(57)【要約】【課題】集電端子からの放熱を削減して排熱回収効率を向上できる燃料電池を提供すること。【解決手段】電解質７の両面に形成された燃料極８および酸化剤極９と、電解質７を挟持した一対のセパレータ１ａ、１ｂとからなる単電池２、または単電池２を複数積層したスタック３と、単電池２またはスタック３の両端に配置された集電体４と、集電体４に設けられた集電端子５と、燃料極８に燃料ガスを供給排出する燃料ガスマニホールドと、酸化剤極９に酸化剤ガスを供給排出する酸化剤ガスマニホールドと、単電池２またはスタック３で発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドと、を少なくとも備え、集電端子５を冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａ近傍に配置する構成を有する燃料電池である。【選択図】図１
2010212049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両面に形成された燃料極および酸化剤極と、前記電解質を挟持した一対のセパレータとからなる単電池、または前記単電池を複数積層したスタックと、前記単電池または前記スタックの両端に配置された集電体と、前記集電体に設けられた集電端子と、前記燃料極に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給排出する燃料ガスマニホールドと、前記酸化剤極に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給排出する酸化剤ガスマニホールドと、前記単電池または前記スタックで発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドと、を少なくとも備え、前記集電端子を前記冷却水マニホールドの冷却水入口近傍に配置する燃料電池。
【請求項２】
前記集電端子を前記冷却水マニホールドの前記冷却水入口と前記酸化剤ガスマニホールドの前記酸化剤ガス入口との間に配置する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記集電端子を前記冷却水マニホールドの前記冷却水入口と前記燃料ガスマニホールドの前記燃料ガス入口との間に配置する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記冷却水マニホールドの前記冷却水入口を前記集電体内の前記集電端子の近傍に配置する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記集電端子内に前記冷却水マニホールドの前記冷却水入口を設けた請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記集電端子の面内に前記冷却水マニホールドの前記冷却水入口と接続される冷却水流路を設けた請求項４または５に記載の燃料電池。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の燃料電池と、燃料処理手段と、酸化剤ガス供給手段と、を少なくとも備えた燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電端子からの放熱を削減して排熱回収効率を向上できる燃料電池とそれを備えた燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な燃料電池は、図７に示すように、電解質と、電解質の両面に形成した燃料極および酸化剤極と、燃料極に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給排出し、酸化剤極に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給排出する一対のセパレータ２１ａおよび２１ｂからなる単電池２２と、単電池２２を複数積層したスタック２３と、スタック２３の両端に配置された集電体２４と、集電体２４に設けられた集電端子２５と、燃料ガスを供給排出する燃料ガスマニホールドと、酸化剤ガスを供給排出する酸化剤ガスマニホールドと、スタック２３で発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドで構成される。
【０００３】
ここで、集電体２４の集電端子２５は、直流電流を取り出すために設けられているが、導電性の金属などで形成されるため、熱伝導性が高いこと、また、スタック２３の両端に配置されること、ケーブルを接続するため集電端子２５の面積が大きくなることなどの理由により、発電中にスタックなどで発生する熱が集電端子２５から放熱されやすい。
【０００４】
そして、放熱が多くなると排熱回収効率が低下し、総合エネルギー効率が低下する。さらに、放熱の大きい部分で局所的に加湿された燃料ガスあるいは酸化剤ガス、あるいは反応で生成した水蒸気が、その流路内で凝縮することにより、発電中にフラッディングが発生し、電圧が低下して発電性能が低下する場合がある。
【０００５】
