JP6072554B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
本発明は，燃料電池に関する。
電解質，燃料極，空気極を積層したセル本体に，燃料ガス，酸化剤ガスを供給することで，発電する燃料電池が用いられている。燃料電池では，集電部材を介して，複数のセル本体を積層することで，燃料電池スタックを構成し，発電のパワーの増加が図られる。
ここで，突出する舌片を有する導電性接合部材（集電部材）を用いた燃料電池が公開されている（特許文献１参照）。
ここで，突出する舌片を有する導電性接合部材（集電部材）を用いた燃料電池が公開されている（特許文献１参照）。
しかしながら，集電部材が燃料電池内での燃料ガスの流れを阻害する可能性がある。燃料ガスの流れが阻害されると，セル本体に燃料ガスが均一に供給されず，発電効率が低下する畏れがある。
上記に鑑み，本発明は，集電部材による燃料ガスの流れの阻害を防止して，発電効率の低下を防止することが出来る燃料電池を提供することを目的とする。
上記に鑑み，本発明は，集電部材による燃料ガスの流れの阻害を防止して，発電効率の低下を防止することが出来る燃料電池を提供することを目的とする。
（１）本発明の一態様に係る燃料電池は，第１のインターコネクタおよび第２のインターコネクタと，前記第１および第２のインターコネクタの間に配置され，電解質，空気極，および燃料極を，それぞれ有するセル本体と，前記セル本体が接続される開口部を有し，前記第１および第２のインターコネクタの間を燃料室，空気室に区分するセパレータと，前記燃料室内に配置され，前記第１のインターコネクタに当接するコネクタ当接部と，前記セル本体に当接するセル本体当接部と，前記コネクタ当接部と前記セル本体当接部をつなぐ連接部とを有する集電部材と，を具備し，前記燃料室内での燃料ガスの流れ方向に沿うように，前記連接部が形成され，前記コネクタ当接部，前記セル本体当接部，および前記連接部の間に，前記流れ方向に沿う間隙が形成され，前記燃料室内に前記流れ方向に沿って配置される複数の集電部材を具備する。
燃料室内での燃料ガスの流れ方向に沿うように，前記連接部が形成されることで，集電部材による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。また，コネクタ当接部，セル本体当接部，および連接部の間の間隙が，流れ方向に沿うことから，この間隙を通って燃料ガスが流れ，集電部材による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。さらに，流れ方向に沿って，前記複数の集電部材が，配置されることから，集電部材による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。
（２）前記コネクタ当接部と前記セル本体当接部の間に配置されるスペーサーをさらに具備し，前記スペーサーと前記連接部の間に，前記流れ方向に沿う間隙が形成されても良い。
スペーサーと連接部の間の間隙が，流れ方向に沿うことから，この間隙を通って燃料ガスが流れ，集電部材による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。
（３）前記燃料室に燃料ガスを供給する燃料供給部と，前記燃料室から燃料ガスを排気する燃料排気部と，をさらに具備し，前記燃料供給部と，前記燃料排気部のうち，少なくとも一方が，前記燃料室の辺の中央部に配置され，前記燃料供給部から前記燃料排気部に向かって燃料ガスが流れても良い。
流れ方向に沿って，前記複数の集電部材が，配置されることから，集電部材による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。
また，前記燃料供給部と，前記燃料排気部のうち，少なくとも一方が，前記燃料室の辺の中央部に配置されているため，燃料ガスを，燃料電池のセル本体の中央部に，効率よく供給し易くなり，安定的な発電が可能となる。
また，前記燃料供給部と，前記燃料排気部のうち，少なくとも一方が，前記燃料室の辺の中央部に配置されているため，燃料ガスを，燃料電池のセル本体の中央部に，効率よく供給し易くなり，安定的な発電が可能となる。
（４）前記燃料室と接続される１または複数の燃料供給通孔と，前記燃料室と接続される１または複数の燃料排気通孔と，をさらに具備しても良い。こうすることで，より好ましい通孔の配置となる。
（５）前記燃料室が，平面視で，燃料ガスの流れ方向を軸とする線対称性を満たし，かつ略矩形の形状を有しても良い。この場合，この略矩形の形状は，燃料ガスの流れ方向に沿い，互いに対向する第１の辺および第２の辺と，燃料ガスの流れ方向と垂直な方向に沿い，互いに対向する第３の辺および第４の辺と，を有することになる。
