JP2023023651A - 燃料電池のセルユニット構造 - Google Patents

Abstract

【課題】下流側における反応ガス濃度の低下を抑制する効果をより高める。【解決手段】アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材と、カソード極にカソードガスを供給する流路を形成するカソード流路部材と、を備える燃料電池のセルユニット構造において、アノード流路部材またはカソード流路部材の少なくともいずれか一方は、仕切り部によって、隣接する流路を流れるガスが混合することのない複数の流路に仕切られ、複数の流路はそれぞれセルと接触する底面が開口している開口領域と開口していない閉口領域とを有し、複数の流路の少なくとも一部は上流側が開口領域、下流側が閉口領域となる第１パターン、残りの一部は上流側が閉口領域、下流側が開口領域となる第２パターンという２つの開口パターンを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池のセルユニット構造に関する。

燃料電池のアノード側では、反応ガスの濃度が下流へ流れるにしたがい水等の生成ガスが流路内に発生することにより低下するという問題がある。特許文献１には、セパレータ板と電極間に介在しセパレータ側を流れる流路と電極側を流れる流路を分離する流路板を少なくとも２個に分割し、ガス流れ方向に直交する方向にずらして設置し、上流のセパレータ側流路が下流の電極側流路に接続し、上流の電極側流路が下流のセパレータ側流路に接続するようにしたガス流路構造が開示されている。当該構造によれば、上流側の流路板に供給されるガスの半分は電気化学反応を生じる電極側の流路を流れ、残り半分は反応に関与しないセパレータ側の流路を流れる。そして、下流側の流路板に入ると、電極側の流路を流れたガスはセパレータ側の流路を流れ、セパレータ側の流路を流れたガスは電極側の流路を流れる。すなわち、下流側の流路板内における反応側の流路の反応ガス濃度の低下を抑制することができる。

特開平１－１４０５６０号公報

しかしながら、上記文献のように同形状の波形の流路板を１ピッチ分ずらして設置する構造では、下流側の流路板の、ガス流れ方向に直交する方向の一端部の電極側流路に、上流側で電極側を流れることで反応ガス濃度が低下したガスが流入することになる。つまり、下流側における反応ガス濃度の低下を抑制するという観点から、改善の余地がある。

そこで本発明では、下流側における反応ガス濃度の低下を抑制する効果をより高めることを目的とする。

本発明のある態様によれば、アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材と、カソード極にカソードガスを供給する流路を形成するカソード流路部材と、を備える燃料電池のセルユニット構造が提供される。アノード流路部材またはカソード流路部材の少なくともいずれか一方は、仕切り部によって、隣接する流路を流れるガスが混合することのない複数の流路に仕切られ、複数の流路はそれぞれセルと接触する底面が開口している開口領域と開口していない閉口領域とを有する。複数の流路の少なくとも一部は上流側が開口領域、下流側が閉口領域となる第１パターン、残りの一部は上流側が閉口領域、下流側が開口領域となる第２パターンという２つの開口パターンを有する。

上記態様によれば、下流側における反応ガス濃度の低下を抑制する効果をより高めることができる。

図１は、一般的な燃料電池の平面図である。 図２は、反応ガス流路内の水素、酸素及び水の、ガス分圧と流路入口からの距離ｘとの関係を示す図である。 図３は、燃料電池の起電力と流路入口からの距離ｘとの関係を示す図である。 図４は、第１実施形態にかかるアノード流路部材の平面図である。 図５は、図４の領域IVの拡大図である。 図６は、第１実施形態にかかる燃料電池スタックの、開口パターンが切り替わる位置よりも上流側における流路断面図である。 図７は、アノード流路部材の閉口領域と開口領域との切り替え部付近の平面図である。 図８は、図７のVIII－VIII線に沿った断面の斜視図である。 図９は、第２実施形態にかかるアノード流路部材の閉口領域と開口領域との切り替え部付近の斜視図である。 図１０は、図７のVIII－VIII線に沿った流路断面図である。 図１１は、第３実施形態にかかるアノード流路部材の閉口領域と開口領域との切り替え部付近の平面図である。 図１２は、図１１のXII－XII線に沿った断面図である。 図１３は、第３実施形態の変形例にかかるアノード流路の断面図である。 図１４は、第４実施形態にかかるセルユニットの分解斜視図である。 図１５は、第４実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。 図１６は、第５実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。 図１７は、第５実施形態にかかるセルユニットの、反応ガスが供給される流路入口付近の、開口領域の断面斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