そのため、従来の燃料電池では、集電端子２５からの放熱を削減するため、集電端子２５の周囲に断熱材２６を配置して、集電端子２５からの放熱を抑制していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２７５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の燃料電池では、スタックで発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとの位置関係により集電端子から放熱される熱量が依存する。そのため、集電端子と冷却水マニホールドの冷却水出口との距離が近い場合、集電端子の温度が上昇して、集電端子と外気との温度差が大きくなるため、断熱材があっても集電端子による放熱が増える。その結果、集電端子と冷却水マニホールドの冷却水出口との距離が離れている場合に比べて、排熱回収効率が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷却水マニホールドの冷却水入口近傍に集電端子を配置することにより、集電端子からの放熱を低減して排熱回収効率を向上できる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池は、電解質の両面に形成された燃料極および酸化剤極と、電解質を挟持した一対のセパレータとからなる単電池、または単電池を複数積層したスタックと、単電池またはスタックの両端に配置された集電体と、集電体に設けられた集電端子と、燃料極に燃料ガスを供給排出する燃料ガスマニホールドと
、酸化剤極に酸化剤ガスを供給排出する酸化剤ガスマニホールドと、単電池またはスタックで発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドと、を少なくとも備え、集電端子を冷却水マニホールドの冷却水入口近傍に配置するものである。
【０００９】
これにより、集電端子をスタックの中で最も温度の低い冷却水マニホールドの冷却水入口近傍に配置するので、集電端子の温度を低く保持することができる。その結果、集電端子からの放熱を抑制して、排熱回収効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集電端子からの放熱を低減することにより、排熱回収効率を向上させ、総合エネルギー効率の優れた燃料電池とそれを用いた燃料電池発電システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、電解質の両面に形成された燃料極および酸化剤極と、電解質を挟持した一対のセパレータとからなる単電池、または単電池を複数積層したスタックと、単電池またはスタックの両端に配置された集電体と、集電体に設けられた集電端子と、燃料極に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給排出する燃料ガスマニホールドと、酸化剤極に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給排出する酸化剤ガスマニホールドと、単電池またはスタックで発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドと、を少なくとも備え、集電端子を冷却水マニホールドの冷却水入口近傍に配置する構成の燃料電池である。
【００１２】
この構成により、集電端子からの放熱を抑制して集電端子の温度を低く保持し、排熱回収効率を向上できる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、集電端子を冷却水マニホールドの冷却水入口と酸化剤ガスマニホールドの酸化剤ガス入口との間に配置する。これにより、酸化剤ガス入口の露点温度が冷却水温度に比べて同じもしくは高い場合で、かつ、燃料ガス入口の露点温度が冷却水温度に比べて低い場合、燃料極側が低い湿度状態になるが、集電端子からの放熱により燃料ガス入口の露点温度がそれ以上低くなるのを抑制するので、燃料極側の不純物に対する耐性を高く保持することができる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、集電端子を冷却水マニホールドの冷却水入口と燃料ガスマニホールドの燃料ガス入口との間に配置する。これにより、燃料ガス入口の露点温度が冷却水温度に比べて同じもしくは高い場合で、かつ、酸化剤ガス入口の露点温度が冷却水温度に比べて低い場合、酸化剤極側が低い湿度状態になるが、集電端子からの放熱により酸化剤ガス入口の露点温度がそれ以上低くなるのを抑制するので、電池電圧を高く保持することができ、酸化剤極側の不純物に対する耐性を高く保持することができる。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、冷却水マニホールドの冷却水入口を集電体内の集電端子の近傍に配置する。これにより、冷却水が熱伝導性の高い集電体を介して集電端子を冷却する。その結果、集電端子の温度が低下し、集電端子と外気の温度差が小さくなるので、集電端子からの放熱が抑制され、冷却水の排熱回収効率を向上できる。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明において、集電端子内に冷却水マニホールドの冷却水入口を設ける。これにより、集電端子をさらに冷却して温度を低下させるので、冷却水の排熱回収効率がさらに向上する。
【００１７】
第６の発明は、第４または第５の発明において、集電端子の面内に冷却水マニホールド
の冷却水入口と接続される冷却水流路を設けた。これにより、集電端子を効率的に冷却して、冷却水の排熱回収効率をさらに向上できる。
