JP2017016827A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】セル本体における発電反応の均一化を図ることができる燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池１のインターコネクタ３は、セル本体の燃料極に供給される燃料が流れる燃料流路１５を形成する燃料流路形成部１３と、セル本体の空気極に供給される空気が流れる空気流路１６を形成する空気流路形成部１４とを有し、燃料が燃料流路１５を流れる方向と空気が空気流路１６を流れる方向とは交差しており、燃料流路形成部１３は、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失が空気流路１６の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくなるように配置された突起１９Ａ〜１９Ｃを有し、空気流路形成部１４は、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失が燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくなるように配置された突起２０Ａ〜２０Ｃを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池に関する。

従来の燃料電池としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に空気極及び燃料極を接合して一体化した膜電極接合体を備えている。空気極の外側には、酸化剤ガス流路を形成する空気極セパレータが配置され、燃料極の外側には、燃料ガス流路を形成する燃料極セパレータが配置されている。空気極セパレータは、セパレータ基材の一方の面に形成された複数の突起を有している。突起の直径は、酸化剤ガスの上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっている。燃料極セパレータは、セパレータ基材の他方の面に形成された複数の突起を有している。突起の直径は、燃料ガスの上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっている。以上により、酸化剤ガス及び燃料ガスの下流側において、ガス流通路面積が増加し、ガス流速が下がるため、ガス圧が上昇する。

特開２０１０−１２９２９９号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、燃料極セパレータでは、燃料ガスの流れのみを考慮して突起を形成し、空気極セパレータでは、酸化剤ガスの流れのみを考慮して突起を形成している。このため、燃料極セパレータ及び空気極セパレータにおいて、発電反応に利用される燃料ガス量及び酸化剤ガス量を均一化することが困難である。その結果、膜電極接合体（セル本体）における発電反応を均一化することができない。

本発明の目的は、セル本体における発電反応の均一化を図ることができる燃料電池を提供することである。

本発明の一態様の燃料電池は、電解質の一面側に配置された燃料極と電解質の他面側に配置された空気極とを有し、燃料と空気とを発電反応させるセル本体と、セル本体を燃料極側及び空気極側から挟むように配置されたインターコネクタとを備え、インターコネクタは、燃料極に供給される燃料が流れる燃料流路を形成する燃料流路形成部と、空気極に供給される空気が流れる空気流路を形成する空気流路形成部とを有し、燃料が燃料流路を流れる方向と空気が空気流路を流れる方向とは交差しており、燃料流路形成部は、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失が空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくなるように配置された複数の第１突起を有し、空気流路形成部は、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失が燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくなるように配置された複数の第２突起を有することを特徴とする。

このような燃料電池においては、燃料流路形成部を構成する複数の第１突起は、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失が空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくなるように配置されている。このため、燃料流路における空気流路の上流側の領域に対応する領域では、燃料流路における空気流路の下流側の領域に対応する領域に比べて燃料の供給量が少なくなる。しかし、空気流路の上流側の領域では、空気流路の下流側の領域に比べて空気の供給量が多い。従って、空気流路の上流側の領域と空気流路の下流側の領域とで、セル本体での発電反応に利用される燃料量及び空気量が均一化される。一方、空気流路形成部を構成する複数の第２突起は、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失が燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくなるように配置されている。このため、空気流路における燃料流路の上流側の領域に対応する領域では、空気流路における燃料流路の下流側の領域に対応する領域に比べて空気の供給量が少なくなる。しかし、燃料流路の上流側の領域では、燃料流路の下流側の領域に比べて燃料の供給量が多い。従って、燃料流路の上流側の領域と燃料流路の下流側の領域とで、セル本体での発電反応に利用される燃料量及び空気量が均一化される。以上により、セル本体における発電反応の均一化を図ることができる。

空気流路の上流側の領域に対応する領域に配置された第１突起の断面積は、空気流路の下流側の領域に対応する領域に配置された第１突起の断面積よりも大きく、燃料流路の上流側の領域に対応する領域に配置された第２突起の断面積は、燃料流路の下流側の領域に対応する領域に配置された第２突起の断面積よりも大きくてもよい。

このような構成では、各第１突起の形状が同じであっても、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を、空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすることができる。また、各第２突起の形状が同じであっても、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を、燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくすることができる。