[第１実施形態]
まず、一般的な固体酸化物形燃料電池（以下、単に「燃料電池ともいう」）の起電力について説明する。図１は、一般的な燃料電池の平面図である。反応領域ＡＣＴＥには複数の反応ガス流路が設けられている。図示する通り、反応ガス流路の上流端（流路入口ともいう）を基点とし、流路入口からの距離をｘとする。

図２は、反応ガス流路内の水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）のガス分圧（モル分率）と流路入口からの距離ｘとの関係を示す図である。図３は、燃料電池の起電力と流路入口からの距離ｘとの関係を示す図である。

負荷電流を取り出していない場合の燃料電池の電池電圧（以下、理論起電力ともいう）は、最大電池電圧に相当する。この理論起電力は次式（１）で表される。

Ｅ^ｏは標準起電力、ΔＥ_ａ、ΔＥ_ｃはそれぞれアノード、カソードにおける濃度補正項、Ｆ、Ｒ、Ｔ、Ｐｉはそれぞれファラデー定数、気体定数、温度、各ガスの分圧である。

負荷電流を取り出した場合には、アノードではＨ_２が、カソードではＯ_２が、それぞれ反応に伴い消費されるので、図２に示す通り、入口からの距離ｘが大きくなるほど、Ｈ_２分圧及びＯ_２分圧が低下する。一方、反応に伴いアノードではＨ_２Ｏが生成されるため、図２に示す通り、入口からの距離ｘが大きくなるほど、アノード流路内のＨ_２Ｏ分圧は上昇する。これを式（１）に当てはめると、アノード濃度補正項のＰ_Ｈ２が減少し、かつＰ_Ｈ２Ｏが増大することにより、アノードにおける濃度補正項ΔＥａが減少することになる。カソードにおける濃度補正項ΔＥ_ｃについても同様である。ただし、固体酸化物形燃料電池の場合、空冷構造をとるため、カソードには反応に必要な量よりも多量の空気を流すので、カソードにおける濃度補正項ΔＥｃの低下量はアノードにおける濃度補正項ΔＥａに比べて小さい。

すなわち、一般的な燃料電池では、図３に示す通り、入口からの距離ｘが大きくなるほど（つまり下流になるほど）、起電力が低下することとなる。換言すると、一般的な燃料電池では反応が上流に偏り、反応領域の全面を有効に利用できていない。

そこで、本実施形態では反応領域を有効に活用するために、反応ガス流路を以下に説明する構成にする。

図４は、アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材１の平面図である。図５は、図４の領域IVの拡大図である。

アノード流路部材１には、互いに平行な複数の流路２が設けられている。この流路２は仕切り部３により仕切られており、隣接する流路２を流れるガスが混合することはない。

流路２は、それぞれ後述するセル５の反応面と接触する底面が開口している開口領域２Ｂと、開口していない閉口領域２Ａとを有する。そして、上流側が開口領域２Ｂで下流側が閉口領域２Ａとなる第１パターンと、上流側が閉口領域２Ａで下流側が開口領域２Ｂとなる第２パターンの２つの開口パターンを有する。なお、図４と図５は第１パターンと第２パターンが交互に配置された構造を示しているが、これに限られるわけではない。例えば、２本の第１パターンの流路２を第１パターン群、２本の第２パターンの流路２を第２パターン群として、第１パターン群と第２パターン群とが交互に配置される構造であってもよい。ただし、複数の流路２のうち、少なくとも一部は第１パターンで、残りは第２パターンである必要がある。

図６は、上記のアノード流路部材１を用いた燃料電池スタックの、開口パターンが切り替わる位置よりも上流側における流路断面図である。なお、カソード流路部材９はアノード流路部材１と同様の構造である。