【００１８】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、上記燃料電池と、燃料処理手段と、酸化剤ガス供給手段と、を少なくとも備えた燃料電池発電システムである。これにより、発電性能に優れ、排熱回収効率の高い燃料電池発電システムを実現できる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した従来の技術と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池を示す概略構成図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施の形態１の燃料電池は、単電池２を複数積層したスタック３と、スタック３の両端に配置された集電体４と、集電体４に設けられた集電端子５と、燃料ガスを供給排出する燃料ガスマニホールドと、酸化剤ガスを供給排出する酸化剤ガスマニホールドと、スタック３で発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａと冷却水出口１０ｂとで少なくとも構成される。
【００２２】
そして、単電池２は、電解質７の両面に燃料極８と酸化剤極９を形成した膜電極接合体と、膜電極接合体の周囲に配置された燃料ガスと酸化剤ガスとの混合やリークを防止するガスケットと、燃料ガスや酸化剤ガスを供給排出するガス流路を備えた一対のセパレータ１ａ、１ｂで挟持して構成されている。
【００２３】
ここで、電解質７は、例えば水素イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルフォン酸ポリマーからなる固体高分子電解質から構成される。
【００２４】
また、燃料極８と酸化剤極９は、耐酸化性の高い多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒および水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層と、触媒層の上に積層した通気性および電子伝導性を有するガス拡散層から構成される。このとき、燃料極８の触媒として、一般に、燃料ガス中に含まれる不純物、特に一酸化炭素（ＣＯ）による被毒を抑制する白金−ルテニウムの合金触媒が用いられる。また、燃料極８のガス拡散層として、撥水処理を施したカーボンペーパー、カーボンクロスやカーボン不織布などが用いられる。また、セパレータ１ａ、１ｂは、例えばカーボンなどの導電性を有する材料で形成される。
【００２５】
そして、スタック３は、複数の単電池２を積層し、その両端に集電体４、絶縁板および端板を配置して、締結ロッドで強固に締結して形成される。ここで、集電端子５が、スタック３で発生した直流電流を外部に取り出すケーブルと接続するために、集電体４の一部から突出させて設けられている。さらに、単電池２の間には発電中に発生するスタック３の排熱を熱交換して回収する冷却水を供給排出する流路（図示せず）が設けられている。そして、図１に示すように、各流路には、冷却水が、スタック３の上部に配置した冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａから供給され、排熱を回収してスタック３の下部に配置した冷却水マニホールドの冷却水出口１０ｂから排出されるように接続されている。なお、図１では、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａおよび冷却水出口１０ｂの配管が同じ側面側に配置した例で図示しているが、これに限られない。例えば、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａと冷却水出口１０ｂの配管を異なる側面に配置してもよく、また、冷却水をスタック３の必ずしも上部から下部へ流す必要もない。
【００２６】
このとき、集電端子５は、以下で説明するように、スタック３の中で最も温度の低い冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの近傍に配置することが重要である。
【００２７】
また、スタック３の周囲に断熱材６を配置して、スタック３の外部への放熱を防止するとともに、安定した温度にスタック３を保持する構成としている。
【００２８】
上記のように構成された燃料電池は、スタック３を構成する単電池２の燃料極８に少なくとも水素を含む燃料ガスを、酸化剤極９に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給することにより発電する。
【００２９】
以下に、本実施の形態のポイントである集電体４の集電端子５と冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａとの配置関係について、図２を用いて説明する。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子５の配置関係を示す概略平面図である。なお、図２は、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａ側からみた状態で示している。
【００３１】
図２に示すように、集電体４の上側周囲のスタック３には、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａと、燃料ガスマニホールドの燃料ガス入口１１ａおよび酸化剤ガスマニホールドの酸化剤ガス入口１２ａが配置されている。また、集電体４の下側周囲のスタック３には、冷却水マニホールドの冷却水出口１０ｂと、燃料ガスマニホールドの燃料ガス出口１１ｂおよび酸化剤ガスマニホールドの酸化剤ガス出口１２ｂが配置されている。
【００３２】
