(57)【要約】【課題】中空型セルを備えた燃料電池において、集電材の中空型セルに対する接触面積を確保して集電性を維持しながら、ガス拡散性を向上させる。【解決手段】中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、  該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向するように配置されていることを特徴とする燃料電池。【選択図】図２
2008140658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、
該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向するように配置されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記中空型セルの外周面に、扁平形状の断面を有する前記線状集電材が巻きつけられていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記中空型セルの外周面に、扁平形状の断面を有する前記線状集電材が、螺旋状に巻きつけられていることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、
該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が略楕円形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延びるように配置されており、且つ、
該線状集電材と電極との接触部分を、該線状集電材の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、該線状集電材の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と電極表面を表す境界線との接点における電極表面を表す境界線の接線を引き、さらに略楕円形断面の外周と接し且つ該接線と垂直に交差する２本の垂線を引いた場合に、２本の垂線で区切られた接線の長さをｒとし、前記線状集電材の略楕円形状の断面と同じ断面積を有する真円の直径をＲとしたときに、
下記式（１）：
Ｒ＞ｒ・・・（１）
を満たすように、該線状集電材が電極表面に対して配向されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
前記中空型セルの外周面に、略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が巻きつけられていることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記中空型セルの外周面に、略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が、螺旋状に巻きつけられていることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が、自軸に垂直な略楕円形断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向されていることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空形状の電解質膜を有する中空型セルを備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、燃料電池はカルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。電解質として固体高分子電解質を用いる固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノード（水素極）では（１）式の反応が進行する。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−    …（１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソード（酸化剤極）に到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内を水素極側から酸化剤極側に、電気浸透により移動する。
【０００４】
また、酸素を酸化剤とした場合、酸化剤極では（２）式の反応が進行する。
２Ｈ＋  ＋  （１／２）Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ    …（２）
酸化剤極で生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出される。
このように、燃料電池では、水以外の排出物がなく、クリーンな発電装置である。
【０００５】
従来、固体高分子電解質型燃料電池としては主に、平面状の固体高分子電解質膜の一面に水素極及び他面に酸化剤極となる触媒層を設けるとともに、得られた平面状の膜・電極接合体の両側にさらにそれぞれガス拡散層を設け、さらに平面状のセパレータで挟んだ平型の単セルが開発されてきた。このような平型の単セルは、複数積層して燃料電池スタックとして用いられる。
固体高分子電解質型燃料電池の出力密度向上のため、固体高分子電解質膜としては非常に膜厚の薄いプロトン伝導性高分子膜が用いられている。この膜厚はすでに１００μｍ以下のものが主流であり、さらなる出力密度向上のためにさらに薄い電解質膜を用いたとしても、単セルの厚みを現在のものより劇的に薄くすることはできない。同様に、触媒層、ガス拡散層及びセパレータ等についてもそれぞれ薄膜化が進んでいるが、それらすべての部材の薄膜化によっても、単位体積当たりの出力密度の向上には限界がある。従って、小型化の要求に対しても、今後充分に応えられなくなることが予想される。
【０００６】
また、前記セパレータには、通常、腐食性に優れたシート状のカーボン材料が用いられている。セパレータは、このカーボン材料自体が高価である上に、平面状の膜・電極接合体の面全体に均一に燃料ガス及び酸化剤ガスを行き渡らせるためのガス流路溝を、微細加工により形成するため、非常に高価なものとなっている。その結果、燃料電池の製造原価を押し上げていた。