セル５は、アノード極６とカソード極８が電解脂質層７を介して積層されたものである。アノード極６は、多孔質部材（例えば多孔質金属）で形成されたサポート層（図示せず）を有し、このサポート層がアノード流路部材１と接触する。カソード極８も同様に、カソード流路部材９と接触するサポート層を有する。燃料電池スタックは、アノード流路部材１とセル５とカソード流路部材９をこの順番で積層したものをセルユニットとし、セパレータ４を介して複数のセルユニットを積層したものである。

図６に示す通り、アノード側の流路２において、閉口領域２ＡにはアノードガスＡｎ（水素）が流れ、開口領域２ＢにはアノードガスＡｎ及び反応により生成した水が流れる。
すなわち、閉口領域２Ａを流れるアノードガスは反応に供されることなく流路２を流れる。一方、開口領域２Ｂを流れるアノードガスＡｎは反応に供されることによって消費され、当該反応によって水が生成するので、開口領域２ＢにはアノードガスＡｎと水が流れる。なお、アノード極６において反応が生じるのは、開口領域２Ｂに対向する部分だけではない。開口領域２Ｂを流れるアノードガスＡｎはサポート層内で拡散するので、閉口領域２Ａと対向する部分でも反応が生じる。

そして、図５に示した通り、上流側が開口領域２Ｂの流路２は下流側が閉口領域２Ａとなっており、上流側が閉口領域２Ａの流路２は下流側が開口領域２Ｂとなっている。したがって、上流側の開口領域２Ｂにおいて反応に供されることで濃度低下したアノードガスＡｎ及び生成した水は、開口パターンが切り替わった下流側では反応に供されることなく流れる。一方、上流側で閉口領域２Ａを流れたアノードガスＡｎは、高い濃度を保った状態で、開口パターンが切り替わった下流側では反応に供されることとなる。

これにより、下流側にいくほど水素分圧が低下してしまい、セル５の全面を使い切れていないという問題を解消できる。また、各流路２は仕切り部３によって仕切られており、隣接する流路２を流れるガス同士が混合することはないので、開口領域２Ｂと閉口領域２Ａとの切り替え部において、高濃度のアノードガスＡｎに低濃度のアノードガスＡｎ及び水が混入することがない。

カソード側の流路２を流れるカソードガスＣａについても上記のアノード側と同様である。ただし、上記の通り一般的な構成においてもカソードガスの濃度低下（分圧低下）の影響は小さいので、カソード側については一般的なものと同様の構成であってもよい。

なお、セル５を介して対向するアノード流路部材１とカソード流路部材９については、図６に示す通り、それぞれの開口領域が対向しないように開口パターンを設定することが望ましい。これは、それぞれの開口領域が対向していると、対向している領域において反応が促進されてアノードガスＡｎ及びカソードガスＣａが消費されてしまい、サポート層内でガスが拡散しにくくなるからである。

また、図４では第１パターンと第２パターンのいずれも、閉口領域２Ａと開口領域２Ｂの切り換え位置が流路２の流れ方向の略中央にあるが、これに限られるわけではない。例えば、第１パターンの開口領域２Ｂが流れ方向の略中央よりも下流側まで延び、第２パターンの開口領域２Ｂが流れ方向の略中央よりも上流側から始まる、という構成であってもよい。

以上のように本実施形態にかかる燃料電池のセルユニット構造は、アノード極６にアノードガスを供給する流路２を形成するアノード流路部材１と、カソード極８にカソードガスを供給する流路２を形成するカソード流路部材９と、を備える。アノード流路部材１またはカソード流路部材９の少なくともいずれか一方は、仕切り部３によって、隣接する流路２を流れるガスが混合することのない複数の流路２に仕切られ、複数の流路２はそれぞれセル５と接触する底面が開口している開口領域２Ｂと開口していない閉口領域２Ａとを有する。複数の流路２の少なくとも一部は上流側が開口領域２Ｂ、下流側が閉口領域２Ａとなる第１パターン、残りの一部は上流側が閉口領域２Ａ、下流側が開口領域２Ｂとなる第２パターンという２つの開口パターンを有する。これにより、第１パターンの流路２はセル５の反応面の上流側に高濃度のガスを供給し、第２パターンの流路２はセル５の反応面の下流側に高濃度のガスを供給することとなるので、セル５の下流側における反応ガス濃度の低下を抑制することができる。

