
圧力差および直流電圧損失に基づいて，中空部へのガスの供給を制御することで，燃料電池セル本体と集電体の接触状態をより適切な状態に保つことができる。

（２）前記供給部が，前記ガスを加圧する加圧ポンプと，前記加圧されたガスを前記中空部内へ供給する第１管路と，前記加圧されたガスを前記第１ガス室へ供給する第２管路と，前記第２管路に配置され，前記第１ガス室側から前記供給部へのガスの逆流を防止する逆止弁と，を備えても良い。
逆止弁での圧力損失により，第１ガス室と中空部間に圧力差を生じさせ，接触抵抗の増大を防止することができる。

（３）前記供給部が，前記ガスを加圧する加圧ポンプと，前記加圧されたガスを前記中空部内へ供給する第１管路と，前記加圧されたガスを前記第１ガス室へ供給する第２管路と，前記第２管路に配置され，開度が調整可能なニードル弁と，を備えても良い。
ニードル弁を用いて第１ガス室と中空部間の圧力差を調節できる。

（４）前記供給部が，前記ガスを加圧する加圧ポンプと，前記加圧されたガスを前記中空部内へ供給する第１管路と，前記加圧されたガスを前記第１ガス室へ供給する第２管路と，前記第１管路に配置され，前記加圧されたガスの前記中空部内への供給を調節する第１の弁と，前記第１管路に配置され，前記中空部内からガスを排出する第２の弁と，を有し，前記圧力差が所定値より小さい場合に，前記制御部が，前記第１の弁を開状態とし，前記圧力差が前記所定値より大きい場合に，前記制御部が，前記第２の弁を開状態としても良い。
第１，第２の弁を用いて第１ガス室と中空部間の圧力差をより広範囲に調節できる。

（５）前記供給部が， 前記第２管路に配置され，前記燃料電池セル本体側から前記供給部へのガスの逆流を防止する逆止弁と，前記第１の弁よりも上流側の圧力と，前記逆止弁よりも上流側の圧力との差を検出する第２の圧力差検出部をさらに備え，前記第２の圧力差が前記圧力差より小さい場合に，前記制御部が前記加圧ポンプを動作させて前記ガスを加圧させても良い。
第２の圧力差が前記圧力差より小さい場合に，加圧ポンプを動作させることで，加圧ポンプの不要な動作を低減できる。

（６）前記第１ガス室には，空気，燃料ガスのいずれが供給されても良い。
空気極，燃料極のいずれの側に，中空部を有する集電体を配置しても良い。

Ｂ．本発明の一態様に係る燃料電池は，順に積層される空気極層，固体電解質層，および燃料極層を有する燃料電池セル本体と，前記空気極層と接触し，かつ変形可能な第１の集電電極が配置される第１の主面と，第２の主面と，を有する，第１の弾性部材と，前記第２の主面上に積層され，かつ開口を有するフレーム部材と，前記フレーム部材に積層され，前記第２の主面，前記開口との間に空間を形成する第３の主面と，前記空間と連通してガスを供給するガス導入口と，を有する板状部材と，前記燃料極層と接触し，かつ潰れ変形可能な複数の第２の集電電極が配置される第４の面を有する，第２の弾性部材と，を具備する。

本発明によれば，燃料電池スタック内での接触抵抗の低減を図った燃料電池を提供できる。

第１実施形態に係る燃料電池スタック１０を表す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池スタック１０を表す一部断面図である。 第１実施形態に係る燃料電池セル１００（１）の内部構造を示す図である。 第１実施形態に係るインターコネクタ１１１（１）を分解した状態を表す平面図である。 比較例に係る燃料電池スタック１０ｘを表す一部断面図である。 比較例に係る燃料電池セル１００ｘの内部構造を示す図である。 比較例に係るインターコネクタ１１１ｘを分解した状態を表す平面図である。 電圧損失の測定結果を表すグラフである。 第１実施形態に係る燃料電池１の全体構成を表す模式図である。 第２実施形態に係る燃料電池１ａの全体構成を表す模式図である。 燃料電池１ａの動作手順の一例を表すフロー図である。 第３実施形態に係る燃料電池１ｂの全体構成を表す模式図である。 燃料電池１ｂの動作手順の一例を表すフロー図である。

以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の固体酸化物形燃料電池は，燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する装置である。

燃料ガスとしては，水素，還元剤となる炭化水素，水素と炭化水素との混合ガス，及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス，これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず，例えば，天然ガス，ナフサ，石炭ガス化ガス等が挙げられる。

