(57)【要約】    【課題】  セル面内において、発電時の電位を均一化させることで、発電効率を向上させると共に、セル面内において局所的な劣化が生じることを防止することが可能な燃料電池を提供する。    【解決手段】  複数の単セル１１が積層されてなるセル積層体１０と、セル積層体１０に連通して設けられ、各々の単セル１１のガス流路に反応ガスを供給するガス供給口と、セル積層体１０に設けられたターミナル１２Ａ及び１２Ｂを備え、ガス供給口の近傍に、当該ガス供給口に対応するターミナル１２Ａ及び１２Ｂの電流取り出し部４２Ａ及び４２Ｂを設けた燃料電池１である。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単セルが積層されてなるセル積層体と、
前記セル積層体に連通して設けられ、各々の単セルのガス流路に反応ガスを供給するガス供給口と、
前記セル積層体に設けられたターミナルと、
を備え、
前記ガス供給口の近傍に、当該ガス供給口に対応するターミナルの電流取り出し部を設けてなる燃料電池。
【請求項２】
前記ガス供給口は、発電時に電流密度が高くなる部位に設けられてなる請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ターミナルの電流取り出し部は、前記反応ガスのガス分圧が高い部位に設けられてなる請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ガス流路がサーペンタイン流路であり、前記ターミナルの電流取り出し部は、前記ガス流路の第１ターン部付近までの領域内に設けられてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス流路がストレート流路であり、前記ターミナルの電流取り出し部は、セル面内の中心を通り且つ互いに直角に交わる２本の線で当該セル面内を４分割した領域のうち、前記ガス供給口が配設されている領域内に設けられてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池にかかり、特に発電効率が向上された燃料電池に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な固体高分子型燃料電池として、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一方の面に配置された触媒層及び拡散層からなる燃料極（アノード電極）及び前記電解質膜の他方の面に配置された触媒層及び拡散層からなる酸化剤極（カソード電極）と、からなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane  Electrode  Assembly）と、前記燃料極に燃料ガス（水素）を、酸化剤極に酸化剤ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレータと、を備えたセルを構成し、このセルを複数積層してモジュールとしているものがある。
【０００３】
このような燃料電池として、例えば、セル積層方向の両端に位置する単セルの更に外側に配設される一対のターミナルプレートの端面から、前記セル積層方向に沿って電力取出用のターミナル端子を延出させ、このターミナル端子を酸化剤ガス流路内の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧以下となる範囲内に配置することで、電気抵抗の増大を抑制しつつ、セル積層方向端部に位置する単セルの温度低下を抑制し、該単セルの発電性能低下を有効に防止するものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５２０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、燃料電池は、ターミナルの電流取り出し部付近に電子が集中するため、この部分の電流密度が大きくなることが知られている。このため、ターミナルの電流取り出し部付近では、発電時の電位が他の部分よりも低くなり、発電効率が低くなると共に、セル面内において局所的な劣化を招く虞もある。
【０００５】
しかしながら、前述した特許文献１に記載された燃料電池では、前記電子の集中に起因して生じる発電効率の低下を防止することや、セル面内において局所的な劣化が生じることを防止することについての提案はなされていない。
【０００６】
本発明は、このような従来の燃料電池を改良することを課題とするものであり、セル面内において、発電時の電位を均一化させることで、発電効率を向上させると共に、セル面内において局所的な劣化が生じることを防止することが可能な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】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明は、複数の単セルが積層されてなるセル積層体と、前記セル積層体に連通して設けられ、各々の単セルのガス流路に反応ガスを供給するガス供給口と、前記セル積層体に設けられたターミナルと、を備え、前記ガス供給口の近傍に、当該ガス供給口に対応するターミナルの電流取り出し部を設けてなる燃料電池を提供するものである。
