(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質で形成された閉空間の内部に設けられた内側電極と、前記固体電解質の外面に設けられた外側電極と、前記内側電極の内側に設けられたガス流路と、前記内側電極と電気的に接続されたインターコネクタを有するセルを備えた固体酸化物形燃料電池において、
前記内側電極を挟んで前記インターコネクタと対向する位置に流量制御部を有し、
前記流量制御部は前記ガス流路よりもガス透過率が小さく、
前記ガス流路及び流量制御部が多孔質材で構成され、前記ガス流路を構成する多孔質材の気孔率よりも流量制御部を構成する多孔質材の気孔率の方が小さいことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
請求項１において、前記流量制御部は、気孔率が５０％未満の多孔質部材で構成され、断面が円を含む半楕円形または長方形，正方形，三角形，菱形等の多角形を有する形状、もしくは半球状または三角錐を持つ形状であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
請求項１において、前記流量制御部の気孔率が、ガス流路の入口から出口に向かって、徐々に小さくなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
請求項１において、前記ガス流路を構成する多孔質材の気孔率が９０％以上であり、前記流量制御部を構成する多孔質材の気孔率が５０％未満であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
固体電解質で形成された閉空間の内部に設けられた内側電極と、前記固体電解質の外面に設けられた外側電極と、前記内側電極の内側に設けられたガス流路と、前記内側電極と電気的に接続されたインターコネクタを有するセルを備えた固体酸化物形燃料電池において、
前記内側電極を挟んで前記インターコネクタと対向する位置に流量制御部を有し、
前記流量制御部は前記ガス流路よりもガス透過率が小さく、
前記インターコネクタが複数個に分割して配置され、前記インターコネクタ及び前記流量制御部が前記ガス流路に沿って千鳥状またはランダムに配置されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体電解質を有する燃料電池に係り、特に固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を挟んでアノード（燃料極）及びカソード（空気極）を備え、アノード側には燃料ガスを、カソード側には酸化剤ガスを供給し、電解質を介して燃料と酸化剤を電気化学的に反応させることにより発電する発電装置である。燃料電池の種類の一つである固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、発電効率が高く、６００〜１０００℃の高温で運転されるため、電池内で燃料の改質反応ができるという特徴がある。このため、燃料の多様化が図れ、かつ、電池システム構造がシンプルにでき、他の燃料電池に比べコスト低減のポテンシャルを持つ。また、高温な排熱を利用し、熱・電気併用システムやガスタービンなどの他のシステムとのハイブリッドシステムを形成し易い特徴を持つ。
【０００３】
燃料電池は固体電解質の形状により、円筒形と平板形に大別されるが、円筒形は平板形に比べて熱応力に強く、高温で運転する固体酸化物形燃料電池にとっては大きな利点である。
【０００４】
固体酸化物形燃料電池を熱・電気併用システムやガスタービンとのハイブリッドシステムに適用し商用化するためには、高い発電効率が要求され、高い発電効率を実現するためには、燃料ガスを均一に電極に供給し、９０％程度の高い燃料利用率を実現する必要が有る。
【０００５】
燃料電池で反応ガスの利用率を高めるための手法として、ガス流路に構造を持たせ燃料ガスを均一に電極に供給する技術が提案されている。例えば、ガス流路に分配溝を設け、平坦な溝の層流を乱流に変え、ガスの物質移動係数の上昇を流路後方にもたらすことにより高い燃料利用率を実現する技術（特許文献１参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５０９４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池は起電力が１.０Ｖ程度と小さいため、複数個の燃料電池セルを直列に接続し使用する場合が多く、熱応力に対する強度やガスのシール性を考慮すると、円筒形の燃料電池セルを用いる事例が多いが、平板形の燃料電池セルは単にセルを積層すれば良いのに対し、円筒形燃料電池セルはセルとセルを接続するインターコネクタと呼ばれる接続部分を介して積層する必要が有る。図１６に示すように、隣接する燃料電池セルをインターコネクタで接続する場合、インターコネクタは、燃料電池セルの固体電解質外面の外側電極と隣接する燃料電池セルの内側電極とを接続するため、インターコネクタが接続する領域では固体電解質外面の外側電極が張れず、この領域では発電が行われない。この結果、燃料ガスや酸化剤ガスが消費されず濃度勾配が生じ、電極に均一にガスが行き渡らない結果を生ずる。その結果、ガスの消費斑による濃度過電圧が生じ、ガス利用率および発電効率の低下を招く。