酸化剤ガスとしては，酸素と他の気体との混合ガス等（例えば，空気）が挙げられる。更に，この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。

Ａ．燃料電池スタック１０の構造
固体酸化物形燃料電池は，燃料電池スタック１０を有する。まず，燃料電池スタック１０の構造を先に説明する。図１，図２は，燃料電池スタック１０の斜視図および一部断面図である。

燃料電池スタック１０は，発電単位である平板形の複数個の燃料電池セル１００（１００（１）〜１００（５））が積層されてなる。燃料電池セル１００（１）〜１００（５）が上下に積層され，インターコネクタ（集電体）１１１（１）〜１１１（６）を介して電気的に接続される。なお，図２では，５つの燃料電池セル１００（１）〜１００（５）が積層されるが，積層される燃料電池セル１００の個数は５つに限られない。

図２に示すように，燃料電池セル１００（１）にガス導入部材８０が接続され，インターコネクタ１１１（１）の内部空間８１に圧力調整用ガスが供給される。この結果，内部空間８１の体積が増加して，燃料電池スタック１０内に圧力が印加され，燃料電池スタック１０内での接触抵抗の低減が可能となる。
本実施形態では，インターコネクタ１１１（２）〜１１１（６）は，内部空間８１に対応する構成要素を有しない。但し，インターコネクタ１１１（２）〜１１１（６）が，内部空間８１に対応する構成要素を有しても良い。

図３に燃料電池セル１００（１）の内部構造を示す。図３に示すように，燃料電池セル１００（１）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，上下一対の金属製のインターコネクタ１１１（１），１１１（２）の間に，燃料電池セル本体１２０が配置される。燃料電池セル本体１２０とインターコネクタ１１１（１），１１１（２）の間に，燃料ガス室１１３，酸化剤ガス室１１４が配置される。

燃料電池セル本体１２０は，燃料極（アノード）１２１，固体電解質層１２２，反応防止層１２３，空気極（カソード）１２４が順に積層されて構成される。

燃料極１２１の材料としては，例えば，Ｎｉ及びＦｅ等の金属と，Ｓｃ，Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ_２系セラミック，ＣｅＯ_２系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。

固体電解質層１２２の材料としては，例えばＺｒＯ_２系セラミック，ＬａＧａＯ3系セラミック，ＢａＣｅＯ_３系セラミック，ＳｒＣｅＯ_３系セラミック，ＳｒＺｒＯ_３系セラミック，及びＣａＺｒＯ_３系セラミック等が挙げられる。

反応防止層１２３は，固体電解質層１２２と空気極１２４との反応を防止するものであり，例えば，ＣｅＯ_２の一部のＣｅが希土類元素などにより置換されたＣｅＯ_２系酸化物を用いることができる。

空気極１２４の材料としては，例えば，各種の金属，金属の酸化物，金属の複酸化物等を用いることができる。

燃料電池セル本体１２０の外周縁部にフレーム１３０が接続される。フレーム１３０は，燃料極フレーム１３１，セパレータ１３２（の外周縁部），空気極フレーム１３３から構成される。燃料極フレーム１３１，セパレータ１３２，空気極フレーム１３３は，いずれも四角枠状である。セパレータ１３２は，燃料電池セル本体１２０に接合され，燃料ガス室１１３，酸化剤ガス室１１４間でのガスの移動を遮断する。

フレーム１３０は，固定部材６１〜６８がそれぞれ貫通する貫通孔７１〜７８を備える。なお，図３では貫通孔７３，７４のみを表している。フレーム１３０は，貫通孔７３，７４にそれぞれ接続され，燃料ガス室１１３に連通する連通孔１３４，１３５を有する。また，フレーム１３０は，貫通孔７５，７６にそれぞれ接続され，酸化剤ガス室１１４に連通する図示しない連通孔を有する。

インターコネクタ１１１（２）と燃料極フレーム１３１間，空気極フレーム１３３とインターコネクタ１１１（１）間それぞれに，スペーサ１４１，１４２が配置される。スペーサ１４１は，マイカ等の絶縁体で構成され，インターコネクタ１１１（２）と燃料極フレーム１３１間を電気的に絶縁する。スペーサ１４２は，マイカ等の絶縁体で構成され，空気極フレーム１３３とインターコネクタ１１１（１）間を電気的に絶縁する。