このとき，燃料ガスの流れ方向を軸とする線対称性を満たすように，前記１または複数の燃料供給通孔および前記１または複数の燃料排気通孔が配置されることが好ましい。即ち，例えば，次のａ〜ｃのように，燃料ガスの流れ方向を軸とする線対称性を満たすように，第３の辺に燃料供給通孔と燃料室とを連結する燃料供給連絡部が，第４の辺に燃料排気通孔と燃料室とを連結する燃料排気連絡部が，それぞれ配置され，連通される。
ａ．第３の辺に第１，第２の燃料供給通孔と燃料室とを連結する第１，第２の燃料供給連絡部が，第４の辺に１の燃料排気通孔と燃料室とを連結する１の燃料排気連絡部が，それぞれ配置され，連通される（図１３参照）。
この場合，第１，第２の燃料供給連絡部の中点と，１の燃料排気連絡部と，を結ぶ線分が，線対称の軸となり，燃料ガスの流れ方向と一致する。
この場合，第１，第２の燃料供給連絡部の中点と，１の燃料排気連絡部と，を結ぶ線分が，線対称の軸となり，燃料ガスの流れ方向と一致する。
ｂ．第３の辺側の２つの頂点に第１，第２の燃料供給通孔と燃料室とを連結する第１，第２の燃料供給連絡部が，それぞれ配置され，第４の辺に１の燃料排気通孔と燃料室とを連結する１の燃料排気連絡部が，それぞれ配置される（図１４参照）。
この場合も，ａの場合と同様，第１，第２の燃料供給連絡部間の中点と，１の燃料排気連絡部と，を結ぶ線分が，線対称の軸となり，燃料ガスの流れ方向と一致する。
この場合も，ａの場合と同様，第１，第２の燃料供給連絡部間の中点と，１の燃料排気連絡部と，を結ぶ線分が，線対称の軸となり，燃料ガスの流れ方向と一致する。
ｃ．第３の辺に１の燃料供給通孔と燃料室とを連結する１の燃料供給連絡部が配置され，第４の辺側の２つの頂点に第１，第２の燃料排気通孔と燃料室とを連結する第１，第２の燃料排気連絡部が，それぞれ配置される（図１５参照）。
この場合，１の燃料供給連絡部と，第１，第２の燃料排気連絡部間の中点と，を結ぶ線分が線対称の軸となり，燃料ガスの流れ方向と一致する。
この場合，１の燃料供給連絡部と，第１，第２の燃料排気連絡部間の中点と，を結ぶ線分が線対称の軸となり，燃料ガスの流れ方向と一致する。
本発明によれば，集電部材による燃料ガスの流れの阻害を防止して，発電効率の低下を防止することが出来る燃料電池を提供できる。
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図４は，実施形態に係る燃料電池１を表す図である。燃料電池１は，例えば，ＺｒＯ２系セラミックを電解質２とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。この燃料電池１は，発電の最小単位である燃料電池セル３と，該燃料電池セル３に空気を供給する空気供給流路４と，その空気を外部に排出する空気排気流路５と，同じく燃料電池セル３に燃料ガスを供給する燃料供給流路６と，その燃料ガスを外部に排出する燃料排気流路７と，該燃料電池セル３を複数セット積層して燃料電池セル群となし該燃料電池セル群を固定して燃料電池スタック８となす固定部材９と，燃料電池スタック８で発電した電気を出力する出力部材１１と，から概略構成される。
図１〜図４は，実施形態に係る燃料電池１を表す図である。燃料電池１は，例えば，ＺｒＯ２系セラミックを電解質２とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。この燃料電池１は，発電の最小単位である燃料電池セル３と，該燃料電池セル３に空気を供給する空気供給流路４と，その空気を外部に排出する空気排気流路５と，同じく燃料電池セル３に燃料ガスを供給する燃料供給流路６と，その燃料ガスを外部に排出する燃料排気流路７と，該燃料電池セル３を複数セット積層して燃料電池セル群となし該燃料電池セル群を固定して燃料電池スタック８となす固定部材９と，燃料電池スタック８で発電した電気を出力する出力部材１１と，から概略構成される。
燃料電池セル３は平面視正方形であり，図２に示したように，インターコネクタ１２，１３，セル本体２０，空気室１６，燃料室１７，集電部材１８，１９と，を有する。
インターコネクタ１２，１３はそれぞれ，図面視で，セル本体２０の上下に配置され，四角い板形態で導電性を有するフェライト系ステンレス等で形成される。インターコネクタ１２，１３は，固定部材９の締め付け部材４６ａ〜４６ｄを通すコーナー通孔４７を有する。
セル本体２０は，インターコネクタ１２，１３のほぼ中間に位置し，電解質２，および電解質２の，図面視で，上下の表面に配置される空気極１４，燃料極１５を有する。
電解質２は，ＺｒＯ２系セラミックの他，ＬａＧａＯ３系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，ＣａＺｒＯ３系セラミック等で形成されてもよい。
電解質２は，ＺｒＯ２系セラミックの他，ＬａＧａＯ３系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，ＣａＺｒＯ３系セラミック等で形成されてもよい。