【０００８】
従来技術では、このインターコネクタ接続領域に起因するガス濃度勾配に関しては考慮されていない。
【０００９】
本発明の目的は、円筒形の燃料電池セルのように固体電解質で形成された閉空間の内部に内側電極が形成されたセル構造の固体酸化物形燃料電池において、燃料利用率を改善し、発電効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、固体電解質で形成された閉空間の内部に設けられた内側電極と、前記固体電解質の外面に設けられた外側電極と、前記内側電極の内側に設けられたガス流路と、前記内側電極と電気的に接続されたインターコネクタを有するセルを備え、前記内側電極を挟んで前記インターコネクタと対向する位置に流量制御部を有し、前記流量制御部が前記ガス流路よりもガス透過率が小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、固体酸化物形燃料電池の燃料利用率が改善され、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に関する実施の形態を示した固体酸化物形燃料電池を説明する断面模式図。
【図２】扁平円筒形燃料電池セルとインターコネクタを説明する図。
【図３】本発明を扁平円筒形燃料電池セルに適用した形状モデルを説明する図。
【図４】シミュレーション解析結果から本発明の効果を説明する図。
【図５】シミュレーション解析結果から本発明の効果を説明する図。
【図６】扁平円筒形燃料電池セルとインターコネクタを説明する図。
【図７】本発明をインターコネクタの配置に適用した場合を説明する図。
【図８】本発明をインターコネクタの配置に適用した場合を説明する図。
【図９】シミュレーション解析結果から燃料の濃度分布を説明する図。
【図１０】本発明の流量制御部材の形状を説明する図。
【図１１】流量制御部材の配置位置と気孔率の関係を説明する図。
【図１２】扁平円筒形燃料電池セルにおけるインターコネクタの配置を説明する図。
【図１３】扁平円筒形燃料電池セルにおけるインターコネクタの配置を説明する図。
【図１４】流量制御部材の配置位置と、内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合の関係を説明する図。
【図１５】流量制御部材の配置位置と、内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合の関係を説明する図。
【図１６】インターコネクタの接続により燃料電池セル積層を説明する断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に関する第１の実施形態を示した固体酸化物形燃料電池の断面模式図である。
【００１５】
本発明は、セル形状が平板形状ではなく、円筒形状，扁平円筒形状，楕円形状，直方体形状あるいは立方体形状等のように、閉空間を形成している形状のセルを対象とする。すなわち、筒状の固体電解質の筒の内側と外側に電極が形成された構造のセルを対象とする。アノード及びカソードは、固体電解質によって形成された閉空間の内部或いは外部のどちらに設けても良いが、以下の実施例では、内部にアノードを設け、外部にカソードを設けた場合について説明する。
【００１６】
図１において、燃料電池セル１００は、固体電解質１０４の外面にカソード電極１０５を有し、固体電解質で囲まれた閉空間の内部にアノード電極１０３を有している。アノード電極１０３の電流を外部に取り出すために電気的に接続されたインターコネクタ１０１が設けられている。アノード電極１０３の内部にはガス流路１０２が設けられている。アノード電極１０３のガス流路側にはガス流路よりガス透過率の小さい多孔質部材１０６が設置されている。多孔質部材１０６の設置箇所はアノード電極１０３を挟んでインターコネクタ１０１と対向する位置になるようにする。燃料ガスはガス流路１０２を流れ、酸化剤ガスはカソード電極１０５に沿って燃料電池セル１００の外周側を流れる。