インターコネクタ１１１（２）と燃料極１２１間，空気極１２４とインターコネクタ１１１（１）間それぞれに，燃料極集電電極１５１，空気極集電電極１５２が配置される。燃料極集電電極１５１は，インターコネクタ１１１（２）と燃料極１２１間を電気的に接続する。空気極集電電極１５２は，空気極１２４とインターコネクタ１１１（１）間を電気的に接続する。

燃料極集電電極１５１は，多孔質の金属（例えば，Ｎｉ）から構成され，多孔質集電電極として機能する。燃料極集電電極１５１は，多孔質のため，潰れ易く，後述のように，予備プレス等により，変形する（潰れる）。
一方，空気極集電電極１５２は，非多孔質（多孔質でない）の金属（例えばステンレス）から構成され，予備プレス時での潰れは事実上無視できる。なお，空気極集電電極１５２を多孔質とすることも可能であり，この場合，予備プレス時に潰れによる変形が可能となる。

固定部材６１〜６８は，燃料電池スタック１０を積層方向に貫く。固定部材６１〜６８は，燃料電池スタック１０の周縁に沿って配置され，燃料電池スタック１０を積層方向に押圧して一体に固定する部材であり，それぞれ，ボルト６１ｂ〜６８ｂ及びナット６１ａ〜６８ａから構成される。

ボルト６１ｂ〜６８ｂは，燃料電池１を積層方向に貫く貫通孔７１〜７８に貫挿され，ナット６１ａ〜６８ａにより固定される。

この内，貫通孔７１〜７６の内径は，ボルト６１ｂ〜６６ｂの軸の外径より大きく設定されているので，貫通孔７１〜７６の内周面とボルト６１ｂ〜６６ｂの外周面に挟まれた筒状の空間が，燃料ガスや酸化剤ガスの流路となる。

固定部材６１，６２はそれぞれ，陽極，陰極の電極として用いられる。また，貫通孔７３，７４は燃料ガスの導入，排出に用いられる。貫通孔７５，７６は酸化剤ガスの導入，排出に用いられる。固定部材６７，６８は，固定用のみに用いられる。

固定部材６３〜６６はそれぞれ，燃料ガス，空気（酸化剤ガス）の導入または排出が可能なように，ナット側に開口を有する。なお，固定部材６１，６２は，電極として，固定部材６７，６８は，固定用のみに使用するので，ガスの流通を考慮することなく，通常のナットを使用できる。

燃料ガスは，貫通孔７３とボルト６３ｂ間から燃料ガス室１１３に流入して，発電に用いられ，貫通孔７４とボルト６４ｂ間を通過して，燃料電池スタック１０外に排出される。
酸化剤ガス（空気）は，貫通孔７５とボルト６５ｂ間から酸化剤ガス室１１４に流入して，発電に用いられ，貫通孔７６とボルト６６ｂ間を通過して，燃料電池スタック１０外に排出される。

Ｂ．インターコネクタ１１１（１）の詳細
インターコネクタ１１１（１）は，板状部材１１１ａ，フレーム部材１１１ｂ，弾性部材１１１ｃから構成される。

図４は，板状部材１１１ａ，フレーム部材１１１ｂ，弾性部材１１１ｃを表す平面図である。
板状部材１１１ａは，略矩形板状であり，貫通孔７１〜７８，ガス導入口８２を有する。ガス導入口８２にガス導入部材８０が接続され，インターコネクタ１１１（１）の内部に圧力調整用ガスが供給される。

フレーム部材１１１ｂは，略矩形板状であり，貫通孔７１〜７８，開口８３を有する。開口８３と，板状部材１１１ａの下面，弾性部材１１１ｃの上面の間にインターコネクタ１１１（１）の内部空間８１が形成される。

弾性部材１１１ｃは，弾性変形可能な略矩形板状であり，貫通孔７１〜７８を有し，中央に空気極集電電極１５２が配置される。ガス導入口８２を通じて，内部空間８１に圧力調整用ガスが供給される。内部空間８１でのガス圧を変化させることで，弾性部材１１１ｃが変形する。この結果，空気極集電電極１５２が上下に移動し，空気極集電電極１５２と空気極１２４間の接触状態（接触抵抗）が変化する。なお，弾性部材１１１ｃを含むインターコネクタ１１１（１）は，通電性を有するため，空気極集電電極１５２と同様に，集電部材としても機能する。