そして、集電体４の集電端子５は、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの近傍で、酸化剤ガスマニホールドの酸化剤ガス入口１２ａとの間に設けられている。なお、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの近傍とは、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの外周から集電端子５の外周までの最短距離が２０ｍｍ以下または集電端子５の端子幅の２倍以下の距離の範囲内である。特に、集電端子５と冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの外周が接することが好ましい。
【００３３】
以下に、上記で説明した集電体の集電端子を冷却水マニホールドの冷却水入口近傍に配置した燃料電池発電システムの排熱回収効率について、具体的に説明する。
【００３４】
そこで、本実施の形態の燃料電池に、燃料極８側に都市ガスを改質して生成した水素を含む燃料ガスを供給する燃料処理手段と、酸化剤極９側に大気中の酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段を接続して、燃料電池発電システムを構成した。
【００３５】
まず、以下に燃料処理手段について、具体的に説明する。
【００３６】
燃料処理手段は、脱硫部と、改質部と、一酸化炭素変成部と、一酸化炭素除去部から少なくとも構成される。このとき、脱硫部は、メタンなどの炭化水素を含む都市ガスなどの原料ガスの付臭剤などに含まれる硫黄化合物を吸着除去する。また、改質部は、メタンなどの炭化水素を含む原料ガスを、水素を含む燃料ガスに改質する。また、一酸化炭素変成部は、改質反応で発生する一酸化炭素を変成し、一酸化炭素除去部は、さらに一酸化炭素を選択的に酸化除去する。
【００３７】
つまり、原料ガスは、脱硫部で脱硫された後、改質部で改質されて水素を含む燃料ガスとなる。このとき、例えば原料ガスにメタンを用いた場合、改質部では、水蒸気を伴って（化１）および（化２）で示した反応が起こり、水素が発生する。
【００３８】
【化１】
2010212049.tif 000003
【００３９】
【化２】
2010212049.tif 000004
【００４０】
なお、改質部で起こる全反応をまとめると（化３）に示す反応が行われる。
【００４１】
【化３】
2010212049.tif 000005
【００４２】
しかし、改質部で生成した改質ガス中には水素以外に１０％程度の一酸化炭素が含まれている。そして、一酸化炭素は、スタック３の運転温度域において燃料極８に含まれる白金触媒を被毒して、その触媒活性を低下させる。そこで、改質部で発生した一酸化炭素を、一酸化炭素変成部で（化２）の反応式に示すように、一酸化炭素を二酸化炭素に変成する。これにより、一酸化炭素の濃度が約５０００ｐｐｍまで減少する。
【００４３】
さらに、濃度が低減した一酸化炭素を、一酸化炭素除去部で（化４）で示す反応により、選択酸化空気供給手段で大気中から取り込んだ空気で選択的に酸化する。これにより、燃料極８の白金触媒の触媒活性の低下を抑制できる約１０ｐｐｍ以下までに一酸化炭素の濃度が減少する。
【００４４】
【化４】
2010212049.tif 000006
【００４５】
また、燃料極８の手前に、発電中に燃料極８に空気を供給するエアブリード手段を設けて、燃料処理手段で生成した燃料ガスに１〜２％程度の空気を混合した。これにより、わずかに残る一酸化炭素の影響をさらに軽減させた。
【００４６】
上記構成により、燃料処理手段を構築した。
【００４７】
なお、燃料処理手段は、上記水蒸気改質法に限られず、オートサーマル法などの水素生成方法でもよい。また、燃料ガスに含まれる一酸化炭素濃度によってはエアブリード手段を省略してもよい。
【００４８】
つぎに、酸化剤ガス供給手段について、具体的に説明する。
【００４９】
酸化剤ガス供給手段は、酸化剤ガスを取り込むブロワと、酸化剤ガス中の不純物を除去する不純物除去手段と、酸化剤ガスを加湿する加湿器で構成される。そして、酸化剤ガスをスタック３の酸化剤極９に加湿して供給する。ここで、酸化剤ガスとは、少なくとも酸素を含む（あるいは酸素を供給することのできる）ガスの総称であり、例えば大気（空気）が利用される。
【００５０】
つぎに、以下の構成を備える燃料電池発電システムの動作について、具体的に説明する。
【００５１】
まず、燃料極８に燃料ガス、酸化剤極９に酸化剤ガスを供給して負荷を接続すると、燃料ガス中の水素は反応式（化５）で示すように燃料極８の触媒層と電解質７の界面で電子を放出して水素イオンとなる。
【００５２】
【化５】
2010212049.tif 000007
【００５３】
そして、放出された水素イオンは、電解質７を通って酸化剤極９へと移動し、酸化剤極９の触媒層と電解質７の界面で電子を受け取る。このとき、酸化剤極９に供給された酸化剤ガス中の酸素と反応して、反応式（化６）で示すように水を生成する。
【００５４】
【化６】
2010212049.tif 000008
【００５５】
上記反応をまとめると（化７）に示す反応が行われる。
【００５６】
【化７】
2010212049.tif 000009
【００５７】
そして、負荷を流れる電子の流れを直流の電気エネルギーとして利用できる。また、上記一連の反応は発熱反応である。そのため、スタック３で発生した排熱を、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａから供給される冷却水により熱交換して回収することにより、湯などの熱エネルギーとして利用することができる。
【００５８】
一般に、スタック３の温度は、発電中の直流電流の大きさと冷却水の温度によって決まり、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの近傍で最も低く、冷却水マニホールドの冷却水出口１０ｂの近傍で最も高くなる。
【００５９】