以上の問題の他にも、平型の単セルには、前記ガス流路から燃料ガス及び酸化剤ガスが漏れ出さないように幾層にもスタックされた単セルの周縁を確実にシールすることが技術的に難しいこと、平面状の膜・電極接合体のたわみや変形に起因して発電効率が低下してしまうことなど、多くの問題がある。
【０００７】
近年、中空状の電解質膜の内周面側と外周面側にそれぞれ電極を設けた中空型セルを基本的な発電単位とする固体高分子電解質型燃料電池が開発されている（例えば、特許文献１等）。
このような中空型セルを有する燃料電池は、その中空内をガス流路とするため、平型で使用されるセパレータに相当する部材が必要ない。そして、その内周面と外周面とにそれぞれ異なった種類のガスを供給して発電するので、特別にガス流路を形成する必要もない。従って、その製造においては、コストの低減が見込まれる。さらに、セルが３次元形状であるので、平型の単セルに比べて体積に対する比表面積が大きくとれ、体積当たりの発電出力密度の向上が見込める。
【０００８】
中空型セルを備える燃料電池では、中空型セルにおいて、内周面側ガス流路を流通する反応ガス（例えばここで燃料ガスである水素とするが、これに限定されず空気等の酸化剤ガスであってもよい）と中空型セルの外周面側を流通する反応ガス（例えばここで空気とするが、これに限定されず水素等の燃料ガスであってもよい）が反応して発電する。
通常、大きな電圧を得るために、まず、複数の中空型セルを並列に接続する。そして、大きな電流を得るために、中空型セルが並列に接続された複数の中空型セルスタックを、さらに直列に接続する。
中空型セルは、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた電極にそれぞれ接続する集電材（内部集電材、外部集電材）を有しており、ここから各セルの電流が取り出される。複数の中空型セルを並列に接続する場合には、各セルの内面側電極の電流及び外面側電極の電流をそれぞれ集約する。特許文献２には、触媒電極層の外周面又は内周面に配置されたコイル状集電材を備えるチューブ型燃料電池用膜電極複合体が開示されている。また、特許文献３には、中空部材の外側に導電性巻線、電解質膜及び導電性巻線をこの順に備える水素燃料電池が開示されている。
通常、線状集電材としては、集電材の軸に垂直な断面がほぼ真円形のものが用いられ、そのような集電材が２列以上、隣との間隔を空けながら均等なピッチで中空型セルの内周面及び／又は外周面に配設されている。集電効果は、線状集電材を中空型セルの内周面及び／又は外周面に密に配設することにより、中空電極表面における集電材の接触面積を増やして向上させることができる。しかしながら、線状集電材を密に配設することによって、隣り合う集電材と集電材との間の間隔が狭いため、反応ガスの電極表面への供給を集電材が阻害してしまい、電極表面へのガス拡散性が低下してしまう虞がある。ガス拡散性が低下すると、濃度過電圧が大きくなり、電池性能が低下する可能性がある。
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５０５４１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３４８４号公報
【特許文献３】米国特許第５，４５８，９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、中空型セルを備えた燃料電池において、集電材の中空型セルに対する接触面積を確保して集電性を維持しながら、ガス拡散性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的は、集電材の自軸に垂直な断面を従来の真円形ではなく扁平形状とし、該扁平形状の長軸が電極（中空型セル）の表面に対してできる限り垂直になるように、該集電材を配置することにより達成される。
【００１２】
第１の発明に係る燃料電池は、中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、
該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向するように配置されていることを特徴とする。
【００１３】
前記中空型セルの外周面に、扁平形状の断面を有する前記線状集電材が巻きつけられていてもよい。
【００１４】
さらに、前記中空型セルの外周面に、扁平形状の断面を有する前記線状集電材が、螺旋状に巻きつけられていてもよい。
【００１５】
第２の発明に係る燃料電池は、中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、
該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が略楕円形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延びるように配置されており、且つ、
該線状集電材と電極との接触部分を、該線状集電材の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、該線状集電材の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と電極表面を表す境界線との接点における電極表面を表す境界線の接線を引き、さらに略楕円形断面の外周と接し且つ該接線と垂直に交差する２本の垂線を引いた場合に、２本の垂線で区切られた接線の長さをｒとし、前記線状集電材の略楕円形状の断面と同じ断面積を有する真円の直径をＲとしたときに、
下記式（１）：
Ｒ＞ｒ・・・（１）
を満たすように、該線状集電材が電極表面に対して配向されていることを特徴とする。
【００１６】
前記中空型セルの外周面に、略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が巻きつけられていてもよい。
【００１７】
さらに、前記中空型セルの外周面に、略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が、螺旋状に巻きつけられていてもよい。
【００１８】