空気流路の上流側の領域に対応する領域に配置された第１突起は、空気流路の下流側の領域に対応する領域に配置された第１突起よりも燃料の乱流が生じやすい形状を有し、燃料流路の上流側の領域に対応する領域に配置された第２突起は、燃料流路の下流側の領域に対応する領域に配置された第２突起よりも空気の乱流が生じやすい形状を有してもよい。

このような構成では、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を、効果的に空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすることができる。また、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を、効果的に燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくすることができる。

本発明によれば、セル本体における発電反応の均一化を図ることができる燃料電池が提供される。

本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。 図１のＡ２−Ａ２線断面図及びＢ２−Ｂ２線断面図である。 図１及び図２に示されたインターコネクタの底面図及び平面図である。 図３に示されたインターコネクタの変形例の底面図及び平面図である。 図４に示されたインターコネクタに設けられる突起の形状の例を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。 図６に示されたインターコネクタの底面図及び平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。図２（ａ）は、図１のＡ２−Ａ２線断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ２−Ｂ２線断面図である。図１及び図２において、本実施形態の燃料電池１は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、燃料中の水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う。

燃料電池１は、セルアセンブリ２と、このセルアセンブリ２を上下方向に挟むように配置されたインターコネクタ３とを備えている。図１及び図２では省略されているが、燃料電池１は、セルアセンブリ２とインターコネクタ３とが複数ずつ交互に積層されたスタック構造を有している。そして、燃料電池１の最上部及び最下部には、エンドプレート（図示せず）が配置されている。

セルアセンブリ２は、積層方向に隣り合う２つのインターコネクタ３間に配置されたセル本体４及びシール部材５を備えている。シール部材５は、セル本体４の周囲に配置されている。

セル本体４は、電解質６と、この電解質６の上面側（一面側）に配置された燃料極（アノード）７と、電解質６の下面側（他面側）に配置された空気極（カソード）８とを有している。セル本体４は、燃料と空気とを発電反応させる。

シール部材５は、燃料と空気とが混合しないように隣り合う２つのインターコネクタ３間をシールすると共に、隣り合う２つのインターコネクタ３同士を電気的に絶縁する部材である。シール部材５は、ガラス等から構成されている。シール部材５は、燃料が通る燃料通路５ａと、空気が通る空気通路５ｂとを有している。

インターコネクタ３は、セル本体４を燃料極７側及び空気極８側から挟むように配置されている。インターコネクタ３は、平面視正方形状を呈している。インターコネクタ３は、耐熱ステンレス鋼等の金属材料から構成されている。

インターコネクタ３は、燃料を導入する燃料導入流路９と、燃料を導出する燃料導出流路１０と、空気を導入する空気導入流路１１と、空気を導出する空気導出流路１２とを有している。燃料導入流路９、燃料導出流路１０、空気導入流路１１及び空気導出流路１２は、インターコネクタ３の４つの縁部に沿った断面長円形状を呈している。燃料導入流路９及び燃料導出流路１０は、シール部材５の燃料通路５ａと連通している。空気導入流路１１及び空気導出流路１２は、シール部材５の空気通路５ｂと連通している。

また、インターコネクタ３は、燃料極７と対向する燃料流路形成部１３と、空気極８と対向する空気流路形成部１４とを有している。燃料流路形成部１３は、燃料極７に供給される燃料が流れる燃料流路１５を形成する。空気流路形成部１４は、空気極８に供給される空気が流れる空気流路１６を形成する。燃料流路１５は、燃料導入流路９及び燃料導出流路１０と連通している。空気流路１６は、空気導入流路１１及び空気導出流路１２と連通している。

インターコネクタ３の燃料導入流路９に導入された燃料が燃料流路１５を通ってセル本体４の燃料極７に供給されると共に、インターコネクタ３の空気導入流路１１に導入された空気が空気流路１６を通ってセル本体４の空気極８に供給されることで、セル本体４において発電反応が起こる。