具体的には、本発明の実施の形態１の燃料電池では、冷却水入口１０ａの温度が約６０℃、冷却水出口１０ｂの温度が約７０℃であった。
【００６０】
このとき、一般に、集電体４および集電端子５には、高い熱伝導性を有する金属製の導電体が用いられるため、外気と接触する部分の集電端子５を介して放熱が起こる。
【００６１】
しかし、本発明の実施の形態１の燃料電池では、集電端子５がスタック３の中で最も温度の低い冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの近傍に配置されているので、集電端子の放熱が冷却水に吸収される。その結果、近傍に配置されていない場合と比べて、スタック３からの外部への放熱が抑制され、排熱回収効率を高く保持することができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態１の燃料電池では、燃料ガス入口１１ａの露点温度は約５５
℃、酸化剤ガス入口１２ａの露点温度は約６５℃であった。このとき、スタック３の発電面内の中央付近の温度を冷却水入口１０ａの温度と冷却水出口１０ｂの温度の平均とした場合、スタック３の温度は約６５℃となる。そのため、燃料ガス入口１１ａの湿度が、高い湿度状態から水蒸気の少ない低い湿度状態になる。
【００６３】
そして、一般に、燃料極８側が低い湿度状態になると、例えば燃料ガス中に含まれる不純物、特に一酸化炭素が燃料極８の触媒を被毒させるため、湿度が低い度合いに応じて発電電圧などの発電性能が低下する場合がある。
【００６４】
しかし、本発明の実施の形態１の燃料電池では、集電端子５を酸化剤ガスマニホールドの酸化剤ガス入口１２ａと冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの間に配置するため、集電端子５からの放熱による水蒸気の凝縮を抑制することができる。その結果、燃料ガス入口１１ａは、それ以上低い湿度状態になることが抑制され、燃料極８側の不純物に対する耐性を高いまま保持して、安定した発電性能を保持できる。
【００６５】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における燃料電池について、図３を用いて説明する。
【００６６】
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図である。
【００６７】
つまり、図３に示すように、本実施の形態の燃料電池は、集電端子５を、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａと燃料ガスマニホールドの燃料ガス入口１１ａの間に配置した点で、実施の形態１とは異なる。なお、冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係以外の燃料電池の構成要素は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６８】
そこで、以下では、実施の形態１と異なる点を主に詳細に説明する。
【００６９】
まず、実施の形態１で説明したように、本実施の形態の燃料電池の発電中における冷却水入口１０ａの温度は約６０℃、冷却水出口１０ｂの温度は約７０℃である。また、燃料ガス入口１１ａの露点温度は約６５℃、酸化剤ガス入口１２ａの露点温度は約５５℃である。このとき、スタック３の発電面内の中央付近の温度を冷却水入口１０ａの温度と冷却水出口１０ｂの温度の平均とした場合、スタック３の温度は約６５℃となる。そのため、酸化剤ガス入口１２ａの湿度が、高い湿度状態から水蒸気の少ない低い湿度状態になる。
【００７０】
そして、一般に、酸化剤極９側が低い湿度状態になると、例えば酸化剤ガス中に含まれる不純物、例えば大気中に含まれる二酸化硫黄などの硫黄化合物や窒素酸化物あるいはアンモニアなどが酸化剤極９の触媒に付着（吸着）する。その結果、発電に必要な化学反応を阻害することにより、湿度が低い度合いに応じて発電電圧などの発電性能が低下する場合がある。
【００７１】
しかし、本発明の実施の形態２の燃料電池では、集電端子５を燃料ガスマニホールドの燃料ガス入口１１ａと冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの間に配置するため、集電端子５からの放熱による水蒸気の凝縮を抑制することができる。その結果、酸化剤ガス入口１２ａは、それ以上低い湿度状態になることが抑制され、酸化剤極９側の不純物に対する耐性を高いまま保持して、安定した発電性能を保持できる。
【００７２】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における燃料電池について、図４を用いて説明する。
【００７３】
図４は、本発明の実施の形態３における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図である。
【００７４】
つまり、図４に示すように、本実施の形態の燃料電池は、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａを集電端子５の近傍の集電体４内に設けた点で、実施の形態１とは異なる。なお、冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係以外の燃料電池の構成要素は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００７５】
図４に示すように、本実施の形態の燃料電池は、集電体４内の集電端子５の付け根近傍に、冷却水マニホールドの冷却水入口を配置し、集電端子５の放熱を低減する構成である。
【００７６】
