JPWO2019030919A1 - 燃料電池のユニット構造および燃料電池のユニット構造の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率を十分に向上させることができる燃料電池のユニット構造を提供する。【解決手段】燃料電池１００のユニット構造は、発電セル１０１Ｍと、セパレータ１０２と、流路部１０２Ｌと、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部２０１〜２０３と、を有する。複数のガス流入口（例えば、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃ）は、流路部１０２Ｌにガスを流入させる。複数のガス流出口（例えば、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅ）は、流路部からガスを流出させる。調整部２０１〜２０３は、複数の流路を流れるガスの量を調整する。調整部２０１〜２０３は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される流路部の圧力損失を調整することによって複数の流路間の流れのばらつきを低下させる。【選択図】図１６
Description
本発明は、燃料電池のユニット構造および燃料電池のユニット構造の制御方法に関する。
従来から、燃料電池は、電解質を燃料極と酸化剤極で挟んで構成した発電セルに対してガスを供給して発電している。燃料電池は、発電セルに対してガスを均等に供給して発電効率を上げることが望ましい。そこで、発電セルに対してガスの流入口と流出口をオフセットさせることによって、発電セルの全面に対してガスを供給する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特許文献１に記載の構成では、発電セルの全面に対してガスを供給しているものの、例えば、発電セルの中央部を流れるガスの流量と、発電セルの端部を流れるガスの流れのばらつきを低下させることが困難である。したがって、発電効率を十分に向上させることは難しい。
本発明の目的は、発電効率を十分に向上させることができる燃料電池のユニット構造および燃料電池の制御方法を提供することである。
上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造は、発電セルと、セパレータと、流路部と、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部と、を有する。前記発電セルは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する。前記セパレータは、前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てる。前記流路部は、前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる。複数の前記ガス流入口は、前記流路部に前記ガスを流入させる。複数の前記ガス流出口は、前記流路部から前記ガスを流出させる。前記調整部は、複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する。前記調整部は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される前記流路部の圧力損失を調整することによって複数の前記流路間の流れのばらつきを低下させる。
上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造の制御方法は、セパレータの間に狭持された発電セルにガス流入口からガスを前記セパレータに形成した流路部に供給し、前記ガスをガス流出口から排出して発電する燃料電池のユニット構造の制御方法である。この燃料電池のユニット構造の制御方法は、前記ガス流入口から供給される前記ガスの流れを、前記発電セルの同一平面内において、前記セパレータの前記流路部を流れる主流れと、複数の前記発電セルの間を流れる補助流れの少なくとも２つの流れに分割し、前記補助流れにおける前記ガスの圧力損失を調整して、前記主流れにおける同一平面内での前記ガスの分配を均一にする。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の第１〜第５実施形態を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、第１〜第５実施形態の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
各図において、Ｘ、Ｙ、およびＺで表す矢印を用いて、燃料電池を構成する部材の方位を示している。Ｘによって表す矢印の方向は、燃料電池の短手方向Ｘを示している。Ｙによって表す矢印の方向は、燃料電池の長手方向Ｙを示している。Ｚによって表す矢印の方向は、燃料電池の積層方向Ｚを示している。
（第１実施形態）
（燃料電池１００の構成）
図１は、第１実施形態の燃料電池１００を示す斜視図である。図２は、図１の燃料電池１００をカバー１１２とセルスタックアッセンブリー１００Ｍおよび外部マニホールド１１１に分解した状態を示す斜視図である。図３は、図２のセルスタックアッセンブリー１００Ｍをエアーシェルター１１０と上部エンドプレート１０９とスタック１００Ｓおよび下部エンドプレート１０８に分解した状態を示す斜視図である。図４は、図３のスタック１００Ｓを上部モジュールユニット１００Ｐと複数の中部モジュールユニット１００Ｑおよび下部モジュールユニット１００Ｒに分解した状態を示す斜視図である。図５は、図４の上部モジュールユニット１００Ｐを分解して示す斜視図である。図６は、図４の中部モジュールユニット１００Ｑを分解して示す斜視図である。図７は、図４の下部モジュールユニット１００Ｒを分解して示す斜視図である。図８は、図５〜図７の一のセルユニット１００Ｔを分解し、かつ、その一のセルユニット１００Ｔの下方に位置する他のセルユニット１００Ｔ（メタルサポートセルアッセンブリー１０１以外の構成）を分解して示す斜視図である。
（燃料電池１００の構成）
図１は、第１実施形態の燃料電池１００を示す斜視図である。図２は、図１の燃料電池１００をカバー１１２とセルスタックアッセンブリー１００Ｍおよび外部マニホールド１１１に分解した状態を示す斜視図である。図３は、図２のセルスタックアッセンブリー１００Ｍをエアーシェルター１１０と上部エンドプレート１０９とスタック１００Ｓおよび下部エンドプレート１０８に分解した状態を示す斜視図である。図４は、図３のスタック１００Ｓを上部モジュールユニット１００Ｐと複数の中部モジュールユニット１００Ｑおよび下部モジュールユニット１００Ｒに分解した状態を示す斜視図である。図５は、図４の上部モジュールユニット１００Ｐを分解して示す斜視図である。図６は、図４の中部モジュールユニット１００Ｑを分解して示す斜視図である。図７は、図４の下部モジュールユニット１００Ｒを分解して示す斜視図である。図８は、図５〜図７の一のセルユニット１００Ｔを分解し、かつ、その一のセルユニット１００Ｔの下方に位置する他のセルユニット１００Ｔ（メタルサポートセルアッセンブリー１０１以外の構成）を分解して示す斜視図である。
図９は、図８のメタルサポートセルアッセンブリー１０１を分解して示す斜視図である。図１０は、図８のメタルサポートセルアッセンブリー１０１を断面で示す側面図である。図１１は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１等を示す断面図である。図１２は、図８のセパレータ１０２をカソード側（図８と同じくセパレータ１０２を上方から視認した側）から示す斜視図である。図１３は、図１２のセパレータ１０２を部分的に示す斜視図である。図１４は、図８のセパレータ１０２をアノード側（図８と異なりセパレータ１０２を下方から視認した側）から示す斜視図である。図１５は、図１４のセパレータ１０２を部分的に示す斜視図である。図１６は、補助流路に設けた調整部２００の例を示す断面図である。図１７は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２および集電補助層１０３を積層した状態で部分的（２つのメタルサポートセルアッセンブリー等を横断）に示す断面図に相当する。
燃料電池１００のユニット構造は、図１および図２に示すように、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを、外部からガスを供給する外部マニホールド１１１と、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを保護するカバー１１２によって上下から挟み込んで、構成している。
燃料電池１００のユニット構造において、セルスタックアッセンブリー１００Ｍは、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓを、下部エンドプレート１０８と上部エンドプレート１０９によって上下から挟み込み、カソードガスＣＧを封止するエアーシェルター１１０によって覆って、構成している。スタック１００Ｓは、図３および図４に示すように、上部モジュールユニット１００Ｐ、複数の中部モジュールユニット１００Ｑおよび下部モジュールユニット１００Ｒを積層して、構成している。
燃料電池１００のユニット構造において、上部モジュールユニット１００Ｐは、図５に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力する上部集電板１０６と、エンドプレートに相当するモジュールエンド１０５によって上下から挟み込んで構成している。中部モジュールユニット１００Ｑは、図６に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、一対のモジュールエンド１０５によって上下から挟み込んで構成している。下部モジュールユニット１００Ｒは、図７に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、モジュールエンド１０５と下部集電板１０７によって上下から挟み込んで構成している。
燃料電池１００のユニット構造において、セルユニット１００Ｔは、図８に示すように、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍを設けたメタルサポートセルアッセンブリー１０１、積層方向Ｚに沿って隣り合うメタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍを隔てるセパレータ１０２、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間にガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にする集電補助層１０３、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２のマニホールドの部分の縁を封止してガスの流れを制限する封止部材１０４を含んでいる。集電補助層１０３および封止部材１０４は、その構造上、積層方向Ｚに沿って隣り合うメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との間に配置するものである。
ここで、燃料電池１００の製造方法上、メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２は、図８の中央に示すように、各々の外縁を接合ラインＶに沿って環状に接合して接合体１００Ｕを構成する。このため、積層方向Ｚに沿って隣り合う接合体１００Ｕ（メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２）の間に、集電補助層１０３および封止部材１０４を配置する構成としている。すなわち、集電補助層１０３および封止部材１０４は、図８の下方に示すように、一の接合体１００Ｕのメタルサポートセルアッセンブリー１０１と、一の接合体１００Ｕと積層方向Ｚに沿って隣り合う他の接合体１００Ｕのセパレータ１０２との間に、配置している。
以下、燃料電池１００を構成毎に説明する。
メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、図９および図１０に示すように、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍを設けたものである。
メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、図９に示すように、長手方向Ｙに沿って２つ並べて配置したメタルサポートセル１０１Ｎと、メタルサポートセル１０１Ｎを周囲から保持するセルフレーム１０１Ｗによって構成している。
メタルサポートセル１０１Ｎは、発電セル１０１Ｍと、発電セル１０１Ｍを一方から支持するサポートメタル１０１Ｖによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１において、発電セル１０１Ｍは、図９および図１０に示すように、電解質１０１Ｓをアノード１０１Ｔとカソード１０１Ｕで挟み込んで構成している。
アノード１０１Ｔは、図９および図１０に示すように、燃料極であって、アノードガスＡＧ（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスＡＧの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード１０１Ｔは、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスＡＧを透過させ、電気伝導度が高く、アノードガスＡＧを酸化物イオンと反応させる触媒作用を有する。アノード１０１Ｔは、電解質１０１Ｓよりも大きい長方体形状から形成されている。アノード１０１Ｔは、例えば、ニッケル等の金属、イットリア安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体を混在させた超硬合金からなる。アノード１０１Ｔは、図９および図１０に示すように、薄板状であって長方形状からなる。