以上のように，本実施形態では，インターコネクタ１１１（１）（集電体）に内部空間８１（中空部）を設け，空気極集電電極１５２が取り付けられた弾性部材１１１ｃを弾性変形可能な材料（例えば，稼働可能な板厚の金属板）にて構成する。内部空間８１にガスを導入して燃料電池スタック１０の内部に対し正圧となるよう加圧し，空気極集電電極１５２（集電部）を燃料電池セル本体１２０に押し付ける。この結果，燃料電池スタック１０内（燃料極集電電極１５１，空気極集電電極１５２，インターコネクタ１１１間）での物理的接触不良による電気抵抗の増加を防止できる。

Ｃ．比較例に係る燃料電池スタック１０ｘ
比較例に係る燃料電池スタック１０ｘを説明する。図５は，比較例に係る燃料電池スタック１０ｘを表す一部断面図である。図６は，比較例に係る燃料電池セル１００ｘの内部構造を示す図である。図７は，比較例に係るインターコネクタ１１１ｘを分解した状態を表す平面図である。比較例に係る図５〜図７はそれぞれ，第１の実施形態に係る図２〜図４と対応する。

燃料電池スタック１０ｘは，燃料電池セル１００ｘ（燃料電池セル１００（１）に対応）のインターコネクタ１１１ｘが内部空間８１に対応する空間を有しない。即ち，図６，図７に示すように，インターコネクタ１１１ｘは板状部材１１１ａｘ，弾性部材１１１ｃｘから構成され，フレーム部材１１１ｂに対応する構成を有しない。

この結果，図５に示すように，発電，温度サイクルにより燃料電池セル本体１２０が上に凸に変形した場合，例えば，空気極集電電極１５２，燃料電池セル本体１２０，インターコネクタ１１１間で接触不良が発生し易くなる。

Ｄ．実施例と比較例の比較
（１）実施例に係るインターコネクタ１１１（１）
インターコネクタ１１１（１）の具体例を示す。
例えば，次のようにインターコネクタ１１１（１）を構成できる。
・板状部材１１１ａ： 厚さ１０ｍｍのＳＵＳ（ステンレススチール）
・フレーム部材１１１ｂ： 厚さ１ｍｍのＳＵＳ
・弾性部材１１１ｃ： 厚さ１ｍｍのＳＵＳ
板状部材１１１ａ，フレーム部材１１１ｂ，弾性部材１１１ｃは，ロウ付けにて接合しても良いし，マイカなどのシール部材を間に挟んだ積層構造としても良い。

（２）比較例に係るインターコネクタ１１１ｘ
例えば，次のようにインターコネクタ１１１ｘを構成できる。
・板状部材１１１ａｘ： 厚さ１０ｍｍのＳＵＳ
・弾性部材１１１ｃｘ： 厚さ１ｍｍのＳＵＳ
板状部材１１１ａｘ，弾性部材１１１ｃｘは，ロウ付けにて接合しても良いし，マイカなどのシール部材を間に挟んだ積層構造としても良い。

（３）実施例と比較例のインターコネクタ１１１（１），１１１ｘの電気特性の比較
図８は，温度サイクルを繰り返し行ったときの最上段セル（燃料電池セル１００（１））の直流抵抗成分による電圧損失（電圧ロス）を示すグラフである。グラフＥ０〜Ｅ４はそれぞれ，実施例に係るインターコネクタでの０〜４回目の温度サイクルでの電圧損失を表す。グラフＣ０〜Ｃ４はそれぞれ，比較例に係るインターコネクタでの０〜４回目の温度サイクルでの電圧損失を表す。

「室温→高温（７００℃）→室温」を温度サイクルの一サイクルとし，発電時の燃料電池スタックからの電流を電流６０Ａとして，電圧損失を測定した。

実施例では電圧損失は０．１Ｖ程度と小さく，サイクルを４まで繰り返しても電圧損失は初期値とほぼ同一に保たれた（ほぼ一定）。これに対して，比較例では温度サイクルを繰り返すことで，電圧損失は，初期値の約０．１Ｖから０．８Ｖを越えるまで増加した。燃料電池スタックの開回路電圧（１Ｖ程度）に対して，電圧損失が０．８Ｖを超えることから，比較例では燃料電池スタックの発電特性が大きく低下していることが分かる。

Ｅ．燃料電池１の全体構成
図９は，燃料電池１の全体構成を表す模式図である。
燃料電池１は，燃料電池スタック１０，空気ブロワ９１，逆止弁９２，流量計９３，差圧計９４を有する。