また、前記略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が、自軸に垂直な略楕円形断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向されていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状、更には略楕円形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面に対してできる限り垂直になるように配置されていることによって、集電材が電極に接触して集電性を確保しながら、集電材間の隙間を増大させることができる。したがって、集電材の形状が電極表面に対する反応ガスの拡散を阻害することなく、反応ガス（燃料ガスと酸化剤ガス）のガス拡散性の向上が可能となり、発電性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の燃料電池は、集電材の自軸に垂直な断面を従来の真円形ではなく扁平形状とし、該扁平形状の長軸が電極（中空型セル）の表面に対してできる限り垂直になるように、該集電材を配置するという特徴に基づき、第１の発明及び第２の発明として捉えることができる。第１の発明及び第２の発明によれば、集電材が電極に接触して集電性を確保しながら、集電材の形状が電極表面に対する反応ガスの拡散を阻害しないようにし、ガス拡散性を向上させることができる。
【００２１】
第１の発明に係る燃料電池は、中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、
該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向するように配置されていることを特徴とする。
ここで、扁平形状とは、外側及び／又は内側に弧状に膨らんでいる曲線及び／又は直線などの連続線で囲まれた形状であって、長軸（長径）と短軸（短径）を有するものをいう。例えば、扁平形状には、楕円形、台形、菱形、平行四辺形、ビーンズ形状などが含まれる。本願においては、該形状の最大長さを長軸といい、該長軸の中点を通過する直線を引いた場合における、該直線と該形状とが交わって区切られた直線の長さの中、最短長さを短軸という。該直線と該形状が３点以上で交わる場合には、最も外側の２点を以て長軸又は短軸を定める。
上述した自軸に垂直な断面の長径方向の電極表面の垂線に対する配向角度としては、線状集電材と電極との接触部分を、線状集電材の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、電極表面を表す境界が直線である場合には、線状集電材の断面の長径方向と、電極表面を表す直線の垂線とのなす角を傾斜角とする。典型的には、中空電解質膜の外周面に、該中空電解質膜の軸方向と垂直に線状集電材を巻きつける場合が該当する。
【００２２】
また、線状集電材と電極との接触部分を、線状集電材の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、電極表面を表す境界が曲線（弧状）である場合には、線状集電材の断面の長径方向と、線状集電材の断面と電極表面を表す曲線との接点における電極表面を表す曲線の接線（すなわち、接点を通過する接線）の垂線とのなす角を傾斜角とする。典型的には、中空電解質膜の外周面に、該中空電解質膜の軸方向と平行に線状集電材を配置する場合が該当する。
扁平形状の断面を有する前記線状集電材は、中空電解質膜の外周面及び／又は内周面に、該中空電解質膜の軸方向と平行に配置されても、該中空電解質膜の軸方向と垂直に配置されてもよいが、作製が比較的容易であることから、中空型セルの外周面に巻きつけられていることが好ましく、螺旋状に巻きつけられていることがより好ましい。
【００２３】
第２の発明に係る燃料電池は、中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セルを備える燃料電池であって、
該中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が略楕円形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延びるように配置されており、且つ、
該線状集電材と電極との接触部分を、該線状集電材の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、該線状集電材の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と電極表面を表す境界線との接点における電極表面を表す境界線の接線を引き、さらに略楕円形断面の外周と接し且つ該接線と垂直に交差する２本の垂線を引いた場合に、２本の垂線で区切られた接線の長さをｒとし、前記線状集電材の略楕円形状の断面と同じ断面積を有する真円の直径をＲとしたときに、
下記式（１）：
Ｒ＞ｒ・・・（１）
を満たすように、該線状集電材が電極表面に対して配向されていることを特徴とする。
ここで、略楕円形状とは、数学的な楕円のみならず、外側に弧状に膨らんでいる連続線で囲まれた形状であって、長軸（長径）と短軸（短径）を有するものをいう。
【００２４】
上記第１の発明と同様に、略楕円形状の断面を有する前記線状集電材も、中空電解質膜の外周面及び／又は内周面に、該中空電解質膜の軸方向と平行に配置されても、該中空電解質膜の軸方向と垂直に配置されてもよいが、作製が比較的容易であることから、中空型セルの外周面に巻きつけられていることが好ましく、螺旋状に巻きつけられていることがより好ましい。
【００２５】
以下、図を参照しながら、本発明の代表的な実施形態を以て詳しく説明していく。但し、本発明はこれに限定されない。
図１に示す本発明の代表的な実施形態は、中空電解質膜、該中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた一対の電極、並びに該一対の電極にそれぞれ接続する集電材を有し、且つ、少なくとも一方の端部が開放された中空型セル１を備える燃料電池であって、該中空型セル１の外周面側の電極上に、自軸に垂直な断面が略楕円形状を有する線状集電材２が、隣との間隔を空けて螺旋状に巻きつけられている。
【００２６】
線状集電材２は、後述する中空型セルに通常用いられている集電材と同様の材料で形成され、且つ、自軸に垂直な断面が扁平形状、好ましくは略楕円形状を有する長尺の集電材であり、中空型セルを構成する該中空電解質膜の内周面又は外周面の集電材の少なくとも一部として用いられる。
略楕円形状における長軸と短軸のアスペクト比は、１．１：１〜５：１、好ましくは１．２：1〜２：１、より好ましくは１．４：1〜１．８：１である。また、線状集電材２の長さは、用いる中空型セル１の長さ及び外周に応じて任意である。
