JP5246532B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の固体電解質型セルユニットを重合させた構造のセルスタックを有する燃料電池に関するものである。

この種の燃料電池として、例えば特許文献１に開示された構成のものがある。
その従来の燃料電池は、円形薄板状を成し且つ単セル取付部を有するセル取付用セパレータと、このセル取付用セパレータとほぼ同一の形状を成し且つその周縁部をセル取付用セパレータの周縁部に接合させたセパレータと、両セパレータ間に形成される空間内に対するガス供給及びガス排出を行う中央流路部品を備え、上記空間にリング板状セパレータを設置して、ガス流路の往路と復路とを上下（燃料電池積層方向）に分けて形成した構成のものであり、リング板状セパレータは、このセパレータ又はセル取付用セパレータに設けたディンプル状突起によって、ガス流路の往路及び復路の流路高さを保持するようにしたものである。
特開２００２−１５１１０６号公報

しかしながら、上記した従来の燃料電池においては、反応用ガスの流通路が上下に分かれて形成されていることに加え、セパレータ又はセル取付用セパレータに設けたディンプル状突起が形成されているので、反応用ガスを単セルに十分に流接させることが難しく、効率のよい発電を行うことができないという問題がある。

そこで本発明は、セルスタック内を流通する反応用ガスを、固体電解質型セルとの流接面積が増大するように回流させて効率のよい発電を行うことができる燃料電池の提供を目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係る燃料電池は、固体電解質型セルを配設したセル板とセパレータとにより区画形成される空隙に流路形成体とユニット内集電体を収容したセルユニットを有し、このセルユニット内外に、二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行うものである。
本発明においては、上記流路形成体が、外部から圧送された一方の反応用ガスを空隙内に流入するための流入経路を配設した本体部を有し、その本体部に、空隙内に流入した一方の反応用ガスを、上記固体電解質型セルに流接する流接面積が増加する流路となるように回流させるための複数のガス回流用部材を一体的に突設し、かつ、それらのガス回流用部材とセパレータとを密着させている。
また、上記ユニット内集電体は、複数の集電突起を金属板に突出形成した通気性を有する複数の集電体ブロックを並設しているとともに、それら各集電体ブロックとガス回流部材とを固着している。

本発明によれば、外部から圧送された一方の反応用ガスは、流路形成体の流入経路を通じてセルユニットに導入される。セルユニット内に流入した一方の反応用ガスは、流路形成体に一体的に突設された回流用部材により、上記固体電解質型セルとの流接面積が増加するように回流し、その後、流出経路を通じて排出される。これにより、一方の反応用ガスと固体電解質型セルとの流接面積が増加して効率のよい発電を行うことができる。
また、流路形成体とガス回流用部材の間に隙間が生じないので、その隙間を通じて反応用
ガスが短絡して流通することがなく、その反応用ガスを効率的にセルユニット内に流通させることができる。
さらに、ガス回流用部材が強度部材として機能し、セルユニットの機械的強度を向上させることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池に用いるセルスタックの斜視図、図２は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す概略説明図であり、図示のセルスタックは図１に矢印Ｉと矢印ＩＩで示す部分における断面を表している。また、図３は、固体電解質型セルユニットの分解斜視図、図４は、流路形成体の詳細を示す拡大斜視図である。

本発明の一実施形態に係る燃料電池Ａは、複数の固体電解質型セルユニット（以下、たんに「セルユニット」という。）１０…を互いに間隙ｓをもって重合してなるセルスタックＢをケース２０に収容したものであり、そのセルスタックＢ内外に、二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行うようにしたものである。
「間隙ｓ」は、隣接する他のセルユニット１０との間に他方の反応用ガスを流通させるためのものである。

セルスタックＢには、二種類の反応用ガスのうちの一方のものが、また、ケース２０内には、他方の反応用ガスが互いに分離して流通されるようになっている。
本実施形態においては、一方の反応用ガスが水素（燃料ガス）であり、他方の反応用ガスが空気であるが、一方の反応用ガスを空気、他方の反応ガスを水素としてもよいことは勿論である。

ケース２０は、平面視円形にした底壁２１と上壁２２の全周にわたり周壁２３を囲繞形成した気密性を有する円筒形のものである。
上記周壁２３には、ケース２０内に他方の反応用ガスを導入するためのガス導入口２４と、当該ケース２０内に導入された他方の反応用ガスを排出するためのガス排出口２５が配設されている。