本実施形態では、第１パターンの流路２と第２パターンの流路２がガスの流れ方向に直交する方向に交互に並ぶ。これにより、セル５の反応面全体を効率よく利用できる。

本実施形態では、アノード極６及びカソード極８は、それぞれアノード流路部材１及びカソード流路部材９との間に、多孔質部材で形成されたサポート層（多孔質支持層）を有する。これにより、開口領域２Ｂからセル５に供給された反応ガスがサポート層内で拡散し、閉口領域２Ａと対向している反応面にも反応ガスが供給されるので、反応面全体を効率よく利用できる。

[第２実施形態]
第２実施形態について図７から図１０を参照して説明する。

図７は、本実施形態にかかるアノード流路部材１の閉口領域２Ａと開口領域２Ｂとの切り替え部付近の平面図である。図８は、図７のVIII－VIII線に沿った断面の斜視図である。図９は、本実施形態にかかるアノード流路部材１の閉口領域２Ａと開口領域２Ｂとの切り替え部付近の斜視図である。なお、図９において、セパレータ４については後述するセパレータリブ１０のみを示し、その他の部分は省略している。図１０は、図７のVIII－VIII線に沿った流路断面図である。また、図８から図１０では、カソード流路部材９を省略している。本実施形態のカソード流路部材９は、第１実施形態と同じものでもよいし、第１実施形態のカソード流路部材９の仕切り部３をリブに置き換えたものでもよい。

本実施形態のアノード流路部材１の仕切り部３は、プレス加工等によりガスの流路方向に沿って形成されたリブである（以下、リブ３ともいう）。また、リブ３は開口領域２Ｂと閉口領域２Ａとの切り替え部付近で途切れており、上流側のリブ３の下流端には開口部３Ｂが設けられている。

リブ３が途切れた部分の隙間は、セパレータ４に設けられたセパレータリブ１０により塞がれている。セパレータリブ１０は、セパレータ４からアノード流路部材１の方向に突出しており、第２パターン（上流側が閉口領域２Ａで下流側が開口領域２Ｂ）の流路２において上流側のリブ３及び下流側のリブ３と接する。

上記の構成では、開口部３Ｂがあることにより、上流側のリブ３の内部３Ａも流路となる。そして、内部３Ａを流れて開口部３Ｂから流路２へ流出したアノードガスＡｎは、開口領域２Ｂを流れてきたアノードガスＡｎとともに下流側の閉口領域２Ａを流れる（図７の矢印を参照のこと）。すなわち、リブ３の内部３ＡにもアノードガスＡｎが流れるので、アノード極６の燃料が供給される面積（以下、燃料供給面積ともいう）をより大きくすることができる。また、リブ３の内部３Ａを流れて低濃度になったアノードガスＡｎは開口部３Ｂを介して流路２に排出されるが、開口部３Ｂと下流側の開口領域２Ｂとの連通はセパレータリブ１０により遮断されているので、低濃度のアノードガスＡｎが下流側の開口領域２Ｂに流入することはない。つまり、下流側の開口領域２Ｂを流れるアノードガスＡｎを高濃度に維持できる。

以上の通り本実施形態では、仕切り部３は、アノード流路部材１またはカソード流路部材９に成形されたリブ３（流路部材リブ）である。これにより、リブ３の内部にも反応ガスを流して、セル５の反応面の、サポート層を介さず直接的に燃料が供給される面積を拡大できる。

本実施形態では、リブ３は、開口領域２Ｂと閉口領域２Ａとの切り替わり部で途切れており、上流側のリブ３の下流端は開口しており、下流側のリブ３の上流端は閉口している。これにより、上流側のリブ３の内部から反応ガスを排出できる。