ここで、インターコネクタ１０１と接続された領域のアノード電極１０３では、発電作用に必要な固体電解質およびカソード電極が存在しないため、発電反応は起こらない。したがって、インターコネクタ１０１近傍のアノード電極１０３に供給される燃料が消費されないことから、アノード電極１０３の面内で燃料ガスの消費斑が生じる。この消費斑が発電効率低下の原因となる。本発明では、アノード電極１０３を挟んでインターコネクタ１０１と対向する位置にガス流路よりガス透過率の小さい多孔質部材１０６を設置したことを特徴とする。この多孔質部材１０６により、インターコネクタ１０１と接続された領域のアノード電極１０３近傍への燃料ガス供給が削減され、その分、燃料が消費されるアノード電極１０３の他の領域への流量が増え、アノード電極１０３面内における燃料ガスの消費斑が低減される。これにより、消費斑による濃度過電圧が低減され、ガス利用率および発電効率を高めることができる。
【００１７】
固体電解質１０４は、円筒形セルの袋管になっており、材質としては例えばイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることができる。他の構成部材は、例えばアノード電極１０３にはニッケルとＹＳＺからなる多孔質のサーメット、カソード電極１０５にはランタンマンガネイト、インターコネクタ１０１にはランタンクロマイドを用いることが望ましい。
【００１８】
ガス流路１０２は中空かもしくはガス拡散性の向上を改善するために多孔質材を用いても良く、多孔質材料としてはニッケルを含む多孔体が好ましい。これは、アノード電極材料にニッケルとＹＳＺからなる多孔質のサーメットが用いられることが多く、ガス流路１０２がアノード電極１０３と接触しているので、ガス流路１０２の多孔質材にニッケルを含む材料を使用することで、両者の接合が容易になるからである。また、ニッケルは、電気抵抗が小さく、改質触媒としても働くので、この点からもガス流路１０２の材料として好ましい。多孔質部材１０６は、燃料が消費されないインターコネクタ１０１と接続された領域のアノード電極１０３近傍のガス流路領域に配置され、ガスが消費される他の領域に燃料ガスが行き渡るようにガス流量を制御するものである。多孔質部材１０６はアノード電極１０３と接合されるため、ニッケルを含む多孔体が好ましい。ガス流路１０２に多孔質材を用いた場合、ガス流路１０２を構成する多孔質材の気孔率は９０％以上が望ましく、多孔質部材１０６の気孔率は５０％未満が望ましい。この様に気孔率に相対的な格差を設けることでガスの流れ易さを変えて、インターコネクタ１０１と接続された領域のアノード電極１０３近傍のガス流路領域におけるガスの流れを抑制する。これにより、燃料が消費される領域にガスが多く供給されるので、消費斑による濃度過電圧が低減され、ガス利用率および発電効率を高めることができる。また、多孔質部材１０６は、気孔を持たないニッケルを含む構造部材でも良い。なお、ここで言う多孔質の気孔率は、連通孔で構成される気孔の体積比率を指すものであり、ガスが流れない閉塞した気孔は含めないものとする。
【００１９】
次に、数値シミュレーションを用いた解析により、本発明の効果について説明する。シミュレーション解析による本発明の効果についての検証は、扁平円筒形状の燃料電池セルを用いて実施した。図２および図３に扁平円筒形燃料電池セルの概念図を示す。図２において、扁平円筒形燃料電池セル２００は、内側電極をアノード電極、外側電極をカソード電極とし、内側電極で閉じられた空間を燃料ガスが通る構成とした。扁平円筒形燃料電池セル２００は、アノード電極の電流を取り出すための電気的接続要素部であるインターコネクタ２２０が６個設置され、アノード電極との電流パスを短くし、電気抵抗が小さくなるように工夫されている。Ａ−Ａ線における扁平円筒形燃料電池セル２００の断面図を図３に示す。図３において、扁平円筒形燃料電池セル２００は、固体電解質３０５の外面にカソード電極３０６を有し、固体電解質３０５で囲まれた閉空間の内部にアノード電極３０４を有している。アノード電極３０４の電流を外部に取り出すために、インターコネクタ３２１，３２２，３２３がアノード電極３０４と電気的に接続されている。アノード電極３０４の内部はガス流路３０２である。ガス流路３０２には、インターコネクタ３２１，３２２，３２３と接続された領域のアノード電極３０４の近傍を覆うように多孔質部材３１１，３１２，３１３が設置されている。燃料ガスはガス流路３０２を流れ、酸化剤ガスはカソード電極３０６の外周面に沿って流れる。
【００２０】