電解質１０１Ｓは、図９および図１０に示すように、カソード１０１Ｕからアノード１０１Ｔに向かって酸化物イオンを透過させるものである。電解質１０１Ｓは、酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。電解質１０１Ｓは、長方体形状から形成されている。電解質１０１Ｓは、例えば、イットリア、酸化ネオジム、サマリア、ガドリア、スカンジア等を固溶した安定化ジルコニアなどの固体酸化物セラミックスからなる。電解質１０１Ｓは、図９および図１０に示すように、薄板状であって、アノード１０１Ｔよりも若干大きい長方形状からなる。電解質１０１Ｓの外縁は、図１０に示すように、アノード１０１Ｔの側に向かって屈折して、アノード１０１Ｔの積層方向Ｚに沿った側面に接触している。電解質１０１Ｓの外縁の先端は、サポートメタル１０１Ｖに接触している。
カソード１０１Ｕは、図９および図１０に示すように、酸化剤極であって、カソードガスＣＧ（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード１０１Ｕは、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスＣＧを透過させ、電気伝導度が高く、酸素分子を酸化物イオンに変換する触媒作用を有する。カソード１０１Ｕは、電解質１０１Ｓよりも小さい長方体形状から形成されている。カソード１０１Ｕは、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等の酸化物からなる。
カソード１０１Ｕは、図９および図１０に示すように、アノード１０１Ｔと同様に、薄板状であって長方形状からなる。カソード１０１Ｕは、電解質１０１Ｓを介して、アノード１０１Ｔと対向している。電解質１０１Ｓの外縁がアノード１０１Ｔ側に屈折していることから、カソード１０１Ｕの外縁は、アノード１０１Ｔの外縁と接触することがない。
カソード１０１Ｕは、図９および図１０に示すように、アノード１０１Ｔと同様に、薄板状であって長方形状からなる。カソード１０１Ｕは、電解質１０１Ｓを介して、アノード１０１Ｔと対向している。電解質１０１Ｓの外縁がアノード１０１Ｔ側に屈折していることから、カソード１０１Ｕの外縁は、アノード１０１Ｔの外縁と接触することがない。
サポートメタル１０１Ｖは、図９および図１０に示すように、発電セル１０１Ｍをアノード１０１Ｔの側から支持するものである。サポートメタル１０１Ｖは、ガス透過性を有し、電気伝導度が高く、十分な強度を有する。サポートメタル１０１Ｖは、アノード１０１Ｔよりも十分に大きい長方体形状から形成されている。サポートメタル１０１Ｖは、例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼からなる。
セルフレーム１０１Ｗは、図９および図１０に示すように、メタルサポートセル１０１Ｎを周囲から保持するものである。セルフレーム１０１Ｗは、薄い長方形状から形成している。セルフレーム１０１Ｗは、一対の開口部１０１ｋを、長手方向Ｙに沿って設けている。セルフレーム１０１Ｗの一対の開口部１０１ｋは、それぞれ長方形状の貫通口からなり、サポートメタル１０１Ｖの外形よりも小さい。セルフレーム１０１Ｗは、金属からなり、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、セルフレーム１０１Ｗに酸化アルミニウムを固着させて構成する。セルフレーム１０１Ｗの開口部１０１ｋの内縁に、サポートメタル１０１Ｖの外縁を接合することによって、セルフレーム１０１Ｗにメタルサポートセルアッセンブリー１０１を接合している。
セルフレーム１０１Ｗは、図９および図１０に示すように、長手方向Ｙに沿った一辺の右端と中央と左端から、面方向に延ばした円形状の延在部（第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒ）を設けている。セルフレーム１０１Ｗは、長手方向Ｙに沿った他辺の中央から離間した２箇所から、面方向に延ばした円形状の延在部（第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔ）を設けている。セルフレーム１０１Ｗにおいて、第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒと、第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔは、一対の開口部１０１ｋを隔てて、長手方向Ｙに沿って交互に位置している。
セルフレーム１０１Ｗは、図９および図１０に示すように、アノードガスＡＧを通過（流入）させるアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂ、アノード側第３流入口１０１ｃを、第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒに設けている。セルフレーム１０１Ｗは、アノードガスＡＧを通過（流出）させるアノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅを、第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔに設けている。アノードガスＡＧのアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂ、アノード側第３流入口１０１ｃ、アノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅは、いわゆる、マニホールドである。
セルフレーム１０１Ｗは、図９に示すように、カソードガスＣＧを通過（流入）させるカソード側第１流入口１０１ｆを、第１延在部１０１ｐと第２延在部１０１ｑの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流入）させるカソード側第２流入口１０１ｇを、第２延在部１０１ｑと第３延在部１０１ｒの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第１流出口１０１ｈを、第４延在部１０１ｓよりも図９中の右側に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第２流出口１０１ｉを、第４延在部１０１ｓと第５延在部１０１ｔの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第３流出口１０１ｊを、第５延在部１０１ｔよりも図９中の左側に設けている。セルフレーム１０１Ｗにおいて、カソード側第１流入口１０１ｆ、カソード側第２流入口１０１ｇ、カソード側第１流出口１０１ｈ、カソード側第２流出口１０１ｉおよびカソード側第３流出口１０１ｊは、セルフレーム１０１Ｗの外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
セパレータ１０２は、図８、図１１および図１２に示すように、積層するメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の発電セル１０１Ｍと発電セル１０１Ｍとの間に設け、隣り合う発電セル１０１Ｍを隔てるものである。
セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と対向して配置している。セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と同様の外形形状からなる。セパレータ１０２は、金属からなり、発電セル１０１Ｍと対向する領域（流路部１０２Ｌ）を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、セパレータ１０２に酸化アルミニウムを固着させて構成する。セパレータ１０２は、流路部１０２Ｌを、発電セル１０１Ｍと対向するように長手方向Ｙに並べて設けている。
セパレータ１０２において、流路部１０２Ｌは、図８および図１１および図１２に示すように、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延ばした流路を、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）と直交する方向（長手方向Ｙ）に並べることによって形成している。流路部１０２Ｌは、図１１〜図１５に示すように、長手方向Ｙおよび短手方向Ｘの面内において平坦な平坦部１０２ｘから下方に突出するように、凸状のアノード側突起１０２ｙを一定の間隔で設けている。アノード側突起１０２ｙは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。アノード側突起１０２ｙは、セパレータ１０２の下端から下方に向かって突出している。流路部１０２Ｌは、図１１〜図１５に示すように、平坦部１０２ｘから上方に突出するように、凸状のカソード側突起１０２ｚを一定の間隔で設けている。カソード側突起１０２ｚは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。カソード側突起１０２ｚは、セパレータ１０２の上端から上方に向かって突出している。流路部１０２Ｌは、アノード側突起１０２ｙと凸状のカソード側突起１０２ｚを、平坦部１０２ｘを隔てて、長手方向Ｙに沿って交互に設けている。
セパレータ１０２は、図１１および図１７に示すように、流路部１０２Ｌと、その下方に位置するメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間を、アノードガスＡＧの流路として構成している。アノードガスＡＧは、図１４に示すセパレータ１０２のアノード側第２流入口１０２ｂ等から、図１４および図１５に示す複数の溝１０２ｑを通り、アノード側の流路部１０２Ｌに流入する。セパレータ１０２は、図１４および図１５に示すように、複数の溝１０２ｑを、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂ、アノード側第３流入口１０２ｃから、それぞれアノード側の流路部１０２Ｌに向かって放射状に形成している。セパレータ１０２は、図１１および図１７に示すように、流路部１０２Ｌと、その上方に位置するメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間を、カソードガスＣＧの流路として構成している。カソードガスＣＧは、図１２に示すセパレータ１０２のカソード側第１流入口１０２ｆおよびカソード側第２流入口１０２ｇから、図１２および図１３に示すセパレータ１０２のカソード側の外縁１０２ｐを越えて、カソード側の流路部１０２Ｌに流入する。セパレータ１０２は、図１３に示すように、カソード側の外縁１０２ｐを、他の部分よりも肉薄に形成している。
セパレータ１０２は、図８、図１２および図１４に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂ、アノード側第３流入口１０２ｃ、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅを設けている。セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０２ｆ、カソード側第２流入口１０２ｇ、カソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊを設けている。セパレータ１０２において、カソードガスＣＧのカソード側第１流入口１０２ｆ、カソード側第２流入口１０２ｇ、カソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊは、セパレータ１０２の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
集電補助層１０３は、図８に示すように、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間にガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との電気的な接触を補助するものである。
集電補助層１０３は、いわゆる、エキスパンドメタルである。集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２の流路部１０２Ｌとの間に配置している。集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍと同様の外形形状からなる。集電補助層１０３は、菱形等の開口を格子状に設けた金網状からなる。
封止部材１０４は、図８に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との隙間を部分的に封止してガスの流れを制限するものである。
封止部材１０４は、スペーサーとシールの機能を備え、いわゆるガスケットである。封止部材１０４は、セパレータ１０２のアノード側流入口（例えばアノード側第１流入口１０２ａ）およびアノード側流出口（例えばアノード側第１流出口１０２ｄ）から、セパレータ１０２のカソード側の流路に向かって、アノードガスＡＧが混入することを防止する。封止部材１０４は、リング状に形成している。封止部材１０４は、セパレータ１０２のカソード側の面に臨んでいるアノード側流入口（例えばアノード側第１流入口１０２ａ）、およびアノード側流出口（例えばアノード側第１流出口１０２ｄ）の内周縁に接合する。封止部材１０４は、例えば、耐熱性およびシール性を有するサーミキュライトからなる。
モジュールエンド１０５は、図５〜図７に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔの下端または上端を保持するプレートである。
