JP2001167776A

JP2001167776A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2001167776A
Application number: JP35171199A
Authority: JP
Inventors: Isanori Akagi; 功典赤木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-22
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP3520005B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池において、耐久性の低下を防止しな
がら、出力を更に増大させることができるようにする。【解決手段】燃料極側流路ｆに炭化水素系の原燃料ガ
スを供給し且つ酸素極側流路に酸素極側反応用ガスを供
給して、燃料極側流路ｆ内で原燃料ガスを水素含有ガス
に改質させながら発電させるように構成された燃料電池
であって、燃料極側流路ｆが、セルＣ’が並置されるセ
ル並置方向視において、その中央側に供給される原燃料
ガスをセル周縁側に流動させるように構成されている。

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板状の
セルの複数が、互いに間隔を隔てて厚み方向に並置され
てセル集合体が構成され、そのセル集合体が、前記セル
の酸素極側に酸素極側流路を形成し且つ燃料極側に燃料
極側流路を形成するように区画する導電性流路形成部材
を、隣接するセル間に位置させるように構成され、前記
燃料極側流路に炭化水素系の原燃料ガスを供給し且つ前
記酸素極側流路に酸素極側反応用ガスを供給して、前記
燃料極側流路内で前記原燃料ガスを水素含有ガスに改質
させながら発電させるように構成された燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池は、燃料極側流路に、炭
化水素系の原燃料ガスを水素含有ガスに改質させながら
流動させ、並びに、酸素極側流路に、酸素極側反応用ガ
スである酸素含有ガスを流動させ、それら水素含有ガス
中の水素と酸素含有ガス中の酸素とにより発電反応を起
こさせて発電させる、所謂、内部改質型の燃料電池であ
る。

【０００３】従来は、燃料極側流路は、流路入口及び流
路出口を、セル周縁における互いに対向する部分に、各
別に備えるように構成していた。例えば、セルが矩形板
状である場合は、セル周縁を形成する４辺のうちの一方
の対向する一対の辺に、流路入口及び流路出口を各別に
備えるように構成していた。そして、原燃料ガスを、流
路入口から流路出口へ向けて燃料極側流路内を流動させ
て、その流動過程で、原燃料ガスを水素含有ガスに改質
させるように構成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、セルにおけ
る発電反応は発熱反応であり、その発電反応熱の放熱
は、セルにおける面方向での中央部ほどし難い。一方、
燃料極側流路内で原燃料ガスを水素含有ガスに改質させ
る改質反応は吸熱反応である。そして、従来では、原燃
料ガスは、セル周縁の一部分に形成される流路入口か
ら、それに対向するセル周縁の一部分に形成される流路
出口に向かって燃料極側流路を流動するので、改質反応
量は、流路入口側ほどが多く、流路出口側ほど少なくな
る。従って、従来では、セルの温度は、面方向の中央部
ほど高くなる傾向があり、セルの面方向での温度分布が
大きくなり易かった。一方、燃料電池の出力を増大させ
るには、発電反応量を多くする必要があるが、発電反応
量が多くなるに伴って、面方向での温度分布が更に大き
くなって、セルの内部応力が大きくなるので、耐久性の
低下を招く虞がある。従って、従来では、燃料電池の出
力を増大させるにしても耐久性の面で限度があり、出力
を増大させるという面において、改善の余地があった。

【０００５】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、燃料電池において、耐久性の低
下を防止しながら、出力を更に増大させることができる
ようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記燃料極側流路が、前
記セルが並置されるセル並置方向視において、その中央
側に供給される原燃料ガスをセル周縁側に流動させるよ
うに構成されていることにある。請求項１に記載の特徴
構成によれば、原燃料ガスは、セル並置方向視におい
て、中央側からセル周縁側に向かって燃料極側流路を流
動するので、原燃料ガスの改質反応量は、セルにおける
セル並置方向視での中央側が多く、セル周縁側ほど少な
くなるため、発電反応熱の放熱がし難いセルにおける面
方向での中央部が、改質反応による吸熱量が多くなっ
て、効果的に冷却されることとなり、セルにおける面方
向での温度分布が小さくなる。従って、耐久性の低下を
防止しながら、出力を更に増大させることができるよう
になった。

【０００７】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
特徴構成は、前記セルが矩形板状であり、前記燃料極側
流路が、前記セル並置方向視において、セル周縁を形成
する４辺のうちの対向する一対の辺に相当するセル周縁
部分の夫々を流路出口とし、それら一対の流路出口の間
に相当する箇所に、前記流路出口の形成方向と略平行な
原燃料導入路を備えて、前記原燃料導入路に導入される
原燃料ガスを、その原燃料導入路の長手方向各部から前
記一対の流路出口に向けて流動させるように構成されて
いることにある。請求項２に記載の特徴構成によれば、
原燃料導入路に導入された原燃料ガスは、その原燃料導
入路の長手方向各部から、その原燃料導入路の幅方向両
側の流路出口に向かって流動するので、原燃料ガスはセ
ルの面方向の略全域にわたって流動することになり、セ
ルの面方向の略全域にわたって発電反応を起こさせるこ
とができる。つまり、燃料極側流路において、原燃料ガ
スを中央側からセル周縁側に向けて流動させるにして
も、セルの面方向の極力広い範囲に流動させて、発電効
率を高くする必要がある。その場合、燃料極側流路を、
セル周縁の全周又は略全周が流路出口となり、セル面方
向において、その中央部に導入される原燃料ガスを、セ
ル周縁の全周又は略全周にわたる流路出口に向けて放射
状に流動させるように構成しても良い。しかしながら、
この場合は、セル周縁の全周又は略全周が燃料極側流路
の流路出口となるので、燃料極側流路及び酸素極側流路
夫々に対してガスを供給するための構成、並びに、夫々
からガスを排出させるために構成が複雑なものとなる。
これに対して、請求項２に記載の特徴構成であれば、燃
料極側流路が存在しない方の一対の対向するセル周縁部
分を利用して、燃料極側流路及び酸素極側流路夫々に対
してガスを供給したり、酸素極側流路からガスを排出さ
せたりすることができるので、燃料極側流路及び酸素極
側流路夫々に対してガスを供給するための構成、並び
に、夫々からガスを排出させるために構成を簡略化する
ことができる。従って、耐久性の低下を防止しながら出
力を更に増大させるという課題を達成するための構成を
簡略化する上で好適な具体構成を、提供することができ
るようになった。

【０００８】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
特徴構成は、前記燃料極側流路に対応させて気体の通流
を許容する柔軟性導電材が配置され、その柔軟性導電材
に、前記原燃料導入路として機能する通路が形成され
て、その通路の長手方向の各部から、その柔軟性導電材
の内部を通して前記流路出口に向けて原燃料ガスが流動
するように構成されていることにある。請求項３に記載
の特徴構成によれば、柔軟性導電材にて、セル並置方向
に隣接するセルをセル面方向の広い範囲にわたって良好
に導電状態に接続できるので、セル並置方向に隣接する
セルの接続抵抗を低くすることができ、しかも、その柔
軟性導電材によって、燃料電池に内部応力が発生するの
を抑制することができる。柔軟性導電材の通路に導入さ
れた原燃料ガスは、その通路の長手方向各部から、その
柔軟性導電材の内部を通って、その通路の幅方向両側の
流路出口に向かって流動するので、原燃料ガスはセルの
面方向の略全域にわたって流動することになり、セルの
面方向の略全域にわたって発電反応を起こさせることが
できる。従って、燃料電池の内部抵抗を低くすると共
に、内部応力の発生を抑制することができるので、耐久
性の低下及び出力の増大を一層促進することができる。