セルユニット１０…は、固体電解質型セル３０を配設したセル板４０とセパレータ５０との間に区画形成される空隙ｋにユニット内集電体６０と流路形成体７０とを収容し、かつ、そのセル板４０の下面にユニット外集電体８０を配設した中空円盤形のものであり、それらを軸線Ｏを中心として同軸的に整列させた構成になっている。

セル板４０は、隣接する他のセルユニット１０との間に上記した間隙ｓが形成される高さにした円形段差部４１が、円形基板４２の中心に下向きにして突設されているとともに、周縁部に周壁４３を起立形成したものである。
円形段差部４１には、後述する流路形成体７０に形成されているガス流入孔７１とガス流出孔７４…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔４４，４５…が開口形成されている。

固体電解質型セル３０は、アノード極（燃料極）とカソード極（空気極）とを電解質（いずれも図示しない）の上下両側に配設した円形に形成されており、図３に示すように、セル板４０に軸線Ｏを中心とした９０度間隔で配設されている。

セパレータ５０は、隣接する他のセルユニット１０との間に、上記した間隙ｓが形成される高さにした円形段差部５１が、円形基板５２の中心に上向きにして突設されているとともに、周縁部に周壁５３を垂下形成したものである。
円形段差部５１には、後述する流路形成体７０に形成されているガス流入孔７１とガス流出孔７４…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔５４，５５…が開口形成されている。

上記したセルユニット１０を複数重合することにより、セル板４０の円形段差部４１と、セパレータ５０の円形段差部５１とが当接し、これにより上下に重合隣接するセルユニット１０，１０間に間隙ｓが形成される。

上記のセル板４０とセパレータ５０の円形段差部４１，５１間には、図４に詳細を示す流路形成体７０が介挿されている。
流路形成体７０は、円柱形の本体部７５に、８本のガス回流用部材７６…を一体的に突設した構成のものである。

本体部７５には、図４に示すように、一方の反応用ガスをセルユニット１０に流入させるための流入経路ａと、セルユニット１０内に流入した一方の反応用ガスを外部に流出させるための流出経路ｂとが形成されている。

流入経路ａはガス流入孔７１とガス導入孔７２とから、また、流出経路ｂはガス導出孔７３と４つのガス流出孔７４とからそれぞれ構成されており、それらの詳細は次のとおりである。

ガス流入孔７１は断面円形に形成されており、外部から圧送された一方の反応用ガスを各セルユニット１０に分配流通させるためのものであり、軸線Ｏに一致して本体部７５の上下面７５ａ，７５ｂ間に貫通形成されている。

ガス流出孔７４…は、ガス導出孔７３から導出された一方の反応用ガスを外部に流出するためのものであり、本実施形態においては、軸線Ｏを中心とした９０度間隔で本体部７５に配設されている。
各ガス流出孔７４は、ガス流入孔７１よりも小さい内径にした断面円形に形成されており、それぞれ上下面７５ａ，７５ｂ間に貫通形成されている。

ガス導入孔７２は断面円形に形成されており、図４に示すように、内側開口７２ａをガス流入孔７１に、また、外側開口７２ｂを、本体部７５の周面７５ｃにそれぞれ臨ませている。
ガス導出孔７３は断面円形に形成されており、外側開口７３ｂを本体部７５の周面７５ｃに、また、内側開口７３ａをガス流出孔７４にそれぞれ臨ませている。

上記の流路形成体７０は、セルユニット１０…どうしを重合することにより、ガス流入孔７１…、ガス流出孔７４…どうしが上下に対向密接して、流入経路ａ、流出経路ｂをそれぞれ連成するようになっている。

ガス回流用部材７６…は、セルユニット１０内を流通する一方の反応用ガスが上記固体電解質型セル３０に流接する面積が増加するように回流させるためのものであり、軸線Ｏを中心とした４５度間隔で配列されている。

本体部７５の周面７５ｃには、互いに隣り合う２本のガス回流用部材７６，７６間に臨む位置に、上記したガス導入孔７２とガス導出孔７３とが交互に配設されている。
また、ガス導入孔７２を臨ませたガス回流用部材７６，７６間で区画されるセル板４０には、固体電解質型セル３０が位置している。

本実施形態に示すガス回流用部材７６は断面方形に形成されているとともに、その開放端部７６ｂと、セパレータ５０及びセル板４０の周壁５３，４３内面との間に、所要の間隙βが形成される全長Ｌにしている。