シミュレーションで用いた扁平円筒形燃料電池セルの形状モデルについて説明する。基本構成は図３に示した構造と同じである。アノード電極の開口部の寸法が幅３６mm，高さ２mm，長さ２００mmの扁平円筒形とし、厚さを１０μｍとした。アノード電極の内部には内側電極と同じ形状のガス流路が形成されている。ガスは図２に示した入口４１１から流れ、出口４１２から排出される。固体電解質およびカソード電極を、アノード電極の外側に形成し、軸方向の長さをそれぞれ１７０mm、固体電解質の厚さを５μｍ、カソード電極の厚さを１０μｍとした。固体電解質およびカソード電極には、インターコネクタ設置のため、幅４mm，長さ６０mmの窓が６つ設けられており、インターコネクタはこの窓を通じてアノード電極と接続されている。インターコネクタは６つ設置され、それぞれの寸法は、幅３mm，長さ５８mm，厚さ１５μｍとした。図３に示したように、シミュレーションで用いる扁平円筒形燃料電池セルの形状モデルに、インターコネクタと接続された領域のアノード電極の近傍を覆うように、幅３mm，長さ５８mm，厚さ５００μｍの多孔質部材を６つ設置した。
【００２１】
次に各要素の材質および物性値について説明する。本シミュレーションでは、ガス流路には、密度８９００Ｋｇ／ｍ3，比熱４６０.６Ｊ／ＫｇＫ，熱伝導率９１.７４Ｗ／ｍＫ，気孔率０.９５，厚さ２mmのＮｉフォーム多孔質材を用いることを想定し、アノード電極には、密度７４３０Ｋｇ／ｍ3，比熱４５６Ｊ／ＫｇＫ，熱伝導率１１Ｗ／ｍＫ，気孔率０.３のＮｉ＋ＳＣＳＺ材を、固体電解質にはＳＣＳＺ材を、カソード電極には、密度４５００Ｋｇ／ｍ3，比熱５６６Ｊ／ＫｇＫ，熱伝導率２.２Ｗ／ｍＫ，気孔率０.３の（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3材を用いることを想定した。また、インターコネクタは、密度６３００Ｋｇ／ｍ3，比熱５００Ｊ／ＫｇＫ，熱伝導率２Ｗ／ｍＫの（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ3材を、多孔質部材にはガス流路と同じ材質で、厚さ０.５mmの気孔率０.３のＮｉフォーム多孔質材を用いることを想定した。この形状モデルをＣＡＳＥ_Ｂとし、比較のために、多孔質部材の気孔率をガス流路に用いた多孔質部材と同じ０.９５に設定した形状モデルをＣＡＳＥ_Ａとして作成し、多孔質部材による性能向上を検証した。シミュレーションには、ＡＮＳＹＳ社の汎用熱流体解析シミュレータＦｌｕｅｎｔを用い、ＳＯＦＣサブモジュールを組み込んで電気化学反応をシミュレーションし、ガス流路における燃料ガス濃度分布を解析した。
【００２２】
シミュレーションによる解析では、アノード電極内部のガス流路を流す燃料ガスには純水素を用い、カソード電極の外周側に沿って流す酸化剤ガスには空気を用いた。燃料電池の運転条件は、燃料利用率を９０％、酸素利用率を２０％になるように、ガス流量を設定し、燃料ガスおよび空気の入口ガス温度を８００℃とした。燃料電池セルを断熱材で覆うことを想定し、燃料電池セルからの熱流速をゼロＷ／cm2とした。
【００２３】
シミュレーションの解析結果を説明する。電流密度０.４Ａ／cm2におけるガス流の燃料ガス中の水素の濃度分布（モル分率）により評価した。その結果、ＣＡＳＥ_Ａに対して、ＣＡＳＥ_Ｂの方が、インターコネクタと接続された領域のアノード電極近傍における水素濃度が高く、その領域が大きくなることが分かった。図２のＡ−Ａ断面での水素Ｈ2の濃度分布（モル分率）の傾向を図４に示す。図４において、ＣＡＳＥ_Ａでは、多孔質部材、すなわち、インターコネクタと接続されたアノード電極３０４近傍のガス流路３０２の領域の水素濃度が高く、その領域が広範囲に及んでいる。したがって、この領域では燃料が消費されておらず、消費斑による性能低下を引き起こす懸念がある。一方、多孔質部材に気孔率０.３を用いたＣＡＳＥ_Ｂでは、多孔質部材、すなわち、インターコネクタと接続するアノード電極近傍のガス流路領域において、水素濃度が高い部分が存在するが、その領域はＣＡＳＥ_Ａに比べて、大幅に小さくなっており、他のガス流路領域との濃度差が解消されていることが分かる。この解析結果を具体的な数値で示したものを図５に示す。
【００２４】
図５において、多孔質部材にガス流路と同じ気孔率０.９５を用いたＣＡＳＥ_Ａの解析結果では、ガス流路における水素濃度を示すモル分率は１０.０４であり、多孔質部材、即ちインターコネクタと接続するアノード電極近傍のガス流路領域における水素のモル分率は１１.３６と高く、多孔質部材周辺では燃料が消費されず、燃料が濃くなり消費斑があることが分かる。
【００２５】
一方、多孔質部材に気孔率０.３を用いたＣＡＳＥ_Ｂの解析結果では、ガス流路にけるおける水素燃料の濃度を示すモル分率は１０.２１と、ＣＡＳＥ_Ａの場合に比べ１.７％上昇し、多孔質部材、即ちインターコネクタと接続するアノード電極近傍のガス流路領域における水素のモル分率は１０.６４とガス流路に近い値になり、多孔質部材周辺部における、燃料の消費斑が解消されていることが分かる。