モジュールエンド１０５は、複数積層したセルユニット１００Ｔの下端または上端に配置している。モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。モジュールエンド１０５は、ガスを透過させない導電性材料からなり、発電セル１０１Ｍおよび他のモジュールエンド１０５と対向する一部の領域を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、モジュールエンド１０５に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０５ａ、アノード側第２流入口１０５ｂ、アノード側第３流入口１０５ｃ、アノード側第１流出口１０５ｄおよびアノード側第２流出口１０５ｅを設けている。モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０５ｆ、カソード側第２流入口１０５ｇ、カソード側第１流出口１０５ｈ、カソード側第２流出口１０５ｉおよびカソード側第３流出口１０５ｊを設けている。モジュールエンド１０５において、カソード側第１流入口１０５ｆ、カソード側第２流入口１０５ｇ、カソード側第１流出口１０５ｈ、カソード側第２流出口１０５ｉおよびカソード側第３流出口１０５ｊは、モジュールエンド１０５の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
上部集電板１０６は、図５に示し、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力するものである。
上部集電板１０６は、図５に示すように、上部モジュールユニット１００Ｐの上端に配置している。上部集電板１０６は、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。上部集電板１０６は、外部の通電部材と接続される端子（不図示）を設けている。上部集電板１０６は、ガスを透過させない導電性材料からなり、セルユニット１００Ｔの発電セル１０１Ｍと対向する領域および端子の部分を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、上部集電板１０６に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
下部集電板１０７は、図７に示し、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力するものである。
下部集電板１０７は、図７に示すように、下部モジュールユニット１００Ｒの下端に配置している。下部集電板１０７は、上部集電板１０６と同様の外形形状からなる。下部集電板１０７は、外部の通電部材と接続される端子（不図示）を設けている。下部集電板１０７は、ガスを透過させない導電性材料からなり、セルユニット１００Ｔの発電セル１０１Ｍと対向する領域および端子の部分を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、下部集電板１０７に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
下部集電板１０７は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０７ａ、アノード側第２流入口１０７ｂ、アノード側第３流入口１０７ｃ、アノード側第１流出口１０７ｄおよびアノード側第２流出口１０７ｅを設けている。下部集電板１０７は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０７ｆ、カソード側第２流入口１０７ｇ、カソード側第１流出口１０７ｈ、カソード側第２流出口１０７ｉおよびカソード側第３流出口１０７ｊを設けている。下部集電板１０７において、カソード側第１流入口１０７ｆ、カソード側第２流入口１０７ｇ、カソード側第１流出口１０７ｈ、カソード側第２流出口１０７ｉおよびカソード側第３流出口１０７ｊは、下部集電板１０７の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
下部エンドプレート１０８は、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓを下方から保持するものである。
下部エンドプレート１０８は、スタック１００Ｓの下端に配置している。下部エンドプレート１０８は、一部を除いて、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。下部エンドプレート１０８は、カソードガスＣＧの流入口および排出口を形成するために、長手方向Ｙに沿った両端を直線状に伸長させて形成している。下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔよりも十分に厚く形成している。下部エンドプレート１０８は、例えば、金属からなり、下部集電板１０７と接触する上面を、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、下部エンドプレート１０８に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０８ａ、アノード側第２流入口１０８ｂ、アノード側第３流入口１０８ｃ、アノード側第１流出口１０８ｄおよびアノード側第２流出口１０８ｅを設けている。下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０８ｆ、カソード側第２流入口１０８ｇ、カソード側第１流出口１０８ｈ、カソード側第２流出口１０８ｉおよびカソード側第３流出口１０８ｊを設けている。
上部エンドプレート１０９は、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓを上方から保持するものである。
上部エンドプレート１０９は、スタック１００Ｓの上端に配置している。上部エンドプレート１０９は、下部エンドプレート１０８と同様の外形形状からなる。上部エンドプレート１０９は、下部エンドプレート１０８と異なり、ガスの流入口および排出口を設けていない。上部エンドプレート１０９は、例えば、金属からなり、上部集電板１０６と接触する下面を、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、上部エンドプレート１０９に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
エアーシェルター１１０は、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓとの間において、カソードガスＣＧの流路を形成するものである。
エアーシェルター１１０は、図２および図３に示すように、下部エンドプレート１０８と上部エンドプレート１０９によって挟み込まれたスタック１００Ｓを上方から覆っている。エアーシェルター１１０は、エアーシェルター１１０の内側面とスタック１００Ｓの側面との隙間の部分によって、スタック１００Ｓの構成部材のカソードガスＣＧの流入口と流出口を形成する。エアーシェルター１１０は、箱形状からなり、下部の全てと側部の一部を開口している。エアーシェルター１１０は、例えば、金属からなり、内側面を絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、エアーシェルター１１０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
外部マニホールド１１１は、図１および図２に示すように、外部から複数のセルユニット１００Ｔにガスを供給するものである。
外部マニホールド１１１は、セルスタックアッセンブリー１００Ｍの下方に配置している。外部マニホールド１１１は、下部エンドプレート１０８の形状を単純化した外形形状からなる。外部マニホールド１１１は、下部エンドプレート１０８よりも十分に厚く形成している。外部マニホールド１１１は、例えば、金属からなる。
外部マニホールド１１１は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１１１ａ、アノード側第２流入口１１１ｂ、アノード側第３流入口１１１ｃ、アノード側第１流出口１１１ｄおよびアノード側第２流出口１１１ｅを設けている。外部マニホールド１１１は、カソードガスＣＧを通過させるセルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソード側第１流入口１１１ｆ、カソード側第２流入口１１１ｇ、カソード側第１流出口１１１ｈ、カソード側第２流出口１１１ｉおよびカソード側第３流出口１１１ｊを設けている。
カバー１１２は、図１および図２に示すように、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを被覆して保護するものである。
カバー１１２は、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを、外部マニホールド１１１とともに上下から挟み込んでいる。カバー１１２は、箱形状からなり、下部を開口させている。カバー１１２は、例えば、金属からなり、内側面を絶縁材によって絶縁している。
（燃料電池１００に設けた調整部２００の構成）
図１６は、調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１およびＴ１２を設けた例を示す斜視図である。図１７は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２および集電補助層１０３を積層した状態の中央部分を示し、その中央部分に調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１を設けた状態を示す断面図に相当する。
図１６は、調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１およびＴ１２を設けた例を示す斜視図である。図１７は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２および集電補助層１０３を積層した状態の中央部分を示し、その中央部分に調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１を設けた状態を示す断面図に相当する。
調整部２００は、一例として、空間（空隙）からなる補助流路Ｔ１１およびＴ１２によって構成している。調整部２００の構成要素である補助流路Ｔ１１等は、図１６および図１７に加えて図１２〜図１５にも示すように、セパレータ１０２に設けている。図１６の左側の流路部１０２Ｌの右端に位置する補助流路Ｔ１１は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（右端）に対向する流路であって、アノード側第２流入口１０２ｂやカソード側第２流出口１０２ｉに相対的に近い流路に相当する。図１６の左側の流路部１０２Ｌの左端に位置する補助流路Ｔ１２は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（左端）に対向する流路であって、アノード側第３流入口１０２ｃやカソード側第３流出口１０２ｊに相対的に近い流路に相当する。図１６の右側の流路部１０２Ｌの右端に位置する補助流路Ｔ１２は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（右端）に対向する流路であって、アノード側第１流入口１０２ａやカソード側第１流出口１０２ｈに相対的に近い流路に相当する。図１６の右側の流路部１０２Ｌの左端に位置する補助流路Ｔ１１は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（左端）に対向する流路であって、アノード側第２流入口１０２ｂやカソード側第２流出口１０２ｉに相対的に近い流路に相当する。
（燃料電池１００におけるガスの流れ）
図１８Ａは、燃料電池１００におけるアノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１８Ｂは、燃料電池１００におけるカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１８Ｃは、燃料電池１００におけるアノードガスＡＧの流れを模式的に示す斜視図である。
図１８Ａは、燃料電池１００におけるアノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１８Ｂは、燃料電池１００におけるカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１８Ｃは、燃料電池１００におけるアノードガスＡＧの流れを模式的に示す斜視図である。
アノードガスＡＧは、外部マニホールド１１１、下部エンドプレート１０８、モジュールエンド１０５、セパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の流入口を通過して、各々の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに供給される。すなわち、アノードガスＡＧは、外部マニホールド１１１から終端の上部集電板１０６に至るまで、交互に積層されたセパレータ１０２とメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間に設けられたアノード側の流路に分配して供給される。その後、アノードガスＡＧは、発電セル１０１Ｍで反応し、上記の各構成部材の各々の流出口を通過して排ガスの状態で排出される。
アノードガスＡＧは、図１８Ａに示すように、セパレータ１０２を隔てて、カソードガスＣＧと交差するように、流路部１０２Ｌに供給される。アノードガスＡＧは、図１８Ｃにおいて、図１８Ｃの下方に位置するセパレータ１０２のアノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃを通過し、メタルサポートセルアッセンブリー１０１のアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂおよびアノード側第３流入口１０１ｃを通過した後、図１８Ｃの上方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌに流入して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに供給される。アノード１０１Ｔで反応した後のアノードガスＡＧは、排気ガスの状態で、図１８Ｃの上方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌから流出して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１のアノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅを通過し、図１８Ｃ中の下方に位置するセパレータ１０２のアノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅを通過して外部に排出される。