反応ガスが線状集電材２同士の間を通って電極に接触し、電気化学反応に用いられるため、線状集電材２は、隣との間隔を空けて、すなわち非接触の状態で配置されている。一方、集電効率を向上させるためには、線状集電材を中空型セルに密に巻くことが望ましい。線状集電材２は、作製が容易であることから、典型的には図１に示すように、線状集電材２の間隔がほぼ均等で、中空型セル１の軸方向に垂直に近い角度に配置されて巻かれる。このような、ガス拡散性と集電効率のバランスを考慮して、中空型セルの内周面及び／又は外周面における被覆面積（接触面積）の割合は、５：１〜１：１であることが好ましく、より好ましくは３：１〜１：１であり、さらに好ましくは１：１である。ここで、被覆面積とは、中空型セルの外周面又は内周面のうち、線状集電材が接触して覆っているため、反応ガスが透過できない領域の面積をいい、被覆面積の割合は、本発明の線状集電材が用いられている中空型セルの内周面及び／又は外周面における単位面積あたりの被覆面積の割合をいう。
【００２７】
本発明の代表的な実施形態は、上述した図１に加えて、図２に示すように、前記線状集電材２と前記電極（中空型セル１）との接触部分を、該線状集電材２の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、該線状集電材２の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と該電極表面を表す境界線３との接点４における電極表面を表す境界線３の接線５を引き、さらに線状集電材２における略楕円形断面の外周と接し且つ該接線５と垂直に交差する２本の垂線６ａ及び６ｂを引いた場合に、２本の垂線６ａ及び６ｂで区切られた接線５の長さをｒとし、前記線状集電材の略楕円形状の断面と同じ断面積を有する真円７の直径をＲとしたときに、
下記式（１）：
Ｒ＞ｒ・・・（１）
を満たすように、該線状集電材２が電極（中空型セル１）表面に対して配向されている実施形態である。
【００２８】
ここで、上述したように、線状集電材２は中空型セルの軸方向に対してほぼ垂直に巻かれているため、線状集電材２の自軸に対し垂直方向に切断した断面においては、図２に示すように、中空型セル１の表面を表す境界線３は、直線であり、該線状集電材２の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と、該中空型セル１の表面を表す境界線３との接点４における該中空型セル１の表面を表す境界線３の接線５、すなわち、接点４を通過する接線５は、境界線３そのものが接線とみなされる。
他方、線状集電材２が中空型セルの軸方向に対してほぼ垂直に巻かれていない場合には、線状集電材２の自軸に対し垂直方向に切断した断面においては、中空型セル１（電極）表面を表す境界線３は、曲線であり、該線状集電材２の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と、該中空型セル１（電極）表面を表す境界線３との接点４における電極表面を表す境界線３の接線５は、境界線３とは別の直線として表れる（後述する図７）。線状集電材２が中空型セルの軸方向に対してほぼ垂直に巻かれていない場合としては、線状集電材２が中空型セルの軸方向に対してほぼ垂直よりも角度をつけて巻かれている場合、線状集電材２が中空型セルの軸方向に平行に配置されている場合（後述する図６）などが挙げられる。
【００２９】
式（１）は、略楕円形状の長軸が接線５に対して大きく傾き、すなわち配向角度が大きく、垂線６ａ及び６ｂで区切られた接線５の長さｒが真円７の直径Ｒよりも大きくならないようにすることを意味する。
本発明の線状集電材２を図１に示すように巻きつけた場合を、自軸に垂直な断面が本発明の線状集電材２と同じ断面積を有する真円７である集電材（以下、仮想集電材という）を本発明の線状集電材２と同じ位置に同様に巻き付けた場合と比較すると、図２に示すように、仮想集電材よりも本発明の線状集電材の方が線状集電材同士の隙間が大きい。そのため、反応ガスが集電材の間に流入して電極表面に接触しやすく、ガス拡散性が高い。ここで、仮想集電材と本発明の線状集電材の断面積は同じであるため、電気伝導率は同じである。また、仮想集電材も本発明の線状集電材も接点４において中空型セル１の外周面の電極と接触しているため、同じように集電が可能である。
このような理由から、本発明の線状集電材は自軸に垂直な断面を略楕円形としているため、線状集電材２の断面の略楕円形の長軸が接線５に対して多少傾くように配向されることは許容できるが、線状集電材同士の隙間を大きくするために、できる限り略楕円形の長軸方向を電極表面に対して、すなわち、上述したように本実施形態においては、接線５に対して真直ぐに立てて配置することが好ましい。したがって、ｒは理想的には略楕円形の短径と同じであることが好ましい。
【００３０】
具体的には、図３に示すように、略楕円形状の断面を有する前記線状集電材が、自軸に垂直な略楕円形断面の長径方向８が電極表面（本実施形態においては接線５）の垂線９に対して０〜４５度の範囲内の角度（傾斜角θ）をもって配向されていることが好ましい。より好ましくは、０°〜３０°、さらに好ましくは０°〜１０°の範囲である。上記範囲を超えると、ガス拡散性を向上させることが難しく、また、線状集電材の配向角度を維持することが困難である。
図１及び図２に示した実施形態においては、本発明の線状集電材２が中空型セル１の外周面に巻きつけられているが、本発明の線状集電材２を中空型セル１の内周面側に配置されてもよい。
【００３１】
尚、線状集電材２は、中空型セルの上流側が下流側よりも反応ガスの濃度が高いなど発電勾配が存在する場合には、中空型セルの上流側及び下流側において、電極表面に接触する線状集電材の自軸に垂直な断面のアスペクト比に差を設けてもよい。
本実施形態のように線状導電材のピッチが均等な状態においては、中空型セルの上流側及び下流側で該断面のアスペクト比に差を設け、線状導電材同士の隙間を調節することによって、反応ガスが中空型セルの表面に接触する度合を中空型セルの上流側及び下流側で調節することができる。このような形態としては、例えば、中空型セルの軸方向の上流側に、従来からの自軸に垂直な断面が真円（アスペクト比１）の集電材を配置し、下流側に本発明の自軸に垂直な断面が略楕円形状の集電材を配置する形態、中空型セルの軸方向の上流側に本発明の傾斜角が比較的大きい集電材を配置し、下流側に本発明の傾斜角が比較的小さい集電材を配置する形態、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。尚、線状集電材のピッチを均等とし、且つ、線状導電材の断面積を等しくする場合には、中空型セルの上流側及び下流側において単位面積当たりの集電性は同じである。