本実施形態では、アノードガス流路とカソードガス流路を分離するセパレータ４をさらに備え、リブ３の途切れた部分は、セパレータ４に形成されたセパレータリブ１０によって塞がれている。これにより、リブ３の内部から排出された低濃度の反応ガスが、下流側が開口領域２Ｂとなる隣接する流路２へ流入することを防止できる。

[第３実施形態]
第３実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１は本実施形態にかかるアノード流路部材１の閉口領域２Ａと開口領域２Ｂとの切り替え部付近の平面図である。図１２は、図１１のXII－XII線に沿った断面図である。

本実施形態と第２実施形態との第１の相違点は、流路２の流路幅である。ここでいう「流路幅」とは、セル５の面方向に沿い、かつガスの流れ方向に直交する方向の寸法である。本実施形態では、閉口領域２Ａの流路幅が開口領域２Ｂの流路幅より小さい。

第２の相違点は、セパレータリブ１０の位置である。上記の通り閉口領域２Ａと開口領域２Ｂの流路幅が異なるので、上流側と下流側でリブ３の位置がずれる。このため、セパレータリブ１０は、上流側のリブ３に対しては開口領域２Ｂ側から、下流側のリブ３に対しては閉口領域２Ａ側から接触するように設けられる。これにより、隣り合う流路２のガスが混合することを防止できる。

第３の相違点は、リブ３の開口部３Ｂの位置である。第２実施形態の開口部３Ｂは上流側のリブ３の下流端に設けられている。これに対し本実施形態の開口部３Ｂは、上流側のリブ３の、下流端付近の開口領域２Ｂ側の側面と、下流側のリブ３の、上流端付近の開口領域２Ｂ側の側面に設けられている。

上記の構成により、下流側のリブ３の内部３Ａにもガスが流れるので、アノード極６の燃料供給面積をより大きくできる。さらに、アノード極６に供給された燃料のサポート層内での移動距離（以下、拡散距離ともいう）が第１実施形態及び第２実施形態に比べて短いにもかかわらず、アノード極６のより広い範囲にアノードガスＡｎを供給できる（図１２の矢印を参照のこと）。より具体的には、閉口領域２Ａの下方部分にアノードガスＡｎが供給され易くなる。

以上のように本実施形態では、開口領域２Ｂは閉口領域２Ａに比べて流路幅が狭い。これにより、開口領域２Ｂから供給された反応ガスがサポート層を介してセル５の閉口領域２Ａと対向する部位まで拡散する際の移動距離を短くできるので、セル５の反応面全体をより効率よく利用できる。

本実施形態では、リブ３は、開口領域２Ｂ側の側面に開口部３Ｂ（貫通孔）を有する。これにより、開口領域２Ｂの流路２からリブ３の内部へ直接的に反応ガスを供給できる。

[変形例]
ここで、第３実施形態の変形例について説明する。この変形例も第３実施形態と同様に本発明の範囲に属する。図１３は、変形例にかかるアノード流路の断面図である。図１２との相違点は、開口領域２Ｂの流路高Ｈ１が閉口領域２Ａの流路高Ｈ２に比べて低いことである。ここでの「流路高」とは、ガスの流れ方向及びセル５の面方向に直交する方向の寸法である。この流路高の違いは、セパレータ４の形状により実現する。

上記のように流路高を異ならせるのは、開口領域２Ｂは流路幅を広げた分、流路高を低くし、閉口領域２Ａは流路幅を狭めた分、流路高を高くすることで、開口領域２Ｂと閉口領域２Ａの流路断面積を近づけるためである。すなわち、開口領域２Ｂ（リブ３内も含む）と閉口領域２Ａの流路断面積が等しくなるように、それぞれの流路幅及び流路高を設定することが望ましい。

両者の流路断面積を等しくすることで圧力損失が等しくなるので、第１パターンの流路２と第２パターンの流路２のガス流量を均等にできる。これにより、第１パターンの流路２及び第２パターンの流路２のいずれにおいても、流れるアノードガスＡｎの過不足を抑制できる。

