JPH113718A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池において、セルの面方向における温
度差を小さくすることにより、出力を低下させずにセル
の耐久性を向上させる。 【解決手段】 燃料ガス流路ｆ及び酸素含有ガス流路ｓ
のいずれか一方は、ガスが一方の端部開口ｆｏ，ｓｏか
ら他方の端部開口ｆｏ，ｓｏに向かって、流路幅の全幅
にわたって均等状態で通流する均等流路Ｅに構成され、
他方は、セルＣにおける均等流路Ｅのガス流れ方向の下
手側端部を通流域とする下手側小能力流路部分Ｕｄ、及
び、その下手側小能力流路部分Ｕｄにおける前記ガス流
れ方向の上手側に隣接して、セルＣにおける前記ガス流
れ方向の中間部を通流域とする大能力流路部分Ｕｈを備
え、且つ、下手側小能力流路部分Ｕｄを通流するガスが
大能力流路部分Ｕｈを通流するガスよりも電極反応を起
こす能力が小さくなるようにガスが通流する反応調整流
路Ｕに構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質層の一方の
面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた矩形板
状のセルの複数が、前記酸素極に臨む側に酸素含有ガス
流路を形成し、且つ、前記燃料極に臨む側に燃料ガス流
路を形成するように区画する流路形成部材を、隣接する
セル間に位置させた状態で、互いに間隔を隔てて厚み方
向に並べて設けられ、前記酸素含有ガス流路の一対の端
部開口が、前記セルにおける一方の対向する一対の端縁
部夫々に各別に設けられ、前記燃料ガス流路の一対の端
部開口が、前記セルにおける他方の対向する一対の端縁
部夫々に各別に設けられた燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池においては、複数の矩形
板状のセルがその厚み方向に並んだセル集合体におい
て、セルの並び方向視における周部に形成される４つの
面部のうちの、一方の対向する一対の面部に、燃料ガス
流路夫々の一対の端部開口が各別に位置し、並びに、他
方の対向する一対の面部に、酸素含有ガス流路夫々の一
対の端部開口が各別に位置することになる。従って、燃
料ガス流路夫々に水素を含有した燃料ガスを供給するた
めの構成、燃料ガス流路夫々から燃料ガスを排出させる
ための構成、酸素含有ガス流路夫々に酸素含有ガスを供
給するための構成、及び、酸素含有ガス流路夫々から酸
素含有ガスを排出させるための構成が簡単になるという
利点がある。

【０００３】従来は、図４に示すように、かかる燃料電
池において、燃料ガス流路ｆは、燃料ガスが、破線で示
すように、一方の端部開口ｆｏから他方の端部開口ｆｏ
に向かって流路幅の全幅にわたって均等状態で通流する
ように構成し、並びに、酸素含有ガス流路ｓも、酸素含
有ガスが、実線で示すように一方の端部開口ｓｏから他
方の端部開口ｓｏに向かって流路幅の全幅にわたって均
等状態で通流するように構成していた。流路形成部材Ｍ
は、隣接するセルＣ間において酸素極２側に配置され
て、酸素含有ガス流路ｓを区画形成する酸素側セパレー
タ４と、隣接するセルＣ間において燃料極３側に配置さ
れて、燃料ガス流路ｆを区画形成する燃料側セパレータ
５とを備えて構成してある。尚、図４の（イ）は、酸素
側セパレータ４における、セル並び方向の中間部での横
断面図を示し、（ロ）は、燃料側セパレータ５におけ
る、セル並び方向の中間部での横断面図を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料ガスが
燃料ガス流路を通流する過程で、燃料ガス中の水素が電
極反応を起こすので、燃料ガスの通流経路の下手側ほ
ど、燃料ガス中の水素濃度は低くなり、並びに、酸素含
有ガスが酸素含有ガス流路を通流する過程で、酸素含有
ガス中の酸素が電極反応を起こすので、酸素含有ガスの
通流経路の下手側ほど、酸素含有ガス中の酸素濃度は低
くなる。燃料ガス中の水素濃度が高いほど、及び、酸素
含有ガス中の酸素濃度が高いほど、水素と酸素との電極
反応が起こり易い。又、燃料ガス中の水素と酸素含有ガ
ス中の酸素との電極反応は発熱反応であり、電極反応に
よって生じた反応熱は、燃料ガス流路を通流する燃料ガ
ス及び酸素含有ガス流路を通流する酸素含有ガス夫々に
よって、夫々の通流経路の下手側に搬送される。