図３（ａ）は、インターコネクタ３の底面図であり、図３（ｂ）は、インターコネクタ３の平面図である。図３において、燃料導入流路９と燃料導出流路１０とは、燃料流路形成部１３及び空気流路形成部１４を挟んで対向配置されている。空気導入流路１１と空気導出流路１２とは、燃料流路形成部１３及び空気流路形成部１４を挟んで燃料導入流路９と燃料導出流路１０との対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。燃料導入流路９から燃料導出流路１０に燃料が燃料流路１５を流れる方向と空気導入流路１１から空気導出流路１２に空気が空気流路１６を流れる方向とは、垂直に交差している。

インターコネクタ３は、インターコネクタ３の下面に開口し、燃料流路１５を画成する断面略矩形状の下凹部１７と、インターコネクタ３の上面に開口し、空気流路１６を画成する断面略矩形状の上凹部１８とを有している。

図３（ａ）では、燃料流路形成部１３は、簡略化して示されている。燃料流路形成部１３は、円柱状の突起（第１突起）１９Ａ〜１９Ｃが下凹部１７の底面に突設された構造を有し、各突起１９Ａ〜１９Ｃ間の空間が燃料流路１５の一部となる。突起１９Ａ〜１９Ｃは、空気流路１６の上流側（空気導入流路１１側）の領域に対応する領域から空気流路１６の下流側（空気導出流路１２側）の領域に対応する領域に向けて同数（ここでは３つ）ずつ配列されている。突起１９Ａ〜１９Ｃの高さ寸法は等しい。突起１９Ａ〜１９Ｃの先端面は、セル本体４の燃料極７に接触している。

空気流路１６の上流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで空気流路１６の上流側の領域と向き合う領域である。空気流路１６の下流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで空気流路１６の下流側の領域と向き合う領域である。例えば、空気流路１６の上流側の領域は、空気流路１６における空気が流れる方向の中心位置よりも上流側の領域であり、空気流路１６の下流側の領域は、空気流路１６における空気が流れる方向の中心位置よりも下流側の領域である。

突起１９Ａ〜１９Ｃの径は、突起１９Ａ〜１９Ｃの順に小さくなっている。つまり、突起１９Ａ〜１９Ｃの断面積は、突起１９Ａ〜１９Ｃの順に小さくなっている。ここでいう断面積は、インターコネクタ３の積層方向に対して垂直に切った断面の面積である。つまり、当該断面積は、セル本体４の上面及び下面に対して平行に切った断面の面積である。これにより、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失は、空気流路１６の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくなる。

図３（ｂ）では、空気流路形成部１４は、簡略化して示されている。空気流路形成部１４は、円柱状の突起（第２突起）２０Ａ〜２０Ｃが上凹部１８の底面に突設された構造を有し、各突起２０Ａ〜２０Ｃ間の空間が空気流路１６の一部となる。突起２０Ａ〜２０Ｃは、燃料流路１５の上流側（燃料導入流路９側）の領域に対応する領域から燃料流路１５の下流側（燃料導出流路１０側）の領域に対応する領域に向けて同数（ここでは３つ）ずつ配列されている。突起２０Ａ〜２０Ｃの高さ寸法は等しい。突起２０Ａ〜２０Ｃの先端面は、セル本体４の空気極８に接触している。

燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで燃料流路１５の上流側の領域と向き合う領域である。燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで燃料流路１５の下流側の領域と向き合う領域である。例えば、燃料流路１５の上流側の領域は、燃料流路１５における燃料が流れる方向の中心位置よりも上流側の領域であり、燃料流路１５の下流側の領域は、燃料流路１５における燃料が流れる方向の中心位置よりも下流側の領域である。

突起２０Ａ〜２０Ｃの径は、突起２０Ａ〜２０Ｃの順に小さくなっている。つまり、突起２０Ａ〜２０Ｃの断面積は、突起２０Ａ〜２０Ｃの順に小さくなっている。ここでいう断面積は、インターコネクタ３の積層方向に対して垂直に切った断面の面積である。つまり、当該断面積は、セル本体４の上面及び下面に対して平行に切った断面の面積である。これにより、燃料流路１５の上流側に対応する領域における空気の圧力損失は、燃料流路１５の下流側に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくなる。

ところで、インターコネクタ３において、燃料流路形成部１３を構成する複数の第１突起及び空気流路形成部１４を構成する複数の第２突起が全体的に同径で均一に配置されている場合には、燃料導入流路９と空気導入流路１１とが隣り合う側の領域Ｘでは、燃料及び空気の供給量が過剰気味となり、燃料導出流路１０と空気導出流路１２とが隣り合う側の領域Ｙでは、燃料及び空気の供給量が不足気味となる。