カソードガスＣＧは、外部マニホールド１１１、下部エンドプレート１０８、モジュールエンド１０５、セパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の流入口を通過して、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給される。すなわち、カソードガスＣＧは、外部マニホールド１１１から終端の上部集電板１０６に至るまで、交互に積層されたメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との隙間に設けられたカソード側の流路に分配して供給される。その後、カソードガスＣＧは、発電セル１０１Ｍで反応し、上記の各構成部材の各々の流出口を通過して排ガスの状態で排出される。上記の各構成部材におけるカソードガスＣＧの流入口および流出口は、各々の構成部材の外周面と、エアーシェルター１１０の内側面との間の隙間によって、構成している。
カソードガスＣＧは、図１８Ｂにおいて、図１８Ｂの下方に位置するセパレータ１０２のカソード側第１流入口１０２ｆおよびカソード側第２流入口１０２ｇを通過し、そのセパレータ１０２の流路部１０２Ｌに流入して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給される。カソード１０１Ｕで反応した後のカソードガスＣＧは、排気ガスの状態で、図１８Ｂ中の下方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌから流出して、そのセパレータ１０２のカソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊを通過して外部に排出される。
以上説明した第１実施形態の作用効果を説明する。
燃料電池１００のユニット構造は、発電セル１０１Ｍと、セパレータ１０２と、流路部１０２Ｌと、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部２００と、を有する。発電セル１０１Ｍは、電解質１０１Ｓをアノード１０１Ｔとカソード１０１Ｕとで挟み供給されたガスによって発電する。セパレータ１０２は、発電セル１０１Ｍと発電セル１０１Ｍとの間に設け、隣り合う発電セル１０１Ｍを隔てる。流路部１０２Ｌは、セパレータ１０２とセパレータ１０２との間に形成され発電セル１０１Ｍにガスを供給する複数の流路からなる。複数のガス流入口（例えば、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃ）は、流路部１０２Ｌにガスを流入させる。複数のガス流出口（例えば、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅ）は、流路部からガスを流出させる。調整部２００は、複数の流路を流れるガスの量を調整する。調整部２００は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される流路部の圧力損失を調整することによって複数の流路間の流れのばらつきを低下させる。
燃料電池１００のユニット構造の制御方法は、セパレータ１０２の間に狭持された発電セル１０１Ｍにガス流入口（例えば、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃ）からガスをセパレータ１０２に形成した流路部１０２Ｌに供給し、ガスをガス流出口（例えば、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅ）から排出して発電する燃料電池１００のユニット構造の制御方法である。この燃料電池１００のユニット構造の制御方法は、ガス流入口から供給されるガスの流れを、発電セル１０１Ｍの同一平面内において、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌを流れる主流れと、複数の発電セル１０１Ｍの間を流れる補助流れの少なくとも２つの流れに分割し、補助流れにおけるガスの圧力損失を調整して、主流れにおける同一平面内でのガスの分配を均一にする。
燃料電池１００のユニット構造の制御方法において、発電セル１０１Ｍの同一平面内とは、その発電セル１０１Ｍを同一のセパレータ１０２上に並べるように複数配置していることを表している。また、燃料電池１００のユニット構造の制御方法において、主流れにおける同一平面内でのガスの分配を均一にするとは、ガスの流量のばらつきを低下させることである。ガスの流量のばらつきの低下とは、セパレータ１０２の複数の流路における各々のガスの流れを、同一の流速、圧力、密度等になるように調整することによって、同一の流量に近づけることをいう。
かかる燃料電池１００のユニット構造および燃料電池１００のユニット構造の制御方法によれば、複数の流路間の流れのばらつきを低下させることができる。すなわち、燃料電池１００のユニット構造は、発電セル１０１Ｍに対してガスを均等に供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
特に、かかる燃料電池１００のユニット構造は、図１９に示すような構成において、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量を調整することによって、発電セル１０１Ｍの中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）と発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスのばらつきを抑制することができる。すなわち、燃料電池１００のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの端部を流れるガスの流れ（脇流れ）を制御することによって、発電セル１０１Ｍの中央部を流れるガスの流れ（主流れ）を増減させて、発電セル１０１Ｍの中央部と端部に供給するガスのばらつきを抑制することができる。この結果、燃料電池１００のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの中央部と端部に対してガスを均等に供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
また、かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍに供給されるガスが部分的に不足することを防止して、発電性能が低下することを抑制することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
また、かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍに供給されるガスが部分的に過剰になることを防止して、未反応で流出されるガスの量を低減することができる。発電セル１０１Ｍに供給されるガスの分配ばらつきが小さい程、過剰となるガスの供給量を低減することができる。本実施形態の構成を適用することによって、発電セル１０１Ｍに供給されるガスの分配ばらつきは、アノード側において約１４％低減し、カソード側において約１２％低減した。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
また、かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍに対してガスを均等に供給することができることから、高温のガスを供給する場合に、ガスの温度分布のばらつきを抑制することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池１００のユニット構造において、複数のガス流入口と複数のガス流出口との数とを異ならせることが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、流入口（例えば、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃ）と、流出口（例えば、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅ）を、オフセットして設けることになり、複数の流路を流れるガスの圧力損失を均等にして、複数の流路を流れる各々のガスのばらつきを抑制することができる。すなわち、燃料電池１００のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量と、発電セル１０１Ｍの中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）に供給するガスの量を、均等にすることができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００を複数の発電セル１０１Ｍを同一平面上に対向して配置することでこれら複数の発電セル１０１Ｍの対向面間に補助流路Ｔ１１およびＴ１２を形成することが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、簡便な構成によって、複数の発電セル１０１Ｍの対向面間に補助流路Ｔ１１およびＴ１２を形成することができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００を少なくとも一方の発電セル１０１Ｍの非対向面とセルフレーム１０１Ｗ端部との間に補助流路Ｔ１２を形成することが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍの非対向面とセルフレーム１０１Ｗ端部との間の補助流路Ｔ１２に供給するガスの量を調整して、発電セル１０１Ｍの発電に十分に寄与する中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）にガスを過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、複数並べて配置した発電セルに流れるガスの量をそれぞれ調整することが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、アクティブエリアを小さく区切って（必要となるアクティブエリアを複数の発電セル１０１Ｍを用いて構成）、そのアクティブエリア毎にガスのばらつきを抑制することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、隣り合う発電セルの間を流れるガスの量を調整することが好ましい。
また、燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、隣り合う発電セルの少なくとも一側方を流れるガスの量を調整することが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、例えば、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量を調整して、発電セル１０１Ｍの発電に十分に寄与する発電セル１０１Ｍの中央部にガスを過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池は、図１９〜図２４Ｂに示す調整部２０１〜２０３によってアクティブエリアの領域のガスの流れを制御する。
第２実施形態の燃料電池は、図１９〜図２４Ｂに示す調整部２０１〜２０３によってアクティブエリアの領域のガスの流れを制御する。
（調整部２０１〜２０３を用いたガスの流れの制御）
図１９は、セパレータ１０２の主流路Ｓ１１におけるガスの流れと補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるガスの流れをカソード側から模式的に示す上面図である。図２０は、セパレータ１０２の主流路Ｓ１１におけるガスの流れと補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるガスの流れをアノード側から模式的に示す上面図である。
図１９は、セパレータ１０２の主流路Ｓ１１におけるガスの流れと補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるガスの流れをカソード側から模式的に示す上面図である。図２０は、セパレータ１０２の主流路Ｓ１１におけるガスの流れと補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるガスの流れをアノード側から模式的に示す上面図である。
セパレータ１０２の一対の流路部１０２Ｌは、図１９および図２０に示すように、一対の発電セル１０１Ｍ（不図示）に対向する主流路Ｓ１１と補助流路Ｔ１１およびＴ１２を、それぞれ設けている。
図１９の一対の流路部１０２Ｌの中央に位置する各々の主流路Ｓ１１は、一対の発電セル１０１Ｍの各々の中央部に対向する流路に相当する。
図１９の左側の流路部１０２Ｌの右端に位置する補助流路Ｔ１１は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（右端）に対向する流路であって、アノード側第２流入口１０２ｂやカソード側第２流出口１０２ｉに相対的に近い流路に相当する。図１９の左側の流路部１０２Ｌの左端に位置する補助流路Ｔ１２は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（左端）に対向する流路であって、アノード側第３流入口１０２ｃやカソード側第３流出口１０２ｊに相対的に近い流路に相当する。
図１９の右側の流路部１０２Ｌの右端に位置する補助流路Ｔ１２は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（右端）に対向する流路であって、アノード側第１流入口１０２ａやカソード側第１流出口１０２ｈに相対的に近い流路に相当する。図１９の右側の流路部１０２Ｌの左端に位置する補助流路Ｔ１１は、対応する発電セル１０１Ｍの端部（左端）に対向する流路であって、アノード側第２流入口１０２ｂやカソード側第２流出口１０２ｉに相対的に近い流路に相当する。