【０００５】しかしながら、従来では、上述のように、
燃料ガス流路及び酸素含有ガス流路のいずれも、ガスが
一方の端部開口から他方の端部開口に向かって流路幅の
全幅にわたって均等状態で通流するように構成されてい
るので、燃料ガス中の水素濃度は燃料ガス流路の排出用
の端部開口側ほど低くなり、並びに、酸素含有ガス中の
酸素濃度は酸素含有ガス流路の排出用の端部開口側ほど
低くなるものの、電極反応によって生じた反応熱は、燃
料ガス流路を通流する燃料ガスによってその排出用の端
部開口側へ、並びに、酸素含有ガス流路を通流する酸素
含有ガスによってその排出用の端部開口側へ夫々搬送さ
れる。従って、従来では、燃料ガスの流量又は酸素含有
ガスの流量によって、程度の差はあるものの、セルの面
方向における温度分布において、燃料ガス流路における
排出用の端部開口が位置する端部、及び、酸素含有ガス
流路における排出用の端部開口が位置する端部夫々の温
度が高くなる傾向があり、セルの面方向における温度差
が大きくなっていた。上述のように、従来では、セルの
面方向における温度差が大きくなるが、セルの温度が高
くなるほど、セルの劣化が進み易い傾向にあるので、従
来では、セルの耐久性において改善の余地があった。

【０００６】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、セルの面方向における温度差を
小さくして、出力を低下させずにセルの耐久性を向上さ
せることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、均等流路を通流するガスは、一方の端部開
口から他方の端部開口に向かって、流路幅の全幅にわた
って均等状態で通流するので、均等流路を通流するガス
における電極反応を起こす能力（以下、反応能力と略記
する場合がある）は、ガス流れ方向に沿って、排出用の
端部開口側ほど小さくなり、電極反応によって生じた反
応熱は、均等流路を通流するガスによってその排出用の
端部開口側へ搬送される。セルにおける均等流路のガス
流れ方向の下手側の端部（以下、均等流路下手側端部と
略記する場合がある）には、反応調整流路の下手側小能
力流路部分が設けられ、セルにおける前記ガス流れ方向
の中間部には、下手側小能力流路部分に隣接する状態
で、反応調整流路の大能力流路部分が設けられている。

【０００８】従って、セルにおける前記均等流路下手側
端部においては、均等流路を通流するガスによって搬送
されてきた反応熱による温度上昇が、反応調整流路の下
手側小能力流路部分を通流するガスの反応能力が小さい
ことによって抑制される。又、セルにおける前記ガス流
れ方向の中間部で、前記均等流路下手側端部に対して前
記ガス流れ方向の上手側に隣接する部分においては、反
応調整流路の大能力流路部分を通流するガスの反応能力
が大きいことによる温度上昇が、均等流路を通流するガ
スの反応能力が小さいことにより抑制される。従って、
セルの面方向における温度差を小さくすることができる
ようになり、出力を低下させずにセルの耐久性を向上さ
せることができるようになった。

【０００９】ところで、均等流路の上手側部分を通流す
るガスは、水素濃度又が酸素濃度が高いことにより反応
能力が大きいので、セルにおける均等流路の上手側部分
は、温度が上昇する傾向にある。尚、セルにおける均等
流路の上手側の端部（以下、均等流路上手側端部と記載
する場合がある）は、その端部に位置する端部開口から
均等流路に対してセルよりも温度が低いガスが供給され
るものの、供給されたガスの反応能力が大きく、しか
も、セルにおける熱交換が速いので、温度が上昇する傾
向にある。

【００１０】請求項２に記載の特徴構成によれば、反応
調整流路において、前記ガス流れ方向の上手側端部から
大能力流路部分における前記ガス流れ方向の上手側端部
までの範囲は、通流するガスの反応能力が、大能力流路
部分を通流するガスよりも小さい上手側小能力流路部分
に構成されている。つまり、均等流路を通流するガスの
反応能力が大きいことに起因して温度が上昇する傾向に
あるところの、セルにおける均等流路の上手側部分に対
応させて、上手側小能力流路部分が設けられている。従
って、セルにおける均等流路の上手側部分においては、
均等流路を通流するガスの反応能力が大きいことによる
温度上昇が、反応調整流路の上手側小能力流路部分を通
流するガスの反応能力が小さいことにより抑制される。
その結果、セルの面方向における温度差を一層小さくす
ることができるようになったので、出力の低下を防止し
ながら、セルの平均温度が一層低くなるように、電極反
応を起こさせることができるようになり、その結果、セ
ルの耐久性を一層向上させることができるようになっ
た。