【０００８】
この構成を備えた燃料電池は、セル面内でガス分圧が大きく、発電効率が高いガス供給口の近傍に、電流密度が大きく、発電時の電位が低くなる前記ターミナルの電流取り出し部を設けることで、セル面内の電位を均一化することができる。
【０００９】
本発明にかかる燃料電池では、前記ガス供給口は、発電時に電流密度が高くなる部位に設けることができる。また、前記ターミナルの電流取り出し部は、前記反応ガスのガス分圧が高い部位に設けることができる。
【００１０】
そしてまた、本発明にかかる燃料電池は、前記ガス流路がサーペンタイン流路である場合、前記ターミナルの電流取り出し部を、前記ガス流路の第１ターン部付近に設けることがより好適である。
【００１１】
さらにまた、本発明にかかる燃料電池は、前記ガス流路がストレート流路である場合、前記ターミナルの電流取り出し部は、セル面内の中心を通り且つ互いに直角に交わる２本の線で当該セル面内を４分割した領域のうち、ガス供給口が配設されている領域内に設けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる燃料電池は、ガス供給口と、ターミナルの電流取り出し部とを近接させて設けた構成を備えているため、セル面内の電位を均一化することができ、優れた発電効率を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００１４】
図１は、本実施の形態にかかる燃料電池を模式的に示す側面図、図２は、図１に示す燃料電池のセパレータの水素ガス流路側から見た平面図、図３は、図１に示す燃料電池のセパレータの酸素ガス流路側から見た平面図である。
【００１５】
図１〜図３に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池１の構成要素であるセル１１は、例えば、イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に配置された触媒層及び拡散層からなる電極（アノード、燃料極）及び電解質膜の他面に配置された触媒層及び拡散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane  Electrode  Assembly）と、前記一対の電極に燃料ガス（水素）及び酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するためのガス流路を形成するセパレータ３０と、を重ねることにより形成されている。
【００１６】
セパレータ３０の燃料極と対向する側の面には、燃料極に水素を供給するためのサーペンタイン流路からなる水素ガス流路３１が形成されている。この水素ガス流路３１は、一端が水素入口３２に接続され、他端が水素出口３４に接続されている。この水素入口３２の近傍には、特に図２及び図３に示すように、後に後述するターミナル１２Ａの電流取り出し部４２Ａが設けられている。
【００１７】
一方、セパレータ３０の空気極と対向する側の面には、空気極に酸素を供給するためのサーペンタイン流路からなる酸素ガス流路３５が形成されている。この酸素ガス流路３５は、一端が酸素入口３６に接続され、他端が酸素出口３７に接続されている。この酸素入口３６の近傍には、特に図２及び図３に示すように、後に後述するターミナル１２Ｂの電流取り出し部４２Ｂが設けられている。
【００１８】
なお、符号３８は、冷却水入口であり、符号３９は、冷却水出口である。
【００１９】
この構成を備えたセル１１は、複数枚（例えば、２００セル）が積層されてセル積層体１０を構成している。このセル積層体１０のセル積層方向一端側（図１でいう左側）には、順に、ターミナル１２Ａ、インシュレータ１３Ａ、及びエンドプレート１４Ａが配設されている。また、セル積層体１０のセル積層方向他端側（図１でいう右側）には、順に、ターミナル１２Ｂ、インシュレータ１３Ｂ、及びエンドプレート１４Ｂが配設されている。
【００２０】
ターミナル１２Ａには、電流取り出し部４２Ａが設けられており、この電流取り出し部４２Ａは、水素入口３２の近傍に位置している。また、ターミナル１２Ｂには、電流取り出し部４２Ｂが設けられており、この電流取り出し部４２Ｂは、酸素入口３６の近傍に位置している。
【００２１】
そして、これらの部品によってスタック２０を構成し、このスタック２０を、締結部材２４（例えば、テンションプレート、スルーボルト等）とボルト２５またはナット等で固定し、セル積層方向に締め付けることで燃料電池１を構成している。
【００２２】
この構成を備えた燃料電池１は、セル面内でガス分圧が大きく、発電効率が高い水素入口３２の近傍に、電流密度が大きく、発電時の電位が低くなるターミナル１２Ａの電流取り出し部４２Ａを設け、さらに、発電効率が高い酸素入口３６の近傍に、電流密度が大きく、発電時の電位が低くなるターミナル１２Ｂの電流取り出し部４２Ｂを設けたため、セル面内の電位を均一化することができる。この結果、セル面内の局所的な劣化を防ぎ、寿命が長く、高効率な発電を行うことができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、水素入口３２の近傍に電流取り出し部４２Ａを設け、酸素入口３６の近傍に電流取り出し部４２Ｂを設けた場合について説明したが、これに限らず、所望により、酸素入口３６の近傍に電流取り出し部４２Ｂを設けずに、水素入口３２の近傍に電流取り出し部４２Ａを設けた構成であってもよく、あるいは、水素入口３２の近傍に電流取り出し部４２Ａを設けずに、酸素入口３６の近傍に電流取り出し部４２Ｂを設けた構成であってもよい。