【００２６】
このように、固体電解質で形成された閉空間の内部に設けられた内側電極と、固体電解質の外面に設けられた外側電極と、内側電極の内側に設けられたガス流路と、内側電極と電気的に接続されたインターコネクタを有するセルを備えた固体酸化物形燃料電池において、内側電極を挟んでインターコネクタと対向する位置にガス流路よりもガス透過率の小さい流量制御部を設けたことで、インターコネクタ部と接続する内側電極部近傍のガスの流れが抑制され、燃料ガスまたは酸化剤ガスが消費される領域へ供給されるガス流量が増えるため消費斑による濃度過電圧が低減され、ガス利用率および、発電効率を高めることができる。
【００２７】
次に、上述のシミュレーション解析により、固体電解質３０５における電流密度の分布について評価した。電流密度はガス流路の入口１６０１付近が最も大きく、ガス流の出口に向かって徐々に小さくなっており、入口から出口に向かって発電量が減少する結果となった。即ち、入口１６０１付近では燃料ガスや酸化剤ガスが多く消費され、出口に向かって徐々に少なくなっていることを示している。そこで、次に、ガス流路の上流と下流における燃料消費斑を解決する手段を示した燃料電池の概念図を図６に示す。図６において、インターコネクタと接続された内側電極部近傍のガス流路領域に配置した流量制御部材８１０，８２０に対して、ガス流路入口８０１側の流量制御部材８１０の気孔率を高めにし、ガス流路入口８０１から離れた側の流量制御部材８２０の気孔率を低めに設定する。
【００２８】
例えば、入口からの距離と流量制御部材の気孔率の関係を図１１に示すように設定し、上流側の流量制御部材８１０ではガスが流れ、この領域では発電が行われないため、燃料または酸化剤ガスが消費されず、ガスが流れた分、下流の領域に回すことができる。また下流に行くに従い発電されない領域にガスが流れにくくなり、下流部の発電領域に燃料または酸化剤ガスが多く流れるので燃料または酸化剤ガスの消費が増加される。この様に、上流から下流にかけて燃料または酸化剤ガスの消費量が均一になるように図１１に示す流量制御部材の気孔率を設定することで、下流に進むに従い燃料または酸化剤ガスの消費が減少する課題が改善され、ガス利用率および発電効率を向上することができる。
【００２９】
図７の燃料電池９００は、隣り合う燃料電池セルを電気的に接続するインターコネクタを、複数のインターコネクタ部材９１０，９２０，９３０で構成し、ガス流路の流れ方向９０１に対し、千鳥状に配置したことで、インターコネクタ部と接続する内側電極部近傍において、ガスが消費されない領域が分散され、消費斑による濃度過電圧を低減することができる。この結果、ガス利用率および発電効率を高めることが可能となる。また、図８に示す燃料電池１０００は、隣り合う燃料電池セルを電気的に接続するインターコネクタを、円を含む楕円形、または多角形のインターコネクタ部材１０１０で構成し、ガス流路の流れ方向１００１に対し、千鳥状または不規則に配置したことで、インターコネクタ部と接続する内側電極部近傍において、ガスが消費されない領域を分散し、消費斑による濃度過電圧を低減することにより、ガス利用率および発電効率を高めるものである。
【００３０】
図１２の燃料電池１４００は、隣り合う燃料電池セルを電気的に接続するインターコネクタを複数のブロックに分割して配置した実施例である。複数のインターコネクタ部材を１５１０，１５２０，１５３０の３つのブロックで構成し、各ブロック内でガス流路の流れ方向１４０１に対し、ガス流速が最も早い流路中央部に集まるようにインターコネクタ部材を配置した。この構成により、インターコネクタ部と接続する内側電極部近傍において、ガスが消費されない領域が均一に分散され、消費斑による濃度過電圧を低減することができる。この結果、ガス利用率および発電効率を高めることが可能となる。また図１３に示す燃料電池１５００は、隣り合う燃料電池セルを電気的に接続するインターコネクタ１５１０を、複数の楕円形で構成しランダムに分散させて配置したものである。インターコネクタの形状は円を含む楕円形、または長方形，正方形，三角形，菱形等の多角形であってもよい。また、図１２および図１３で示されるようにインターコネクタ部材は、流れ方向１４０１および１５０１に対し、上流から下流に向かうに従い、流路に占めるインターコネクタの割合が減少するように配置している。この結果、インターコネクタと内側電極が接する面積が徐々に小さくなるので、発電できる領域が下流に行くに従い多くなり、ガス流路上流で燃料または酸化剤ガスが徐々に多く消費されるようになる。この結果、ガス流路上流で、燃料または酸化剤ガスが多く消費され、下流では少なくなる問題を改善し、燃料または酸化剤ガス消費の均一化が可能となる。