【００１１】請求項３に記載の特徴構成によれば、反応
調整流路において、上手側小能力流路部分及び下手側小
能力流路部分夫々を通流する燃料ガス中の水素濃度又は
酸素含有ガス中の酸素濃度が、大能力流路部分を通流す
る燃料ガス中の水素濃度又は酸素含有ガス中の酸素濃度
よりも低いことによって、電極反応を起こす能力が小さ
くなるように構成されているので、燃料ガス流路又は酸
素含有ガス流路を形成するための構成を、従来から変更
する必要がない。ちなみに、反応調整流路において、上
手側小能力流路部分及び下手側小能力流路部分夫々を通
流する燃料ガス又は酸素含有ガスの流量が、大能力流路
部分を通流する燃料ガス又は酸素含有ガスの流量よりも
少なくすることによって、電極反応を起こす能力が小さ
くなるように構成することができる。しかしながら、こ
の場合は、燃料ガス流路又は酸素含有ガス流路を形成す
るための構成が複雑になったり、燃料ガス流路又は酸素
含有ガス流路にガスを供給するための構成が複雑にな
る。従って、本発明を実施するためのコストを低減する
ことができる。

【００１２】請求項４に記載の特徴構成によれば、電極
反応を起こしながら大能力流路部分を通流して、水素濃
度又は酸素濃度が低くなって反応能力が小さくなったガ
スが、連通路を通じて、上手側小能力流路部分及び下手
側小能力流路部分夫々に流入して、上手側小能力流路部
分及び下手側小能力流路部分夫々を通流する。

【００１３】つまり、反応調整流路において、上手側小
能力流路部分及び下手側小能力流路部分夫々を通流する
燃料ガス中の水素濃度又は酸素含有ガス中の酸素濃度
を、大能力流路部分を通流する燃料ガス中の水素濃度又
は酸素含有ガス中の酸素濃度よりも低くするにしても、
水素濃度の異なる燃料ガス又は酸素濃度の異なる酸素含
有ガスを使用する必要がないので、本発明を実施するた
めのコストを低減することができる。

【００１４】請求項５に記載の特徴構成によれば、流体
案内部が、前記セル並び方向視において、能力調整流路
の上手側能力流路部分及び下手側小能力流路部分夫々と
重複する部分の冷却能力が他の部分よりも高くなるよう
に、冷却用流体が通流するように構成されているので、
セルにおいて、前記均等流路下手側端部及び均等流路の
上手側の部分夫々の温度が、それらの間の部分よりも高
くなるという温度分布を、反応調整流路による作用、及
び、流体案内部による作用の協働にて是正することがで
きる。従って、セルの面方向における温度差を一層小さ
くすることができるようになったので、出力の低下を防
止しながら、セルの平均温度が一層低くなるように、電
極反応を起こさせることができるようになり、その結
果、セルの耐久性を一層増大させることができるように
なった。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を、リン酸電解質層を備えたリン酸型燃料電
池に適用した場合について説明する。図１ないし図３に
示すように、リン酸電解質層１の一方の面に酸素極２を
備え且つ他方の面に燃料極３を備えた矩形板状のセルＣ
の複数を、酸素極２に臨む側に酸素含有ガス流路ｓを形
成し、且つ、燃料極３に臨む側に燃料ガス流路ｆを形成
するように区画する流路形成部材Ｍを、隣接するセルＣ
間に位置させた状態で、互いに間隔を隔てて厚み方向に
並べて設けて、セル集合体ＮＣを形成してある。更に、
所定の個数おきの隣接するセルＣ間に、冷却用流体とし
ての冷却水が通流する流体案内部Ｐを設けてある。更
に、セル集合体ＮＣにおいて、セル並び方向の両端部夫
々には、セル集合体ＮＣから電力を取り出すための集電
板６を設けてある。