【０００９】〔請求項４記載の発明〕請求項４に記載の
特徴構成は、前記燃料極側流路が、前記セル周縁におけ
る前記流路出口が存在しない方の辺に相当するセル周縁
部分に、流路入口を、前記原燃料導入路に原燃料ガスを
供給すべく備えるように構成され、前記酸素極側流路
が、その流路入口及び流路出口を、前記セル周縁におけ
る前記燃料極側流路の流路出口が存在しない方の一対の
セル周縁部分に各別に備えるように構成され、前記セル
集合体の外周部における前記燃料極側流路の流路入口が
存在する箇所のセル並置方向に沿って、そのセル並置方
向に沿って形成される燃料極用主流路と、その燃料極用
主流路と前記複数のセル夫々に対応する燃料極側流路の
流路入口とを連通接続する複数の燃料極用補助流路と、
前記セル並置方向に沿って形成される酸素極用主流路
と、その酸素極用主流路と前記複数のセル夫々に対応す
る酸素極側流路の流路入口又は流路出口とを連通接続す
る複数の酸素極用補助流路とを備えたガス通路構成部が
設けられていることにある。請求項４に記載の特徴構成
によれば、ガス通路構成部の燃料極用主流路に、原燃料
ガスを供給すると、原燃料ガスは、各燃料極用補助流路
を通じて、各セルの燃料極側流路の流路入口から原燃料
導入路に導入される。燃料極側流路の流路入口が存在す
るセル周縁部分に、酸素極側流路の流路入口が存在する
場合は、ガス通路構成部の酸素極用主流路に、酸素極側
反応用ガスを供給すると、酸素極側反応用ガスは、各酸
素極用補助流路を通じて、各セルの酸素極側流路に供給
される。あるいは、燃料極側流路の流路入口が存在する
セル周縁部分に、酸素極側流路の流路出口が存在する場
合は、各セルの酸素極側流路から排出された酸素極側排
ガスは、各セルに対応する酸素極用補助流路を通じて、
ガス通路構成部の酸素極用主流路に対して流出して、外
部に排出される。つまり、１個のガス通路構成部によ
り、原燃料ガスを各セルの燃料極側流路の原燃料導入路
に導入すると共に、酸素極側反応ガスを各セルの酸素極
側流路に供給するか、又は、各セルの酸素極側流路から
排出された酸素極側排ガスを外部に排出させることがで
きる。ちなみに、酸素極側流路は、その流路入口及び流
路出口を、セル周縁における燃料極側流路の流路出口が
存在しない方の一対のセル周縁部分に各別に備えるよう
に構成し、一方、燃料極側流路は流路入口を備えないよ
うに構成し、そして、セル集合体の外周部において、酸
素極側流路の流路入口が存在する部分に、酸素極側反応
ガスを各セルの酸素極側流路に供給するための構成を配
置し、酸素極側流路の流路出口が存在する部分に、各セ
ルの酸素極側流路から排出された酸素極側排ガスを外部
に排出させるための構成を配置し、並びに、各セルの燃
料極側流路に対して、筒状部材を、流路出口から原燃料
ガス導入路に達するように挿入して、各筒状部材を通し
て、各セルの燃料極側流路の原燃料ガス導入路に原燃料
を導入するように構成する場合が想定される。しかしな
がら、この場合は、構成が複雑化するという欠点があ
る。従って、請求項４に記載の特徴構成によれば、原燃
料ガスを各セルの燃料極側流路の原燃料導入路に導入す
ると共に、酸素極側反応ガスを各セルの酸素極側流路に
供給するか、又は、各セルの酸素極側流路から排出され
た酸素極側排ガスを外部に排出させるための構成を簡略
化しながら、本発明を実施することができる。

【００１０】〔請求項５記載の発明〕請求項５に記載の
特徴構成は、前記セルにおける前記酸素極側に、前記酸
素極側流路を形成すべく、前記導電性流路形成部材が付
設され、その導電性流路形成部材が付設された流路形成
部材付セルは、矩形板状に形成され、並びに、前記導電
性流路形成部材によって、前記流路形成部材付セルにお
ける一方の対向する一対のセル周縁部分が前記酸素極側
流路が開いて前記酸素極側流路の流路入口又は流路出口
となる開口周縁部分となり、且つ、他方の向かい合う一
対の周縁部分が前記酸素極側流路が閉じた閉塞周縁部分
となるように構成され、前記ガス通路構成部が、各セル
に対して１個ずつ設けられて、前記セル並置方向に沿っ
て密着状態に並設される複数のガス通路構成部材にて構
成され、各ガス通路構成部材に、前記燃料極用主流路を
形成するための燃料極用主流路形成用孔、前記酸素極用
主流路を形成するための酸素極用主流路形成用孔、前記
流路形成部材付セルの厚みと同一又は略同一の深さを有
して、前記流路形成部材付セルの開口周縁部分が入れら
れると共に、前記酸素極用補助流路を形成するための凹
部と、その凹部が形成された残りの薄肉部分に位置し
て、前記燃料極用補助流路を形成する燃料極用補助流路
形成用孔とが形成され、前記流路形成部材付セルの複数
が、夫々の前記開口周縁部分を前記凹部に入れた状態で
前記ガス通路構成部材に保持されて、互いに間隔を隔て
て並置され、前記セル並置方向に隣接するセル間に、前
記ガス通路形成部材における前記燃料極用補助流路形成
用孔の開口部に臨む部分を流路入口とし、前記一対の閉
塞周縁部分側の開口部夫々を流路出口とする燃料極側流
路が形成され、前記セル並置方向に隣接するセル間に、
前記柔軟性導電材が、前記通路を前記ガス通路形成部材
における前記燃料極用補助流路形成用孔の開口部に連通
させた状態で充填されていることにある。請求項５に記
載の特徴構成によれば、複数のガス通路構成部材を、夫
々の凹部に、流路形成部材付セルの開口周縁部分を入れ
て、その流路形成部材付セルを保持した状態で、セル並
置方向に沿って密着状態に並設することによって、複数
の流路形成部材付セルを、互いの間に燃料極側流路を形
成する状態で厚み方向に並置することができる。並び
に、各ガス通路構成部材の燃料極用主流路形成用孔をセ
ル並置方向に一連に連ならせて、燃料極用主流路を形成
すると共に、燃料極用補助流路形成用孔にて、燃料極用
主流路と各セルの燃料極側流路の流路入口とを連通接続
することができる。並びに、各ガス通路構成部材の酸素
極用主流路形成用孔をセル並置方向に一連に連ならせ
て、酸素極用主流路を形成すると共に、凹部にて、酸素
極用主流路と各セルの酸素極側流路の流路入口又は流路
出口とを連通接続すことができる。従って、燃料電池全
体としての組み付け構成を簡略化しながら、本発明を実
施することができる。

【００１１】〔請求項６記載の発明〕請求項６に記載の
特徴構成は、ノズル部から吸引部への原燃料ガスの噴出
供給による吸引作用により、前記複数のセル夫々の燃料
極側流路の流路出口から排出された燃料極側排ガスを吸
引して、原燃料ガスと燃料極側排ガスとを混合する吸引
混合手段が設けられ、その吸引混合手段から排出された
原燃料ガスと燃料極側排ガスとの混合ガスが、前記複数
のセル夫々の燃料極側流路に供給されるように構成され
ていることにある。請求項６に記載の特徴構成によれ
ば、発電反応によって生じた水分を含む燃料極側排ガス
が、吸引混合手段によって吸引されると共に、原燃料ガ
スに混合されて、原燃料ガスと共に、複数のセル夫々の
燃料極側流路に供給されて、再循環されるので、燃料極
側流路においては、発電反応によって生じて燃料極側流
路に存在する水分、及び、再循環された燃料極側排ガス
に含まれる水分を用いて、原燃料ガスが水素含有ガスに
改質される。従って、発電反応によって生じた水分を含
む燃料極側排ガスを燃料極側流路に再循環することによ
り、原燃料ガスの改質処理に必要な水分を補うことがで
きるので、燃料極側流路での原燃料ガスの改質処理を効
率良く行わせることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１ない
し図８に基づいて、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。図１ないし図６に示すように、固体電解質層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
た板状のセルＣ’の複数を、互いに間隔を隔てて厚み方
向に並置して、セル集合体ＮＣを構成してある。そのセ
ル集合体ＮＣは、セルＣ’の酸素極２側に酸素極側流路
ｓを形成し、且つ、燃料極３側に燃料極側流路ｆを形成
するように区画する導電性流路形成部材としての導電性
セパレータ４を、隣接するセルＣ間に位置させるように
構成してある。そして、燃料極側流路ｆに炭化水素系の
原燃料ガスとして例えばメタンガスを供給し且つ酸素極
側流路ｓに酸素極側反応ガスとして例えば空気を供給し
て、燃料極側流路ｆ内で原燃料ガスを水素含有ガスに改
質させながら発電させるように構成してある。