上記線状集電材同士の隙間の調節に加えて、中空型セルの上流側及び下流側において、線状導電材のピッチを変えて電極表面の線状集電材による被覆面積を調節し、反応ガスが中空型セルの表面に接触する度合を中空型セルの上流側及び下流側で調節することもできる。このような形態としては、例えば、中空型セルの上流側に線状集電材を密に巻き、下流側に線状集電材を粗く巻く形態などが挙げられる。尚、線状集電材のピッチに変化をつけるため、中空型セルの上流側及び下流側において単位面積当たりの集電性に差を生じさせることができる。
【００３２】
以下、図４及び５を参照しながら、本発明の燃料電池に備えられる中空型セル１について説明する。尚、図４及び図５には図示されていないが、上述したように線状集電材２は、後述する中空型セルに通常用いられている集電材と同様の材料で形成され、且つ、自軸に垂直な断面が略楕円形状を有する長尺の集電材であり、中空型セルを構成する該中空電解質膜の内周面又は外周面の集電材の少なくとも一部として用いられる。
図４は、本発明の燃料電池に備えられる中空型セルの一形態例を示す斜視図、図５は、図４の中空型セルの模式的な断面図である。図４及び図５において、中空型セル１はチューブ状の固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜）１１、固体高分子電解質膜１１の内周面側に設けられたアノード（本実施形態では燃料極）１２及び外周面側に設けられたカソード（本実施形態では空気極）１３を有している。さらに、アノード１２の表面には、アノード側集電材１４として柱状集電材が配置され、カソード１３の表面には、カソード集電材１５として、金属ワイヤからなる網状（ネット状）集電材１５ａと棒状集電材１５ｂが配置されている。
このような構造を有する中空型セルの中空内周面（実質的には、アノード側集電材１４の外周面に設けた溝１４ａによって形成された内周面側ガス流路に露出した部分）に水素ガス、外周面に空気を流通させることで、アノード及びカソードに燃料又は酸化剤が供給され、発電する。
【００３３】
図４の中空型セル１は、その両端において中空部が開放されているものであって、燃料ガスは一端から中空内へと流入し、他端から流出するようになっているが、本発明における中空型セル１は、中空電解質膜の内周面側に反応ガスを十分に供給できるものであれば、中空部の一端のみが開放され、もう一端は封止されていてもよい。特に、本実施形態のように、内周面側の電極として、水素を燃料とする燃料極を設ける場合、非反応性成分をほとんど含まない水素ガスを燃料ガスとして中空型セルの中空内に供給できること、また、水素分子の拡散性が高いことから、中空内に供給された反応ガスを消費しきることが可能であるため、一端を封鎖した中空部内であっても反応ガスを十分に供給することができる。中空型セルの一端を封鎖する方法としては、樹脂等を中空の一端に注入する方法が例示できるが、特に限定されるものではない。
【００３４】
図４において、中空型セル１はチューブ状の電解質膜を有するものであるが、本発明における中空電解質膜はチューブ状に限られず、中空部を有し、当該中空部に燃料や酸化剤を流入させることで、中空内部に設けられた電極に電気化学反応に必要な反応成分を供給することができるものであればよい。
【００３５】
チューブ状の固体高分子電解質膜１１の内径及び外径、長さ等は特に限定されるものではないが、チューブ状電解質膜の外径は０．０１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがさらに好ましく、０．１〜０．５ｍｍであることが特に好ましい。チューブ状電解質膜の外径が０．０１ｍｍ未満のものは現時点では、技術的な問題で製造することが難しく、一方、その外径が１０ｍｍを超えるものでは、占有体積に対する表面積があまり大きくならないため、得られる中空型セルの単位体積当たりの出力が充分に得られないおそれがある。
【００３６】
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜は、プロトン伝導性の向上の点からは薄いほうが好ましいが、あまりに薄すぎるとガスを隔離する機能が低下し、非プロトン水素の透過量が増大してしまう。しかしながら、従来の平型の燃料電池用単セルを積層した燃料電池と比べると、中空形状を有するセルを多数集めることにより作製された燃料電池では電極面積が大きくとれるので、やや厚みのある膜を用いた場合でも、充分な出力が得られる。かかる観点から、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜の厚みは、１０〜１００μｍであり、より好ましくは５０〜６０μｍであり、さらに好ましくは５０〜５５μｍである。
また、上記の外径と膜厚との好ましい範囲から、内径の好ましい範囲は０．０１〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜１ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。
【００３７】
本発明の燃料電池は、中空型セルを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、固体高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜ほど高いプロトン伝導性を有していない電解質膜を用いても、単位体積当たりの出力密度の高い燃料電池を得ることができる。
固体高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の他、固体高分子型燃料電池の電解質膜に用いられているような材料を使用することができ、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂以外のフッ素系イオン交換樹脂、スルホン酸基を有するポリスチレン系陽イオン交換膜などのポリオレフィンのような炭化水素を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及び、リン酸基等のプロトン交換基のうちから一種を有するもの、特表平１１−５０３２６２号公報などに開示されている、ポリベンズイミダゾール、ポリピリミジン、ポリベンゾオキサゾールなどの塩基性高分子に強酸をドープした塩基性高分子と強酸との複合体からなる固体ポリマー電解質等の高分子電解質が挙げられる。