【００１６】酸素含有ガス流路ｓの一対の端部開口ｓｏ
は、セルＣにおける一方の対向する一対の端縁部夫々に
各別に設け、燃料ガス流路ｆの一対の端部開口ｆｏは、
セルＣにおける他方の対向する一対の端縁部夫々に各別
に設けてある。従って、セル集合体ＮＣにおいて、セル
並び方向視における周部に形成される４つの面部のうち
の、一方の対向する一対の面部に、燃料ガス流路ｆ夫々
の一対の端部開口ｆｏが各別に位置し、並びに、他方の
対向する一対の面部に、酸素含有ガス流路ｓ夫々の一対
の端部開口ｓｏが各別に位置することになる。

【００１７】本発明においては、燃料ガス流路ｆ及び酸
素含有ガス流路ｓのうち、酸素含有ガス流路ｓは、酸素
含有ガスが、一方の端部開口ｓｏから他方の端部開口ｓ
ｏに向かって、流路幅の全幅にわたって均等状態で通流
する均等流路Ｅに構成し、燃料ガス流路ｆは、セルＣに
おける均等流路Ｅのガス流れ方向の下手側端部を通流域
とする下手側小能力流路部分Ｕｄ、及び、その下手側小
能力流路部分Ｕｄにおける前記ガス流れ方向の上手側に
隣接して、セルＣにおける前記ガス流れ方向の中間部を
通流域とする大能力流路部分Ｕｈを備え、且つ、下手側
小能力流路部分Ｕｄを通流するガスが大能力流路部分Ｕ
ｈを通流するガスよりも電極反応を起こす能力が小さく
なるようにガスが通流する反応調整流路Ｕに構成してあ
る。更に、反応調整流路Ｕにおいて、前記ガス流れ方向
の上手側端部から大能力流路部分Ｕｈにおける前記ガス
流れ方向の上手側端部までの範囲は、通流するガスの電
極反応を起こす能力が大能力流路部分Ｕｈを通流するガ
スよりも小さい上手側小能力流路部分Ｕｔに構成してあ
る。

【００１８】更に、反応調整流路Ｕにおいて、上手側小
能力流路部分Ｕｔ及び下手側小能力流路部分Ｕｄ夫々を
通流する燃料ガス中の水素濃度が、大能力流路部分Ｕｈ
を通流する燃料ガス中の水素濃度よりも低いことによっ
て、電極反応を起こす能力が小さくなるように構成して
ある。

【００１９】リン酸電解質層１は、リン酸をマトリクス
層に含浸させた状態で保持させて形成してある。酸素極
２及び燃料極３は、カーボンにて多孔状の板状に形成し
てあり、リン酸電解質層１に接触する側には、電極触媒
としての白金の微粒子を担持させて、触媒層を形成して
ある。流路形成部材Ｍは、隣接するセルＣ間において酸
素極２側に配置されて、酸素含有ガス流路ｓを区画形成
する酸素側セパレータ４と、隣接するセルＣ間において
燃料極３側に配置されて、燃料ガス流路ｆを区画形成す
る燃料側セパレータ５とを備えて構成してある。

【００２０】酸素側セパレータ４は、酸素極２側に臨む
面に酸素含有ガスの通路となる複数の溝を形成すべく、
複数の凸条部４ｒを互いに間隔を隔てて備えた形状に、
導電性材料にて形成してある。一方、燃料側セパレータ
５は、酸素極３側に臨む面に燃料ガスの通路となる複数
の溝を、酸素側セパレータ４の各溝と直交する状態に形
成すべく、複数の凸条部５ｒを、酸素側セパレータ４の
各凸条部４ｒと直交する状態で互いに間隔を隔てて備え
た形状に、導電性材料にて形成してある。

【００２１】そして、互いに密着させた酸素側セパレー
タ４及び燃料側セパレータ５を、酸素側セパレータ４の
各凸条部４ｒを酸素極２に密着させ、且つ、燃料側セパ
レータ５の各凸条部５ｒを燃料極３に密着させた状態で
隣接するセルＣ間に配置することにより、セルＣ同士を
導電状態に接続するとともに、酸素極２に臨む側に酸素
含有ガス流路ｓを形成し、且つ、燃料極３に臨む側に燃
料ガス流路ｆを形成してある。

【００２２】反応調整流路Ｕにおいては、上手側小能力
流路部分Ｕｔと大能力流路部分Ｕｈとの境界近傍に位置
する燃料側セパレータ５の凸条部５ｒを利用して、上手
側小能力流路部分Ｕｔと大能力流路部分Ｕｈとを区画
し、大能力流路部分Ｕｈと下手側小能力流路部分Ｕｄと
の境界近傍に位置する燃料側セパレータ５の凸条部５ｒ
を利用して、大能力流路部分Ｕｈと下手側小能力流路部
分Ｕｄとを区画してある。