燃料極１５の材質は，Ｎｉ及びＦｅ等の金属と，Ｓｃ，Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ２系セラミック，ＣｅＯ２系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物が挙げられる。
また，燃料極１５の材質は，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ及びＦｅ等の金属でもよく，これらの金属は１種のみでもよいし，２種以上の合金にしてもよい。
さらに，燃料極１５の材質は，これらの金属及び／又は合金と，上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む。）が挙げられる。また，燃料極１５の材質は，Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と，上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物等が挙げられる。
また，燃料極１５の材質は，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ及びＦｅ等の金属でもよく，これらの金属は１種のみでもよいし，２種以上の合金にしてもよい。
さらに，燃料極１５の材質は，これらの金属及び／又は合金と，上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む。）が挙げられる。また，燃料極１５の材質は，Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と，上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物等が挙げられる。
空気極１４の材質は，例えば各種の金属，金属の酸化物，金属の複酸化物等を用いることができる。
前記金属としてはＰt，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。
さらに，金属の酸化物としては，Ｌａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ，Ｃｅ２Ｏ３，Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２及びＦｅＯ等）が挙げられる。
また，複酸化物としては，少なくともＬａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｏ，Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ＸＳｒＸＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏ１−ｙＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３系複酸化物，Ｐｒ１−ＸＢａＸＣｏＯ３系複酸化物及びＳｍ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３系複酸化物等）が挙げられる。
前記金属としてはＰt，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。
さらに，金属の酸化物としては，Ｌａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ，Ｃｅ２Ｏ３，Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２及びＦｅＯ等）が挙げられる。
また，複酸化物としては，少なくともＬａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｏ，Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ＸＳｒＸＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏ１−ｙＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３系複酸化物，Ｐｒ１−ＸＢａＸＣｏＯ３系複酸化物及びＳｍ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３系複酸化物等）が挙げられる。
空気室１６，燃料室１７はそれぞれ，図３，図４に示したように，インターコネクタ１２と空気極１４との間，インターコネクタ１３と燃料極１５との間に形成された部屋である。