換言すると、ガス導入孔７２からセルユニット１０内に導入された一方の反応用ガスが、ガス回流用部材７６の開放端部７６ｂと周壁４３（５３）との間の間隙βを通じて、上記ガス導出孔７３に回流するようにしている。
また、各ガス回流用部材７６の上面７６ｃと、セパレータ５０の内面（下面）とは、密着固定されており、その間から回流させようとしている一方の反応用ガスが漏出しないようになっている。

上記した流路形成体７０の具体的構成は、次のとおりである。図５（Ａ）は、上側形成部体の上面図、（Ｂ）は、その上側形成部体の下面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う部分断面図である。なお、下側形成部体は上側形成部体と同形であるので、上側形成部体に付した「Ａ」を「Ｂ」に換えた符号を括弧書にして併記することにより、それらの説明を省略する。

本実施形態における流路形成体７０は、平面視において互いに同輪郭の上側形成部７０Ａと下側形成部７０Ｂとからなる上下２分割構造になっており、これらを互いに接合することにより構成されている。

上側形成部７０Ａは、本体部７５Ａと、ガス回流用部材７６の上側半部７６Ａとからなる。
本体部７５Ａの下面には、断面半円形のガス導入孔半部７２Ａ、同じく断面半円形のガス導出孔半部７３Ａを形成しているとともに、本体部７５Ａ内にガス流入孔半部７１Ａ、及びガス流出孔半部７４Ａを穿設している。
ガス導入孔半部７２Ａ等は例えばハーフエッチングにより形成することができるが、その他の公知の方法で形成してもよい。
そして、上記上側形成部体７０Ａを下側形成部体７０Ｂと接合することにより、上記したガス導入孔７２、ガス導出孔７６、ガス流入孔７１及びガス流出孔７４が形成される。

上記した流路形成体７０によれば、ガス導入孔７２からセルユニット１０内に導入した一方の反応用ガスの全量を、ガス回流用部材７６の開放端部７６ｂと周壁４３内面との間の間隙βを通じて上記ガス導出孔７３に向けて回流させられるようになり、一方の反応用ガスが上記固体電解質型セル３０に流接する面積を増加させることができる。

また、流路形成体７０にガス回流用部材７６…を一体的に突設することにより、それらガス回流用部材７６…がセルユニット１０の補強材として機能し、そのセルユニット１０の機械的な強度を向上させることができる。機械的な強度を向上させられるので、例えば薄型のセパレータの変形を防ぐことができる。
さらに、従来のようなガス回流用部材と流路形成体とを別体に形成した場合における、当該ガス回流用部材と流路形成体との接合部分からの一方の反応用ガスの漏出を防止することもできる。

なお、本実施形態においては、両者の接合を拡散接合で行っているが、例えばロウ付け、溶接、接着剤等による接合を行うことができる。また、ガス回流用部材を本体部と一体に形成したものについて説明したが、本体部にガス回流用部材を接合等により組み付けた構成にしてもよい。
すなわち、「ガス回流用部材を一体的に突設している」ことには、ガス回流用部材を本体部と一体に形成した構成の他、本体部にガス回流用部材を接合等により組み付けた構成を含んでいる。従って、上記した上下２分割構造に限るものではない。

図６（Ａ）は、ユニット内集電体を部分的に示す下面図、（Ｂ）は、（Ａ）にＩＶ‐ＩＶ線に沿う部分断面図である。
ところで、本実施形態に示すユニット内集電体６０は、導電性の発泡金属やフェルト等の多孔体を円環形に成形したものであり、中心に円形開口６１を開口している。
このユニット内集電体６０の下面には、上記したガス回流用部材７６に対応する位置に、そのガス回流用部材７６を嵌挿するための嵌挿溝６２…が凹陥形成されている。

具体的には、軸線Ｏを中心とした嵌挿溝６２…が４５度間隔の放射状に凹陥形成されているとともに、本実施形態においては、嵌挿溝６２の上面部分６０ａが、他の部分よりも高密度にして形成されている。

上記したユニット内集電体６０はガス透過性を有しているので、一方の反応用ガスのショートカットを防止する上で有効ではなく、また、可撓性を有するために接合もし難い。
そこで、上記した上面部分（高密度部分）６０ａをプレス等で形成すると、その高密度部分６０ａにおいてガス回流用部材７６との接合が行いやすくなるとともに、反応用ガスを仕切りやすい。