【００２３】流体案内部Ｐは、導電性を備えた支持体８
に、蛇行状の冷却管７を電気的に絶縁状態で支持させて
構成してある。そして、流体案内部Ｐを、支持体８が酸
素側セパレータ４及び燃料側セパレータ５夫々と接触す
る状態で、酸素側セパレータ４と燃料側セパレータ５と
の間に設けて、隣接するセルＣ同士を導電状態に接続し
てある。冷却管７の蛇行状の間隔は、セル並び方向視に
おいて能力調整流路Ｕの上手側小能力流路部分Ｕｔ及び
下手側小能力流路部分Ｕｄ夫々と重複する部分を、他の
部分よりも小さくしてあり、そのことによって、流体案
内部Ｐを、セル並び方向視において、能力調整流路Ｕの
上手側小能力流路部分Ｕｔ及び下手側小能力流路部分Ｕ
ｄ夫々と重複する部分の冷却能力が他の部分よりも高く
なるように、冷却用流体が通流するように構成してあ
る。

【００２４】更に、各流体案内部Ｐの冷却管７の入口部
を冷却水供給管９に連通接続し、出口部を冷却水排出管
１０に連通接続してある。そして、冷却水を、冷却水供
給管９、各流体案内部Ｐの冷却管７、及び、冷却水排出
管１０を順次通流する通流経路で通流させることによ
り、セルＣを冷却するように構成してある。

【００２５】セル集合体ＮＣにおける、酸素含有ガス流
路ｓ夫々の端部開口ｓｏが位置する面部夫々に、開口部
を備えた箱状の酸素側ガス通路形成部材１１を、その開
口部にて面部に位置する全ての端部開口ｓｏを覆う状態
で設けてある。又、セル集合体ＮＣにおける、燃料ガス
流路ｆ夫々の端部開口ｆｏが位置する面部夫々に、開口
部を備えた箱状の燃料側ガス通路形成部材１２を、その
開口部にて面部に位置する全ての端部開口ｆｏを覆う状
態で設けてある。

【００２６】２個の酸素側ガス通路形成部材１１のうち
の一方に、酸素含有ガス供給管１３を連通接続してあ
り、その酸素側ガス通路形成部材１１の内部を、酸素含
有ガス流路ｓ夫々に酸素含有ガスを供給する供給用酸素
含有ガス通路Ｓｉとして機能させるように構成してあ
る。又、２個の酸素側ガス通路形成部材１１のうちの他
方に、酸素含有ガス排出管１４を連通接続してあり、そ
の酸素側ガス通路形成部材１１の内部を、酸素含有ガス
流路ｓ夫々からガスを排出させる排出用酸素含有ガス通
路Ｓｅとして機能させるように構成してある。

【００２７】２個の燃料側ガス通路形成部材１２のうち
の一方の内部は、上手側小能力流路部分Ｕｔと大能力流
路部分Ｕｈとを区画する燃料側セパレータ５の凸条部５
ｒに対向して位置する隔壁体１５と、大能力流路部分Ｕ
ｈと下手側小能力流路部分Ｕｄとを区画する燃料側セパ
レータ５の凸条部５ｒに対向して位置する隔壁体１６に
て、反応調整流路Ｕの流路幅方向に３つに区画してあ
る。そして、燃料側ガス通路形成部材１２内の３つの区
画部分のうち、大能力流路部分Ｕｈの端部開口ｆｏが臨
むものを、反応調整流路Ｕ夫々の大能力流路部分Ｕｈの
端部開口ｆｏに燃料ガスを供給する供給用燃料ガス通路
Ｆｉとして、上手側小能力流路部分Ｕｔの端部開口ｆｏ
が臨むものを、反応調整流路Ｕ夫々の上手側小能力流路
部分Ｕｔの端部開口ｆｏからガスを排出させる上手側排
出用燃料ガス通路Ｆｔとして、下手側小能力流路部分Ｕ
ｄの端部開口ｆｏが臨むものを、反応調整流路Ｕ夫々の
下手側小能力流路部分Ｕｄの端部開口ｆｏからガスを排
出させる下手側排出用燃料ガス通路Ｆｄとして、夫々機
能させるように構成してある。そして、供給用燃料ガス
通路Ｆｉには燃料ガス供給管１７を、上手側排出用燃料
ガス通路Ｆｔには上手側燃料ガス排出管１８を、下手側
排出用燃料ガス通路Ｆｄには下手側燃料ガス排出管１９
を夫々連通接続してある。