しかし、本実施形態では、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失は、空気流路１６の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きく、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失は、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きい。従って、燃料導入流路９と空気導入流路１１とが隣り合う側の領域Ｘでは、燃料及び空気の供給量が少なくなり、燃料導出流路１０と空気導出流路１２とが隣り合う側の領域Ｙでは、燃料及び空気の供給量が増加する。

以上のように本実施形態にあっては、燃料流路形成部１３を構成する突起１９Ａ〜１９Ｃは、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失が空気流路１６の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくなるように配置されている。つまり、燃料流路形成部１３を構成する突起１９Ａ〜１９Ｃの配置パターンは、空気の流れを考慮して決定されている。このため、燃料流路１５における空気流路１６の上流側の領域に対応する領域では、燃料流路１５における空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に比べて燃料の供給量が少なくなる。しかし、空気流路１６の上流側では、空気流路１６の下流側に比べて空気の供給量が多い。従って、空気流路１６の上流側の領域と空気流路１６の下流側の領域とで、セル本体４での発電反応に利用される燃料量及び空気量が均一化される。一方、空気流路形成部１４を構成する突起２０Ａ〜２０Ｃは、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失が燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくなるように配置されている。つまり、空気流路形成部１４を構成する突起２０Ａ〜２０Ｃの配置パターンは、燃料の流れを考慮して決定されている。このため、空気流路１６における燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域では、空気流路１６における燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域に比べて空気の供給量が少なくなる。しかし、燃料流路１５の上流側では、燃料流路１５の下流側に比べて燃料の供給量が多い。従って、燃料流路１５の上流側の領域と燃料流路１５の下流側の領域とで、セル本体４での発電反応に利用される燃料量及び空気量が均一化される。以上により、セル本体４における発電反応の均一化を図ることができる。その結果、セル本体４における発電効率を向上させることが可能となる。

また、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域に配置された突起１９Ａの断面積は、空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に配置された突起１９Ｃの断面積よりも大きく、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域に配置された突起２０Ａの断面積は、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域に配置された突起２０Ｃの断面積よりも大きい。従って、突起１９Ａ〜１９Ｃの形状が同じであっても、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を、空気流路１６の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすることができる。また、突起２０Ａ〜２０Ｃの形状が同じであっても、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくすることができる。

図４（ａ）は、図３（ａ）に示されたインターコネクタ３の変形例の底面図であり、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示されたインターコネクタ３の変形例の平面図である。

図４において、燃料流路形成部１３は、突起（第１突起）３１〜３３が下凹部１７の底面に突設された構造を有し、各突起３１〜３３間の空間が燃料流路１５の一部となる。突起３１〜３３は、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域から空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に向けて同数（ここでは３つ）ずつ配置されている。突起３１〜３３の断面積は、ほぼ等しい。ここでいう断面積は、インターコネクタ３の積層方向に対して垂直に切った断面の面積である。

突起３１は、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域に配置されている。突起３１は、三角柱形状（平面視三角形状）を呈している。突起３１は、燃料流路１５の上流側に向かって先細りとなるように形成されている。燃料が突起３１に沿って流れるときは、図５（ａ）に示されるように、突起３１の後方で乱流が生じるため、燃料の圧力損失が大きくなる。

突起３３は、空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に配置されている。突起３３は、平面視菱形状を呈している。突起３３は、燃料流路１５の上流側及び下流側に向かって先細りとなるように形成されている。燃料が突起３３に沿って流れるときは、図５（ｄ）に示されるように、突起３３の後側部分での整流効果により燃料の圧力損失が小さくなる。

従って、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域に配置された突起３１は、空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に配置された突起３３よりも燃料の乱流が生じやすい形状を有することとなる。

突起３２は、突起３１，３３間の領域に配置されている。突起３２は、円柱形状（平面視円形状）を呈している。突起３２の形状は、突起３３の形状よりも乱流が生じやすく、突起３１の形状よりも乱流が生じにくい。このため、燃料が突起３２に沿って流れるときの圧力損失は、燃料が突起３３に沿って流れるときの圧力損失よりも大きく、燃料が突起３１に沿って流れるときの圧力損失よりも小さい。