燃料室１７は，図２，図３に示したように，燃料極ガス流路形成用絶縁フレーム（以下，「燃料極絶縁フレーム」ともいう。）２１と，燃料極フレーム２２と，によって，四角い部屋状に形成されている。燃料極絶縁フレーム２１は，集電部材１９の周りを囲うように，インターコネクタ１３の上面に設置された額縁形態の絶縁フレームである。燃料極フレーム２２は，額縁形態であって，前記燃料極絶縁フレーム２１の上面に設置される。
空気室１６は，図２，図３に示したように，金属製のセパレータ２３と，空気極ガス流路形成用絶縁フレーム（以下，「空気極絶縁フレーム」ともいう。）２４と，によって四角い部屋状に形成されている。金属製のセパレータ２３は，四角い額縁形態であって，その表面に導電性を有する薄い金属製のセパレータである。燃料電池セル３は，セル本体２０の電解質２に，セパレータ２３を接合されている。空気極絶縁フレーム２４は，セパレータ２３とインターコネクタ１２との間に設置されて集電部材１８の周りを囲う額縁形態の絶縁フレームである。
集電部材１８，１９はそれぞれ，空気室１６，燃料室１７の内部に配置され，空気極１４とインターコネクタ１２，燃料極１５とインターコネクタ１３を電気的に接続する。
空気室１６側の集電部材１８は，細長い角材形状で，緻密な導電部材である例えばステンレス材で形成され，電解質２の上面の空気極１４とインターコネクタ１２の下面（内面）に当接する状態にして複数本を平行に，且つ，一定の間隔をおいて配設されている。
尚，上記実施形態では，空気室１６側の集電部材１８と，インターコネクタ１２とは，別体として，形成されているが，これに限ることはない。例えば，空気室１６側の集電部材１８と，インターコネクタ１２とを，一体的に形成してもよい。
燃料室１７側の集電部材１９は，例えば，真空中１０００℃で１時間の熱処理をして焼き鈍しを行ったＮｉの板材（ＨＶ硬度で２００以下）で形成される。集電部材１９は，図４に示したように，インターコネクタ１３に当接するコネクタ当接部１９ａと，セル本体２０の燃料極１５に当接するセル本体当接部１９ｂと，コネクタ当接部１９ａとセル本体当接部１９ｂとをつなぐＵ字状の連接部１９ｃとが一連に形成される。連接部１９ｃのＵ字に曲がった部分の弾性により，コネクタ当接部１９ａとセル本体当接部１９ｂがそれぞれインターコネクタ１３とセル本体２０に向けて付勢される。
なお，燃料室１７側の集電部材１９は，前記のように板材で形成する場合の他，例えばＮｉ製の多孔質金属又は金網又はワイヤーで形成するようにしてもよい。また，燃料室１７側の集電部材１９は，Ｎｉの他，Ｎｉ合金やステンレス鋼など酸化に強い金属で形成するようにしてもよい。
この集電部材１９は，燃料室１７に数十〜百個程度設けられる（燃料室の大きさにより異なる）。
スペーサー５８は，図４〜図８に示したように，コネクタ当接部１９ａとセル本体当接部１９ｂの間に配置され，厚さ方向に弾性力を有する。スペーサー５８の材質としては，マイカ，アルミナフェルト，バーミキュライト，カーボン繊維，炭化珪素繊維，シリカの何れか１種か，或は複数種を組み合わせたものを利用できる。また，これらを例えばマイカのような薄い板状体の積層構造とすることで，積層方向への荷重に対し，適度な弾性を確保できる。
複数の集電部材１９それぞれを個別に形成するより，図５，図６に示したように，複数の集電部材１９を一体として形成した方が，作業効率上，好ましい。但し，これに限ることは無く，個々の集電部材１９を，インターコネクタ１３上に並べて，溶接（例えばレーザー溶接や抵抗溶接）してもよい。
集電部材１９は，次のように作成できる。具体的には，図７に示すように，箔材１９０を四角い平板１９ｐに加工し，この平板１９ｐにセル本体当接部１９ｂと連接部１９ｃに対応する切込線１９ｄを形成する。そして，図６に示したように，連接部１９ｃをＵ字状に曲げて，セル本体当接部１９ｂがコネクタ当接部１９ａの上方に被さるようにする。セル本体当接部１９ｂを折り曲げることで，平板１９ｐが穴あき状態となる。穴あき状態の平板１９ｐが，コネクタ当接部１９ａの集合体となる。
スペーサー５８は，図８に示すように，横格子状とした，材料シートから構成できる。この材料シートは，平板１９ｐとほぼ同幅で，平板１９ｐより若干短い，四角形状を有する。この材料シートから，セル本体当接部１９ｂと連接部１９ｃに対応する部分を横１列分ずつ纏めて切り抜くことにより，横格子状のスペーサー５８とする。
このスペーサー５８を平板１９ｐ（集電部材１９への加工前，図７参照）に重ね，連接部１９ｃで曲げることで，スペーサー５８を組み込んだ集電部材１９を作成できる（図６参照）。
以上のように，インターコネクタ１３と，燃料極絶縁フレーム２１と，燃料極フレーム２２と，セパレータ２３と，空気極絶縁フレーム２４と，インターコネクタ１２と，の組合せによって燃料室１７と空気室１６が形成される。燃料室１７と空気室１６は，電解質２で仕切られる。燃料極絶縁フレーム２１と空気極絶縁フレーム２４によって，燃料極１５側と空気極１４側とが電気的に絶縁される。
燃料電池セル３は，図２，図３に示したように，空気供給部２５，空気排気部２６，燃料供給部２７，燃料排気部２８を備える。