【００２８】２個の燃料側ガス通路形成部材１２のうち
の他方の内部を、反応調整流路Ｕの一方の端部開口ｆｏ
における大能力流路部分Ｕｈに対応する部分と、その一
方の端部開口ｆｏにおける上手側小能力流路部分Ｕｔに
対応する部分及び下手側小能力流路部分Ｕｄに対応する
部分夫々とを連通する連通路Ｆｃとして機能させるよう
に構成してある。

【００２９】次に、図２に基づいて、酸素含有ガス及び
燃料ガスの流動形態について説明する。尚、図２の
（イ）は、酸素側セパレータ４における、セル並び方向
の中間部での横断面図を示し、（ロ）は、燃料側セパレ
ータ５における、セル並び方向の中間部での横断面図を
示す。図２において実線の矢印で示すように、空気等の
酸素含有ガスを、酸素含有ガス供給管１３を通じて供給
用酸素含有ガス通路Ｓｉに供給して、各酸素含有ガス流
路ｓを流路幅の全幅にわたって均等状態で通流させて、
排出用酸素含有ガス通路Ｓｅに排出させ、酸素含有ガス
排出管１４にて外部に排出させる。

【００３０】図２において破線の矢印で示すように、燃
料ガスを、燃料ガス供給管１７を通じて供給用燃料ガス
通路Ｆｉに供給する。すると、燃料ガスは、大能力流路
部分Ｕｈ夫々を通流して連通用ガス通路Ｆｃに排出さ
れ、連通用ガス通路Ｆｃに排出された燃料ガスは、連通
用ガス通路Ｆｃを通じて、上手側小能力流路部分Ｕｔ夫
々及び下手側小能力流路部分Ｕｄ夫々に流入して、上手
側小能力流路部分Ｕｔ夫々を通流して、上手側排出用燃
料ガス通路Ｆｔに排出され、上手側燃料ガス排出管１８
を通じて外部に排出され、並びに、下手側小能力流路部
分Ｕｄ夫々を通流して、下手側排出用燃料ガス通路Ｆｄ
に排出され、下手側燃料ガス排出管１９を通じて外部に
排出される。

【００３１】従って、上手側小能力流路部分Ｕｔ及び下
手側小能力流路部分Ｕｄ夫々を通流する燃料ガス中の水
素濃度は、大能力流路部分Ｕｈを通流する水素濃度より
も低くなっている。又、酸素含有ガス流路ｓ（均等流路
Ｅに相当する）を通流する酸素含有ガス流路中の酸素濃
度は、ガス流れ方向に沿って下手側ほど低くなる。従っ
て、セルＣにおける均等流路Ｅのガス流れ方向の下手側
の端部（即ち、均等流路下手側端部）においては、均等
流路Ｅを通流する酸素含有ガスによって搬送されてきた
反応熱による温度上昇が、反応調整流路Ｕの下手側小能
力流路部分Ｕｄを通流する燃料ガスの反応能力が小さい
ことによって抑制される。又、セルＣにおける前記ガス
流れ方向の中間部で、前記均等流路下手側端部に対して
前記ガス流れ方向の上手側に隣接する部分においては、
反応調整流路Ｕの大能力流路部分Ｕｈを通流する燃料ガ
スの反応能力が大きいことによる温度上昇が、均等流路
Ｅを通流する酸素含有ガスの反応能力が小さいことによ
り抑制される。又、セルＣにおける均等流路Ｅの上手側
部分においては、均等流路Ｅを通流する酸素含有ガスの
反応能力が大きいことによる温度上昇が、反応調整流路
Ｕの上手側小能力流路部分Ｕｔを通流する燃料ガスの反
応能力が小さいことにより抑制される。従って、セルＣ
の面方向における温度差を小さくすることができる。

【００３２】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 上記の実施形態においては、酸素含有ガス流路
ｓを均等流路Ｅに、燃料ガス流路ｆを反応調整流路Ｕに
夫々構成する場合について例示したが、逆に、燃料ガス
流路ｆを均等流路Ｅに、酸素含有ガス流路ｓを反応調整
流路Ｕに夫々構成してもよい。