空気流路形成部１４は、突起（第２突起）３４〜３６が上凹部１８の底面に突設された構造を有し、各突起３４〜３６間の空間が空気流路１６の一部となる。突起３４〜３６は、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域から燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域に向けて同数（ここでは３つ）ずつ配置されている。突起３４〜３６の断面積は、ほぼ等しい。ここでいう断面積は、インターコネクタ３の積層方向に対して垂直に切った断面の面積である。

突起３４は、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域に配置されている。突起３４は、三角柱形状（平面視三角形状）を呈している。突起３４は、空気流路１６の上流側に向かって先細りとなるように形成されている。空気が突起３４に沿って流れるときは、上記の突起３１と同様に、突起３４の後方で乱流が生じるため、空気の圧力損失が大きくなる。

突起３６は、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域に配置されている。突起３６は、平面視菱形状を呈している。突起３６は、空気流路１６の上流側及び下流側に向かって先細りとなるように形成されている。空気が突起３６に沿って流れるときは、上記の突起３３と同様に、突起３６の後側部分での整流効果により空気の圧力損失が小さくなる。

従って、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域に配置された突起３４は、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域に配置された突起３６よりも空気の乱流が生じやすい形状を有することとなる。

突起３５は、突起３４，３６間の領域に配置されている。突起３５は、円柱形状（平面視円形状）を呈している。突起３５の形状は、突起３６の形状よりも乱流が生じやすく、突起３４の形状よりも乱流が生じにくい。このため、空気が突起３５に沿って流れるときの圧力損失は、空気が突起３６に沿って流れるときの圧力損失よりも大きく、空気が突起３４に沿って流れるときの圧力損失よりも小さい。

従って、本変形例によれば、空気流路１６の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を、効果的に空気流路１６の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすることができる。また、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を、効果的に燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくすることができる。

なお、本実施形態では、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域及び空気流路１６の上流側の領域に対応する領域に、三角柱形状（平面視三角形状）の突起３１，３４がそれぞれ配置されているが、燃料流路１５の上流側の領域に対応する領域及び空気流路１６の上流側の領域に対応する領域に配置される突起の形状としては、特に三角柱形状には限られない。例えば、図５（ｂ）に示されるような平面視扇形の切欠部４１ａを有する平面視略円形状の突起４１を設けてもよいし、或いは図５（ｃ）に示されるような平面視長方形状の突起４２を設けてもよい。何れの場合にも、突起４１，４２の後方で燃料及び空気の乱流が生じるため、燃料及び空気の圧力損失が大きくなる。

また、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域及び空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に、平面視菱形状の突起３３，３６がそれぞれ配置されているが、燃料流路１５の下流側の領域に対応する領域及び空気流路１６の下流側の領域に対応する領域に配置される突起の形状としては、特に平面視菱形状には限られない。例えば図５（ｅ）に示されるような平面視扇形状の突起４３を設けてもよい。この場合にも、突起４３の後側部分での整流効果により燃料及び空気の圧力損失が小さくなる。

図６は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。図６において、本実施形態の燃料電池５０は、上述した実施形態の燃料電池１とはタイプが異なる。燃料電池５０は、セルアセンブリ２と、このセルアセンブリ２を上下方向に挟むように配置されたインターコネクタ５１とを備えている。インターコネクタ５１は、平面視正方形状を呈している。

インターコネクタ５１は、燃料を導入する燃料導入流路５２と、燃料を導出する燃料導出流路５３と、空気を導入する空気導入流路５４と、空気を導出する空気導出流路５５とを有している。燃料導入流路５２、燃料導出流路５３、空気導入流路５４及び空気導出流路５５は、インターコネクタ５１の４つの角部に配置されていると共に、断面円形状を呈している。

図７（ａ）は、インターコネクタ５１の底面図であり、図７（ｂ）は、インターコネクタ５１の平面図である。図５において、インターコネクタ５１は、燃料流路形成部５６と、空気流路形成部５７とを有している。燃料流路形成部５６は、燃料極７（図２参照）に供給される燃料が流れる燃料流路５８を形成する。空気流路形成部５７は、空気極８（図２参照）に供給される空気が流れる空気流路５９を形成する。燃料流路５８は、燃料導入流路５２及び燃料導出流路５３と連通している。空気流路５９は、空気導入流路５４及び空気導出流路５５と連通している。