【００１３】本発明においては、燃料極側流路ｓを、セ
ルＣ’が並置されるセル並置方向視において、その中央
側に供給される原燃料ガスをセル周縁側に流動させるよ
うに構成してある。

【００１４】先ず、図１に基づいて、燃料電池のセル
Ｃ’について説明を加える。平面形状が矩形板状の固体
電解質層１の一方の面に、固体電解質層１における向か
い合う一対の側縁夫々に側縁全長にわたる電解質層露出
部１ａを形成する状態で、膜状又は板状の酸素極２を一
体的に付設し、且つ、他方の面に膜状又は板状の燃料極
３を、全面又はほぼ全面にわたって一体的に付設して、
酸素極２と燃料極３とから起電力を得るための矩形板状
のセルＣ’を形成してある。

【００１５】そして、セルＣ’における酸素極２側に、
酸素極側流路ｓを形成すべく、導電性セパレータ４を付
設して、矩形板状のセパレータ付セル（流路形成部材付
セルに相当する）Ｃを形成してある。更に説明を加える
と、導電性セパレータ４は、板状部４ａと、その板状部
４ａの両端に夫々位置する一対の帯状突起部４ｂと、そ
れら一対の帯状突起部４ｂの間に位置する複数の凸条部
４ｃを備える状態で導電性材料にて一体形成してある。
その導電性セパレータ４を、複数の凸条部４ｃ夫々が酸
素極２と接触する状態で、一対の帯状突起部４ｂ夫々を
両電解質層露出部１ａ夫々に貼り付けることにより、セ
パレータ付セルＣを形成してある。

【００１６】そして、酸素極２と導電性セパレータ４と
を導電状態に接続するとともに、酸素極２と導電性セパ
レータ４との間に、セパレータ付セルＣにおけるセル周
縁を形成する４辺のうちの一方の対向する一対の辺に対
応するセル周縁部分において開いた酸素極側流路ｓを形
成してある。つまり、セパレータ付セルＣは、導電性セ
パレータ４によって、セパレータ付セルにおける一方の
対向する一対のセル周縁部分が酸素極側流路ｓが開いて
酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉ又は流路出口ｓｏとなる
開口周縁部分となり、且つ、他方の向かい合う一対の周
縁部分が酸素極側流路ｓが閉じた閉塞周縁部分となるよ
うに構成してある。

【００１７】そして、図２ないし図６に示すように、複
数のセパレータ付セルＣを、互いに間に燃料極側流路ｆ
を形成すべく、間隔を隔てて厚み方向に並置してセル集
合体ＮＣを形成する。燃料極側流路ｆは、セパレータ付
セルＣにおける一対の閉塞周縁部分の夫々を流路出口ｆ
ｏとし、それら一対の流路出口ｆｏの間に相当する箇所
に、流路出口ｓｏの形成方向と略平行な原燃料導入路Ｒ
を備え、セパレータ付セルＣにおける一対の開口周縁部
分のうちの一方に、原燃料導入路Ｒに原燃料ガスを供給
すべく流路入口ｆｉ備えて、その流路入口ｆｉから原燃
料導入路Ｒに導入される原燃料ガスを、その原燃料導入
路Ｒの長手方向各部から一対の流路出口ｆｏに向けて流
動させるように構成してある。

【００１８】尚、酸素極側流路ｓが開く一対の開口周縁
部分のうちのいずれか一方を流路入口ｓｉとして、他方
を流路出口ｓｏとするが、第１実施形態では、燃料極側
流路ｆの流路入口ｆｉが存在するの開口周縁部分を流路
出口ｓｏとする。

【００１９】固体電解質層１は、３〜１０モル％程度の
Ｙ₂Ｏ₃を固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ₂から
成り、酸素極２はＬａＭｎＯ₂から成り、燃料極３はＮ
ｉとＺｒＯ₂のサーメットから成る。又、導電性セパレ
ータ４は、耐酸化性及び耐還元性に優れたＬａＣｒＯ₃
から成る。

【００２０】次に、図２ないし図６に基づいて、セパレ
ータ付セルＣの複数を、電気的に直列接続する状態で厚
み方向に並置する構成、及び、各セパレータ付セルＣの
酸素極側流路ｓ及び燃料極側流路ｆに対するガス給排構
成について説明する。厚み方向に並置された複数のセパ
レータ付セルＣの４つの周縁部分にて形成される、セル
集合体ＮＣの４つの外周部分のうち、燃料極側流路ｆの
流路入口ｆｉが存在する外周部分のセル並置方向に沿っ
て、そのセル並置方向に沿って形成される燃料極用主流
路Ｆｍと、その燃料極用主流路Ｆｍと複数のセパレータ
付セルＣ夫々に対応する燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉ
とを連通接続する複数の燃料極用補助流路Ｆａと、セル
並置方向に沿って形成される酸素極用主流路Ｓｍと、そ
の酸素極用主流路Ｓｍと複数のセパレータ付セルＣ夫々
に対応する酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏとを連通接続
する複数の酸素極用補助流路Ｓａとを備えた両用ガス通
路構成部Ｔｄを設けてある。又、セル集合体ＮＣの４外
周部分のうち、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが存在す
る外周部分に対向する外周部分のセル並置方向に沿っ
て、そのセル並置方向に沿って形成される酸素極用主流
路Ｓｍと、その酸素極用主流路Ｓｍと複数のセパレータ
付セルＣ夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉ
とを連通接続する複数の酸素極用補助流路Ｓａとを備え
た酸素極用ガス通路構成部Ｔｓを設けてある。

【００２１】両用ガス通路構成部Ｔｄは、各セパレータ
付セルＣに対して１個ずつ設けられて、セル並置方向に
沿って密着状態に並設される複数の両用ガス通路構成部
材６にて構成し、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓは、各セ
パレータ付セルＣに対して１個ずつ設けられて、セル並
置方向に沿って密着状態に並設される複数の酸素極用ガ
ス通路構成部材７にて構成する。

【００２２】両用ガス通路構成部材６は、矩形板状体
に、下記のように、燃料極用主流路Ｆｍを形成するため
の燃料極用主流路形成用孔６ａ、酸素極用主流路Ｓｍを
形成するための酸素極用主流路形成用孔６ｂ、セパレー
タ付セルＣの厚みと同一又は略同一の深さを有して、セ
パレータ付セルＣの開口周縁部分が入れられると共に、
酸素極用補助流路Ｓａを形成するための凹部６ｃと、そ
の凹部６ｃが形成された残りの薄肉部分６ｅに位置し
て、燃料極用補助流路Ｆａを形成する燃料極用補助流路
形成用孔６ｄとを備えさせて、構成してある。

【００２３】即ち、厚み方向に貫通する２個の酸素極用
主流路形成用孔６ｂを、矩形板状体におけるセパレータ
付セルＣの側に位置する端縁の延びる方向に、間隔が開
いて並ぶ状態で備えさせ、厚み方向に貫通する燃料極用
主流路形成用孔６ａを、それら２個の酸素極用主流路形
成用孔６ｂの間に備えさせる。又、凹部６ｃは、矩形板
状体の一方の面に、燃料極用主流路形成用孔６ａとは間
隔が開き、２個の酸素極用主流路形成用孔６ｂに連なっ
て、セパレータ付セルＣの側に位置する端縁に達する状
態で、セパレータ付セルＣの開口周縁部分が入れられる
ように、深さをセパレータ付セルＣの厚みと同一又は略
同一にし、幅をセパレータ付セルＣの幅と同一又は略同
一にした溝状に備えさせる。又、燃料極用補助流路形成
用孔６ｄは、矩形板状体における凹部６ｃを形成した残
りの薄肉部分６ｅを貫通して、燃料極用主流路形成用孔
６ａの内面と矩形板状体におけるセパレータ付セルＣの
側の端面における長手方向の中央部とに開くように備え
させる。