図２１Ａは、第２実施形態の燃料電池に関して、補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けた調整部２０１の例１を示す斜視図である。図２１Ｂは、補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けた調整部２０１の例１を示す断面図である。図２２Ａは、補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けた調整部２０２の例２を示す斜視図である。図２２Ｂは、補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けた調整部２０２の例２を示す断面図である。図２３Ａは、補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けた調整部２０３の例３を示す斜視図である。図２３Ｂは、補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けた調整部２０３の例３を示す断面図である。図２４Ａおよび図２４Ｂは、調整部２０１〜２０３を補助流路Ｔ１１およびＴ１２の特定の部分に設けた構成を模式的に示す上面図である。
調整部２０１〜２０３は、例えば図２１Ａ〜図２３Ｂに示す構成からなり、複数の流路を流れるガスの量を調整する。調整部２０１〜２０３は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される流路部の圧力損失を調整することによって複数の流路間の流れのばらつきを低下させる。
調整部２０１〜２０３は、図１９等に示すように、流路部１０２Ｌの補助流路Ｔ１１およびＴ１２に設けている。調整部２０１〜２０３は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２を流れるガスの量を調整して、主流路Ｓ１１を流れるガスの量と、補助流路Ｔ１１およびＴ１２を流れるガスの量を均等にする。
図２１Ａおよび図２１Ｂに、調整部２０１の例１を示す。調整部２０１は、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌの補助流路Ｔ１１およびＴ１２の領域に設けている。調整部２０１は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２の領域において、アノード側突起１０２ｙをガスの流れの方向と直交した方向（長手方向Ｙ）に沿って延長することによって、発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔの側の流路の断面積を部分的に減らしている。このようにして、調整部２０１は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるアノード側の流路の断面積を調整している。調整部２０１は、アノード側突起１０２ｙと発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕとの隙間にシール材１１３を設けることによって、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの側の流路の断面積を部分的に増減させている。シール材１１３は、例えば、流路に沿って細長く形成したサーミキュライトからなる。このようにして、調整部２０１は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるカソード側の流路の断面積を調整している。これらの調整によって、調整部２０１は、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌにおいて、主流路Ｓ１１を流れるガスの量と、補助流路Ｔ１１およびＴ１２を流れるガスの量を均等にする。
図２２Ａおよび図２２Ｂに、調整部２０２の例２を示す。調整部２０２は、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌの補助流路Ｔ１１およびＴ１２の領域に設けている。調整部２０２は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２の領域において、アノード側突起１０２ｙを形成せずに平坦部１０２ｘを延長した上で、その平坦部１０２ｘと発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔとの隙間にシール材１１４を設けることによって、発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔの側の流路の断面積を部分的に減らしている。シール材１１４は、例えば、流路に沿って細長く形成したサーミキュライトからなる。このようにして、調整部２０２は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるアノード側の流路の断面積を調整している。調整部２０２は、上記の平坦部１０２ｘと発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕとの隙間にシール材１１５を設けることによって、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの側の流路の断面積を部分的に増減させている。シール材１１５は、例えば、流路に沿って細長く形成したサーミキュライトからなる。このようにして、調整部２０２は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるカソード側の流路の断面積を調整している。これらの調整によって、調整部２０２は、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌにおいて、主流路Ｓ１１を流れるガスの量と、補助流路Ｔ１１およびＴ１２を流れるガスの量を均等にする。
図２３Ａおよび図２３Ｂに、調整部２０３の例３を示す。調整部２０３は、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌの補助流路Ｔ１１およびＴ１２の領域に設けている。調整部２０３は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２の領域において、カソード側突起１０２ｚを形成せずに平坦部１０２ｘを延長した上で、その平坦部１０２ｘと発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕとの隙間にバネ部材１１６を設けることによって、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの側の流路の断面積を部分的に増減させている。バネ部材１１６は、薄板状の金属からなる。バネ部材１１６は、平坦な基材１１６ａと、その基材１１６ａから片持ち梁となるように起立させて形成し弾性変形可能な複数の起立片１１６ｂによって構成している。調整部２０３は、バネ部材１１６の起立片１１６ｂの形状および間隔を設定して、カソード側の流路の断面積を調整する。このようにして、調整部２０３は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるカソード側の流路の断面積を調整している。これらの調整によって、調整部２０３は、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌにおいて、主流路Ｓ１１を流れるガスの量と、補助流路Ｔ１１およびＴ１２を流れるガスの量を均等にする。
調整部２０１〜２０３は、セパレータ１０２の補助流路Ｔ１１およびＴ１２において、ガスの圧力損失が所期の値になるように、設ける範囲を決定する。
図２４Ａに示すように、調整部２０１〜２０３は、セパレータ１０２の補助流路Ｔ１１およびＴ１２の全部（上流から下流まで）に設けることができる。このような構成は、セパレータ１０２の補助流路Ｔ１１およびＴ１２において、ガスの圧力損失を相対的に大きくする必要が有る場合に適用する。
図２４Ｂに示すように、調整部２０１〜２０３は、セパレータ１０２の補助流路Ｔ１１およびＴ１２の一部（上流と下流、上流のみ、または下流のみ）に設けることができる。このような構成は、セパレータ１０２の補助流路Ｔ１１およびＴ１２において、ガスの圧力損失を相対的に大きくする必要が有る場合に適用する。
以上説明した第２実施形態の作用効果を説明する。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２０１〜２０３は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２のガスの量を調整する別体の制御機構を備えた。
制御機構は、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるガスの圧力損失を増加または減少させるようにしてガスを制御する。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、燃料電池１００を構成する別体の部材を用いて、補助流路Ｔ１１およびＴ１２におけるガスの量を任意に制御することが非常に容易となる。調整部２０１〜２０３は、一例であって、様々な形態の制御機構を構成することができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２０１〜２０３を、発電セル１０１Ｍのガスの流れに沿った端部に設けることが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、例えば、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量を調整して、発電セル１０１Ｍの発電に十分に寄与する中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）にガスを過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２０１〜２０３は、発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに対向する複数の流路のうち、少なくとも流入口（例えば、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃ）に相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ１１およびＴ１２）を流れるガスの圧力損失が、それ以外の流路（主流路Ｓ１１）を流れるガスの圧力損失よりも大きくなるように構成することが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量が過剰にならないように調整して、発電セル１０１Ｍの中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）と発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に対してガスを均等に供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２０１〜２０３は、少なくとも流入口（例えば、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃ）に相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ１１およびＴ１２）の断面積が、それ以外の流路（主流路Ｓ１１）の断面積よりも小さくなるように構成することが好ましい。
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、流路の断面積を調整する非常に簡便な構成によって、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量が過剰にならないように調整して、発電セル１０１Ｍの中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）と発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に対してガスを均等に供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池は、図２５Ａ〜図２５Ｄに示す調整部４０１〜４０４によって、発電セル１０１Ｍの領域に相当するアクティブエリアから離れた領域のガスの流れを制御する点において、上述した第２実施形態の燃料電池と相違する。上述した第２実施形態では、図２１Ａ〜図２３Ｂに示す調整部２０１〜２０３によって、アクティブエリアの領域のガスの流れを制御していた。
第３実施形態の燃料電池は、図２５Ａ〜図２５Ｄに示す調整部４０１〜４０４によって、発電セル１０１Ｍの領域に相当するアクティブエリアから離れた領域のガスの流れを制御する点において、上述した第２実施形態の燃料電池と相違する。上述した第２実施形態では、図２１Ａ〜図２３Ｂに示す調整部２０１〜２０３によって、アクティブエリアの領域のガスの流れを制御していた。
図２５Ａ〜図２５Ｄに示す調整部４０１〜４０４は、セパレータ３０１の一対の流路部３０１Ｌの間に位置する領域（図２６Ａおよび図２６Ｂに示す補助流路Ｔ６３〜Ｔ９３）に、凸状部３０１ｓ〜３０４ｓを設けることによって構成している。すなわち、調整部４０１〜４０４は、セパレータ３０１〜３０４において発電セル１０１Ｍと対向しない部分に設けている。図２６Ａおよび図２６Ｂに示す補助流路Ｔ６３〜Ｔ９３は、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに対向する複数の流路のうち、少なくとも流入口（例えばカソード側第１流入口およびカソード側第２流入口）に相対的に近い一部の流路に相当する。調整部４０１〜４０４は、発電セル１０１Ｍが存在するアクティブエリアから離れた領域である図２６Ａおよび図２６Ｂに示す補助流路Ｔ６３〜Ｔ９３において、主にカソードガスＣＧの流れを制御する。