空気供給部２５は，空気室１６の内部に空気を供給するものであり，空気供給通孔２９，空気供給連絡室３０，空気供給連絡部３２，空気供給流路４（図１，図４参照）を備える。
空気供給路４から供給された空気は，空気供給通孔２９，空気供給連絡室３０，空気供給連絡部３２を経由して，各燃料電池セルの空気室１６の内部に供給される。
空気供給通孔２９は，四角い燃料電池セル３の一辺側中央に上下方向に開設される。空気供給連絡室３０は，空気供給通孔２９に連通するように空気極絶縁フレーム２４に開設される。空気供給連絡部３２は，空気供給連絡室３０と空気室１６の間を仕切る隔壁３１の上面を間隔に窪ませて複数個形成される。空気供給流路４は，空気供給通孔２９に挿通して，燃料電池スタック８の外部から空気供給連絡室３０に空気を供給する。
空気排気部２６は，空気室１６から空気を外部に排出するものであり，空気排気通孔３３，空気排気連絡室３４，空気排気連絡部３６，空気排気流路５（図１，図４参照）と，を備える。空気排気通孔３３は，燃料電池セル３の空気供給部２５の反対側の一辺側中央に上下方向に開設される。空気排気連絡室３４は，空気排気通孔３３に連通するように空気極絶縁フレーム２４に開設される。空気排気連絡部３６は，空気排気連絡室３４と空気室１６の間を仕切る隔壁３５の上面を間隔に窪ませて複数個形成される。空気排気流路５は，空気排気通孔３３に挿通して空気排気連絡室３４から，燃料電池スタック８の外部に空気を排出する。
燃料供給部２７は，燃料室１７の内部に燃料ガスを供給するものであり，燃料供給通孔３７，燃料供給連絡室３８，燃料供給連絡部４０，燃料供給流路６（図１，図４参照）と，を備える。燃料供給通孔３７は，四角い燃料電池セル３の残り二辺のうちの一辺側中央に上下方向に開設される。燃料供給連絡室３８は，燃料供給通孔３７に連通するように燃料極絶縁フレーム２１に開設される。燃料供給連絡部４０は。燃料供給連絡室３８と燃料室１７の間を仕切る隔壁３９の上面を間隔に窪ませて複数個形成される。燃料供給流路６は，燃料供給通孔３７に挿通して，燃料電池スタック８の外部から前記燃料供給連絡室３８に燃料ガスを供給する。
燃料排気部２８は，燃料室１７から燃料ガスを外部に排出するものであり，燃料排気通孔４１，燃料排気連絡室４２，燃料排気連絡部４４，燃料排気流路７（図１，図４参照）と，を備える。燃料排気通孔４１は，燃料電池セル３の燃料供給部２７の反対側の一辺側中央に上下方向に開設される。燃料排気連絡室４２は，燃料排気通孔４１に連通するように燃料極絶縁フレーム２１に開設される。燃料排気連絡部４４は，燃料排気連絡室４２と燃料室１７の間を仕切る隔壁４３の上面を間隔に窪ませて複数個形成される。燃料排気流路７は，前記燃料排気通孔４１に挿通して燃料排気連絡室４２から，燃料電池スタック８の外部に燃料ガスを排出する。
燃料電池スタック８は，図１に示したように，複数の燃料電池セル３を固定部材９で固定して構成される。なお，複数の燃料電池セル３を積層した場合，図面に於ける，下側に位置する燃料電池セル３の上のインターコネクタ１２と，その上側に載る燃料電池セル３の下のインターコネクタ１３とは，一体として上下の燃料電池セル３，３同士で共有される。
固定部材９は，一対のエンドプレート４５ａ，４５ｂ，四組の締め付け部材４６ａ〜４６ｄと，を組み合わせたものである。エンドプレート４５ａ，４５ｂは，燃料電池セル群（３，３）の上下を挟む。締め付け部材４６ａ〜４６ｄは，エンドプレート４５ａ，４５ｂ，複数の燃料電池セル３を締め付けるものであり，その材質は，例えばインコネル６０１である。
出力部材１１は，燃料電池スタック８で発電した電気を出力するものであり，締め付け部材４６ａ〜４６ｄから構成される。締め付け部材４６ａ，４６ｃは，正極である上のエンドプレート４５ａに電気的に接続される。締め付け部材４６ｂ，４６ｄは，負極である下のエンドプレート４５ｂに電気的に接続される。
正極に接続した締め付け部材４６ａ，４６ｄや負極に接続した締め付け部材４６ｂ，４６ｃは，他極のエンドプレート４５ａ（４５ｂ）に対しては絶縁座金５５（図１参照）を介在させ，また，燃料電池スタック８に対してはコーナー通孔４７との間に隙間を設けるなどして絶縁される。
尚，発電に使用する燃料ガスや空気の給気，排気に用いる通孔は，締め付け部材を貫通する通孔と別体であってもよいし，締め付け部材を貫通する通孔と共用してもよい。例えば，発電に使用する燃料ガスや空気の給気，排気に用いる通孔が，締め付け部材と共用される場合は，中空ボルトの中の空洞を通孔として利用することができる。勿論，中実ボルト（即ち，中に空洞が無いボルト）と，通孔の内壁面との間隙を，給気，排気に用いる通孔として利用しても良い。
燃料電池（燃料電池セル）が，発電する原理（電解質，燃料極，空気極を積層したセル本体に，燃料ガス，酸化剤ガスを供給することで，発電する詳細な説明）については，周知の技術の為，本実施形態では，詳細な説明を省略する。