【００２４】酸素極用ガス通路構成部材７は、矩形板状
体に、酸素極用主流路Ｓｍを形成するための酸素極用主
流路形成用孔７ｂを厚み方向に貫通する状態で備えさ
せ、セパレータ付セルＣの開口周縁部分を入れると共
に、酸素極用補助流路Ｓａを形成するための凹部７ｃ
を、矩形板状体の一方の面に、酸素極用主流路形成用孔
７ｂに連なって、セパレータ付セルＣの側に位置する端
縁に達する状態で、深さをセパレータ付セルＣの厚みと
同一又は略同一にし、幅をセパレータ付セルＣの幅と同
一又は略同一にした溝状に備えさせる。

【００２５】そして、セパレータ付セルＣの一方の開口
周縁部分を両用ガス通路構成部材６の凹部６ｃに入れ、
且つ、他方の開口周縁部分を酸素極用ガス通路構成部材
７の凹部７ｃに入れて、両用ガス通路構成部材６及び酸
素極用ガス通路構成部材７にて１枚のセパレータ付セル
Ｃを保持する状態で、両用ガス通路構成部材６及び酸素
極用ガス通路構成部材７夫々を厚み方向に密着状態で積
み重ねることにより、複数のセパレータ付セルＣを互い
に間隔を隔てて並置する。

【００２６】セル並置方向に隣接するセパレータ付セル
Ｃ間の間隔は、両用ガス通路構成部材６の薄肉部分６ｅ
及び酸素極用ガス通路構成部材７の薄肉部分７ｅにて保
持される。そして、セル並置方向に隣接するセパレータ
付セルＣ間に、セパレータ付セルＣにおける一対の閉塞
周縁部分夫々の側に形成される開口部分夫々を流路出口
ｆｏとし、燃料極用補助流路形成用孔６ｄの開口部分を
流路入口ｆｉとする燃料極側流路ｆを形成する。

【００２７】セル並置方向に隣接するセパレータ付セル
Ｃ間に、気体の通流を許容する柔軟性導電材５を充填し
てある。その柔軟性導電材５には、原燃料導入路Ｒとし
て機能させる通路５ｒを、一方の面に、その一方の対向
する一対の端縁間の中央を通って、他方の一対の端縁間
にわたり、燃料極用補助流路形成用孔６ｄの開口部分に
連通する状態で形成してある。

【００２８】両用ガス通路構成部材６及び酸素極用ガス
通路構成部材７は、耐熱性及び電気絶縁性を備えたセラ
ミック材から成る。又、柔軟性導電性部材５は、耐熱性
及び耐還元性に優れたＮｉのフェルト状材から成る。

【００２９】そして、両用ガス通路構成部材６の２個の
酸素極用主流路形成用孔６ｂ夫々をセル並置方向に一連
に連ならせて、酸素極用主流路Ｓｍを形成すると共に、
その酸素極用主流路Ｓｍと、各セパレータ付セルＣ夫々
に対応する酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏとを酸素極用
補助流路Ｓａとして機能する凹部６ｃにて連通接続し、
並びに、燃料極用主流路形成用孔６ａをセル並置方向に
一連に連ならせて、燃料極用主流路Ｆｍを形成すると共
に、その燃料極用主流路Ｆｍと、各セパレータ付セルＣ
夫々に対応する燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉとを燃料
極用補助流路Ｆａとして機能する燃料極用補助流路形成
用孔６ｄにて連通接続する。又、酸素極用ガス通路構成
部材７の酸素極用主流路形成用孔６ｂをセル並置方向に
一連に連ならせて、酸素極用主流路Ｓｍを形成すると共
に、その酸素極用主流路Ｓｍと、各セパレータ付セルＣ
夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとを酸素
極用補助流路Ｓａとして機能する凹部７ｃにて連通接続
する。

【００３０】そして、図２ないし図６において実線の矢
印にて示すように、積層状態の両用ガス通路構成部材６
にて形成される燃料極用主流路Ｆｍに、水蒸気を含有さ
せた炭化水素系の原燃料ガスを供給すると、水蒸気混合
原燃料ガスは、各燃料極用補助流路Ｆａを通じて、各セ
パレータ付セルＣの燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉから
原燃料導入路Ｒとして機能する柔軟性導電材５の通路５
ｒに導入され、その通路５ｒの長手方向各部から、その
柔軟性導電材５の内部を通って、両側の流路出口ｆｏに
向かって流動するように燃料極側流路ｆ内を流動し、燃
料極側排ガスは、各流路出口ｆｏからセル外に流出す
る。そして、そのように燃料極側流路ｆ内を流動する過
程で、燃料極３を構成するサーメット中のＮｉ、及び、
柔軟性導電材５を構成するＮｉの触媒作用により改質反
応して、水素含有ガスが生成されるのである。

【００３１】又、図２ないし図６において破線の矢印に
て示すように、積層状態の酸素極用ガス通路構成部材７
にて形成される酸素極用主流路Ｓｍに、酸素極側反応ガ
スとして空気等の酸素含有ガスを供給すると、酸素含有
ガスは、各酸素極用補助流路Ｓａを通じて、各セパレー
タ付セルＣの酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉから酸素極
側流路ｓに流入して、酸素極側流路ｓを通流し、酸素極
側排ガスは、流路出口ｓｏから、積層状態の両用ガス通
路構成部材６にて形成される各酸素極用補助流路Ｓａを
通じて、酸素極用主流路Ｓｍに対して流出して、酸素極
用主流路Ｓｍから外部に排出される。

【００３２】燃料極３においては、原燃料ガスが改質さ
れた水素含有ガス中の水素と固体電解質層１を通過して
きた酸素イオンとにより、下記の反応式１にて発電反応
する。又、原燃料ガスが例えばメタンの場合は、原燃料
ガスは、それに含まれて供給されてきた水分、及び、下
記の反応式１の如き発電反応にて生成した水分とによ
り、下記の反応式２にて改質反応して、水素含有ガスが
生成される。

【００３３】

【化１】〔反応式１〕Ｈ₂＋Ｏ₂ ^-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- 〔反応式２〕ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ

【００３４】次に、図７及び図８に基づいて、燃料電池
の全体構成について説明する。上述のように構成したセ
ル集合体ＮＣにおいて、積層状態の両用ガス通路構成部
材６及び積層状態の酸素極用ガス通路構成部材７夫々に
おけるセル並置方向の一端側に、蓋板２１を設けて、そ
れらによって形成される酸素極用主流路Ｓｍ及び燃料極
用種流路Ｆｍ夫々におけるセル並置方向の一端側を閉塞
する。そして、そのように蓋板２１を設けたセル集合体
ＮＣを、台２３、並びに、両用ガス通路構成部Ｔｄの２
個の酸素極用主流路Ｓｍ、及び、酸素極用ガス通路構成
部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓｍに夫々に連通する状態で配
置した３個の筒状体２４の上に載置する状態で、箱体２
２の内部に設ける。従って、各セパレータ付セルＣの燃
料極側流路ｆ夫々の一対の流路出口ｆｏは、箱体２２の
内部に対して開いて、各燃料極側流路ｆからの燃料極側
排ガスは、一対の流路出口ｆｏから箱体２２の内部に対
して排出される。

【００３５】エジェクタ２５を、その吸引部２５ｓが箱
体２２の内部に対して吸引作用する状態で、箱体２２の
内部に設ける。原燃料ガス供給管２６を、箱体２２の底
部を貫通させて、エジェクタ２５のノズル部２５ｎに接
続し、並びに、エジェクタ２５の排出部２５ｅと、両用
ガス通路構成部Ｔｄの燃料極用主流路Ｆｍの一端開口部
とを、連通路２７にて接続する。又、燃料極側排ガス排
出管２８を、箱体２２の内部に連通する状態で、箱体２
２の底部に接続する。又、酸素極側反応用ガス供給管２
９を、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓ
ｍに対して連通する状態で設けられた筒状体２４に連通
する状態で、箱体２２の底部に接続し、酸素極側排ガス
排出管３０を、両用ガス通路構成部Ｔｄの酸素極用主流
路Ｓｍに対して連通する状態で設けられた筒状体２４に
連通する状態で、箱体２２の底部に接続してある。