図２５Ａに、セパレータ３０１の補助流路Ｔ６３に設けた調整部４０１の例１を示す。調整部４０１は、セパレータ３０１の一対の流路部３０１Ｌの間に位置する領域（補助流路Ｔ６３）に形成した凸状部３０１ｓによって構成している。凸状部３０１ｓは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿った貫通孔を有する矩形状の突起を、ガスの流れの方向と直交した方向（長手方向Ｙ）に沿って半ピッチずつ互い違いにずらしながら、短手方向Ｘに沿って連ねて形成している。凸状部３０１ｓは、ガスの流れの方向と直交した方向（長手方向Ｙ）に沿って一対設けている。凸状部３０１ｓは、形状を調整することによって、補助流路Ｔ６３におけるガスの圧力損失を任意に設定することができる。調整部４０１は、凸状部３０１ｓを、セパレータ３０１と別体の部材として構成し、セパレータ３０１の補助流路Ｔ６３に接合してもよい。
図２５Ｂに、セパレータ３０２の補助流路Ｔ７３に設けた調整部４０２の例２を示す。調整部４０２は、セパレータ３０２の一対の流路部３０２Ｌの間に位置する領域（補助流路Ｔ７３）に形成した凸状部３０２ｓによって構成している。凸状部３０２ｓは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って長細い長方体形状からなる。凸状部３０２ｓは、形状を調整することによって、補助流路Ｔ７３におけるガスの圧力損失を任意に設定することができる。凸状部３０２ｓは、セパレータ３０２に対してプレス加工等によって成形し易い。調整部４０２は、凸状部３０２ｓを、セパレータ３０２と別体の部材として構成し、セパレータ３０２の補助流路Ｔ７３に接合してもよい。
図２５Ｃに、セパレータ３０３の補助流路Ｔ８３に設けた調整部４０３の例３を示す。調整部４０３は、セパレータ３０３の一対の流路部３０３Ｌの間に位置する領域（補助流路Ｔ８３）に形成した凸状部３０３ｓによって構成している。凸状部３０３ｓは、ガスの流れの方向と直交した方向（長手方向Ｙ）に沿って長細い長方体形状からなる。凸状部３０３ｓは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って一定の間隔で複数設けている。凸状部３０３ｓは、個数、間隔および形状を調整することによって、補助流路Ｔ８３におけるガスの圧力損失を任意に設定することができる。凸状部３０３ｓは、セパレータ３０３が高温になったときに形状を保ちやすい。調整部４０３は、凸状部３０３ｓを、セパレータ３０３と別体の部材として構成し、セパレータ３０３の補助流路Ｔ８３に接合してもよい。
図２５Ｄに、セパレータ３０４の補助流路Ｔ９３に設けた調整部４０４の例４を示す。調整部４０４は、セパレータ３０４の一対の流路部３０４Ｌの間に位置する領域（補助流路Ｔ９３）に形成した凸状部３０４ｓによって構成している。凸状部３０４ｓは、円柱形状からなる。凸状部３０４ｓは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って格子状に複数形成している。凸状部３０４ｓは、個数、間隔および形状を調整することによって、補助流路Ｔ９３におけるガスの圧力損失を任意に設定することができる。凸状部３０４ｓは、セパレータ３０４が高温になったときに高温時に形状を保ちやすい。凸状部３０４ｓは、セパレータ３０４のアノード側とカソード側に異なる構成（個数、間隔および形状）によって形成し易い。調整部４０４は、凸状部３０４ｓを、セパレータ３０４と別体の部材として構成し、セパレータ３０４の補助流路Ｔ９３に接合してもよい。
図２５Ａ〜図２５Ｄに示す調整部４０１〜４０４は、セパレータ３０１〜３０４の補助流路Ｔ６３、Ｔ７３、Ｔ８３およびＴ９３において、ガスの圧力損失が所期の値になるように、設ける範囲を決定する。
図２６Ａに示すように、調整部４０１〜４０４は、セパレータ３０１〜３０４の補助流路Ｔ６３、Ｔ７３、Ｔ８３およびＴ９３の全部（上流から下流まで）に設けることができる。このような構成は、セパレータ３０１〜３０４の補助流路Ｔ６３、Ｔ７３、Ｔ８３およびＴ９３において、ガスの圧力損失を相対的に大きくする必要が有る場合に適用する。
図２６Ｂに示すように、調整部４０１〜４０４は、セパレータ３０１〜３０４の補助流路Ｔ６３、Ｔ７３、Ｔ８３およびＴ９３の一部（上流と下流、上流のみ、または下流のみ）に設けることができる。このような構成は、セパレータ３０１〜３０４の補助流路Ｔ６３、Ｔ７３、Ｔ８３およびＴ９３において、ガスの圧力損失を相対的に小さくする必要が有る場合に適用する。
以上説明した第３実施形態の作用効果を説明する。
燃料電池のユニット構造は、例えばセパレータ３０１において、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに対向する複数の流路のうち、少なくとも流入口（例えばカソード側第１流入口およびカソード側第２流入口）に相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ６３）を流れるガスの圧力損失が、それ以外の流路（主流路）を流れるガスの圧力損失よりも大きい場合、例えば調整部４０１を、次のように構成することが好ましい。すなわち、調整部４０１は、少なくとも流入口（例えばカソード側第１流入口およびカソード側第２流入口）に相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ６３）の断面積を、それ以外の流路（主流路）を流れるガスの断面積よりも大きくする。
かかる燃料電池のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの端部に供給するカソードガスＣＧの量を、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの中央部に供給するカソードガスＣＧの量を均等にすることができる。このため、燃料電池のユニット構造は、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給するカソードガスＣＧを加熱して急速起動（暖気）するときに、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの端部におけるカソードガスＣＧの温度勾配を緩和する（過度な熱応力の発生を防ぐ）ことができる。したがって、燃料電池のユニット構造は、暖気に伴う構成部材への熱応力の影響を抑制しつつ効率良く急速起動（暖気）するとともに、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池のユニット構造は、例えばセパレータ３０１において、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに対向する複数の流路のうち、少なくとも流入口（例えばカソード側第１流入口およびカソード側第２流入口）に相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ６３）を流れるガスの圧力損失が、それ以外の流路（主流路）を流れるガスの圧力損失よりも小さい場合、例えば調整部４０１を、次のように構成することが好ましい。すなわち、調整部４０１は、少なくとも流入口（例えばカソード側第１流入口およびカソード側第２流入口）に相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ６３）の圧力損失を、それ以外の流路（主流路）を流れるガスの圧力損失よりも大きくする。
かかる燃料電池のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの端部に供給するカソードガスＣＧの量と、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕの中央部に供給するカソードガスＣＧの量を均等にすることができる。したがって、燃料電池のユニット構造は、暖気に伴う構成部材への熱応力の影響を抑制しつつ効率良く急速起動（暖気）するとともに、発電効率を十分に向上させることができる。
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池のユニット構造は、セパレータに設けた流路部と供給部（流入口および流出口）の配置を、上述した第１および第３実施形態の燃料電池と異ならせている。
第４実施形態の燃料電池のユニット構造は、セパレータに設けた流路部と供給部（流入口および流出口）の配置を、上述した第１および第３実施形態の燃料電池と異ならせている。
図２７Ａに、セパレータ５０１に設けた流路部５０１Ｌと供給部（流入口および流出口）との配置例１を示す。図２７Ａの構成では、左右に並んだ２組の流路部５０１Ｌ（それぞれ図示せぬ発電セル１０１Ｍに対向）の上流側に、４つのアノード側流入口５０１ｒと３つのカソード側流入口５０１ｔを交互に設けている。また、左右に並んだ２組の流路部５０１Ｌの下流側に、４つのカソード側流出口５０１ｕと３つのアノード側流出口５０１ｓを交互に設けている。セパレータ５０１は、アノード側流出口５０１ｓの数を奇数として、アノード側流入口５０１ｒの数を偶数として構成している。セパレータ５０１において、一の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに対応するアノード側流入口５０１ｒおよびアノード側流出口５０１ｓと、他の発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに対応するカソード側流入口５０１ｔおよびカソード側流出口５０１ｕとを、流路部５０１Ｌを隔てて交互に隣り合わせて設けている。
図２７Ｂに、セパレータ５０２に設けた流路部５０２Ｌと供給部（流入口および流出口）との配置例２を示す。図２７Ｂの構成では、左右に並んだ３組の流路部５０２Ｌ（それぞれ図示せぬ発電セル１０１Ｍに対向）の上流側に、４つのアノード側流入口５０２ｒと３つのカソード側流入口５０２ｔを交互に設けている。また、左右に並んだ３組の流路部５０２Ｌの下流側に、４つのカソード側流出口５０２ｕと３つのアノード側流出口５０２ｓを交互に設けている。セパレータ５０２は、セパレータ５０１と外形が同一である。セパレータ５０２の流路部５０２Ｌは、セパレータ５０１の流路部５０１Ｌと比較して、長手方向Ｙの幅を短縮している。
以上説明した第４実施形態の作用効果を説明する。
燃料電池のユニット構造において、例えばセパレータ５０１に設けた供給部は、例えばアノード側において、アノード側流入口５０１ｒとアノード側流出口５０１ｓの一方（アノード側流出口５０１ｓ）の数を奇数として、アノード側流入口５０１ｒとアノード側流出口５０１ｓの他方（アノード側流入口５０１ｒ）の数を偶数とすることが好ましい。
かかる燃料電池のユニット構造によれば、例えばアノード側流入口５０１ｒとアノード側流出口５０１ｓを流路部５０１Ｌを隔てて交互に設けることによって、複数の流路を流れるガスの圧力損失を均等にして、複数の流路を流れる各々のガスのばらつきを抑制することができる。すなわち、燃料電池のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの端部に供給するガスの量と、発電セル１０１Ｍの中央部に供給するガスの量を、均等にすることができる。したがって、燃料電池のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
燃料電池のユニット構造において、例えばセパレータ５０１では、一の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに対応する供給部のアノード側流入口５０１ｒおよびアノード側流出口５０１ｓと、他の発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに対応する供給部のカソード側流入口５０１ｔおよびカソード側流出口５０１ｕとを、交互に隣り合わせることが好ましい。
かかる燃料電池のユニット構造によれば、アノード側とカソード側の流入口および流出口を交互に設けることによって、複数の流路を流れるガスの圧力損失を均等にして、複数の流路を流れる各々のガスのばらつきを抑制することができる。すなわち、燃料電池のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの端部に供給するガスの量と、発電セル１０１Ｍの中央部に供給するガスの量を、均等にすることができる。したがって、燃料電池のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
（第５実施形態）
第５実施形態の燃料電池のユニット構造は、セパレータに設けた流路部と供給部（流入口および流出口）の配置を、上述した第１〜第４実施形態の燃料電池と異ならせている。
第５実施形態の燃料電池のユニット構造は、セパレータに設けた流路部と供給部（流入口および流出口）の配置を、上述した第１〜第４実施形態の燃料電池と異ならせている。
調整部２０１〜２０３は、図２８Ａ〜図２８Ｄに示すように、流路部と供給部（流入口と流出口）を様々な配置によって構成したセパレータに適用することができる。
図２８Ａに、セパレータ６０２における流路部６０２Ｌと供給部（流入口６０２ｐと流出口６０２ｑ）の配置例１を示す。流入口６０２ｐと流出口６０２ｑは、流路部６０２Ｌの流路を延長した領域に含まれ、流路部６０２Ｌの上流側と下流側の対角線上に設けている。図２８Ａに、配置例１における主流路Ｓ２１と補助流路Ｔ２１およびＴ２２を示す。調整部は、複数の流路のうち、流入口６０２ｐおよび流出口６０２ｑに相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ２１およびＴ２２）を流れるガスの量を調整して、各々の流路を流れるガスのばらつきを抑制する。
図２８Ｂに、セパレータ６１２における流路部６１２Ｌと供給部（流入口６１２ｐと流出口６１２ｑ）の配置例２を示す。流入口６１２ｐと流出口６１２ｑは、流路部６１２Ｌの流路を延長した領域から離間した状態で、流路部６１２Ｌの上流側と下流側の対角線上に設けている。図２８Ｂに、配置例２における主流路Ｓ３１と補助流路Ｔ３１およびＴ３２を示す。調整部は、複数の流路のうち、流入口６１２ｐおよび流出口６１２ｑに相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ３１およびＴ３２）を流れるガスの量を調整して、各々の流路を流れるガスのばらつきを抑制する。