【００３３】（ロ） 反応調整流路Ｕにおける上手側小
能力流路部分Ｕｔ、大能力流路部分Ｕｈ及び下手側小能
力流路部分Ｕｄ夫々の範囲及び形状は、セルＣの面方向
における温度分布に応じて、適宜設定することができ
る。例えば、上記の実施形態においては、上手側小能力
流路部分Ｕｔと大能力流路部分Ｕｈとの境界、及び、大
能力流路部分Ｕｈと下手側小能力流路部分Ｕｄとの境界
夫々を、燃料ガス流路ｆの一対の端部開口ｆｏの並び方
向に沿った直線状に形成する場合について例示したが、
これに代えて、セルＣの面方向における温度分布に応じ
て、曲線状に形成してもよい。

【００３４】（ハ） 反応調整流路Ｕにおいて、上手側
小能力流路部分Ｕｔ及び下手側小能力流路部分Ｕｄ夫々
を通流するガスの反応能力を、大能力流路部分Ｕｈを通
流するガスよりも小さくするための具体的な構成は、上
記の実施形態において例示した構成に限定されるもので
はない。例えば、上手側小能力流路部分Ｕｔ及び下手側
小能力流路部分Ｕｄ夫々を通流する燃料ガス又は酸素含
有ガスの流量が、大能力流路部分Ｕｈを通流する燃料ガ
ス又は酸素含有ガスの流量よりも少なくなるように構成
してもよい。この場合、例えば、酸素側セパレータ４又
は燃料側セパレータ５において、上手側小能力流路部分
Ｕｔ及び下手側小能力流路部分Ｕｄ夫々に対応する部分
の溝の幅を大能力流路部分Ｕｈに対応する部分よりも狭
くする。この場合、更に、上手側小能力流路部分Ｕｔ及
び下手側小能力流路部分Ｕｄ夫々を通流する燃料ガス又
は酸素含有ガスの流量も、温度分布に応じて異ならせる
と、セルＣの面方向における温度差を更に小さくするこ
とができる。

【００３５】又、上手側小能力流路部分Ｕｔ、下手側小
能力流路部分Ｕｄ及び大能力流路部分Ｕｈに対して、各
別に燃料ガス又は酸素含有ガスを供給するように構成
し、上手側小能力流路部分Ｕｔ及び下手側小能力流路部
分Ｕｄ夫々に供給する燃料ガス中の水素濃度又は酸素含
有ガス中の酸素濃度を、大能力流路部分Ｕｈに供給する
ものよりも低くするように構成してもよい。この場合、
更に、上手側小能力流路部分Ｕｔ及び下手側小能力流路
部分Ｕｄ夫々に供給する燃料ガス中の水素濃度又は酸素
含有ガス中の酸素濃度も、温度分布に応じて異ならせる
と、セルＣの面方向における温度差を更に小さくするこ
とができる。

【００３６】（ニ） 流路形成部材Ｍの具体構成は種々
変更可能である。例えば、上記の各実施形態において、
燃料側セパレータ５の複数の凸条部５ｒのうち、不均等
流路Ｕの各流路部分Ｕｔ，Ｕｈ，Ｕｄを区画するもの以
外は省略してもよい。この場合、各流路部分Ｕｔ，Ｕ
ｈ，Ｕｄに、Ｎｉフェルト等、気体の通流を許容するよ
うに形成された柔軟性導電材を充填すると、内部抵抗を
小さくすることができるので好ましい。

【００３７】又、酸素側セパレータ４と燃料側セパレー
タ５とを一体的に備えて構成してもよい。

【００３８】又、流路形成部材Ｍを、セルＣにおける酸
素極２に臨む側又は燃料極３に臨む側のいずれか一方
に、酸素含有ガス流路ｓ又は燃料ガス流路ｆとして機能
するセル内流路を形成すべく付設し、そのように流路形
成部材Ｍが付設された流路形成部材付きセルの複数を、
隣接するもの同士の間に、燃料ガス流路ｆ又は酸素含有
ガス流路ｓとして機能させるセル間流路を形成すべく、
互いに間隔を隔てた状態で、厚み方向に並べて設けても
よい。この場合は、隣接する流路形成部材付きセル間
に、気体の通流を許容するように形成された柔軟性導電
材を充填して、隣接する流路形成部材付きセル同士を導
電状態に接続する。