既述のように，燃料電池スタック１０は，内部空間８１を備えるインターコネクタ１１１（１）を有し，インターコネクタ１１１（１）への圧力調整用ガスの供給により，燃料電池スタック１０内での物理的接触状態を調節できる。

空気ブロワ９１は，燃料電池スタック１０に酸化剤ガスおよび圧力調整用ガスとしての空気を供給する。即ち，空気ブロワ９１は，逆止弁９２，流量計９３を経由して，燃料電池スタック１０の燃料電池セル１００（燃料電池セル１００（１）〜１００（５））の空気室１１４に酸化剤ガスとしての空気を供給する。また，空気ブロワ９１は，燃料電池スタック１０の燃料電池セル１００（１）のインターコネクタ１１１（１）内に圧力調整用ガスとしての空気を供給する。

空気ブロワ９１は，中空部（内部空間８１）にガスを供給し，集電体（インターコネクタ１１１（１））と第１の主面（燃料電池セル本体１２０の上面）との接触状態を変化させる供給部として機能する。空気ブロワ９１は，ガスを加圧する加圧ポンプとしても機能する。

逆止弁９２は，燃料電池セル１００の空気室１１４から空気ブロワ９１への空気の逆流を防止するための弁である。逆止弁９２が空気室１１４側に配置され，インターコネクタ１１１（１）側に配置されていないことで，空気室１１４とインターコネクタ１１１（１）の内部空間８１との間に圧力差が生じる（逆止弁９２での圧力損失）。即ち，内部空間８１の圧力が空気室１１４の圧力より大きくなる。
差圧計９４は，内部空間８１と空気室１１４の圧力差を測定する測定器であり，中空部（内部空間８１）内の圧力と，第１ガス室（空気室１１４）内の圧力との圧力差を検出する圧力差検出部として機能する。

本実施形態では，逆止弁９２での圧力損失によって，内部空間８１と空気室１１４の圧力差を生じさせ，インターコネクタ１１１（１）の弾性部材１１１ｃを変形させて空気極１２４に押しつける。この結果，物理的接触不良による電気抵抗の上昇を低減できる。

加圧にガスを用いることで，金属製バネ等の弾性部材を用いた場合と比較して，クリープ変形を原因としたバネ性の低下が防止され，耐久信頼性が高くなる。

内部空間８１と空気室１１４の圧力差（差圧α）を変化させることで，所望な押し付ける力を得ることができる。例えば，後述のように，物理的接触不良により発電特性の低下が生じたとき，圧力差αを高めて，弾性部材１１１ｃから空気極１２４への押し付け力を増加させ，発電特性の回復を図ることができる。
ここで，空気ブロワ９１からの空気の流量を増加させることで，圧力差αを高めることができる。これは，逆止弁９２で発生する圧力損失がガス（空気）の流量に依存する現象を利用したものである。即ち，空気の流量を増加させることで，逆止弁９２での圧力損失は大きくなり，圧力差αが増加する。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図１０は，本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１ａの全体構成を表す模式図である。
燃料電池１ａは，燃料電池スタック１０，空気ブロワ９１，流量計９３，差圧計９４，ニードル弁９５，コントローラ９６を有する。

コントローラ９６は，差圧計９４で測定されたインターコネクタ１１１（１）の内部空間８１と空気室１１４の圧力差（差圧α）に基づいて，ニードル弁９５の開度を制御し，物理的接触不良による電気抵抗の上昇を低減できる。
実際に流れる空気の流量の値（実測値）を計測し，この実測値が発電量に対して理論上算出された空気の流量の値（理論値）になるように，空気ブロワ９１が制御される。一方，ニードル弁９５を制御して圧力差αを変化させる。このように，圧力差αによって弾性部材１１１ｃの変形度合いを調整し，燃料電池セル本体１２０の反りに追従させることができる。

図１１は，燃料電池１ａの動作手順の一例を表すフロー図である。
コントローラ９６は，差圧αが規定値の範囲内か否かを判断し（ステップＳ１１１，Ｓ１１２），次のようにニードル弁９５を制御する。

（１）差圧αが規定範囲内の場合（ステップＳ１１２，Ｓ１１３）
差圧αが規定範囲内であれば（β≦α≦γ），原則として，ニードル弁９５の開度はそのまま保たれる。なお，空気流量，発電量を確認し，場合により，空気流量等の調節のため，空気ブロワ９１，ニードル弁９５が制御される（ステップＳ１１３）。