【００３６】そして、原燃料ガス供給管２６から、原燃
料ガスがエジェクタ２５のノズル部２２ｎから吸引部１
２ｓに対して噴出供給されると、その吸引作用により、
箱体２２内の燃料極側排ガスの一部が吸引され、それら
原燃料ガスと燃料極側排ガスとの混合ガスが、排出部２
２ｅから連通路２７を通じて燃料極用主流路Ｆｍに供給
され、箱体２２内の燃料極側排ガスの残部が、燃料極側
排ガス排出管２８を通じて箱体２２の外部に排出され
る。

【００３７】以下、本発明の第２ないし第６の各実施形
態を説明するが、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作
用を有する構成要素については、重複説明を避けるため
に、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主とし
て、第１実施形態と異なる構成を説明する。

【００３８】〔第２実施形態〕以下、図９に基づいて、
第２実施形態を説明する。第１実施形態では、酸素極側
流路ｓが開く一対の開口周縁部分のうち、燃料極側流路
ｆの流路入口ｆｉ側の開口周縁部分を酸素極側流路ｓの
流路出口ｓｏとしたが、第２実施形態では、燃料極側流
路ｆの流路入口ｆｉ側の開口周縁部分を酸素極側流路ｓ
の流路入口ｓｉとする。そして、酸素極側反応用ガス供
給管２９は、積層状態の両用ガス通路構成部材６にて形
成される酸素極用主流路Ｓｍに対して連通する状態で設
けられた筒状体２４に連通する状態で、箱体２２の底部
に接続し、酸素極側排ガス排出管３０は、積層状態の酸
素極用ガス通路構成部材７にて形成される酸素極用主流
路Ｓｍに対して連通する状態で設けられた筒状体２４に
連通する状態で、箱体２２の底部に接続する。

【００３９】従って、図９において、破線の矢印にて示
すように、酸素含有ガスは、積層状態の酸素極用ガス通
路構成部材６にて形成される酸素極用主流路Ｓｍから、
各酸素極用補助流路Ｓａを通じて、各セパレータ付セル
Ｃの酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉから酸素極側流路ｓ
に流入して、酸素極側流路ｓを通流し、酸素極側排ガス
は、流路出口ｓｏから、積層状態の両用ガス通路構成部
材７にて形成される各酸素極用補助流路Ｓａを通じて、
酸素極用主流路Ｓｍに対して流出する。

【００４０】〔第３実施形態〕以下、図１０ないし図１
４に基づいて、第３実施形態を説明する。図１０ないし
図１２に示すように、２枚のセパレータ付セルＣを、燃
料極側流路ｆの流路入口ｆｉが位置する開口周縁部分を
互いに反対側に向けた状態で、面方向に並べて、セル列
ｎＣを構成し、そのセル列ｎＣの複数を、間隔を隔てて
厚み方向に並置して、２個のセル集合体ＮＣを備えたセ
ル集合体列を構成する。各セル集合体ＮＣにおいて、各
セパレータ付セルＣにおける燃料極側流路ｆの流路入口
ｆｉが存在する開口周縁部分を、酸素極側流路ｓの流路
出口ｓｏとする。

【００４１】各セル集合体ＮＣにおけるセル集合体の並
び方向の外側の外周部分には、第１実施形態と同様の両
用ガス通路構成部Ｔｄを設け、両セル集合体ＮＣの間に
は、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓを、セル並置方向に沿
って形成される酸素極用主流路Ｓｍを備えさせると共
に、その酸素極用主流路Ｓｍと複数のセパレータ付セル
Ｃ夫々に対応する酸素極側流路ｓの流路入口ｓｉとを連
通接続する複数の酸素極用補助流路Ｓａについては、両
側のセル集合体ＮＣ夫々に対して備えさせて、設けてあ
る。

【００４２】酸素極用ガス通路構成部Ｔｓは、各セル列
ｎＣに対して１個ずつ設けられて、セル並置方向に沿っ
て密着状態に並設される複数の酸素極用ガス通路構成部
材８にて構成する。酸素極用ガス通路構成部材８は、矩
形板状体に、酸素極用主流路Ｓｍを形成するための酸素
極用主流路形成用孔８ｂを厚み方向に貫通する状態で備
えさせ、セパレータ付セルＣの開口周縁部分を入れると
共に、酸素極用補助流路Ｓａを形成するための凹部８ｃ
を、矩形板状体の一方の面に、酸素極用主流路形成用孔
７ｂに連なって、セパレータ付セルＣの側に位置する両
端縁間にわたる状態で、深さをセパレータ付セルＣの厚
みと同一又は略同一にし、幅をセパレータ付セルＣの幅
と同一又は略同一にして備えさせる。

【００４３】そして、面方向に並べた２枚のセパレータ
付セルＣから成るセル列ｎＣを、そのセル並び方向両側
夫々に位置させた両用ガス通路構成部６と、２枚のセパ
レータ付セルＣの間に位置させた酸素極用ガス通路構成
部材８にて保持する状態で、両用ガス通路構成部材６及
び酸素極用ガス通路構成部材８夫々を厚み方向に密着状
態で積み重ねることにより、複数のセル列ｎＣを互いに
間隔を隔てて並置して、２個のセル集合体ＮＣを形成す
る。尚、図１０ないし図１２中、８ｅは，酸素極用ガス
通路構成部材８において、凹部８ｃを形成した残りの薄
肉部分であり、その薄肉部分８ｅにて、セル並置方向に
隣接するセパレータ付セルＣ間の間隔を保持する。

【００４４】そして、図１０ないし図１２において実線
矢印にて示すように、両側の両用ガス通路構成部Ｔｄ夫
々の燃料極用主流路Ｆｍに、水蒸気を含有させた炭化水
素系の原燃料ガスを供給すると、各セル集合体ＮＣにお
いて、水蒸気混合原燃料ガスは、各セパレータ付セルＣ
の燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉから原燃料導入路Ｒと
して機能する柔軟性導電材５の通路５ｒに導入され、そ
の通路５ｒの長手方向各部から、その柔軟性導電材５の
内部を通って、両側の流路出口ｆｏに向かって流動する
ように燃料極側流路ｆ内を流動し、燃料極側排ガスは、
各流路出口ｆｏからセル外に流出する。

【００４５】又、図１０ないし図１２において破線の矢
印にて示すように、両セル集合体間の酸素極用ガス通路
構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓｍに、酸素極側反応ガス
として空気等の酸素含有ガスを供給すると、各セル集合
体ＮＣにおいて、酸素含有ガスは、各酸素極用補助流路
Ｓａを通じて、各セパレータ付セルＣの酸素極側流路ｓ
の流路入口ｓｉから酸素極側流路ｓに流入して、酸素極
側流路ｓを通流し、酸素極側排ガスは、流路出口ｓｏか
ら、両用ガス通路構成部Ｔｄの各酸素極用補助流路Ｓａ
を通じて、酸素極用主流路Ｓｍに対して流出して、酸素
極用主流路Ｓｍから外部に排出される。

【００４６】次に、図１３及び図１４に基づいて、燃料
電池の全体構成について説明する。上述のように構成し
たセル集合体列において、積層状態の両用ガス通路構成
部材６及び積層状態の酸素極用ガス通路構成部材８夫々
におけるセル並置方向の一端側に、蓋板２１を設けて、
それらによって形成される酸素極用主流路Ｓｍ及び燃料
極用種流路Ｆｍ夫々におけるセル並置方向の一端側を閉
塞する。そして、２個のセル集合体列を、台２３、及
び、第１実施形態と同様に設けられる筒状体２４の上に
載置する状態で、箱体２２の内部に設ける