以上のように本変形例では、閉口領域２Ａは、開口領域２Ｂに比べて流路高さが高い。これにより、流路高さが等しい場合に比べて、開口領域２Ｂと閉口領域２Ａとの圧力損失の差が小さくなるので、第１パターンの流路２及び第２パターンの流路２のいずれにおいても、流れるアノードガスＡｎの過不足を抑制できる。

[第４実施形態]
第４実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、本実施形態にかかるセルユニットの分解斜視図である。図１５は、本実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。

上述した各実施形態及び変形例では、セルユニットはセル５とアノード流路部材１とカソード流路部材９とセパレータ４とで構成されていた。これに対し本実施形態のセルユニットは、図１４に示す通り、セル５とアノード流路部材１とカソード流路部材９とで構成される。

アノード流路部材１及びカソード流路部材９は、いずれも平板にプレス加工などによりガスの流れ方向に沿ったリブ３Ａｎ、３Ｃａを設けた形状を有する。開口領域２Ｂはアノード流路部材１にのみ設けられている。カソード流路部材９のリブ３Ｃａの側面には、リブ３Ｃａの内外を連通する連通孔が設けられている。

図１５に示す通り、アノード流路部材１の閉口領域２Ａの底面となる部分がアノード極６のサポート層に溶接され（図１５の溶接部１１）、カソード流路部材９のリブ３Ｃａがカソード極８のサポート層に溶接され（図１５の溶接部１２）、これによりセルユニットが構成される。溶接部１１、１２は、ガスの流れ方向に沿って各部材の接触部の上流端から下流端まで延びる。

積層方向に隣接するセルユニットは、アノード流路部材１のリブ３Ａｎがカソード流路部材９のリブ３Ｃａの下面開口部を塞ぐように配置された状態で、アノード流路部材１とカソード流路部材９との接触部をロウ付け等により接合（図１５の接合部１３）することで接続される。接合部１３は、アノード流路部材１とカソード流路部材９との接触部の全域にわたって設けられる。

上記の通りセルユニットを積層することで、アノード流路部材１とカソード流路部材９との間にアノードガスＡｎの流路が形成され、カソード極８とカソード流路部材９との間にカソードガスＣａの流路が形成される。なお、カソード流路部材９のリブ３Ｃａは上述した連通孔を有するため、リブ３Ｃａの内部もカソードガスＣａの流路となる。また、アノード流路部材１のリブ３Ａｎの上流端を開放することで、リブ３Ａｎ内もアノードガスＡｎの流路となる。

上記の構成によれば、セパレータ４を用いることなく、互いに分離されたアノードガス流路とカソードガス流路とを形成することができる。

以上のように本実施形態では、閉口領域２Ａがアノード流路部材１にのみ設けられ、アノード流路部材１とカソード流路部材９とが接合されることで、隣り合うセル５の間にそれぞれ分離されたアノードガス流路とカソードガス流路とが形成されている。これにより、セルユニットを構成する部品点数が減るので、コストを低減できる。

[第５実施形態]
第５実施形態について図１６、図１７を参照して説明する。図１６は、本実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。図１７は、本実施形態にかかるセルユニットの、反応ガスが供給される流路入口付近の、開口領域２Ｂの断面斜視図である。

本実施形態も第４実施形態と同様に、セパレータ４を用いずにアノード流路部材１とカソード流路部材９とを接合する構造である。ただし、本実施形態のアノード流路部材１は平板である。

また、アノードガスＡｎの流路を形成するリブ３Ａｎが、カソード流路部材９に設けられている。より具体的には、カソードガスＣａの流路を形成するリブ３Ｃａの、アノード流路部材１と接する部分（底部ともいう）に、リブ３Ｃａの凸方向とは反対方向に凸なリブ３Ａｎが設けられている。リブ３Ｃａの流路入口側の端部には、リブ３Ｃａの内外を連通する開口部１５が設けられている。なお、図１７においてカソード極８のアノード流路部材１側の面に取り付けられて部材１４は、セル５の周縁を囲むよう配置されるセルサポート部材である。