（２）差圧αが規定範囲より小さい場合（ステップＳ１２１〜Ｓ１２４）
差圧αが規定範囲より小さい場合（α＜β），ニードル弁９５の開度が低減される（ステップＳ１２４）。もし，ニードル弁９５の開度が下限値であれば（ステップＳ１２２），表示装置，音声出力装置等により，エラー状態であることが表示される（ステップＳ１２４）。このとき，燃料電池１ａでの発電を停止しても良い。

（３）差圧αが規定範囲より大きい場合（ステップＳ１３１〜Ｓ１３３）
差圧αが規定範囲より大きい場合（α＞γ），ニードル弁９５の開度が増加される（ステップＳ１３２）。もし，ニードル弁９５の開度が上限値であれば（ステップＳ１３１），表示装置，音声出力装置等により，エラー状態であることが表示される（ステップＳ１３３）。

（第３の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図１２は，本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１ｂの全体構成を表す模式図である。
燃料電池１ｂは，燃料電池スタック１０，空気ブロワ９１ａ，逆止弁９２，流量計９３，差圧計９４，コントローラ９６，加圧用ポンプ９１ｂ，圧力計９７ａ，９７ｂ，電磁弁９８ａ，９８ｂ，リレー９９ａ，９９ｂ，電気測定器Ｍを有する。

空気ブロワ９１ａは，燃料電池スタック１０に酸化剤ガスとしての空気を供給する。即ち，空気ブロワ９１ａは，逆止弁９２，流量計９３を経由して，燃料電池スタック１０の燃料電池セル１００（燃料電池セル１００（１）〜１００（５））の空気室１１４に酸化剤ガスとしての空気を供給する。

加圧用ポンプ９１ｂは，燃料電池スタック１０に圧力調整用ガスとしての空気を供給するものであり，ガスを加圧する加圧ポンプとして機能する。即ち，加圧用ポンプ９１ｂは，電磁弁９８ａを経由して，燃料電池スタック１０の燃料電池セル１００（１）のインターコネクタ１１１（１）内に圧力調整用ガスとしての空気を供給する。

圧力計９７ａ，９７ｂはそれぞれ，空気ブロワ９１ａ，加圧用ポンプ９１ｂでの圧力を測定する測定器である。圧力計９７ａ，９７ｂを併せて，第１の弁よりも上流側の圧力と，逆止弁よりも上流側の圧力との差を検出する第２の圧力差検出部として機能する。

電磁弁９８ａは，加圧用ポンプ９１ｂからインターコネクタ１１１（１）への空気の流量を調節するものであり，加圧されたガスの中空部内への供給を調節する第１の弁として機能する。
電磁弁９８ｂは，インターコネクタ１１１（１）から外部への空気の流出を調節するものであり，中空部内からガスを排出する第２の弁として機能する。電磁弁９８ａ，９８ｂによって，インターコネクタ１１１（１）内の圧力を調節できる。

リレー９９ａ，９９ｂは，コントローラ９６によって制御され，電磁弁９８ａ，９８ｂの開度を調節する。

第２の実施形態の燃料電池１ａにおいては，ニードル弁９５のみで圧力を調節している。これに対して，燃料電池１ｂでは，電磁弁９８ａ，９８ｂを用いることで，より広範囲での差圧の調節が可能となる。

電気測定器Ｍは，燃料電池スタック１０からの出力電圧や直流損失を測定する測定器であり，集電体と前記燃料電池セル本体間での直流電圧損失を検出する損失検出部として機能する。この詳細は，後述する。

図１３は，燃料電池１ｂの動作手順の一例を表すフロー図である。
コントローラ９６は，差圧が規定値の範囲内か否かを判断し（ステップＳ２１１，Ｓ２１２），次のようにニードル弁９５を制御する。

（１）差圧αが規定範囲内の場合（ステップＳ２１２〜Ｓ２１８）
差圧が規定範囲内であれば，原則として，電磁弁９８ａ，９８ｂの開度はそのまま保たれる。

ここで，スタック電圧（燃料電池スタック１０からの出力電圧）が所定範囲外のとき（ステップＳ２１３），直流電圧損失（直流抵抗（ＩＲ抵抗），例えば，後述の抵抗値Ｒ１）が測定される（ステップＳ２１４）。直流電圧損失が規定値より以上であれば，差圧の設定値β，γが変更される（ステップＳ２１５，Ｓ２１７）。なお，ステップＳ２１３（スタック電圧の測定，所定範囲との比較）を省略することも，場合により可能である。この詳細は後述する。