空気供給流路４に空気を供給すると，その空気は，空気供給流路４と，空気供給通孔２９と，空気供給連絡室３０と，空気供給連絡部３２とからなる空気供給部２５を通って空気室１６に供給される。この空気は，この空気室１６の集電部材１８同士の間のガス流路５６を通り抜け，さらに空気排気連絡部３６と，空気排気連絡室３４と，空気排気通孔３３と，空気排気流路５とからなる空気排気部２６を通って外部に排出される。
燃料供給流路６に燃料ガスとして例えば水素を供給すると，その燃料ガスは，燃料供給流路６と，燃料供給通孔３７と，燃料供給連絡室３８と，燃料供給連絡部４０とからなる燃料供給部２７を通って燃料室１７に供給される。この燃料ガスは，この燃料室１７の集電部材１９，１９…の間，厳密にはセル本体当接部１９ｂ，１９ｂ…同士の間の燃料ガス用のガス流路５７を拡散しながら通り抜け，さらに燃料排気連絡部４４と，燃料排気連絡室４２と，燃料排気通孔４１と，燃料排気流路７とからなる燃料排気部２８を通って外部に排気される。
なお，集電部材１９が前記のように多孔質金属又は金網又はワイヤーで形成されている場合には，ガス流路５７を，燃料ガスが通過し易く，かつ燃料ガスの拡散性が向上する為，好ましい。
なお，集電部材１９が前記のように多孔質金属又は金網又はワイヤーで形成されている場合には，ガス流路５７を，燃料ガスが通過し易く，かつ燃料ガスの拡散性が向上する為，好ましい。
図４に示すように，本実施形態では，複数の燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４それぞれの開口が燃料室１７の２辺に配置される。複数の燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４それぞれの開口が対向して配置され，燃料ガスが図４（ａ）の上から下に向かって流れる。即ち，燃料ガスの流れ方向Ｆは，図４（ａ）の上から下に向かう方向となっている。
本実施形態では，集電部材１９の折り曲げ方向Ｂは，図４（ａ）〜（ｃ）に示すように，図４（ａ）の右から左に向かう方向である。
即ち，燃料ガスの流れ方向Ｆに対して，集電部材１９の折り曲げ方向Ｂが略垂直である。即ち，燃料室１７内での燃料ガスの流れ方向Ｆに沿うように，連接部１９ｃが形成される。この結果，集電部材１９による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。特に，集電部材１９とスペーサー５８の間の隙間Ｓ１を燃料ガスが通過容易となり（連接部１９ｃに沿って燃料ガスが流れる），集電部材１９による，燃料ガスの圧力損失が低減され，燃料ガスの均一な流れを確保できるようになる。
燃料室１７内に複数の集電部材１９からなる列が形成される。これら複数の集電部材１９は，流れ方向Ｆに沿って，配置されている。複数の集電部材１９が，流れ方向Ｆに沿って，即ち，折り曲げ方向Ｂに垂直方向に配置されることから，集電部材１９による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。
（変形例１）
図９は，本発明の実施形態に於ける，変形例１に係る燃料電池（燃料電池セル３ａ）の概略図および断面図である。
尚，以下の，本発明の実施形態に於ける変形例では，燃料電池の各種部材の構成については，上記の実施形態の燃料電池と同様の構成になるため，詳細の説明は省略する。具体的には，変形した箇所以外の構成については，図１から図３などの説明と同様の燃料電池の構成となる。
燃料電池セル３ａは，上記した実施形態の構成であるスペーサー５８を有しない。このため，コネクタ当接部１９ａ，セル本体当接部１９ｂ，および連接部１９ｃの間に，間隙Ｓ１より大きな間隙Ｓ２が形成される。この間隙Ｓ２は，集電部材１９の折り曲げによって形成されることから，折り曲げ方向Ｂに垂直に沿う。即ち，間隙Ｓ２は，流れ方向Ｆに沿っている。この結果，この間隙Ｓ２を通って燃料ガスが流れ，集電部材１９による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）が防止される。
図９は，本発明の実施形態に於ける，変形例１に係る燃料電池（燃料電池セル３ａ）の概略図および断面図である。
尚，以下の，本発明の実施形態に於ける変形例では，燃料電池の各種部材の構成については，上記の実施形態の燃料電池と同様の構成になるため，詳細の説明は省略する。具体的には，変形した箇所以外の構成については，図１から図３などの説明と同様の燃料電池の構成となる。
燃料電池セル３ａは，上記した実施形態の構成であるスペーサー５８を有しない。このため，コネクタ当接部１９ａ，セル本体当接部１９ｂ，および連接部１９ｃの間に，間隙Ｓ１より大きな間隙Ｓ２が形成される。この間隙Ｓ２は，集電部材１９の折り曲げによって形成されることから，折り曲げ方向Ｂに垂直に沿う。即ち，間隙Ｓ２は，流れ方向Ｆに沿っている。この結果，この間隙Ｓ２を通って燃料ガスが流れ，集電部材１９による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）が防止される。