【００２４】
また、本実施の形態では、図２及び図３に示す位置に、水素入口３２、酸素入口３６、電流取り出し部４２Ａ及び４２Ｂを配設した場合について説明したが、これに限らず、電流取り出し部４２Ａは、図４に示すように、水素ガス流路３１の第１ターン部３１Ｕ付近までの領域（図４に一点鎖線で示す領域）内に配設されることが好ましい。なお、図４は、他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの水素ガス流路側から見た平面図である。
【００２５】
また、電流取り出し部４２Ｂは、図５に示すように、酸素ガス流路３５の第１ターン部３５Ｕ付近までの領域（図５に一点鎖線で示す領域）内に配設されることが好ましい。なお、図５は、他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの酸素ガス流路側から見た平面図である。
【００２６】
そしてまた、本実施の形態では、水素ガス流路３１及び酸素ガス流路３５が、サーペンタイン流路である場合について説明したが、これに限らず、水素ガス流路３１及び酸素ガス流路３５の形状は、例えば、ストレート流路等、所望の形状をとることができる。
【００２７】
そして、例えば、図６に示すように、水素ガス流路３１がストレート流路である場合、電流取り出し部４２Ａは、セル面内の中心Ｏを通り且つ互いに直角に交わる２本の線Ｌ1及びＬ2で当該セル面内を４分割した領域のうち、水素入口３２が配設されている領域（図６に点線で示す領域）内に配設されることが好ましい。なお、図６は、他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの水素ガス流路側から見た平面図である。
【００２８】
また、例えば、図７に示すように、酸素ガス流路３５がストレート流路である場合、電流取り出し部４２Ｂは、セル面内の中心Ｏを通り且つ互いに直角に交わる２本の線Ｌ1及びＬ2で当該セル面内を４分割した領域のうち、酸素入口３６が配設されている領域（図７に点線で示す領域）内に配設されることが好ましい。なお、図７は、他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの酸素ガス流路側から見た平面図である。
【００２９】
そしてまた、水素ガス流路３１及び酸素ガス流路３５がストレート流路である場合も、所望により、酸素入口３６の近傍に電流取り出し部４２Ｂを設けずに、水素入口３２の近傍に電流取り出し部４２Ａを設けた構成であってもよく、あるいは、水素入口３２の近傍に電流取り出し部４２Ａを設けずに、酸素入口３６の近傍に電流取り出し部４２Ｂを設けた構成であってもよい。
【００３０】
また、ターミナル１２Ａ及び１２Ｂの全域から電流を取り出すことで、電流密度分布の偏りを無くすことも可能である。
【００３１】
なお、セル積層体には、複数のガス供給口が設けられ、さらにセル積層体に設けられた複数の電力取り出し用ターミナル端子を有し、少なくとも一方のガス供給口の近傍にターミナルの電流取り出し部を設けてもよい。好ましくは、セル積層体（スタック）の両端に存在する二つのターミナル端子において、各端子を燃料ガス供給口の近傍と酸化ガス供給口の近傍の少なくとも一方に設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態にかかる燃料電池を模式的に示す側面図である。
【図２】図１に示す燃料電池のセパレータの水素ガス流路側から見た平面図である。
【図３】図１に示す燃料電池のセパレータの酸素ガス流路側から見た平面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの水素ガス流路側から見た平面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの酸素ガス流路側から見た平面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの水素ガス流路側から見た平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池のセパレータの酸素ガス流路側から見た平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    燃料電池
３０    セパレータ
３１    水素ガス流路
３２    水素入口
３５    酸素ガス流路
３６    酸素入口
４２Ａ、４２Ｂ    電流取り出し部
【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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