燃料導入流路５２と燃料導出流路５３とは、インターコネクタ５１の一方の対角線上に燃料流路形成部５６及び空気流路形成部５７を挟んで対向配置されている。空気導入流路５４と空気導出流路５５とは、インターコネクタ５１の他方の対角線上に燃料流路形成部５６及び空気流路形成部５７を挟んで対向配置されている。燃料導入流路５２から燃料導出流路５３に燃料が燃料流路５８を流れる方向と空気導入流路５４から空気導出流路５５に空気が空気流路５９を流れる方向とは、垂直に交差している。

インターコネクタ５１は、インターコネクタ５１の下面に開口し、燃料流路５８を画成する断面略平行四辺形状の下凹部６０と、インターコネクタ５１の上面に開口し、空気流路５９を画成する断面略平行四辺形状の上凹部６１とを有している。

燃料流路形成部５６は、複数の円柱状の突起（第１突起）６２が下凹部６０の底面に突設された構造を有し、各突起６２間の空間が燃料流路５８の一部となる。各突起６２の高さ寸法は等しい。

突起６２の径は、空気流路５９の上流側（空気導入流路５４側）の領域に対応する領域から空気流路５９の下流側（空気導出流路５５側）の領域に対応する領域に向かうに従って小さくなっている。つまり、突起６２の断面積は、空気流路５９の上流側の領域に対応する領域から空気流路５９の下流側の領域に対応する領域に向かうに従って小さくなっている。ここでいう断面積は、インターコネクタ５１の積層方向に対して垂直に切った断面の面積である。

空気流路５９の上流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで空気流路５９の上流側の領域と向き合う領域である。空気流路５９の下流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで空気流路５９の下流側の領域と向き合う領域である。例えば、空気流路５９の上流側の領域は、空気流路５９における空気が流れる方向の中心位置よりも上流側の領域であり、空気流路５９の下流側の領域は、空気流路５９における空気が流れる方向の中心位置よりも下流側の領域である。

このとき、空気流路５９の下流側の領域に対応する領域に配置された突起６２の数は、空気流路５９の上流側の領域に対応する領域に配置された突起６２の数よりも多い。しかし、空気流路５９の上流側の領域に対応する領域に配置された複数の突起６２の総断面積は、空気流路５９の下流側の領域に対応する領域に配置された複数の突起６２の総断面積よりも大きい。これにより、空気流路５９の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失は、空気流路５９の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくなる。

空気流路形成部５７は、複数の円柱状の突起（第２突起）６３が上凹部６１の底面に突設された構造を有し、各突起６３間の空間が空気流路５９の一部となる。各突起６３の高さ寸法は等しい。

突起６３の径は、燃料流路５８の上流側（燃料導入流路５２側）の領域に対応する領域から燃料流路５８の下流側（燃料導出流路５３側）の領域に対応する領域に向かうに従って小さくなっている。つまり、突起６３の断面積は、燃料流路５８の上流側の領域に対応する領域から燃料流路５８の下流側の領域に対応する領域に向かうに従って小さくなっている。ここでいう断面積は、インターコネクタ５１の積層方向に対して垂直に切った断面の面積である。

燃料流路５８の上流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで燃料流路５８の上流側の領域と向き合う領域である。燃料流路５８の下流側の領域に対応する領域は、セル本体４を挟んで燃料流路５８の下流側の領域と向き合う領域である。例えば、燃料流路５８の上流側の領域は、燃料流路５８における燃料が流れる方向の中心位置よりも上流側の領域であり、燃料流路５８の下流側の領域は、燃料流路５８における燃料が流れる方向の中心位置よりも下流側の領域である。

このとき、燃料流路５８の下流側の領域に対応する領域に配置された突起６３の数は、燃料流路５８の上流側の領域に対応する領域に配置された突起６３の数よりも多い。しかし、燃料流路５８の上流側の領域に対応する領域に配置された複数の突起６３の総断面積は、燃料流路５８の下流側の領域に対応する領域に配置された複数の突起６３の総断面積よりも大きい。これにより、燃料流路５８の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失は、燃料流路５８の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくなる。