上記の構造にしたユニット内集電体６０は、ガス回流用部材７６と高密度部分６０ａにおいて接合されているとともに、セル板４０及びセパレータ５０に対してもレーザ溶接等により接合されており、これにより、それらとの接触抵抗を低減させている。

すなわち、従来のものでは、セパレータとユニット内集電体とが接触することにより電流パスを確保している。
しかし、上記従来のものでは、金属表面の酸化やセパレータの変形による接触不良が発生すると接触抵抗が増加し、出力低下につながる。そこで、セパレータ，ユニット内集電体及びガス回流用部材が接合されていると、それらの接合部分が電流パスとなり、良好な導通が得られる。
一方、ユニット内集電体とガス回流用部材のみが接合されている場合でも、ガス回流用部材と流路形成体が一体的に形成され、かつ、その流路形成体がセパレータに接合されていることから、ガス回流用部材を電流経路として利用することができる。
また、ガス回流用部材とユニット内集電体が当接されることにより、振動等によるユニット内集電体の移動や電極との擦れを抑制し、耐久性を向上させることができる。

上記のセル板４０とセパレータ５０は、互いの周壁４３，５３の縁部どうしを当接させることにより、これらの間に反応用ガスの流路となる空隙ｃが区画形成され、その空隙ｃに上記ユニット内集電体６０を配置している。
また、当接した周壁４３，５３どうしは、全周にわたり気密的（ガス密的）にレーザ溶接等により接合されている。

ユニット外集電体８０は、例えばインコネル（登録商標）製の金属メッシュを円環形に成形したものであり、これの周縁部をセル板４０又はセパレータ５０にレーザ溶接等により接合されている。

セルスタックＢは、上述したセルユニット１０を互いに複数重合して構成されているとともに、上側フランジ９０と下側フランジ１００との間に挟み込まれて保持されている。
上側フランジ９０は、上記した円形段差部４１，５１と同径にした円柱形の押さえ部９１の周壁９１ａに、セルユニット１０と同径にしたフランジ部９２を延出形成した平面視円形板形のものである。

押さえ部９１の中心には、上記ガス流入孔７１と同径の貫通孔９３が穿設されているとともに、上記ガス流出孔７４に対向する位置には、そのガス流出孔７４と同径の貫通孔９４が形成されている。

下側フランジ１００は、上記円形段差部４１，５１と同径にした円柱形の押さえ部１０１の周壁１０１ａに、セルユニット１０と同径にしたフランジ部１０２を延出形成した平面視円形板形のものである。
押さえ部１０１の中心には、上記ガス流入孔７１と同径の貫通孔１０３が穿設されているとともに、上記ガス流出孔７４に対向する位置には、そのガス流出孔７４と同径の貫通孔１０４が形成されている。

上記の構成からなるセルスタックＢは、上側フランジ９０と下側フランジ１００との間に複数のセルユニット１０…を挟み込んだ状態で、それら上側，下側フランジ９０，１００の貫通孔９４，１０４に、スタッドボルト１１０を挿通するとともに、上側フランジ９０から上部に突出しているねじ部１１０ａに、絶縁ワッシャ１１１、皿ばね１１２を介してナット１１３を螺合することにより、セルユニット１０…を挟持するようになっている。

上述した構成からなる燃料電池Ａにおける、セルユニット１０内の一方の反応用ガスの回流について、主として図７を参照して説明する。図７は、セルユニットの内部構成を示す説明図である。

ガス流入孔７１及びガス導入孔７２を通じてセルユニット１０内に導入された一方の反応用ガスは、これの全量が２本のガス回流用部材７６，７６に配設されている固体電解質型セル３０上を流接通過する。
その流接通過後、周壁４３，５３とガス回流用部材７６との間の間隙βを通じて、隣り合う２本のガス回流用部材７６，７６で区画されている空処ｕに向かうように回流する。

隣り合う２本のガス回流用部材７６，７６で区画されている空処ｕに流れ込んだ一方の反応用ガスは、ガス導出孔７３を通じてガス流出孔７４に流れ込んだ後、外部に流出される。
一方、他方の反応用ガスは、ケース２０のガス導入口２４から、そのケース２０内に流入し、セルスタックＢの各間隙ｃを通過した後、ガス排出口２５から外部に排出される。これにより、効率のよい発電を行うことができる。