【００３１】
図１４および図１５は、内側電極の面積に占めるインターコネクタと内側電極とが接続する面積の割合の変化を、流路の入口から出口に向かって示したものである。図１４は、図１２に示した燃料電池１４００についての内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合を示したものである。図１４において、入口に近いインターコネクタ配置ブロック１４１０の内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合１７０１が０.５であり、中央のインターコネクタ配置ブロック１４２０の内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合１７０２が０.３、出口に近いインターコネクタ配置ブロック１４３０の内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合１７０３が０.１となっている。このように下流に行くに従い、内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合を小さくすることで、発電可能な領域を上流では少なく、下流では多く割り当てることができる。この結果、上流での過度な消費や下流で消費が少なくなる課題を解消することができ、燃料または酸化剤ガスの消費を上流と下流で均一化できる。また、インターコネクタ配置ブロックごとに内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合を設定することで、上流から下流にいたるまでのガス消費の均一化設定が容易となる。
【００３２】
図１５は、図１３に示した燃料電池１５００についての内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合を示したものである。図１５において、入口から出口に向かって連続的に内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合が減少し、下流に行くに従い、内側電極面積に占めるインターコネクタと内側電極の接続面積割合を小さくなるように設定されている。このようにすることで、発電可能な領域を上流では少なく、下流では多く割り当てることができるので、上流での過度な消費や下流で消費が少なくなる課題を解消することができ、燃料または酸化剤ガスの消費を上流と下流で均一化が可能となる。
【００３３】
図９は、図４で示したＣＡＳＥ_Ａの水素燃料の濃度分布（モル分率）で水素濃度が高い領域１１０３についての拡大図９０１を示したものである。拡大図９０１において、特に水素濃度が高い領域の形状を見てみると１１０２の様に半楕円形の形をしている。燃料の消費斑を解消するためにインターコネクタ部と接続する内側電極部近傍にガス透過率の小さい流量制御部材を配置するが、流量制御部材の容積が大きくなるとガス流路全体のガスの流れが悪くなり圧力損失が増加する。したがって、できるだけ流量制御部材の容積を少なくするために、流量制御部材は、燃料未消費領域に合わせた形状にすることが好ましい。
【００３４】
そこで、インターコネクタ部１２０２と接続する内側電極部近傍に配置するガス透過率の小さい流量制御部材１２０３の形状を、図１０に示すように断面が半楕円形をした１２１０のような形状や、断面が三角形である１２２０のような形状であることが望ましい。一方、図８で説明したように、隣り合う燃料電池セルを電気的に接続するインターコネクタの形状が円を含む楕円形、または多角形で構成されている場合、インターコネクタ部１２０２と接続する内側電極部近傍に配置するガス透過率の小さい流量制御部材１２０３の形状は、断面が半楕円形をした１２３０のような半球状の形状や、断面が三角形である１２４０のような三角錐のような形状であることが望ましい。また、本流量制御部材１２０３の下流で渦が発生し不具合が生じないように１２１１に示すように、本流量制御部材を流線形にし、流量制御部の前後で渦ができないようにするのが好ましい。
【００３５】
以上の実施例では、内部にアノードを設け、外部にカソードを設けた場合を説明したが、内部にカソードを設け、外部にアノードを設けた場合でも同様の効果を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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