以上のように本実施形態においては、上述した実施形態と同様に、空気流路５９の上流側の領域と空気流路５９の下流側の領域とで、セル本体４での発電反応に利用される燃料量及び空気量が均一化されると共に、燃料流路５８の上流側の領域と燃料流路５８の下流側の領域とで、セル本体４での発電反応に利用される燃料量及び空気量が均一化される。これにより、セル本体４における発電反応の均一化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、燃料流路形成部及び空気流路形成部を構成する複数の突起の断面積を変えるか、或いは燃料流路形成部及び空気流路形成部を構成する複数の突起の形状を変えることにより、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすると共に、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくしたが、特にその形態には限られない。

例えば、燃料流路形成部及び空気流路形成部を構成する複数の突起の断面積及び形状を変えることにより、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすると共に、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくしてもよい。

また、燃料流路形成部及び空気流路形成部を構成する複数の突起の断面積及び形状を全て同じとし、燃料流路形成部及び空気流路形成部を構成する複数の突起の数を変えることにより、空気流路の上流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失を空気流路の下流側の領域に対応する領域における燃料の圧力損失よりも大きくすると共に、燃料流路の上流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失を燃料流路の下流側の領域に対応する領域における空気の圧力損失よりも大きくしてもよい。

また、上記実施形態の燃料電池は、セル本体とインターコネクタとが複数ずつ交互に積層されてなるスタック構造を有しているが、本発明は、１つのセル本体と、このセル本体を燃料極側及び空気極側から挟むように配置された２つのインターコネクタとを備えた単セル構造の燃料電池にも適用可能である。

１…燃料電池、３…インターコネクタ、４…セル本体、６…電解質、７…燃料極、８…空気極、１３…燃料流路形成部、１４…空気流路形成部、１５…燃料流路、１６…空気流路、１９Ａ〜１９Ｃ…突起（第１突起）、２０Ａ〜２０Ｃ…突起（第２突起）、３１〜３３…突起（第１突起）、３４〜３６…突起（第２突起）、５０…燃料電池、５１…インターコネクタ、５６…燃料流路形成部、５７…空気流路形成部、５８…燃料流路、５９…空気流路、６２…突起（第１突起）、６３…突起（第２突起）。

Claims (3)

1. 電解質の一面側に配置された燃料極と前記電解質の他面側に配置された空気極とを有し、燃料と空気とを発電反応させるセル本体と、
   前記セル本体を前記燃料極側及び前記空気極側から挟むように配置されたインターコネクタとを備え、
   前記インターコネクタは、前記燃料極に供給される前記燃料が流れる燃料流路を形成する燃料流路形成部と、前記空気極に供給される前記空気が流れる空気流路を形成する空気流路形成部とを有し、
   前記燃料が前記燃料流路を流れる方向と前記空気が前記空気流路を流れる方向とは交差しており、
   前記燃料流路形成部は、前記空気流路の上流側の領域に対応する領域における前記燃料の圧力損失が前記空気流路の下流側の領域に対応する領域における前記燃料の圧力損失よりも大きくなるように配置された複数の第１突起を有し、
   前記空気流路形成部は、前記燃料流路の上流側の領域に対応する領域における前記空気の圧力損失が前記燃料流路の下流側の領域に対応する領域における前記空気の圧力損失よりも大きくなるように配置された複数の第２突起を有することを特徴とする燃料電池。
2. 前記空気流路の上流側の領域に対応する領域に配置された前記第１突起の断面積は、前記空気流路の下流側の領域に対応する領域に配置された前記第１突起の断面積よりも大きく、
   前記燃料流路の上流側の領域に対応する領域に配置された前記第２突起の断面積は、前記燃料流路の下流側の領域に対応する領域に配置された前記第２突起の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 前記空気流路の上流側の領域に対応する領域に配置された前記第１突起は、前記空気流路の下流側の領域に対応する領域に配置された前記第１突起よりも前記燃料の乱流が生じやすい形状を有し、
   前記燃料流路の上流側の領域に対応する領域に配置された前記第２突起は、前記燃料流路の下流側の領域に対応する領域に配置された前記第２突起よりも前記空気の乱流が生じやすい形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。

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