次に、図８，９を参照して、第一の変形例に係る流路形成体について説明する。図８は、第一の変形例に係る流路形成体を採用したセルユニットを示す分解斜視図、図９は、図８に示すＶ‐Ｖ線に沿う断面図である。なお、以下の説明において、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すセルユニット１０は、セル板４０に配設されている固体電解質型セル１２０と、流路形成体１３０の構成が上記したものと相違している。
固体電解質型セル１２０は、円形開口１２０ａを軸線Ｏに一致して形成した円板形に形成されているものである。

第一の変形例に係る流路形成体１３０は、上記した流路形成体７０のものと同等の本体部７５に、それとは異なる断面形状にしたガス回流用部材１３１…を一体的に突設したものである。
ガス回流用部材１３１は、図９に示すように、上側半部１３１Ａと下側半部１３１Ｂとが、これらを当接したときに三角形となる断面形状に形成されている。すなわち、下側半部１３１Ｂと固体電解質型セル１２０とが小さい面積で線接触するようにしている。これにより、ガス回流用部材１３１を補強材として機能させつつ、固体電解質型セル１２０の電極面積の損失を最小限に抑えることができる。
なお、上記ガス回流用部材は、上記三角形の断面形状に限るものではなく、固体電解質型セル１２０との接触面積が小さくなる公知の断面形状にすることができる。

次に、図１０を参照して、第二の変形例に係る流路形成体について説明する。図１０（Ａ）は、第二の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図、（Ｃ）は、上側形成体と下側形成体とを当接したときに、ガス回流用部材内に区画形成されたガス導出孔の説明図である。なお、下側形成部体は上側形成部体と同形であるので、上側形成部体に付した「Ａ」を「Ｂ」に換えた符号を括弧書にして併記することにより、それらの説明を省略する。

第二の変形例に係る流路形成体１４０は、平面視において互いに同輪郭の上側形成部１４０Ａと下側形成部１４０Ｂとからなる上下２分割構造になっており、これらを互いに接合することにより構成されている。

上側形成部１４０Ａは、本体部１４１Ａに、断面半円形のガス導入孔半部１４２Ａ、ガス導出孔半部１４３Ａ、ガス流入孔半部１４４Ａ、及びガス流出孔半部１４５Ａを形成したものである。なお、１４６Ａはガス回流用部材１４６の上側半部である。

ガス導入孔半部１４３Ａは、本体部１４１Ａに形成された本体側孔部１４７と、ガス回流用部材１４６の上側半部１４６Ａ内に形成された部材側孔部１４８とを連通形成したものである。
本体側孔部１４７は、内端開口１４７ａをガス流入孔半部１４４Ａに臨ませ、かつ、外端を部材側孔部１４８の内端に連通されているとともに、部材側孔部１４８の外端開口１４８ａをガス回流用部材１４６の外端面に開口している。

上記した上側形成部体１４Ａを下側形成部体１４０Ｂと接合することにより、上記したガス導出孔１４２、ガス流入孔１４４及びガス流出孔１４５が形成されるとともに、各ガス回流用部材１４６内に、（Ｃ）に示すような断面円形のガス導入孔１４２が形成される。
このように、各ガス回流用部材１４６内にガス導入孔１４２を形成することにより、一方の反応用ガスを、各ガス回流用部材１４６の外端面から空処ｕに向けて分配させられ、反応用ガスの分散性を向上させることができる。

次に、図１１を参照して、第三の変形例に係る流路形成体について説明する。図１１（Ａ）は、第三の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図である。
なお、第三の変形例に係る流路形成体１４０は、後述する多孔質体を設けた点を除き、上記図１０において説明した流路形成体と同等のものであるので、それらと同等のものに同一の符号を付して説明を省略する。

部材側孔部１４８内には、発泡金属、金属繊維の焼結体や多孔質セラミック等の多孔質体１４９が全長にわたり充填されている。
このような多孔質体１４９は、ガス回流用部材１４６内の部材側孔部１４８の形状に合わせて成型し、上側形成部体１４０Ａを下側形成部体１４０Ｂと接合する際に挟み込むようにして接合している。

図１１に示す構成にした流路形成体によれば、固体電解質型セルに近接配置されているガス回流用部材が高温になっているため、そのガス回流用部材内に一方の反応用ガスを流通させることにより、当該反応用ガスの予熱を行うことができる。
また、ガス回流用部材に導入孔を形成することにより、そのガス回流用部材の強度を低下させる虞もあるが、上記した多孔質体を充填することにより重量の増加を最小限にしながら、機械的強度の向上を図ることができる。
さらに、セルスタックが異常発熱した場合等には、低い温度の反応用ガスを流通させることにより熱交換を行い、固体電解質型セルを冷却することができる。