差圧αが規定範囲内にも拘わらず，直流電圧損失が大きいことは，燃料電池スタック１０の状態が初期状態から変化し，規定範囲内の差圧では不足であることを意味する。このため，差圧αの規定値β，γ（規定範囲）をより大きくする。例えば，次のように，現在の規定値β０，γ０に正の一定値ａを加算し，新たな規定値β１，γ１とする。
β１＝β０＋ａ
γ１＝γ０＋ａ

新たな規定値β１，γ１は，次にステップＳ２１２が繰り返されるときに，差圧が規定範囲か否かを判断するために用いられる。一般に，燃料電池スタック１０の運転時間が長くなると，燃料電池スタック１０の内部状態が変化し，直流電圧損失の増大を防止するために，より大きな差圧が必要となる可能性がある。

差圧が上限値以上であれば（ステップＳ２１６），表示装置，音声出力装置等により，エラー状態であることが表示される（ステップＳ２１８）。このとき，燃料電池１ｂでの発電を停止しても良い。

この上限値は，燃料電池スタック１０内での物理的接触状態を調節するための差圧の上限を規定するものであり，差圧の規定範囲（β，γ）とは別個に規定される。ステップＳ２１７での差圧の規定値（規定範囲）の変更が繰り返され，差圧の規定範囲が上昇し続けることを防止するためである（歯止め）。即ち，このときには，差圧の規定値β，γは，上限値よりも大きいことになる。

直流電圧損失（直流抵抗）は，カレントインターラプション法により測定できる。
発電状態の燃料電池に負荷が接続され，このときの電流α（Ａ），電圧Ｖ１（Ｖ）とする。燃料電池への負荷の接続を解除し，電流を０（Ａ）とする。接続を解除してから，短時間（数十マイクロ秒程度）経過したときの電圧Ｖ２（Ｖ）を計測する。このとき，次の式（１）で抵抗値Ｒ１を算出する。
Ｒ１＝（Ｖ２−Ｖ１）／α

この抵抗値Ｒ１は電子など緩和速度の早い因子に起因する抵抗，つまりオーミックな直流抵抗（ＩＲ抵抗）である。抵抗値Ｒ１を測定することで接触抵抗の増加の可能性を判定できる。即ち，直流電圧損失（直流抵抗）を抵抗値Ｒ１によって定義できる。

ステップＳ２１４，Ｓ２１５の前に，ステップＳ２１３（スタック電圧の測定，所定範囲との比較）を配置しているのは，カレントインターラプション法での測定が負荷の接続解除を必要とするからである。即ち，スタック電圧を測定することで，直流損失の測定に起因する負荷の接続解除の低減を図っている。

逆に言えば，一時的な負荷の接続解除等が問題でなければ，ステップＳ２１３を省略しても差し支えない。また，負荷の接続解除が不要な手法を用いた場合でも，ステップＳ２１３を省略できる。

（２）差圧αが規定範囲より小さい場合（ステップＳ２２１〜Ｓ２２４）
差圧αが規定範囲より小さい場合（α＜β）（ステップＳ２２１），電磁弁９８ａの開度が増加される（ステップＳ２２３）。もし，「圧力Ａ＜圧力Ｂ＋差圧」であれば（ステップＳ２２２），加圧用ポンプ９１ｂがＯＮされ（ステップＳ２２４），加圧用ポンプ９１ｂの圧力を増加してから，電磁弁９８ａの開度が増加される（ステップＳ２２３）。

（３）差圧αが規定範囲より大きい場合（ステップＳ２２１，Ｓ２２５）
差圧αが規定範囲より大きい場合（α＞γ）（ステップＳ２２１），電磁弁９８ｂの開度が増加される（ステップＳ２２５）。

（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。

（１）第１の実施形態において，コントローラを付加し，差圧計９４で測定された差圧に基づいて，空気ブロア９１による空気の供給を制御しても良い。

（２）上記実施形態では，空気極１２４側（空気室１１４側）に内部空間８１を有するインターコネクタ１１１（１）を配置している。これに対して，燃焼極１２１側（燃焼ガス室１１３側）にインターコネクタ１１１（１）を配置しても良い。例えば，燃料電池セル１００（１）内において，燃料電池セル本体１２０の上下を逆さまの状態になるようにする。