これにより、第４実施形態と同様に、カソード極８とカソード流路部材９との間にカソードガスＣａの流路が形成され、アノード流路部材１とカソード流路部材９との間にアノードガスＡｎの流路が形成される。そして、セルユニットに供給されたカソードガスＣａは、開口部１５を通ってリブ３Ｃａの内側（つまりカソード流路）に流入し、アノードガスＡｎはアノード流路部材１と部材１４との隙間を通ってリブ３Ａｎの内側（つまりアノード流路）に流入する。なお、図１７は開口領域２Ｂについて示しているが、閉口領域２Ａの場合には、アノード流路部材１と部材１４との隙間とリブ３Ａｎの内側とを連通する連通孔がアノード流路部材１に設けられている。これによりアノードガスＡｎはアノード流路部材１とリブ３Ａｎとで囲まれた閉口領域２Ａに流入する。

以上のように本実施形態では、アノード流路部材１は平板であり、カソード流路部材９にアノードガス流路を形成するリブ３Ａｎ及びカソードガス流路を形成するリブ３Ｃａが形成されている。これにより、セルユニットを構成する部品点数が減ることに加えて、アノード流路部材１の加工が容易になるので、コストをさらに低減できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ アノード流路部材、 ２ 流路、 ２Ａ 閉口領域、 ２Ｂ 開口領域、 ３ 仕切り部（リブ）、 ４ セパレータ、 ５ セル、 ６ アノード極、 ７ 電解質層、 ８ カソード極、 ９ カソード流路部材

Claims (11)

1. アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材と、
   カソード極にカソードガスを供給する流路を形成するカソード流路部材と、
   を備える燃料電池のセルユニット構造において、
   前記アノード流路部材または前記カソード流路部材の少なくともいずれか一方は、仕切り部によって、隣接する流路を流れるガスが混合することのない複数の流路に仕切られ、前記複数の流路はそれぞれセルと接触する底面が開口している開口領域と開口していない閉口領域とを有し、
   前記複数の流路の少なくとも一部は上流側が前記開口領域、下流側が前記閉口領域となる第１パターン、残りの一部は上流側が前記閉口領域、下流側が前記開口領域となる第２パターンという２つの開口パターンを有することを特徴とする燃料電池のセルユニット構造。
2. 請求項１に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記第１パターンの流路と前記第２パターンの流路が前記ガスの流れ方向に直交する方向に交互に並ぶ、燃料電池のセルユニット構造。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記仕切り部は、前記アノード流路部材または前記カソード流路部材に成形された流路部材リブである、燃料電池のセルユニット構造。
4. 請求項３に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記流路部材リブは、前記開口領域と前記閉口領域との切り替わり部で途切れており、
   上流側の前記流路部材リブの下流端は開口しており、下流側の前記流路部材リブの上流端は閉口している、燃料電池のセルユニット構造。
5. 請求項４に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   アノードガス流路とカソードガス流路を分離するセパレータをさらに備え、
   前記流路部材リブの途切れた部分は、前記セパレータに形成されたセパレータリブによって塞がれている、燃料電池のセルユニット構造。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記開口領域は前記閉口領域に比べて流路幅が狭い、燃料電池のセルユニット構造。
7. 請求項３から５のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記流路部材リブは、前記開口領域側の側面に貫通孔を有する、燃料電池のセルユニット構造。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記アノード極及び前記カソード極は、それぞれ前記アノード流路部材及び前記カソード流路部材との間に、多孔質支持層を有する、燃料電池のセルユニット構造。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
   前記閉口領域は、前記開口領域に比べて流路高さが高い、燃料電池のセルユニット構造。
10. 請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
    前記閉口領域が前記アノード流路部材にのみ設けられ、
    前記アノード流路部材と前記カソード流路部材とが接合されることで、隣り合うセルの間にそれぞれ分離されたアノードガス流路とカソードガス流路とが形成されている、燃料電池のセルユニット構造。
11. 請求項１０に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
    前記アノード流路部材は平板であり、前記カソード流路部材に前記アノードガス流路を形成するリブ及びカソードガス流路を形成するリブが形成されている、燃料電池のセルユニット構造。

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