また、ガス回流用部材１４８内の多孔質体１４９にＰｔやＲｕ等の触媒を担持させることにより、そのガス回流用部材１４８を触媒流路として利用することができる。
さらに、部分酸化改質による発熱により、固体電解質型セルを加熱することができるとともに、水蒸気改質による吸熱で冷却をも行うことができる。
なお、担持させる材料としては触媒機能を有する金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ又はこれらを含む合金を適用できる。

次に、図１２を参照して、第四の変形例に係る流路形成体について説明する。図１２（Ａ）は、第四の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図である。なお、下側形成部体は上側形成部体と同形であるので、上側形成部体に付した「Ａ」を「Ｂ」に換えた符号を括弧書にして併記することにより、それらの説明を省略する。

第四の変形例に係る流路形成体１５０は、平面視において互いに同輪郭の上側形成部体１５０Ａと下側形成部体１５０Ｂとからなる上下２分割構造になっており、これらを互いに接合することにより構成されている。

上側形成部１５０Ａは、本体部１５１Ａに、ガス導出孔半部１５３Ａ、ガス流入孔半部１５４Ａ及びガス流出孔半部１５５Ａを、また、ガス回流用部材１５６の上側半部１５６Ａ内に断面半円形のガス導入孔半部１５２Ａをそれぞれ形成したものである。

ガス導入孔半部１５２Ａは、本体部１５１Ａに形成された本体側孔部１５７と、ガス回流用部材１５６の上側半部１５６Ａ内に形成された部材側孔部１５８とを連通形成したものである。
本体側孔部１５７は、内端開口１５７ａをガス流入孔半部１４４Ａに臨ませ、かつ、外端を部材側孔部１５８の内端に連通されているとともに、部材側孔部１５８の外端開口１５８ａをガス回流用部材１５６の外端面に開口している。
上記した上側形成部体１５０Ａを下側形成部体１５０Ｂと接合することにより、上記したガス導出孔１５２、ガス流入孔１５４及びガス流出孔１５５が形成されるとともに、各ガス回流用部材１５６内に断面円形のガス導入孔１５２が形成される。
このように、各ガス回流用部材１５６内にガス導入孔１４２を形成することにより、一方の反応用ガスを、各ガス回流用部材１５６の外端面から空処ｕに向けて分配させられ、一方の反応用ガスの分散性を向上させることができる。

次に、図１３を参照して、第五の変形例に係る流路形成体について説明する。図１３（Ａ）は、第五の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＶＩＩ‐ＶＩＩ線に沿う断面図である。なお、下側形成部体は上側形成部体と同形であるので、上側形成部体に付した「Ａ」を「Ｂ」に換えた符号を括弧書にして併記することにより、それらの説明を省略する。

第五の変形例に係る流路形成体１６０は、平面視において互いに同輪郭の上側形成部１６０Ａと下側形成部１６０Ｂとからなる上下２分割構造になっており、これらを互いに接合することにより構成されている。

上側形成部１６０Ａは、本体部１６１Ａに、断面半円形のガス導入孔半部１６２Ａ、ガス導出孔半部１６３Ａ、ガス流入孔半部１６４Ａ、及びガス流出孔半部１６５Ａを形成したものである。なお、１６６Ａはガス回流用部材１６６の上側半部である。

ガス導入孔半部１６３Ａは、本体部１６１Ａに形成された本体側孔部１６７と、ガス回流用部材１６６の上側半部１６６Ａ内に形成された部材側孔部１６８とを連通形成したものである。

部材側孔部１６８は、ガス回流用部材１６６の上側半部１６６Ａに沿う長さにした断面半円形の主孔１６９と、主孔１６９の両側に一定間隔で形成された断面半円形の副孔１７０…からなる。
副孔１７０…は、主孔１６９の両側に形成されることにより、セル板に配設された固体電解質型セル（図示しない）に向けて一方の反応用ガスを導出（吐出）するようになっている。

本体側孔部１６７は、内端開口１６７ａをガス流入孔半部１６４Ａに臨ませ、かつ、外端を部材側孔部１６８の内端に連通されている。
上記した上側形成部体１６０Ａを下側形成部体１６０Ｂと接合することにより、上記したガス導出孔１６２、ガス流入孔１６４及びガス流出孔１６５が形成されるとともに、各ガス回流用部材１４６内に、（Ｃ）に示すような断面円形のガス導入孔１４２が形成される。
このように、各ガス回流用部材１６６内にガス導入孔１６２を形成することにより、一方の反応用ガスを、いわばシャワー状にして導入することができる。