【００３８】
このような電解質を用いた固体高分子電解質膜は、フィブリル状、繊布状、不繊布状、多孔質シートのパーフルオロカーボン重合体で補強することや、膜表面に無機酸化物あるいは金属をコーティングすることにより補強することもできる。また、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜としては、例えばデュポン社製ナフィオンや旭硝子社製フレミオン等の市販品もある。
【００３９】
また、本実施形態では電解質膜として、プロトン伝導膜の一種であり、固体高分子電解質膜の一つであるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜を用いて説明しているが、本発明の燃料電池において用いられる電解質膜は特に限定されるものではなく、プロトン伝導性のものであっても、水酸化物イオンや酸化物イオン（Ｏ2-）等その他のイオン伝導性のものであってもよい。プロトン伝導性の電解質膜としては、上記したような固体高分子電解質膜に限られず、リン酸水溶液を多孔質の電解質板に含浸させたものや、多孔質性ガラスからなるプロトン伝導体、ハイドロゲル化したリン酸塩ガラス、ナノ細孔を有する多孔質硝子の表面及び細孔内にプロトン伝導性官能基を導入した有機−無機ハイブリットプロトン伝導膜、無機金属繊維強化電解質ポリマー等を用いることができる。
【００４０】
電解質膜１１の内周面及び外周面に設けられる各電極１２、１３は、固体高分子型燃料電池に用いられているような電極材料を用いて形成することができる。通常は、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成された電極が用いられる。
【００４１】
触媒層は触媒粒を含み、さらに触媒粒の利用効率を高めるためのプロトン伝導性物質を含んでいてもよく、プロトン伝導性物質としては上記電解質膜の材料として用いられるものを用いることができる。触媒粒としては、触媒成分を炭素質粒子、炭素質繊維のような炭素材料等の導電性材料に担持させた触媒粒が好適に用いられる。
本発明の燃料電池は、中空型セルを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、白金ほど触媒作用が大きくない触媒成分を用いても、単位体積当たりの出力密度が高い燃料電池を得ることができる。
【００４２】
触媒成分としては、アノードにおける水素の酸化反応、カソードにおける酸素の還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスニウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、又はそれらの合金から選択することができる。好ましくは、Ｐｔ、及びＰｔと例えばＲｕなど他の金属とからなる合金である。
【００４３】
ガス拡散層としては、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を主成分とする多孔質導電性材料を用いることができる。炭素質粒子及び炭素質繊維の大きさは、ガス拡散層を製造する際の溶液中における分散性や得られるガス拡散層の排水性等を考慮して適宜最適なものを選択すればよい。ガス拡散層は、生成水など水分の排水性を高める点から、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロカーボンアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンポリマー、又はこれらの混合物等を含浸させたり、或いはこれらの物質を用いて撥水層を形成するなどして撥水加工することが好ましい。
尚、中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられる各電極の構成、電極に用いられる材料等は、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。
【００４４】
チューブ状の電解質膜の内周面及び外周面に一対の電極を設ける方法は、特に限定されるものではない。例えば、まず、チューブ状の電解質膜を準備する。チューブ状の電解質膜を準備する方法は特に限定されず、市販品のチューブ状に形成された電解質膜を用いることもできる。そして、当該チューブ状電解質膜の内周面及び外周面に、電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成し、当該二つの触媒層上に炭素質粒子及び／又は炭素質繊維を含む溶液を塗布・乾燥してガス拡散層を形成する方法が挙げられる。このとき、電解質膜の内周面側に形成したガス拡散層の内周面に中空部が存在するように触媒層とガス拡散層を形成する。
【００４５】
或いは、まず、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を含み、チューブ状に形成されたもの（チューブ状炭素質）を内周面側電極（アノード）のガス拡散層として用い、当該ガス拡散層の外周面に電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して内周面側電極の触媒層を形成して内周面側電極を作製し、次に、当該触媒層の外周面に電解質を含む溶液を塗布・乾燥して電解質膜層、さらに当該電解質膜層の外周面に外周面側電極（カソード）の触媒層を形成し、当該触媒層の外周面に炭素材料を含む溶液を塗布・乾燥して外周面側電極のガス拡散層を形成する方法も挙げられる。チューブ状炭素質としては、例えば、炭素質粒子等の炭素材料とエポキシ及び／又はフェノール系樹脂を溶媒に分散させてチューブ状に成形し、熱硬化後、焼成することにより得られる。
【００４６】
尚、電解質膜、触媒層、ガス拡散層を形成する際に使用する溶媒は、分散及び／又は溶解する材料に応じて適宜選択すればよく、また、各層を形成する際の塗布方法についても、スプレー法、スクリーン印刷法等種々の方法にから適宜選択することができる。
本発明の燃料電池に用いられる中空型セルは、上記にて例示した構成に限られず、中空型セルの機能を高めることを目的として触媒層及びガス拡散層以外の層を設けても良い。また、本実施形態においては、中空電解質膜の内側にアノード、外側にカソードを設けているが、内側にカソード、外側にアノードを設けても良い。