【００４７】エジェクタ２５は、各セル集合体ＮＣに対
して、第１実施形態と同様に設けると共に、各エジェク
タ２５のノズル部２５ｎに原燃料ガス供給管２６を接続
し、各エジェクタ２５の排出部２５ｅと両用ガス通路構
成部Ｔｄ夫々の燃料極用主流路Ｆｍとを、連通路２７に
て接続する。又、燃料極側排ガス排出管２８を、箱体２
２の内部に連通する状態で、箱体２２の底部に接続し、
酸素極側排ガス排出管３０を、両用ガス通路構成部Ｔｄ
の酸素極用主流路Ｓｍに対して連通する状態で設けられ
た筒状体２４に連通する状態で、箱体２２の底部に接続
し、酸素極側反応用ガス供給管２９は、酸素極用ガス通
路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓｍに対して連通する状
態で設けられた筒状体２４に連通する状態で、箱体２２
の底部に接続する。

【００４８】〔第４実施形態〕以下、図１５ないし図１
７に基づいて、第４実施形態を説明する。２枚のセパレ
ータ付セルＣを、燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉが位置
する開口周縁部分を互いに対向させた状態で、面方向に
並べて、セル列ｎＣを構成し、そのセル列ｎＣの複数
を、間隔を隔てて厚み方向に並置して、２個のセル集合
体ＮＣを備えたセル集合体列を構成する。各セル集合体
ＮＣにおいて、各セパレータ付セルＣにおける燃料極側
流路ｆの流路入口ｆｉが存在する開口周縁部分を、酸素
極側流路ｓの流路出口ｓｏとする。

【００４９】各セル集合体ＮＣにおけるセル集合体の並
び方向の外側の外周部分には、第１実施形態と同様の酸
素極用ガス通路構成部材Ｔｓを設け、両セル集合体ＮＣ
の間には、両用ガス通路構成部Ｔｄを、セル並置方向に
沿って形成される燃料極用主流路Ｆｍ、及び、セル並置
方向に沿って形成される酸素極用主流路Ｓｍを備えさせ
ると共に、燃料極用主流路Ｆｍと複数のセパレータ付セ
ルＣ夫々に対応する燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉとを
連通接続する複数の燃料極用補助流路Ｆａ、及び、酸素
極用主流路Ｓｍと複数のセパレータ付セルＣ夫々に対応
する酸素極側流路ｓの流路出口ｓｏとを連通接続する複
数の酸素極用補助流路Ｓａについては、両側のセル集合
体ＮＣ夫々に対して備えさせて、設けてある。

【００５０】両用ガス通路構成部Ｔｄは、各セル列ｎＣ
に対して１個ずつ設けられて、セル並置方向に沿って密
着状態に並設される複数の酸素極用ガス通路構成部材９
にて構成する。両用ガス通路構成部材９は、矩形板状体
に、下記のように、燃料極用主流路Ｆｍを形成するため
の燃料極用主流路形成用孔９ａ、及び、酸素極用主流路
Ｓｍを形成するための酸素極用主流路形成用孔９ｂを備
えさせ、並びに、セパレータ付セルＣの厚みと同一又は
略同一の深さを有して、セパレータ付セルＣの開口周縁
部分が入れられると共に、酸素極用補助流路Ｓａを形成
するための凹部９ｃ、及び、その凹部９ｃが形成された
残りの薄肉部分９ｅに位置して、燃料極用補助流路Ｆａ
を形成する燃料極用補助流路形成用孔９ｄについては、
両側のセパレータ付セルＣ夫々に対して備えさせて、構
成してある。

【００５１】即ち、厚み方向に貫通する２個の酸素極用
主流路形成用孔９ｂを、矩形板状体におけるセパレータ
付セルＣの側に位置する端縁の延びる方向に、間隔が開
いて並ぶ状態で備えさせ、厚み方向に貫通する燃料極用
主流路形成用孔９ａを、それら２個の酸素極用主流路形
成用孔９ｂの間に備えさせる。又、凹部９ｃは、矩形板
状体の一方の面における、セパレータ付セルＣの側の夫
々に、燃料極用主流路形成用孔６ａとは間隔が開き、２
個の酸素極用主流路形成用孔６ｂに連なって、セパレー
タ付セルＣの側に位置する端縁に達する状態で、深さを
セパレータ付セルＣの厚みと同一又は略同一にし、幅を
セパレータ付セルＣの幅と同一又は略同一にして備えさ
せる。又、燃料極用補助流路形成用孔６ｄは、矩形板状
体におけるセパレータ付セルＣの側の夫々に、凹部９ｃ
を形成した残りの薄肉部分９ｅを貫通して、燃料極用主
流路形成用孔９ａの内面と矩形板状体におけるセパレー
タ付セルＣの側の端面における長手方向の中央部とに開
くように備えさせる。

【００５２】そして、面方向に並べた２枚のセパレータ
付セルＣから成るセル列ｎＣを、そのセル並び方向両側
夫々に位置させた酸素極用ガス通路構成部７と、２枚の
セパレータ付セルＣの間に位置させた両用ガス通路構成
部材９にて保持する状態で、酸素極用ガス通路構成部材
７及び両用ガス通路構成部材９夫々を厚み方向に密着状
態で積み重ねることにより、複数のセル列ｎＣを互いに
間隔を隔てて並置して、２個のセル集合体ＮＣを形成す
る。尚、図１５ないし図１７中、９ｅは，両用ガス通路
構成部材９において、凹部９ｃを形成した残りの薄肉部
分であり、その薄肉部分９ｅにて、セル並置方向に隣接
するセパレータ付セルＣ間の間隔を保持する。

【００５３】そして、図１５ないし図１７において実線
矢印にて示すように、セル集合体間の両用ガス通路構成
部Ｔｄの燃料極用主流路Ｆｍに、水蒸気を含有させた炭
化水素系の原燃料ガスを供給すると、各セル集合体ＮＣ
において、水蒸気混合原燃料ガスは、各セパレータ付セ
ルＣの燃料極側流路ｆの流路入口ｆｉから原燃料導入路
Ｒとして機能する柔軟性導電材５の通路５ｒに導入さ
れ、その通路５ｒの長手方向各部から、その柔軟性導電
材５の内部を通って、両側の流路出口ｆｏに向かって流
動するように燃料極側流路ｆ内を流動し、燃料極側排ガ
スは、各流路出口ｆｏからセル外に流出する。

【００５４】又、図１０ないし図１２において破線の矢
印にて示すように、両側の酸素極用ガス通路構成部Ｔｓ
夫々の酸素極用主流路Ｓｍに、酸素極側反応ガスとして
空気等の酸素含有ガスを供給すると、各セル集合体ＮＣ
において、酸素含有ガスは、各酸素極用補助流路Ｓａを
通じて、各セパレータ付セルＣの酸素極側流路ｓの流路
入口ｓｉから酸素極側流路ｓに流入して、酸素極側流路
ｓを通流し、酸素極側排ガスは、流路出口ｓｏから、両
セル集合体の間の両用ガス通路構成部Ｔｄの各酸素極用
補助流路Ｓａを通じて、酸素極用主流路Ｓｍに対して流
出して、酸素極用主流路Ｓｍから外部に排出される。

【００５５】図示は省略するが、燃料電池の全体構成に
ついては、蓋板２１、箱体２２、台２３、筒状体２４、
エジェクタ２５、原燃料ガス供給管２６、連通路２７、
燃料極側排ガス排出管２８及び酸素極側排ガス排出管３
０を用いて、第３実施形態に準じて構成する。尚、第４
実施形態では、エジェクタ２５の設置台数を第３実施形
態よりも少なくすることができる。

【００５６】〔第５実施形態〕以下、図１８に基づい
て、第５実施形態を説明する。セパレータ付セルＣの両
側の開口周縁部分を各別に２個の酸素極用ガス通路構成
部材７の凹部７ｃに入れて、２個の酸素極用ガス通路構
成部材７にて１枚のセパレータ付セルＣを保持する状態
で、酸素極用ガス通路構成部材７を厚み方向に密着状態
で積み重ねることにより、複数のセパレータ付セルＣを
互いに間隔を隔てて並置する。