このような構成のガス導入孔半部１６２Ａを各ガス回流用部材に形成した流路形成体１６０を、図８に示すような固体電解質型セル１２０を設けたセルユニットに適用すると、当該ガス回流用部材１６０による反応用ガスの供給阻害を防止することができる。
すなわち、各ガス回流用部材１６６の側部から空処ｕに向けて一方の反応用ガスを分配導入することができ、当該反応用ガスの分散性を向上させて、固体電解質型セルとの流接面積を増加させられる。

図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ第６〜第９の変形例に係る流路形成体を示す平面図である。なお、各変形例における本体部は、上述した実施形態において説明した本体部７５と同等のものであるので、当該本体部については、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

第６〜第９の変形例に係る流路形成体は、上述したガス回流用部材のような内部構造を異ならせたものではなく、その外形を異ならせたものである。
同図（Ａ）に示す第６の変形例に係る流路形成体２００は、ガス回流用部材２１０が、これの基端部２１０ａから先端部２１０ｂに向けて幅広になる形状に形成したものであり、軸線Ｏを中心とした等角度間隔で配設している。

同図（Ｂ）に示す第７の変形例に係る流路形成体２２０は、ガス回流用部材２３０を軸線Ｏを中心として、一部異なる角度間隔で形成したものである。本実施形態においては、大小２つの角度にしている。
同図（Ｃ）に示す第８の変形例に係る流路形成体２４０は、各ガス回流用部材２５０を互いに一定の曲率で曲成しているとともに、軸線Ｏを中心とした等角度間隔で配設している。
この構成によれば、例えばセパレータとガス回流用部材との当接面積が増大して、機械的強度を向上させられる。

同図（Ｄ）に示す第９の変形例に係る流路形成体２６０は、ガス回流用部材２７０を軸線Ｏを中心とした等角度間隔で形成しているとともに、互いに隣り合うガス回流用部材２７０，２７０間に、基端部から先端部にかけて、所定のガス流路をジグザグ状に区画形成する流路区画部材２８０ａ〜２８０ｄを配設したものである。
このような流路区画部材２８０ａ〜２８０ｄを設けることにより、一方の反応用ガスを所定のガス流路に沿って確実に流通させることができる。

図１５は、他の変形例に係るユニット内集電体を示す部分平面図である。図１５（Ａ）は、他の変形例に係るユニット内集電体の部分平面図、（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、そのユニット内集電体の構造を示す説明図である。

他の変形例に係るユニット内集電体３００は、流路形成体７０の隣り合うガス回流用部材７６，７６で区画される空処ｕに収容できる平面視台形にした複数の集電体ブロック３０１…を、厚さ０．１（ｍｍ）ほどのステンレス等を円環形に形成した金属基板３０２上に配設したものである。

隣り合う集電体ブロック３０１，３０１は、ガス回流用部材７６を挟む間隔にして配置されている。
このようなユニット内集電体３００によれば、集電体ブロック３０１を形成していない金属基板３０２部分でガス回流用部材と当接させることにより密着性を向上させられるとともに、ガスのショートカットを低減し整流効果を向上させることができる。
ガス回流用部材と金属基板３０２とは、溶接，拡散接合，ロウ付け，接着等による接合を行うことができる。
また、金属基板３０２とセパレータと接合することにより、そのセパレータとの導通パスを確保できる。

集電体ブロック３０１は、本実施形態においては（Ｂ）に示すように、金属基板３０２にディンプルや板バネ状のプレス加工を施すことにより集電突起である円弧形の板ばね３０１ａを複数突出した通気性を有する構造のものである。
なお、集電突起は、上記した円弧形の板ばねに限るものではなく、同図（Ｃ）に示すような略円弧形の板ばね３０１ｂの両端部のうちの一方を連結している構造、（Ｄ）に示すようにディンプル加工した突起３０１ｃを突設した構造にすることができる。

図１６（Ａ）は、第一の他例に係るセルユニットの分解斜視図、（Ｂ）は第二の他例に係るセルユニットの分解斜視図である。なお、本例に示すセルユニットはセパレータを除き、上記図１〜５において説明したものと同等であるので、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

同図（Ａ），（Ｂ）に示すセパレータ３１０は、円形基板３１１の中心部に、流路形成体７０に形成されているガス流入孔７１とガス流出孔７４…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔３１２，３１３…を開口形成したものであり、上記したセパレータ１０とは、円形段差部を形成していない点で相違している。