【００４７】
次に、本発明の燃料電池に備えることができる集電材について説明する。集電材は、中空型セルの中空電解質膜の内周面及び外周面に設けられた電極にそれぞれ接続され、各セルの電流を取り出すものである。
本発明の集電材は、電気伝導性材料からなるものであれば特に限定されない。集電材として使用される金属としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｉｎ等の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、又はステンレス鋼などのそれらの合金が好ましい。また、その表面がＡｕ、Ｐｔ、導電性樹脂等によりコーティングされていても良い。特に耐蝕性に優れることから、中でもステンレスやチタンが好ましい。
集電材の形状は特に限定されず、柱状、ワイヤ状、棒状の他、線状でも、筒形状、環状でもよく、例えば、スプリング状の金属ワイヤや金属箔、金属シート又はカーボンシート等のシート材料からなるもの等も適用できる。ワイヤの太さ及び編みこみの密度、棒状集電材の太さ等は、特に制限されるものではない。
【００４８】
集電材の形態としては、本発明の線状集電材を中空型セルの内周面及び／又は外周面に配置することができる。集電材は複数の形態を組み合わせて用いることができ、以下にその他の典型的な集電材の形態を説明する。
例えば図５に示すようなアノード側集電材（本実施形態においては内面側電極表面に配置される内部集電材）１４は中空型セル１の内周面と接する外径を有する柱状集電材であり、その外周面には、中空型セル１の軸方向（長手方向）に延びる溝１４ａが形成されている。この溝１４ａと内周面側電極１２との隙間が水素ガスを供給するための内周側ガス流路１ａ（図１に図示）となる。溝１４ａとしては、中空型セル１の軸方向（長手方向）に延びる溝が少なくとも一本必要であり、必要に応じて、中空型セル１の外周面に様々なパターン又は方向性を有する溝が形成される。
【００４９】
また、カソード側集電材（本実施形態においては、外面側電極表面に配置される外部集電材）１５としては、例えば図４に示すように、中空型セル１と棒状集電材１５ｂを平行にして交互に並べ、これら両者の外周面を被覆するように金属ワイヤを編みこんだカソード側集電材１５の一部である網状集電材１５ａが形成されている。金属ワイヤからなる網状集電材１５ａは、複数の中空型セル１と各中空型セルの棒状集電材１５ｂとを一体化するように、且つ、各中空型セルのカソード（外面側電極）及び各棒状集電材１５ｂに接触するように、金属ワイヤが編み込まれており、網状集電材１５ａは複数の中空型セルで共有されている。このとき、各中空型セルのカソード側集電材（１５ａ、１５ｂ）は相互に電気的に接続された接続網を形成している。但し、集電材の形状はあくまでも例示であってこれらに限定されない。
【００５０】
これら集電材は、必要に応じて、カーボン系接着剤やＡｇペーストなどの導電性接着材により電極上に固定される。
尚、中空型セル１と集電材の間には、反応ガス遮断性材料や導電性の部材を介在させてもよい。該導電性の部材の材料等は導電材と同様のものを用いることができる。
【００５１】
次に、本発明の燃料電池に備えることができる熱交換部材について説明する。
熱交換部材は、中空型セルの軸方向の長さに沿って少なくとも一部領域と接触し、本発明を実施できるものであればよいが、通常は、中空型セルと平行に設けられる管であり、一つの熱媒体供給口及び一つの熱媒体排出口を有することが好ましい。このような構造の熱交換部材を用いることで、熱交換部材を固定するシール構造を単純化することができるからである。
熱交換部材は、図示しない熱交換器に接続されており、該熱交換器を熱媒体が循環し、熱交換部材の中を熱媒体が流通する。熱交換部材の中の熱媒体は中空型セルと熱交換した後、流路を通って熱交換器に回収され、当初の熱状態に戻され、再び熱交換部材の中に供給されて循環する。
【００５２】
熱交換部材は、該熱交換部材の中を熱媒体が流通することによって、中空型セルを所定の温度範囲まで冷却又は加温できるような熱伝導性を有する材料で形成される。このような材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等の一般的な金属や、これら金属の組み合わせによる合金又はクラッド材等が挙げられる。
上記冷却管の外径としては、中空型セルの大きさ等によって異なり、特に限定されるものではないが、通常０．５〜２ｍｍの範囲内である。
熱媒体は、一般的に冷却剤として、又は熱媒ヒーター、ボイラーに用いられている流体を使用することができ、液体であっても、気体であってもよい。例えば、液体としては、水、エチレングリコール、等、気体としては、空気等が挙げられる。冷却効果の点から通常は、液体の冷却剤が好ましい。液体の冷却剤としては、対流性、耐凍性、腐食性の観点から、エチレングリコールを好適に用いることができる。また、セルを加温する場合には、熱媒体油、砂などを熱媒体として用いることができる。
上記熱交換器としては、一般的なものを用いることができる。例えば、冷却ファン等の通風によって放熱させるものや、熱媒体となる溶媒を流通させることによって放熱させるもの、外気である空気を利用した空冷方式のもの等が挙げられる。中でも、空気中に放熱するラジエータが好ましい。
【００５３】
本発明の燃料電池に用いられる線状集電材は、上述したように、自軸に垂直な断面が扁平形状、更に好ましくは略楕円形状を有する長尺な集電材であることを特徴とする。そのような線状集電材を、隣との間隔を空けて、すなわち非接触の状態で２列以上並行して延ぶように配置する形態として、中空型セルの外周面に該線状集電材を巻きつけるものがあり、上記代表例として中空型セルの外周面に線状集電材を螺旋状に巻きつける形態を示した。
本発明においては以下のような変形例が挙げられる。
（第１の変形例）
本発明の燃料電池は、中空型セルの外周面側の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状を有する環状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面の垂線に対して０〜４５度の範囲内の角度をもって配向するように巻きつけられていることを特徴とする実施形態であってもよい。
線状部材を中空型セルに巻きつける形態には、螺旋状に巻きつける形態に限定されず、上記の中空型セルの軸方向に所望の間隔をあけて環状の集電材を複数配置する（中空型セルに嵌め込む）形態も含まれる。第１の変形例を図示すると、図１と同様の斜視図になる。