図２８Ｃに、セパレータ６２２における流路部６２２Ｌと供給部（一対の流入口６２２ｐと流出口６２２ｑ）の配置例３を示す。一対の流入口６２２ｐは、流路部６２２Ｌの流路を延長した領域に含まれ、流路部６２２Ｌの上流側の両端に設けている。流出口６２２ｑは、流路部６２２Ｌにおける流路の延長した領域に含まれ、流路部６２２Ｌの下流側の中央に設けている。図２８Ｃに、配置例３における主流路Ｓ４１と補助流路Ｔ４１およびＴ４２を示す。調整部は、複数の流路のうち、一対の流入口６２２ｐに相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ４１およびＴ４２）を流れるガスの量を調整して、各々の流路を流れるガスのばらつきを抑制する。
図２８Ｄに、セパレータ６３２に設ける流路部６３２Ｌと供給部（一対の流入口６３２ｐと流出口６３２ｑ）の配置例４を示す。一対の流入口６３２ｐは、流路部６３２Ｌの流路の延長した領域から離間した状態で、流路部６３２Ｌの上流側の両端に設けている。流出口６３２ｑは、流路部６３２Ｌの流路の延長した領域に含まれ、流路部６３２Ｌの下流側の中央に設けている。図２８Ｄに、配置例４における主流路Ｓ５１と補助流路Ｔ５１およびＴ５２を示す。調整部は、複数の流路のうち、一対の流入口６３２ｐに相対的に近い一部の流路（補助流路Ｔ５１およびＴ５２）を流れるガスの量を調整して、各々の流路を流れるガスのばらつきを抑制する。
以上説明した第５実施形態の燃料電池のユニット構造は、図２８Ａ、図２８Ｂ、図２８Ｃおよび図２８Ｄに示すような様々な構成に適用可能である。
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
第１〜第５実施形態において、燃料電池のユニット構造は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）に適用するユニット構造として説明したが、固体高分子膜形燃料電池（ＰＥＭＦＣ、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ、Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）または溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ、Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）に適用するユニット構造として構成してもよい。すなわち、燃料電池のユニット構造は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に加えて、固体高分子膜形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）または溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）のユニット構造に適用することができる。
第１〜第５実施形態において、流路部に設けた複数の流路は、各々の流路を凹凸形状によって物理的に仕切った複数の空間として説明したが、各々の流路を物理的に仕切らず１つの空間として構成してもよい。
第１〜第５実施形態において、カソード側の供給部は、燃料電池の中で開放している構成として説明したが、アノード側の供給部のように構成してもよい。
燃料電池のユニット構造は、第１〜第５実施形態の仕様を適宜組み合わせて構成してもよい。
１００ 燃料電池、
１００Ｍ セルスタックアッセンブリー、
１００Ｓ スタック、
１００Ｔ セルユニット、
１００Ｕ 接合体、
１００Ｐ 上部モジュールユニット、
１００Ｑ 中部モジュールユニット、
１００Ｒ 下部モジュールユニット、
１００Ｕ ユニット、
１０１ メタルサポートセルアッセンブリー、
１０１Ｍ 発電セル、
１０１Ｎ メタルサポートセル、
１０１Ｓ 電解質、
１０１Ｔ アノード（燃料極）、
１０１Ｕ カソード（酸化剤極）、
１０１Ｖ サポートメタル、
１０１Ｗ セルフレーム、
１０１ｋ 開口部、
１０１ｐ 第１延在部、
１０１ｑ 第２延在部、
１０１ｒ 第３延在部、
１０１ｓ 第４延在部、
１０１ｔ 第５延在部、
１０２ セパレータ、
１０２Ｌ 流路部、
１０２ｐ 外縁、
１０２ｑ 溝、
１０２ｘ 平坦部、
１０２ｙ アノード側突起、
１０２ｚ カソード側突起、
１０３ 集電補助層、
１０４ 封止部材、
１０５ モジュールエンド、
１０６ 上部集電板、
１０７ 下部集電板、
１０８ 下部エンドプレート、
１０９ 上部エンドプレート、
１１０ エアーシェルター、
１１１ 外部マニホールド、
１０１ａ，１０２ａ，１０５ａ，１０７ａ，１０８ａ，１１１ａ アノード側第１流入口、
１０１ｂ，１０２ｂ，１０５ｂ，１０７ｂ，１１１ｂ，１０８ｂ アノード側第２流入口、
１０１ｃ，１０２ｃ，１０５ｃ，１０７ｃ，１１１ｃ，１０８ｃ アノード側第３流入口、
１０１ｄ，１０２ｄ，１０８ｄ，１０７ｄ，１１１ｄ，１０５ｄ アノード側第１流出口、
１０１ｅ，１０２ｅ，１０５ｅ，１０７ｅ，１１１ｅ，１０８ｅ アノード側第２流出口、
１０１ｆ，１０８ｆ，１０２ｆ，１０５ｆ，１０７ｆ，１１１ｆ カソード側第１流入口、
１０１ｇ，１０２ｇ，１０５ｇ，１０７ｇ，１０８ｇ，１１１ｇ カソード側第２流入口、
１０１ｈ，１０２ｈ，１１１ｈ，１０５ｈ，１０７ｈ，１０８ｈ カソード側第１流出口、
１０１ｉ，１０２ｉ，１０５ｉ，１０７ｉ，１０８ｉ，１１１ｉ カソード側第２流出口、
１０１ｊ，１０２ｊ，１０５ｊ，１０７ｊ，１０８ｊ，１１１ｊ カソード側第３流出口、
１１２ カバー、
１１３，１１４，１１５ シール材、
１１６ バネ部材、
１１６ａ 基材、
１１６ｂ 起立片、
２００，２０１，２０２，２０３ 調整部、
３０１，３０２，３０３，３０４ セパレータ、
３０１Ｌ，３０２Ｌ，３０３Ｌ，３０４Ｌ 流路部、
３０１ｓ，３０２ｓ，３０３ｓ，３０４ｓ 凸状部、
４０１，４０２，４０３，４０４ 調整部、
５０１，５０２ セパレータ、
５０１Ｌ，５０２Ｌ 流路部、
５０１ｒ，５０２ｒ アノード側流入口、
５０１ｓ，５０２ｓ アノード側流出口、
５０１ｔ，５０２ｔ カソード側流入口、
５０１ｕ，５０２ｕ カソード側流出口、
６０２，６１２，６２２，６３２ セパレータ、
６０２Ｌ，６１２Ｌ，６２２Ｌ，６３２Ｌ 流路部、
６０２ｐ，６１２ｐ，６２２ｐ，６３２ｐ 流入口、
６０２ｑ，６１２ｑ，６２２ｑ，６３２ｑ 流出口、
Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，Ｓ５１ 主流路、
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ４１，Ｔ４２，Ｔ５１，Ｔ５２，Ｔ６３，Ｔ７３，Ｔ８３，Ｔ９３ 補助流路、
Ｖ 接合ライン、
ＡＧ アノードガス、
ＣＧ カソードガス、
Ｘ （燃料電池の）短手方向、
Ｙ （燃料電池の）長手方向、
Ｚ （燃料電池の）積層方向。
１００Ｍ セルスタックアッセンブリー、
１００Ｓ スタック、
１００Ｔ セルユニット、
１００Ｕ 接合体、
１００Ｐ 上部モジュールユニット、
１００Ｑ 中部モジュールユニット、
１００Ｒ 下部モジュールユニット、
１００Ｕ ユニット、
１０１ メタルサポートセルアッセンブリー、
１０１Ｍ 発電セル、
１０１Ｎ メタルサポートセル、
１０１Ｓ 電解質、
１０１Ｔ アノード（燃料極）、
１０１Ｕ カソード（酸化剤極）、
１０１Ｖ サポートメタル、
１０１Ｗ セルフレーム、
１０１ｋ 開口部、
１０１ｐ 第１延在部、
１０１ｑ 第２延在部、
１０１ｒ 第３延在部、
１０１ｓ 第４延在部、
１０１ｔ 第５延在部、
１０２ セパレータ、
１０２Ｌ 流路部、
１０２ｐ 外縁、
１０２ｑ 溝、
１０２ｘ 平坦部、
１０２ｙ アノード側突起、
１０２ｚ カソード側突起、
１０３ 集電補助層、
１０４ 封止部材、
１０５ モジュールエンド、
１０６ 上部集電板、
１０７ 下部集電板、
１０８ 下部エンドプレート、
１０９ 上部エンドプレート、
１１０ エアーシェルター、
１１１ 外部マニホールド、
１０１ａ，１０２ａ，１０５ａ，１０７ａ，１０８ａ，１１１ａ アノード側第１流入口、
１０１ｂ，１０２ｂ，１０５ｂ，１０７ｂ，１１１ｂ，１０８ｂ アノード側第２流入口、
１０１ｃ，１０２ｃ，１０５ｃ，１０７ｃ，１１１ｃ，１０８ｃ アノード側第３流入口、
１０１ｄ，１０２ｄ，１０８ｄ，１０７ｄ，１１１ｄ，１０５ｄ アノード側第１流出口、
１０１ｅ，１０２ｅ，１０５ｅ，１０７ｅ，１１１ｅ，１０８ｅ アノード側第２流出口、
１０１ｆ，１０８ｆ，１０２ｆ，１０５ｆ，１０７ｆ，１１１ｆ カソード側第１流入口、
１０１ｇ，１０２ｇ，１０５ｇ，１０７ｇ，１０８ｇ，１１１ｇ カソード側第２流入口、
１０１ｈ，１０２ｈ，１１１ｈ，１０５ｈ，１０７ｈ，１０８ｈ カソード側第１流出口、
１０１ｉ，１０２ｉ，１０５ｉ，１０７ｉ，１０８ｉ，１１１ｉ カソード側第２流出口、
１０１ｊ，１０２ｊ，１０５ｊ，１０７ｊ，１０８ｊ，１１１ｊ カソード側第３流出口、
１１２ カバー、
１１３，１１４，１１５ シール材、
１１６ バネ部材、
１１６ａ 基材、
１１６ｂ 起立片、
２００，２０１，２０２，２０３ 調整部、
３０１，３０２，３０３，３０４ セパレータ、
３０１Ｌ，３０２Ｌ，３０３Ｌ，３０４Ｌ 流路部、
３０１ｓ，３０２ｓ，３０３ｓ，３０４ｓ 凸状部、
４０１，４０２，４０３，４０４ 調整部、
５０１，５０２ セパレータ、
５０１Ｌ，５０２Ｌ 流路部、
５０１ｒ，５０２ｒ アノード側流入口、
５０１ｓ，５０２ｓ アノード側流出口、
５０１ｔ，５０２ｔ カソード側流入口、
５０１ｕ，５０２ｕ カソード側流出口、
６０２，６１２，６２２，６３２ セパレータ、
６０２Ｌ，６１２Ｌ，６２２Ｌ，６３２Ｌ 流路部、
６０２ｐ，６１２ｐ，６２２ｐ，６３２ｐ 流入口、
６０２ｑ，６１２ｑ，６２２ｑ，６３２ｑ 流出口、
Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，Ｓ５１ 主流路、
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ４１，Ｔ４２，Ｔ５１，Ｔ５２，Ｔ６３，Ｔ７３，Ｔ８３，Ｔ９３ 補助流路、
Ｖ 接合ライン、
ＡＧ アノードガス、
ＣＧ カソードガス、
Ｘ （燃料電池の）短手方向、
Ｙ （燃料電池の）長手方向、
Ｚ （燃料電池の）積層方向。
【０００２】
と、セパレータと、流路部と、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部と、を有する。前記発電セルは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する。前記セパレータは、前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てる。前記流路部は、前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる。複数の前記ガス流入口は、前記流路部に前記ガスを流入させる。複数の前記ガス流出口は、前記流路部から前記ガスを流出させる。前記調整部は、複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する。複数の前記ガス流入口の数と複数の前記ガス流出口の数とは異なる。前記調整部は複数の前記発電セルを同一平面上に対向して配置することによってこれら複数の前記発電セルの対向面間に形成した第１補助流路を有する。前記調整部は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される前記流路部の圧力損失を調整することによって複数の前記流路間の流れのばらつきを低下させる。
［０００７］
上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造の制御方法は、セパレータの間に狭持された発電セルにガス流入口からガスを前記セパレータに形成した流路部に供給し、前記ガスをガス流出口から排出して発電する燃料電池のユニット構造の制御方法である。前記ガス流入口の数と前記ガス流出口の数とは異なる。この燃料電池のユニット構造の制御方法は、前記ガス流入口から供給される前記ガスの流れを、前記発電セルの同一平面内において、前記セパレータの前記流路部を流れる主流れと、同一平面上に対向して配置した複数の前記発電セルの間を流れる補助流れの少なくとも２つの流れに分割し、前記補助流れにおける前記ガスの圧力損失を調整して、前記主流れにおける同一平面内での前記ガスの分配を均一にする。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］第１実施形態の燃料電池を示す斜視図である。
［図２］図１の燃料電池をカバーとセルスタックアッセンブリーおよび外部マニホールドに分解した状態を示す斜視図である。
［図３］図２のセルスタックアッセンブリーをエアーシェルターと上部エンドプレートとスタックおよび下部エンドプレートに分解した状態を示す斜視図である。
［図４］図３のスタックを上部モジュールユニットと複数の中部モジュールユニ
と、セパレータと、流路部と、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部と、を有する。前記発電セルは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する。前記セパレータは、前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てる。前記流路部は、前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる。複数の前記ガス流入口は、前記流路部に前記ガスを流入させる。複数の前記ガス流出口は、前記流路部から前記ガスを流出させる。前記調整部は、複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する。複数の前記ガス流入口の数と複数の前記ガス流出口の数とは異なる。前記調整部は複数の前記発電セルを同一平面上に対向して配置することによってこれら複数の前記発電セルの対向面間に形成した第１補助流路を有する。前記調整部は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される前記流路部の圧力損失を調整することによって複数の前記流路間の流れのばらつきを低下させる。
［０００７］