本発明の一実施形態に係る燃料電池に用いるセルスタックの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す概略説明図であり、図示のセルスタックは図１に矢印Ｉと矢印ＩＩで示す部分における断面を表している。 固体電解質型セルユニットの分解斜視図である。 流路形成体の詳細を示す拡大斜視図である。 （Ａ）は、上側形成部体の上面図、（Ｂ）は、その上側形成部体の下面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う部分断面図である。 （Ａ）は、ユニット内集電体を部分的に示す下面図、（Ｂ）は、（Ａ）にＩＶ‐ＩＶ線に沿う部分断面図である。 セルユニットの内部構成を示す説明図である。 第一の変形例に係る流路形成体を採用したセルユニットを示す分解斜視図である。 図８にＶ‐Ｖ線における断面図である。 （Ａ）は、第二の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図、（Ｃ）は、上側形成体と下側形成体とを当接したときに、ガス回流用部材内に区画形成されたガス導出孔の説明図である。 （Ａ）は、第三の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図である。 （Ａ）は、第四の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図である。 （Ａ）は、第五の変形例に係る流路形成体をなす上側形成体の一部を破断して示す部分下面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＶＩＩ‐ＶＩＩ線に沿う断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ第６〜第９の変形例に係る流路形成体を示す平面図である。 （Ａ）は、他の変形例に係るユニット内集電体のＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線に沿う部分平面図、（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、そのユニット内集電体の構造を示す断面図である。 （Ａ）は、第一の他例に係るセルユニットの分解斜視図、（Ｂ）は第二の他例に係るセルユニットの分解斜視図である。

符号の説明

３０ 固体電解質型セル
４０ セル板
５０ セパレータ
５１ 円形段差部
６０ ユニット内集電体
７０ 流路形成体
７１ ガス流入孔
７２ ガス導入孔
７３ ガス導出孔
７５ 本体部
７５Ａ 本体部
７６ ガス回流用部材
１３０ 流路形成体
１３１ ガス回流用部材
１４６ ガス回流用部材
１４８ ガス回流用部材
１４９ 多孔質体
１５０ 流路形成体
１５１Ａ 本体部
１５２ ガス導入孔
１５６ ガス回流用部材
１６０ 流路形成体
１６２ ガス導入孔
２１０ ガス回流用部材
２２０ 流路形成体
２５０ ガス回流用部材
２６０ 流路形成体
２７０ ガス回流用部材
３００ ユニット内集電体
３０１ａ 集電突起
ａ 流入経路
ｂ 流出経路
ｋ 空隙
ｓ 間隙
ｕ 空処

Claims (8)

1. 固体電解質型セルを配設したセル板とセパレータとにより区画形成される空隙に流路形成体とユニット内集電体を収容したセルユニットを有し、このセルユニット内外に、二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行う燃料電池において、
   上記流路形成体は、外部から圧送された一方の反応用ガスを空隙内に流入するための流入経路を配設した本体部を有し、その本体部に、空隙内に流入した一方の反応用ガスを、上記固体電解質型セルに流接する流接面積が増加する流路となるように回流させるための複数のガス回流用部材を一体的に突設し、かつ、それらのガス回流用部材とセパレータとを密着させていること、
   上記ユニット内集電体は、複数の集電突起を金属板に突出形成した通気性を有する複数の集電体ブロックを並設しているとともに、それら各集電体ブロックとガス回流部材とを固着していることを特徴とする燃料電池。
2. ユニット内集電体が多孔質体で形成されており、そのユニット内集電体とガス回流用部材との当接部分を高密度に形成していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 流路形成体の本体部には、上記した流入経路とともに、空隙内を流通した一方の反応用ガスを外部に流出するための流出経路が配設されており、
   複数のガス回流用部材は、本体部を中心として互いに所定の角度間隔で突設されており、それら各ガス回流用部材を挟む両側位置に、流入経路の終端部と流出経路の始端部とが交互に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
4. ガス回流用部材を、固体電解質型セルと線接触する断面形状に形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
5. ガス回流用部材内に流入経路の一部を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
6. 流入経路は、ガス回流用部材に沿う長さにした主孔と、この主孔の両側に一定間隔で形成された副孔とをガス回流用部材内に形成していることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
7. 流入経路内に多孔質体を配設していることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池。
8. 多孔質体に触媒機能を有する材料を担持させていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。

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