（比較例１，２）
図１０，図１１はそれぞれ，本発明とは異なる構成である比較例１，２に係る燃料電池（燃料電池セル３ｘ，３ｙ）の概略図および断面図である。比較例１，２はそれぞれ，実施形態および変形例１の燃料電池（燃料電池セル３，３ａ）に対応する。即ち，前者はスペーサー５８を有し，後者はスペーサー５８を有しない。
図１０，図１１はそれぞれ，本発明とは異なる構成である比較例１，２に係る燃料電池（燃料電池セル３ｘ，３ｙ）の概略図および断面図である。比較例１，２はそれぞれ，実施形態および変形例１の燃料電池（燃料電池セル３，３ａ）に対応する。即ち，前者はスペーサー５８を有し，後者はスペーサー５８を有しない。
図１０，図１１に示すように，燃料電池セル３ｘ，３ｙでは，本発明とは異なる構成となっている。具体的には，集電部材１９の向き（折り曲げ方向Ｂ）が紙面の下から上に向かう方向である。即ち，集電部材１９内の隙間Ｓ１，Ｓ２が流れ方向Ｆに垂直な方向に沿っている。この結果，集電部材１９内の隙間Ｓ１，Ｓ２を燃料ガスの流路として活用し難くなり，集電部材１９により燃料ガスの流れが阻害される（圧力損失の発生）不具合が生じる。
（変形例２〜５）
図１２〜図１５は，それぞれ，本発明の実施形態に於ける，変形例２〜５に係る燃料電池（燃料電池セル３ｂ〜３ｅ）の概略図である。
尚，以下の，本発明の実施形態に於ける変形例では，燃料電池の各種部材の構成についても，上記の実施形態の燃料電池と同様の構成になるため，詳細の説明は省略する。具体的には，変形した箇所以外の構成については，図１から図３などの説明と同様の燃料電池の構成となる。
図１２に示した燃料電池セル３ｂでは，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４の配置が，燃料電池セル３と異なる。
また，図１３〜図１５に示した燃料電池セル３ｃ〜３ｅでは，燃料供給通孔３７または，燃料排気通孔４１が，複数存在する。
図１２〜図１５は，それぞれ，本発明の実施形態に於ける，変形例２〜５に係る燃料電池（燃料電池セル３ｂ〜３ｅ）の概略図である。
尚，以下の，本発明の実施形態に於ける変形例では，燃料電池の各種部材の構成についても，上記の実施形態の燃料電池と同様の構成になるため，詳細の説明は省略する。具体的には，変形した箇所以外の構成については，図１から図３などの説明と同様の燃料電池の構成となる。
図１２に示した燃料電池セル３ｂでは，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４の配置が，燃料電池セル３と異なる。
また，図１３〜図１５に示した燃料電池セル３ｃ〜３ｅでは，燃料供給通孔３７または，燃料排気通孔４１が，複数存在する。
燃料電池セル３ｂでは，１つの燃料供給連絡部４０，１つの燃料排気連絡部４４が対応して配置される。燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４を結ぶ線の近傍では，紙面の上から下に向かって燃料ガスが流れる（燃料ガスの流れ方向Ｆは，紙面の上から下に向かう）。
一方，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４を結ぶ線から離れると，燃料ガスが左右に広がり，その流れ方向Ｆは曲線状となる。このため，流れ方向Ｆは，必ずしも集電部材１９の折り曲げ方向Ｂと垂直とは限らない。しかしながら，燃料ガスの流れ方向Ｆが全体として，紙面の上から下に向かう方向であり，全体としての燃料ガスの流れ方向Ｆは，集電部材１９の折り曲げ方向Ｂと略垂直と言える。このため，集電部材１９による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。
燃料電池セル３ｃ〜３ｅでは，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４の個数が異なる。
燃料電池セル３ｃ，３ｄでは，２つの燃料供給連絡部４０，１つの燃料排気連絡部４４を有する。燃料電池セル３ｅでは，１つの燃料供給連絡部４０，２つの燃料排気連絡部４４を有する。
また，燃料電池セル３ｄ，３ｅでは，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４の一方が，燃料室１７に対して斜めに配置されている。
燃料電池セル３ｃ，３ｄでは，２つの燃料供給連絡部４０，１つの燃料排気連絡部４４を有する。燃料電池セル３ｅでは，１つの燃料供給連絡部４０，２つの燃料排気連絡部４４を有する。
また，燃料電池セル３ｄ，３ｅでは，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４の一方が，燃料室１７に対して斜めに配置されている。