（３）上記実施形態では，内部空間８１を有するインターコネクタ１１１（１）は，最上段のみに配置される。これに対して，内部空間を有するインターコネクタを最上段以外に（例えば，中段や最下段）配置しても良い。また，内部空間を有するインターコネクタを複数配置しても良い。

１ 燃料電池
１０ 燃料電池スタック
１００ 燃料電池セル
１１１（１），１１１（２） インターコネクタ
１１１ａ 板状部材
１１１ａｘ 板状部材
１１１ｂ フレーム部材
１１１ｃ 弾性部材
１１３ 燃料ガス室
１１４ 酸化剤ガス室
１２０ 燃料電池セル本体
１２１ 燃料極
１２２ 固体電解質層
１２３ 反応防止層
１２４ 空気極
１３０ フレーム
１３１ 燃料極フレーム
１３２ セパレータ
１３３ 空気極フレーム
１３４，１３５ 連通孔
１４１，１４２ スペーサ
１５１ 燃料極集電電極
１５２ 空気極集電電極
６１-６８ 固定部材
６１ａ-６８ａ ナット
６１ｂ-６８ｂ ボルト
７１-７８ 貫通孔
８０ ガス導入部材
８１ 内部空間
８２ ガス導入口
８３ 開口
９１ 空気ブロワ
９１ａ 空気ブロワ
９１ｂ 加圧用ポンプ
９２ 逆止弁
９３ 流量計
９４ 差圧計
９５ ニードル弁
９６ コントローラ
９７ａ，９７ｂ 圧力計
９８ａ，９８ｂ 電磁弁
９９ａ，９９ｂ リレー
Ｍ 電気測定器

Claims (8)

1. 第１，第２の主面を有し，かつ，前記第１の主面側に第１ガス室が，前記第２の主面側に第２ガス室が，それぞれ配置される燃料電池セル本体と，
   前記第１の主面と接触し，かつ中空部を有する集電体と，
   前記中空部にガスを供給し，前記集電体と前記第１の主面との接触状態を変化させる供給部と，
   前記中空部内の圧力と，前記第１ガス室内の圧力との圧力差を検出する圧力差検出部と，
   前記圧力差に基づいて，前記供給部によるガスの供給を制御する制御部と，
   を具備することを特徴とする燃料電池。
2. 前記集電体と前記燃料電池セル本体間での直流電圧損失を検出する損失検出部をさらに具備し，
   前記制御部が，前記圧力差および前記直流電圧損失に基づいて，ガスの供給を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記供給部が，
   前記ガスを加圧する加圧ポンプと，
   前記加圧されたガスを前記中空部内へ供給する第１管路と，
   前記加圧されたガスを前記第１ガス室へ供給する第２管路と，
   前記第２管路に配置され，前記第１ガス室側から前記供給部へのガスの逆流を防止する逆止弁と，を備える，
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
4. 前記供給部が，
   前記ガスを加圧する加圧ポンプと，
   前記加圧されたガスを前記中空部内へ供給する第１管路と，
   前記加圧されたガスを前記第１ガス室へ供給する第２管路と，
   前記第２管路に配置され，開度が調整可能なニードル弁と，を備える，
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
5. 前記供給部が，
   前記ガスを加圧する加圧ポンプと，
   前記加圧されたガスを前記中空部内へ供給する第１管路と，
   前記加圧されたガスを前記第１ガス室へ供給する第２管路と，
   前記第１管路に配置され，前記加圧されたガスの前記中空部内への供給を調節する第１の弁と，
   前記第１管路に配置され，前記中空部内からガスを排出する第２の弁と，を有し，
   前記圧力差が所定値より小さい場合に，前記制御部が，前記第１の弁を開状態とし，
   前記圧力差が前記所定値より大きい場合に，前記制御部が，前記第２の弁を開状態とする，
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
6. 前記供給部が，
   前記第２管路に配置され，前記燃料電池セル本体側から前記供給部へのガスの逆流を防止する逆止弁と，
   前記第１の弁よりも上流側の圧力と，前記逆止弁よりも上流側の圧力との差を検出する第２の圧力差検出部をさらに備え，
   前記第２の圧力差が前記圧力差より小さい場合に，前記制御部が前記加圧ポンプを動作させて前記ガスを加圧させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
7. 前記第１ガス室には，空気が供給されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
8. 前記第１ガス室には，燃料ガスが供給されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。

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