【００５７】一方の積層状態の複数の酸素極用ガス通路
構成部材７にて形成される酸素極用ガス通路構成部Ｔｓ
の酸素極用主流路Ｓｍを酸素極側反応用ガスの供給用と
して、他方の積層状態の複数の酸素極用ガス通路構成部
材７にて形成される酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素
極用主流路Ｓｍを酸素極側排ガスの排出用として用い
る。

【００５８】セル並置方向に隣接するセパレータ付セル
Ｃ間に、セパレータ付セルＣにおける一対の閉塞周縁部
分夫々の側に形成される開口部分夫々を流路出口ｆｏと
する燃料極側流路ｆを形成すると共に、セル並置方向に
隣接するセパレータ付セルＣ間に、気体の通流を許容す
る柔軟性導電材５を充填する。その柔軟性導電材５に
は、一方の面に、原燃料導入路Ｒとして機能させる通路
５ｒを、セパレータ付セルＣの一対の閉塞周縁部分に相
当する一対の端縁間の中央を通って、セパレータ付セル
Ｃの一対の開口周縁部分に相当する一対の端縁間にわた
って形成すると共に、その通路５ｒの幅方向の両側夫々
に、通路５ｒに連通して、セパレータ付セルＣの閉塞周
縁部分に相当する端縁側に延びる複数の分岐通路５ｂを
形成してある。

【００５９】そして、各燃料極側流路ｆに対して、径方
向に向けてガスを噴出する噴出口１０ｗを噴出方向が互
いに反対向きになるように先端に備えた原燃料ガス供給
管１０を、その先端部が通路５ｒにおける長手方向の略
中央部に位置し、且つ、噴出口１０ｗからのガス噴出方
向が通路５ｒの長手方向を向くように挿入してある。

【００６０】図１８において実線矢印にて示すように、
水蒸気を含有させた原燃料ガスは、原燃料ガス供給管１
０の噴出口１０ｗから、原燃料導入路Ｒとして機能する
柔軟性導電材５の通路５ｒに導入され、その通路５ｒの
長手方向各部から、分岐通路５ｂ及び柔軟性導電材５の
内部を通って、両側の流路出口ｆｏに向かって流動する
ように燃料極側流路ｆ内を流動する。

【００６１】〔第６実施形態〕以下、図１９に基づい
て、第６実施形態を説明する。第５実施形態と同様に、
２個の酸素極用ガス通路構成部材７にて１枚のセパレー
タ付セルＣを保持する状態で、酸素極用ガス通路構成部
材７を厚み方向に密着状態で積み重ねることにより、複
数のセパレータ付セルＣを互いに間隔を隔てて並置し、
一方の積層状態の複数の酸素極用ガス通路構成部材７に
て形成される酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主
流路Ｓｍを酸素極側反応用ガスの供給用として、他方の
積層状態の複数の酸素極用ガス通路構成部材７にて形成
される酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓ
ｍを酸素極側排ガスの排出用として用いる。

【００６２】セル並置方向に隣接するセパレータ付セル
Ｃ間に、セパレータ付セルＣにおける一対の閉塞周縁部
分夫々の側に形成される開口部分夫々を流路出口ｆｏと
する燃料極側流路ｆを形成すると共に、セル並置方向に
隣接するセパレータ付セルＣ間に、気体の通流を許容す
る柔軟性導電材５を充填する。その柔軟性導電材５に
は、一方の面に、セパレータ付セルＣの一対の閉塞周縁
部分間にわたる複数の分岐通路５ｂを、閉塞周縁部分の
延びる方向に分散して形成してある。

【００６３】そして、各燃料極側流路ｆに対して、先端
を屈曲させた原燃料ガス供給管１０を、屈曲部分が、柔
軟性導電材５の内部における、燃料極側流路ｆの両流路
出口ｆｏ間の中央に相当する位置に位置するように設け
てある。原燃料ガス供給管１０の屈曲部分には、径方向
に向けてガスを噴出する複数の噴出口１０ｗを、長手方
向に分散すると共に、噴出方向が互いに反対向きになる
ように形成してある。

【００６４】従って、図１９において実線矢印にて示す
ように、水蒸気を含有させた原燃ガスは、原燃料ガス供
給管１０の複数の噴出口１０ｗから、柔軟性導電材５内
における燃料極側流路ｆの両流路出口ｆｏ間の中央に相
当する位置に供給されて、柔軟性導電材５の内部を通っ
て、両側の流路出口ｆｏに向かって流動するように燃料
極側流路ｆ内を流動する。

【００６５】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）上記の第１ないし第３の各実施形態において
は、両用ガス通路構成部材６は、燃料極用主流路形成用
孔６ａを、２個の酸素極用主流路形成用孔６ｂの間に備
えるように構成する場合について例示したが、燃料極用
主流路形成用孔６ａ及び酸素極用主流路形成用孔６ｂの
配置形態は、適宜変更可能であり、図２０及び図２１に
示すように、燃料極用主流路形成用孔６ａを、２個の酸
素極用主流路形成用孔６ｂの並置列に対して、セパレー
タ付セルＣの側とは反対側に備えるように構成しても良
い。

【００６６】（ロ）各ガス通路構成部材６，７，８，
９は、１枚の矩形板状体を利用して構成しても良いし、
図２２において、両用ガス通路構成部材６を例にして示
すように、ガス通路構成部材を厚さ方向に分割した各部
の形状を備えるように形成した複数の板状部分６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ，６Ｄを、厚さ方向に重ねることにより構成す
るようにしても良い。この場合、ガス通路構成部材の分
割数は、適宜、変更可能であるが、分割する各板状部分
の形状が極力簡単になるように分割するのが好ましい。

【００６７】（ハ）第３及び第４の各実施形態におい
ては、酸素極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓ
ｍを、酸素極側反応ガスの供給用として、両用ガス通路
構成部Ｔｄの酸素極用主流路Ｓｍを酸素極側排ガスの排
出用として用いる場合について例示したが、逆に、酸素
極用ガス通路構成部Ｔｓの酸素極用主流路Ｓｍを、酸素
極側排ガスの排出用として、両用ガス通路構成部Ｔｄの
酸素極用主流路Ｓｍを酸素極側反応用ガスの供給用とし
て用いても良い。

【００６８】（ニ）上記の実施形態においては、セル
Ｃ’における酸素極２側に、酸素極側流路ｓを形成すべ
く、酸素極側の導電性セパレータ４を付設する場合につ
て例示したが、これに代えて、セルＣ’における燃料極
３側にも、燃料極側流路ｆを形成すべく、燃料極側の導
電性セパレータを付設しても良い。この場合、燃料極側
の導電性セパレータは、セルＣ’のセル周縁において、
酸素極側流路ｓが閉じられている一対の対向する周縁部
分の略中央に位置する箇所に、酸素極側流路ｓが閉じら
れている周縁部分と略平行な原燃料導入路Ｒとして機能
させる中央通路を備え、並びに、その通路の幅方向の両
側夫々に、その通路に連通して、酸素極側流路ｓが閉じ
られている周縁部分において開く複数の分岐通路を備え
るように構成する。この場合は、水蒸気を含有させた原
燃料ガスを、中央通路に導入して、その中央通路から各
分岐通路を流動させて、流路出口ｆｏとして機能する各
分岐通路の端部開口から排出させる。尚、酸素極側の導
電性セパレータ４及び燃料極側の導電性セパレータは、
一体的に構成しても良い。

【００６９】（ホ）複数のセルＣ’を、互いに間隔を
隔てて厚み方向に並置してセル集合体ＮＣを構成するた
めのセル積層構造は、上記の各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く、種々に変更可能であ
る。例えば、上記の実施形態においては、両用ガス通路
構成部Ｔｄ及び酸素極用ガス通路構成部Ｔｓ夫々に、セ
パレータ付セルＣ間の間隔を保持する作用をする部分を
備えさせる場合について例示したが、セパレータ付セル
Ｃ間の間隔を保持する作用をする部分は、両用ガス通路
構成部Ｔｄ及び酸素極用ガス通路構成部Ｔｓ夫々から切
り離して、別個に設けるように構成しても良い。