【００３９】（ホ） 上記の実施形態においては、本発
明をリン酸電解質層を備えたリン酸型燃料電池に適用す
る場合について例示したが、本発明は、リン酸型燃料電
池以外に、固体電解質層を備えた固体電解質型燃料電
池、溶融炭酸塩電解質層を備えた溶融炭酸塩型燃料電池
等種々の形式の燃料電池に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池の全体構成を示す斜視図

【図２】燃料電池における均等流路及び反応調整流路を
示す図

【図３】燃料電池の流体案内部を示す図

【図４】従来の燃料電池における酸素含有ガス流路及び
燃料ガス流路を示す図

【符号の説明】

１ 電解質層 ２ 酸素極 ３ 燃料極 ｆ 燃料ガス流路 ｆｏ 端部開口 ｓ 酸素含有ガス流路 ｓｏ 端部開口 Ｃ セル Ｅ 均等流路 Ｍ 流路形成部材 Ｐ 流体案内部 Ｕ 反応調整流路 Ｕｄ 下手側小能力流路部分 Ｕｈ 大能力流路部分 Ｕｔ 上手側小能力流路部分 Ｆｃ 連通路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
   他方の面に燃料極を備えた矩形板状のセルの複数が、前
   記酸素極に臨む側に酸素含有ガス流路を形成し、且つ、
   前記燃料極に臨む側に燃料ガス流路を形成するように区
   画する流路形成部材を、隣接するセル間に位置させた状
   態で、互いに間隔を隔てて厚み方向に並べて設けられ、 前記酸素含有ガス流路の一対の端部開口が、前記セルに
   おける一方の対向する一対の端縁部夫々に各別に設けら
   れ、 前記燃料ガス流路の一対の端部開口が、前記セルにおけ
   る他方の対向する一対の端縁部夫々に各別に設けられた
   燃料電池であって、 前記燃料ガス流路及び前記酸素含有ガス流路のいずれか
   一方は、ガスが一方の端部開口から他方の端部開口に向
   かって、流路幅の全幅にわたって均等状態で通流する均
   等流路に構成され、 他方は、前記セルにおける前記均等流路のガス流れ方向
   の下手側端部を通流域とする下手側小能力流路部分、及
   び、その下手側小能力流路部分における前記ガス流れ方
   向の上手側に隣接して、前記セルにおける前記ガス流れ
   方向の中間部を通流域とする大能力流路部分を備え、且
   つ、前記下手側小能力流路部分を通流するガスが前記大
   能力流路部分を通流するガスよりも電極反応を起こす能
   力が小さくなるようにガスが通流する反応調整流路に構
   成されている燃料電池。
2. 【請求項２】 前記反応調整流路において、前記ガス流
   れ方向の上手側端部から前記大能力流路部分における前
   記ガス流れ方向の上手側端部までの範囲は、通流するガ
   スの電極反応を起こす能力が、前記大能力流路部分を通
   流するガスよりも小さい上手側小能力流路部分に構成さ
   れている請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 前記反応調整流路において、前記上手側
   小能力流路部分及び前記下手側小能力流路部分夫々を通
   流する燃料ガス中の水素濃度又は酸素含有ガス中の酸素
   濃度が、前記大能力流路部分を通流する燃料ガス中の水
   素濃度又は酸素含有ガス中の酸素濃度よりも低いことに
   よって、電極反応を起こす能力が小さくなるように構成
   されている請求項２記載の燃料電池。
4. 【請求項４】 前記反応調整流路の一方の端部開口にお
   ける前記大能力流路部分に対応する部分と、その一方の
   端部開口における前記上手側小能力流路部分に対応する
   部分及び前記下手側小能力流路部分に対応する部分夫々
   とを連通する連通路が設けられ、 前記大能力流路部分を通流したガスが、前記連通路を通
   じて、前記上手側小能力流路部分及び前記下手側小能力
   流路部分夫々に流入するように構成されている請求項３
   記載の燃料電池。
5. 【請求項５】 セル並び方向に隣接するセル間に、冷却
   用流体が通流する流体案内部が設けられ、 その流体案内部が、前記セル並び方向視において、前記
   能力調整流路の前記上手側能力流路部分及び前記下手側
   小能力流路部分夫々と重複する部分の冷却能力が他の部
   分よりも高くなるように、冷却用流体が通流するように
   構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃
   料電池。