上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造の制御方法は、セパレータの間に狭持された発電セルにガス流入口からガスを前記セパレータに形成した流路部に供給し、前記ガスをガス流出口から排出して発電する燃料電池のユニット構造の制御方法である。前記ガス流入口の数と前記ガス流出口の数とは異なる。この燃料電池のユニット構造の制御方法は、前記ガス流入口から供給される前記ガスの流れを、前記発電セルの同一平面内において、前記セパレータの前記流路部を流れる主流れと、同一平面上に対向して配置した複数の前記発電セルの間を流れる補助流れの少なくとも２つの流れに分割し、前記補助流れにおける前記ガスの圧力損失を調整して、前記主流れにおける同一平面内での前記ガスの分配を均一にする。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］第１実施形態の燃料電池を示す斜視図である。
［図２］図１の燃料電池をカバーとセルスタックアッセンブリーおよび外部マニホールドに分解した状態を示す斜視図である。
［図３］図２のセルスタックアッセンブリーをエアーシェルターと上部エンドプレートとスタックおよび下部エンドプレートに分解した状態を示す斜視図である。
［図４］図３のスタックを上部モジュールユニットと複数の中部モジュールユニ
【００２４】
のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量と、発電セル１０１Ｍの中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）に供給するガスの量を、均等にすることができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
［００７７］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００を複数の発電セル１０１Ｍを同一平面上に対向して配置することでこれら複数の発電セル１０１Ｍの対向面間に補助流路Ｔ１１を形成することが好ましい。
［００７８］
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、簡便な構成によって、複数の発電セル１０１Ｍの対向面間に補助流路Ｔ１１を形成することができる。
［００７９］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００を少なくとも一方の発電セル１０１Ｍの非対向面とセルフレーム１０１Ｗ端部との間に補助流路Ｔ１２を形成することが好ましい。
［００８０］
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍの非対向面とセルフレーム１０１Ｗ端部との間の補助流路Ｔ１２に供給するガスの量を調整して、発電セル１０１Ｍの発電に十分に寄与する中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）にガスを過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
［００８１］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、複数並べて配置した発電セルに流れるガスの量をそれぞれ調整することが好ましい。
［００８２］
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、アクティブエリアを小さく区切って（必要となるアクティブエリアを複数の発電セル１０１Ｍを用いて構成）、そのアクティブエリア毎にガスのばらつきを抑制することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
［００８３］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、隣り合う発電
のユニット構造は、発電セル１０１Ｍの端部（例えば補助流路Ｔ１１およびＴ１２と対向する部分）に供給するガスの量と、発電セル１０１Ｍの中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）に供給するガスの量を、均等にすることができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
［００７７］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００を複数の発電セル１０１Ｍを同一平面上に対向して配置することでこれら複数の発電セル１０１Ｍの対向面間に補助流路Ｔ１１を形成することが好ましい。
［００７８］
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、簡便な構成によって、複数の発電セル１０１Ｍの対向面間に補助流路Ｔ１１を形成することができる。
［００７９］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００を少なくとも一方の発電セル１０１Ｍの非対向面とセルフレーム１０１Ｗ端部との間に補助流路Ｔ１２を形成することが好ましい。
［００８０］
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、発電セル１０１Ｍの非対向面とセルフレーム１０１Ｗ端部との間の補助流路Ｔ１２に供給するガスの量を調整して、発電セル１０１Ｍの発電に十分に寄与する中央部（例えば主流路Ｓ１１と対向する部分）にガスを過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
［００８１］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、複数並べて配置した発電セルに流れるガスの量をそれぞれ調整することが好ましい。
［００８２］
かかる燃料電池１００のユニット構造によれば、アクティブエリアを小さく区切って（必要となるアクティブエリアを複数の発電セル１０１Ｍを用いて構成）、そのアクティブエリア毎にガスのばらつきを抑制することができる。したがって、燃料電池１００のユニット構造は、発電効率を十分に向上させることができる。
［００８３］
燃料電池１００のユニット構造において、調整部２００は、隣り合う発電
上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造は、発電セルと、セパレータと、流路部と、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部と、を有する。前記発電セルは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する。前記セパレータは、前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てる。前記流路部は、前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる。複数の前記ガス流入口は、前記流路部に前記ガスを流入させる。複数の前記ガス流出口は、前記流路部から前記ガスを流出させる。前記調整部は、複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する。該調整部は同一平面上に対向して配置した複数の前記発電セル間で且つ延設方向がその延長線上に前記ガス流入口が位置する向きとなるように設けられた補助流路を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造は、発電セルと、セパレータと、流路部と、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部と、を有する。前記発電セルは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する。前記セパレータは、前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てる。前記流路部は、前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる。複数の前記ガス流入口は、前記流路部に前記ガスを流入させる。複数の前記ガス流出口は、前記流路部から前記ガスを流出させる。前記調整部は、複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する。複数の前記ガス流入口の数と複数の前記ガス流出口の数とは異なる。前記調整部は複数の前記発電セルを同一平面上に対向して配置することによってこれら複数の前記発電セルの対向面間に形成した補助流路を有する。前記調整部は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される前記流路部の圧力損失を調整することによって複数の前記流路間の流れのばらつきを低下させる。
また、上記目的を達成するための本発明の燃料電池のユニット構造は、発電セルと、セパレータと、流路部と、複数のガス流入口と、複数のガス流出口と、調整部と、を有する。前記発電セルは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する。前記セパレータは、前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てる。前記流路部は、前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる。複数の前記ガス流入口は、前記流路部に前記ガスを流入させる。複数の前記ガス流出口は、前記流路部から前記ガスを流出させる。前記調整部は、複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する。複数の前記ガス流入口の数と複数の前記ガス流出口の数とは異なる。前記調整部は複数の前記発電セルを同一平面上に対向して配置することによってこれら複数の前記発電セルの対向面間に形成した補助流路を有する。前記調整部は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される前記流路部の圧力損失を調整することによって複数の前記流路間の流れのばらつきを低下させる。
（燃料電池１００に設けた調整部２００の構成）
図１６は、調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１およびＴ１２（Ｔ１２：セルフレーム側補助流路に相当する）を設けた例を示す斜視図である。図１７は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２および集電補助層１０３を積層した状態の中央部分を示し、その中央部分に調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１を設けた状態を示す断面図に相当する。
図１６は、調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１およびＴ１２（Ｔ１２：セルフレーム側補助流路に相当する）を設けた例を示す斜視図である。図１７は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２および集電補助層１０３を積層した状態の中央部分を示し、その中央部分に調整部２００の構成要素として補助流路Ｔ１１を設けた状態を示す断面図に相当する。
Claims (9)
- 電解質を燃料極と酸化剤極とで挟み供給されたガスによって発電する発電セルと、
前記発電セルと前記発電セルとの間に設け、隣り合う前記発電セルを隔てるセパレータと、
前記セパレータと前記セパレータとの間に形成され前記発電セルに前記ガスを供給する複数の流路からなる流路部と、
前記流路部に前記ガスを流入させる複数のガス流入口と、
前記流路部から前記ガスを流出させる複数のガス流出口と、
複数の前記流路を流れる前記ガスの量を調整する調整部と、を有し、
前記調整部は複数のガス流入口間または複数のガス流出口間に形成される前記流路部の圧力損失を調整することによって複数の前記流路間の流れのばらつきを低下させる、燃料電池のユニット構造。 - 複数の前記ガス流入口と複数の前記ガス流出口との数とを異ならせた、請求項１に記載の燃料電池のユニット構造。
- 前記調整部を複数の前記発電セルを同一平面上に対向して配置することでこれら複数の前記発電セルの対向面間に補助流路を形成した、請求項１または２に記載の燃料電池のユニット構造。
- 前記調整部を少なくとも一方の前記発電セルの非対向面とセルフレーム端部との間に補助流路を形成した、請求項３に記載の燃料電池のユニット構造。
- 前記調整部は、補助流路の前記ガスの量を調整する別体の制御機構を備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池のユニット構造。
- 前記制御機構は、前記ガスの圧力損失を増加または減少させるようにして前記ガスを制御する、請求項５に記載の燃料電池のユニット構造。
- 前記ガス流入口と前記ガス流出口の一方の数を奇数として、前記ガス流入口と前記ガス流出口の他方の数を偶数とした、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池のユニット構造。
- 一の前記発電セルの前記燃料極に対応する前記ガス流入口および前記ガス流出口と、他の前記発電セルの前記酸化剤極に対応する前記ガス流入口および前記ガス流出口とを、交互に隣り合わせた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池のユニット構造。
- セパレータの間に狭持された発電セルにガス流入口からガスを前記セパレータに形成した流路部に供給し、前記ガスをガス流出口から排出して発電する燃料電池のユニット構造の制御方法であって、
前記ガス流入口から供給される前記ガスの流れを、前記発電セルの同一平面内において、前記セパレータの前記流路部を流れる主流れと、複数の前記発電セルの間を流れる補助流れの少なくとも２つの流れに分割し、前記補助流れにおける前記ガスの圧力損失を調整して、前記主流れにおける同一平面内での前記ガスの分配を均一にする、燃料電池のユニット構造の制御方法。
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