【００７０】（ヘ）本発明は、内部改質型の燃料電池
に適用することができ、上記の実施形態において例示し
た固体電解質形の燃料電池以外に、例えば、電解質とし
て、溶融炭酸塩を用いた溶融炭酸塩型の燃料電池にも適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態にかかる燃料電池のセル及びセパ
レータ付セルの構成を示す斜視図

【図２】第１実施形態にかかる燃料電池のセル集合体の
構成を示す斜視図

【図３】第１実施形態にかかる燃料電池のセル集合体の
構成を示す横断平面図

【図４】図３におけるＡ−Ａ矢視図

【図５】図３におけるＢ−Ｂ矢視図

【図６】図３におけるＣ−Ｃ矢視図

【図７】第１実施形態にかかる燃料電池の全体構成を示
す横断平面図

【図８】第１実施形態にかかる燃料電池の全体構成を示
す縦断側面図

【図９】第２実施形態にかかる燃料電池のセル集合体の
構成を示す横断平面図

【図１０】第３実施形態にかかる燃料電池のセル集合体
列の構成を示す横断平面図

【図１１】図１０におけるＤ−Ｄ矢視図

【図１２】図１０におけるＥ−Ｅ矢視図

【図１３】第３実施形態にかかる燃料電池の全体構成を
示す横断平面図

【図１４】第３実施形態にかかる燃料電池の全体構成を
示す縦断側面図

【図１５】第４実施形態にかかる燃料電池のセル集合体
列の構成を示す横断平面図

【図１６】図１５におけるＦ−Ｆ矢視図

【図１７】図１５におけるＧ−Ｇ矢視図

【図１８】第５実施形態にかかる燃料電池のセル集合体
の構成を示す横断平面図

【図１９】第６実施形態にかかる燃料電池のセル集合体
の構成を示す横断平面図

【図２０】別実施形態にかかる両用ガス通路構成部材の
構成を示す平面図

【図２１】図２０におけるＨ−Ｈ矢視図

【図２２】別実施形態にかかる両用ガス通路構成部材の
分割図

【符号の説明】

１電解質層２酸素極３燃料極４導電性流路形成部材５柔軟性導電材５ｒ通路６，９ガス通路構成部材６ａ，９ａ燃料極用主流路形成用孔６ｂ，９ｂ酸素極用主流路形成用孔６ｃ，９ｃ凹部６ｄ，９ｄ燃料極用補助流路形成用孔６ｅ，９ｅ薄肉部分２５吸引混合手段２５ｎノズル部２５ｓ吸引部ｆ燃料極側流路ｆｉ流路入口ｆｏ流路出口ｓ酸素極側流路ｓｉ流路入口ｓｏ流路出口Ｃ流路形成部材付セルＣ’ セルＦａ燃料極用補助流路Ｆｍ燃料極用主流路ＮＣセル集合体Ｒ原燃料導入路Ｓａ酸素極用補助流路Ｓｍ酸素極用主流路Ｔｄガス通路構成部

Claims

【特許請求の範囲】

【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板状のセルの複数が、互いに
間隔を隔てて厚み方向に並置されてセル集合体が構成さ
れ、そのセル集合体が、前記セルの酸素極側に酸素極側流路
を形成し且つ燃料極側に燃料極側流路を形成するように
区画する導電性流路形成部材を、隣接するセル間に位置
させるように構成され、前記燃料極側流路に炭化水素系の原燃料ガスを供給し且
つ前記酸素極側流路に酸素極側反応用ガスを供給して、
前記燃料極側流路内で前記原燃料ガスを水素含有ガスに
改質させながら発電させるように構成された燃料電池で
あって、前記燃料極側流路が、前記セルが並置されるセル並置方
向視において、その中央側に供給される原燃料ガスをセ
ル周縁側に流動させるように構成されている燃料電池。
【請求項２】前記セルが矩形板状であり、前記燃料極側流路が、前記セル並置方向視において、セ
ル周縁を形成する４辺のうちの対向する一対の辺に相当
するセル周縁部分の夫々を流路出口とし、それら一対の
流路出口の間に相当する箇所に、前記流路出口の形成方
向と略平行な原燃料導入路を備えて、前記原燃料導入路
に導入される原燃料ガスを、その原燃料導入路の長手方
向各部から前記一対の流路出口に向けて流動させるよう
に構成されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】前記燃料極側流路に対応させて気体の通
流を許容する柔軟性導電材が配置され、その柔軟性導電材に、前記原燃料導入路として機能する
通路が形成されて、その通路の長手方向の各部から、そ
の柔軟性導電材の内部を通して前記流路出口に向けて原
燃料ガスが流動するように構成されている請求項２記載
の燃料電池。
【請求項４】前記燃料極側流路が、前記セル周縁にお
ける前記流路出口が存在しない方の辺に相当するセル周
縁部分に、流路入口を、前記原燃料導入路に原燃料ガス
を供給すべく備えるように構成され、前記酸素極側流路が、その流路入口及び流路出口を、前
記セル周縁における前記燃料極側流路の流路出口が存在
しない方の一対のセル周縁部分に各別に備えるように構
成され、前記セル集合体の外周部における前記燃料極側流路の流
路入口が存在する箇所のセル並置方向に沿って、そのセ
ル並置方向に沿って形成される燃料極用主流路と、その
燃料極用主流路と前記複数のセル夫々に対応する燃料極
側流路の流路入口とを連通接続する複数の燃料極用補助
流路と、前記セル並置方向に沿って形成される酸素極用
主流路と、その酸素極用主流路と前記複数のセル夫々に
対応する酸素極側流路の流路入口又は流路出口とを連通
接続する複数の酸素極用補助流路とを備えたガス通路構
成部が設けられている請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】前記セルにおける前記酸素極側に、前記
酸素極側流路を形成すべく、前記導電性流路形成部材が
付設され、その導電性流路形成部材が付設された流路形成部材付セ
ルは、矩形板状に形成され、並びに、前記導電性流路形
成部材によって、前記流路形成部材付セルにおける一方
の対向する一対のセル周縁部分が前記酸素極側流路が開
いて前記酸素極側流路の流路入口又は流路出口となる開
口周縁部分となり、且つ、他方の向かい合う一対の周縁
部分が前記酸素極側流路が閉じた閉塞周縁部分となるよ
うに構成され、前記ガス通路構成部が、各セルに対して１個ずつ設けら
れて、前記セル並置方向に沿って密着状態に並設される
複数のガス通路構成部材にて構成され、各ガス通路構成部材に、前記燃料極用主流路を形成する
ための燃料極用主流路形成用孔、前記酸素極用主流路を
形成するための酸素極用主流路形成用孔、前記流路形成
部材付セルの厚みと同一又は略同一の深さを有して、前
記流路形成部材付セルの開口周縁部分が入れられると共
に、前記酸素極用補助流路を形成するための凹部と、そ
の凹部が形成された残りの薄肉部分に位置して、前記燃
料極用補助流路を形成する燃料極用補助流路形成用孔と
が形成され、前記流路形成部材付セルの複数が、夫々の前記開口周縁
部分を前記凹部に入れた状態で前記ガス通路構成部材に
保持されて、互いに間隔を隔てて並置され、前記セル並置方向に隣接するセル間に、前記ガス通路形
成部材における前記燃料極用補助流路形成用孔の開口部
に臨む部分を流路入口とし、前記一対の閉塞周縁部分側
の開口部夫々を流路出口とする燃料極側流路が形成さ
れ、前記セル並置方向に隣接するセル間に、前記柔軟性導電
材が、前記通路を前記ガス通路形成部材における前記燃
料極用補助流路形成用孔の開口部に連通させた状態で充
填されている請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】ノズル部から吸引部への原燃料ガスの噴
出供給による吸引作用により、前記複数のセル夫々の燃
料極側流路の流路出口から排出された燃料極側排ガスを
吸引して、原燃料ガスと燃料極側排ガスとを混合する吸
引混合手段が設けられ、その吸引混合手段から排出された原燃料ガスと燃料極側
排ガスとの混合ガスが、前記複数のセル夫々の燃料極側
流路に供給されるように構成されている請求項１〜５の
いずれか１項に記載の燃料電池。