環状集電材の内径は、中空型セルの外径に合わせて任意である。
尚、本発明の線状集電材は、中空型セルの内周面側に配置されていてもよい。
（第２の変形例）
本発明の線状集電材を、隣との間隔を空けて２列以上並行して延ぶように配置する形態としては、上述した中空型セルの外周面に該線状集電材を巻きつけるもの以外に、以下の形態も含まれる。
本発明の燃料電池は、図６の斜視図に示すように、中空型セル１の外周面側の電極上に、自軸に垂直な断面が略楕円形状を有する線状集電材２が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延びるように、中空型セル１の軸方向と平行に配置されており、且つ、
図７の部分的断面図に示すように、該線状集電材２と電極（中空型セル１）との接触部分を、該線状集電材２の自軸に対し垂直方向に切断した断面において、該線状集電材２の自軸に垂直な略楕円形断面の外周と電極表面を表す境界線３との接点４における電極表面を表す境界線３の接線５を引き、さらに略楕円形断面の外周と接し且つ該接線５と垂直に交差する２本の垂線６ａ及び６ｂを引いた場合に、２本の垂線６ａ及び６ｂで区切られた接線５の長さをｒとし、前記線状集電材２の略楕円形状の断面と同じ断面積を有する真円の直径をＲとしたときに、
下記式（１）：
Ｒ＞ｒ・・・（１）
を満たすように、該線状集電材２が電極表面に対して配向されていることを特徴とする実施形態であってもよい。
上記線状集電材の長さは、中空型セル１の軸方向の長さと合わせて任意である。
尚、上記線状集電材を中空型セルの内周面側に配置してもよい。
【００５４】
上述したような本発明の燃料電池によれば、中空型セルの内周面側及び外周面側のうち少なくとも一方の電極上に、自軸に垂直な断面が扁平形状、更に好ましくは略楕円形状を有する線状集電材が、隣との間隔を空けて２列以上並行して延び、且つ、自軸に垂直な断面の長径方向が電極表面に対してできる限り垂直になるように配置されていることによって、集電材が電極に接触して集電性を確保しながら、集電材間の隙間を増大させることができる。したがって、集電材の形状が電極表面に対する反応ガスの拡散を阻害することなく、反応ガス（燃料ガスと酸化剤ガス）のガス拡散性の向上が可能となり、発電性能を向上させることができる。
【００５５】
本発明の燃料電池は、少なくとも上述した中空型セル、集電材及び熱交換部材の一体化物を並列又は直列に２本以上備えるセルスタックを、並列又は直列に２つ以上接続したものである。
具体的には、図８に示すように、セルスタック３０は、中空型セル１、集電材及び熱交換部材の一体化物（セルモジュール２９）を２本以上備える。セルスタック３０の両端部には、中空型セル１の中空内に水素ガスを流通させるガス用マニホールド３１ａ及び３１ｂと、熱交換部材内に熱媒体を流通させる熱媒体用マニホールド３２ａ及び３２ｂとが備えられ、さらに、各中空型セル１で発生した電荷を集める集電部（不図示）が備えられている。ガス用マニホールド３１ａ及び３１ｂ内である水素ガス流路３３と、ガス用マニホールド３１ａ及び３１ｂの間である酸化剤ガス流路３４との間に配置されている隔壁３５ａ及び３５ｂ（上述した外部拘束部材に相当する）には、セルモジュール２９を挿入することができる貫通孔が所定の間隔で設けられており、複数のセルモジュール２９はその両端を対向しあう隔壁３５ａ及び３５ｂの貫通孔に挿入することによって、所定間隔で且つ互いに長手方向が平行となるように整列されている。隔壁３５ａ及び３５ｂの酸化剤ガス流路側には、ポッティング材を流し込んで貫通孔の周囲を含む領域を密閉するポッティング処理等が施されており、貫通孔に挿入されたセルモジュール２９が一体に固定されている。
セルスタック３０において、入口側のガス用マニホールド（例えば、３１ａ）を介してセルスタック３０へと供給された水素は、各中空型セル１の内周面側ガス流路１ａを通って、酸化剤ガス流路３４からの中空型セル１の外周面に供給される空気中の酸素と電解質膜を介して電気化学反応し、当該電気化学反応に使用されなかった水素等は出口側のガス用マニホールド（例えば、３１ｂ）を介して回収される。また、セルスタック３０において、上記集電部は、一方が中空型セル１の図４に示した負極側集電材１４に電気的に接続されるとともに、他方が図４に示した正極側集電材１５（１５ａ，１５ｂ）に電気的に接続されることにより、複数の中空型セル１で発生した電荷を集めて（集電して）いる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明における実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明における実施形態を示す部分的な模式的断面図である。
【図３】本発明における実施形態を示す部分的な模式的断面図である。
【図４】本発明の燃料電池に備えられる中空型セルの一形態例を示す斜視図である。
【図５】図４の中空型セルの断面図である。
【図６】本発明における第２の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明における第２の変形例の一部分を示す模式的断面図である。
【図８】本発明のセルスタックの一形態例を概略的に示す外観図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…中空型セル
１ａ…内周側ガス流路
２…線状集電材
３…境界線
４…接点
５…接線
６ａ、６ｂ…垂線
７…真円
８…長径（長軸）方向
９…電極表面の垂線
１１…中空電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）
１２…アノード（内周面側電極）
１３…カソード（外周面側電極）
１４…アノード側集電材（内部集電材）
１４ａ…溝
１５（１５ａ，１５ｂ）…カソード側集電材（外部集電材）
２９…セルモジュール
３０…セルスタック
３１（３１ａ，３１ｂ）…ガス用マニホールド
３２（３２ａ，３２ｂ）…熱媒体用マニホールド
３３…水素ガス流通路
３４…酸化剤ガス流通路
３５（３５ａ，３５ｂ）…隔壁
【図１】
2008140658.tif 000003
【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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