ここで、集電端子５の近傍とは、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａの外周から集電端子５の外周までの最短距離が２０ｍｍ以下または集電端子５の端子幅の２倍以下の距離の範囲内である。特に、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａを集電体４の集電端子５の付け根部に配置することが好ましい。
【００７７】
このとき、集電体４の腐食や冷却水の導電率の上昇を防止するため、冷却水と集電体４および集電端子５が直接接触しないように冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａを樹脂配管や樹脂で被覆して構成するのが好ましい。
【００７８】
本実施の形態によれば、冷却水が熱伝導性の高い集電体４を介して集電端子５を冷却する。それにより、集電端子５の温度を低下させて、集電端子５と外気温の差を小さくする。その結果、集電端子５からの放熱を抑制して、冷却水を介して、排熱回収効率を向上できる。
【００７９】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における燃料電池について、図５を用いて説明する。
【００８０】
図５は、本発明の実施の形態４における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図である。
【００８１】
つまり、図５に示すように、本実施の形態の燃料電池は、集電端子５に冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａを設けた点で、実施の形態１とは異なる。なお、冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係以外の燃料電池の構成要素は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００８２】
図５に示すように、本実施の形態の燃料電池は、集電体４に突出させて設けた集電端子５内に、冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａを配置し、集電端子５の放熱を低減する構成である。
【００８３】
このとき、集電体４の腐食や冷却水の導電率の上昇を防止するため、冷却水と集電体４および集電端子５が直接接触しないように冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａを樹脂配管や樹脂で被覆して構成するのが好ましい。
【００８４】
本実施の形態の構成によれば、集電端子５を直接的に冷却して、集電端子５の温度を低下させる。その結果、集電端子５からの放熱を効率的に抑制して、冷却水の排熱回収効率をさらに向上できる。
【００８５】
なお、実施の形態３および実施の形態４では、集電端子またはその近傍の集電体に冷却
水マニホールドの冷却水入口が貫通する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、図６に示すように、集電端子５の面内に冷却水マニホールドの冷却水入口１０ａと接続されて通流する冷却水流路１０ｃを設けてもよい。このとき、冷却水流路１０ｃは、密閉空間とする必要がある。これにより、集電端子の全体を効率的に冷却して、冷却水の排熱回収効率をさらに向上し、発電性能に優れ、総合的なエネルギー効率の高い燃料電池を実現できる。また、実施の形態３に冷却水流路を設けても、同様の効果が得られる。
【００８６】
また、各実施の形態では、燃料電池の構成を主に説明したが、これに限られず、燃料電池に、燃料処理手段や酸化剤ガス供給手段を設けて燃料電池発電システムを構築することもできる。これにより、発電性能に優れ、排熱回収効率の高い燃料電池発電システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、排熱回収効率の向上が要望される、高分子型固体電解質膜を用いた燃料電池、燃料電池デバイス、定置用燃料電池発電システムなどの技術分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池を示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図
【図４】本発明の実施の形態３における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図
【図５】本発明の実施の形態４における燃料電池の冷却水マニホールドの冷却水入口と集電端子の配置関係を示す概略平面図
【図６】本発明の実施の形態４における燃料電池の別の例の集電端子の構造を示す概略平面図
【図７】従来の燃料電池を示す概略構成図
【符号の説明】
【００８９】
１ａ，１ｂ，２１ａ，２１ｂ  セパレータ
２，２２  単電池
３，２３  スタック
４，２４  集電体
５，２５  集電端子
６，２６  断熱材
７  電解質
８  燃料極
９  酸化剤極
１０ａ  冷却水入口
１０ｂ  冷却水出口
１０ｃ  冷却水流路
１１ａ  燃料ガス入口
１１ｂ  燃料ガス出口
１２ａ  酸化剤ガス入口
１２ｂ  酸化剤ガス出口
【図１】
2010212049.tif 000010
【図２】
2010212049.tif 000011
【図３】
2010212049.tif 000012
【図４】
2010212049.tif 000013
【図５】
2010212049.tif 000014
【図６】
2010212049.tif 000015
【図７】
2010212049.tif 000016