このように，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４が種々の配置をしていても，燃料ガスの流れ方向Ｆが全体として，紙面の上から下に向かう方向といえる。これは，燃料供給連絡部４０，燃料排気連絡部４４が紙面のほぼ左右対称（線対称）となるように配置されていることに起因する。この場合，対象の軸は紙面の上下方向となり，この対象の軸に沿って，燃料ガスが全体として流れることになる。
この結果，全体としての燃料ガスの流れ方向Ｆは，集電部材１９の折り曲げ方向Ｂと略垂直と言える。このため，集電部材１９による燃料ガスの流れの阻害（圧力損失の発生）を防止できる。
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
１ 燃料電池
２ 電解質
３ 燃料電池セル
４ 空気供給流路
５ 空気排気流路
６ 燃料供給流路
７ 燃料排気流路
８ 燃料電池スタック
９ 固定部材
１１ 出力部材
１２，１３ インターコネクタ
１４ 空気極
１５ 燃料極
１６ 空気室
１８，１９ 集電部材
１９ａ コネクタ当接部
１９ｂ セル本体当接部
１９ｃ 連接部
１９ｄ 切込線
１９ｐ 平板
２０ セル本体
２１ 燃料極絶縁フレーム
２２ 燃料極フレーム
２３ セパレータ
２４ 空気極絶縁フレーム
２５ 空気供給部
２６ 空気排気部
２７ 燃料供給部
２８ 燃料排気部
２９ 空気供給通孔
３０ 空気供給連絡室
３１ 隔壁
３２ 空気供給連絡部
３３ 空気排気通孔
３４ 空気排気連絡室
３５ 隔壁
３６ 空気排気連絡部
３７ 燃料供給通孔
３８ 燃料供給連絡室
３９ 隔壁
４０ 燃料供給連絡部
４１ 燃料排気通孔
４２ 燃料排気連絡室
４３ 隔壁
４４ 燃料排気連絡部
４５ａ，４５ｂ エンドプレート
４６ａ-４６ｄ 部材
４７ コーナー通孔
５５ 絶縁座金
５６ ガス流路
５７ ガス流路
５８ スペーサー
２ 電解質
３ 燃料電池セル
４ 空気供給流路
５ 空気排気流路
６ 燃料供給流路
７ 燃料排気流路
８ 燃料電池スタック
９ 固定部材
１１ 出力部材
１２，１３ インターコネクタ
１４ 空気極
１５ 燃料極
１６ 空気室
１８，１９ 集電部材
１９ａ コネクタ当接部
１９ｂ セル本体当接部
１９ｃ 連接部
１９ｄ 切込線
１９ｐ 平板
２０ セル本体
２１ 燃料極絶縁フレーム
２２ 燃料極フレーム
２３ セパレータ
２４ 空気極絶縁フレーム
２５ 空気供給部
２６ 空気排気部
２７ 燃料供給部
２８ 燃料排気部
２９ 空気供給通孔
３０ 空気供給連絡室
３１ 隔壁
３２ 空気供給連絡部
３３ 空気排気通孔
３４ 空気排気連絡室
３５ 隔壁
３６ 空気排気連絡部
３７ 燃料供給通孔
３８ 燃料供給連絡室
３９ 隔壁
４０ 燃料供給連絡部
４１ 燃料排気通孔
４２ 燃料排気連絡室
４３ 隔壁
４４ 燃料排気連絡部
４５ａ，４５ｂ エンドプレート
４６ａ-４６ｄ 部材
４７ コーナー通孔
５５ 絶縁座金
５６ ガス流路
５７ ガス流路
５８ スペーサー
Claims (3)
- 第１のインターコネクタおよび第２のインターコネクタと，
前記第１および第２のインターコネクタの間に配置され，電解質，空気極，および燃料極を，それぞれ有するセル本体と，
前記セル本体が接続される開口部を有し，前記第１および第２のインターコネクタの間を燃料室，空気室に区分するセパレータと，
前記燃料室内に配置され，前記第１のインターコネクタに当接するコネクタ当接部と，前記セル本体に当接するセル本体当接部と，前記コネクタ当接部と前記セル本体当接部をつなぐ連接部とを有する集電部材と，
前記コネクタ当接部と前記セル本体当接部の間に配置されるスペーサーと，を具備し，
前記燃料室内での燃料ガスの流れ方向に沿うように，前記連接部が形成され，
前記コネクタ当接部，前記セル本体当接部，および前記連接部の間に，前記流れ方向に沿う間隙が形成され，
前記燃料室内に前記流れ方向に沿って配置される複数の集電部材を具備し，
前記スペーサーと前記連接部の間に，前記流れ方向に沿う間隙が形成される，
ことを特徴とする燃料電池。 - 前記燃料室に燃料ガスを供給する燃料供給部と，前記燃料室から燃料ガスを排気する燃料排気部と，をさらに具備し，
前記燃料供給部と，前記燃料排気部のうち，少なくとも一方が，前記燃料室の辺の中央部に配置され，
前記燃料供給部から前記燃料排気部に向かって燃料ガスが流れる
請求項１に記載の燃料電池。 - 前記燃料室と接続される１または複数の燃料供給通孔と，
前記燃料室と接続される１または複数の燃料排気通孔と，をさらに具備する，
ことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の燃料電池。
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