(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の個数のセルを有する第１ブロックと、
第１燃料ガス主幹流路及び該第１燃料ガス主幹流路から分岐された第１分岐路を備え、前記第１ブロックの各セルに燃料ガスを並列的に供給する第１燃料供給路と、
前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記燃料ガスを集合させる集合流路と、
第１の個数より少ない第２の個数のセルを有する第２ブロックと、
第２燃料ガス主幹流路及び該第２燃料ガス主幹流路から分岐された第２分岐路を備え、前記集合流路で集合されて前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記燃料ガスを前記第２ブロックの各セルに並列的に供給する第２燃料供給路と、
前記第２ブロックの各セルを通過した後の前記燃料ガスを前記第２ブロックから外部へ排出する排出流路と、を有し、
前記燃料ガスの流れ方向に沿って、上流側から、
前記第１燃料供給路、前記第１ブロック、前記集合流路、前記第２燃料供給路、前記第２ブロック、前記排出流路の順に配置された燃料電池であって、
前記集合流路よりも下流側かつ前記第２燃料供給路よりも上流側の位置に、前記第１、２燃料ガス主幹流路、前記第１、２分岐路、前記集合流路及び前記排出流路のいずれの流路径よりも小さく、前記燃料ガスを絞り込み可能な絞込部が設けられている
燃料電池。
【請求項２】
前記第１の個数をＮ１とし、前記第２の個数をＮ２とした場合に、Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）≦０．５８である
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１の個数をＮ１とし、前記第２の個数をＮ２とした場合、Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）≧０．１３である
請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１ブロックは、
前記第２ブロックと前記絞込部に挟まれて、前記第２ブロック及び前記絞込部にそれぞれ熱伝導的に接触して配置されている
請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記セルは、平板状であり、
前記第１ブロック及び前記第２ブロックは、前記セルを厚み方向に沿って積層された積層体である
請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
前記絞込部は、
前記セルの平面形状における外形に対応した外形を有し、前記積層方向に沿って前記セルと共に積層されている
請求項５記載の燃料電池。
【請求項７】
第１酸化剤ガス主幹流路及び該第１酸化剤ガス主幹流路から分岐された第３分岐路を備え、前記第１ブロック及び前記第２ブロックの各セルに酸化剤ガスを並列的に供給する第１酸化剤供給路と、
前記第１ブロック及び前記第２ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを前記第１ブロック及び前記第２ブロックから外部へ排出する酸化剤ガス排出流路と、を有する
請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
第１酸化剤ガス主幹流路及び該第１酸化剤ガス主幹流路から分岐された第３分岐路を備え、前記第１ブロックの各セルに酸化剤ガスを並列的に供給する第１酸化剤供給路と、
前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを集合させる第２の集合流路と、
第２酸化剤ガス主幹流路及び該第２酸化剤ガス主幹流路から分岐された第４分岐路を備え、前記第２の集合流路で集合されて前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを前記第２ブロックの各セルに並列的に供給する第２酸化剤供給路と、
前記第２ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを前記第２ブロックから外部へ排出する第２の排出流路と、をさらに有し、
前記酸化剤ガスの流れ方向に沿って、上流側から、
前記第１酸化剤供給路、前記第１ブロック、前記第２の集合流路、前記第２酸化剤供給路、前記第２ブロック、前記第２の排出流路の順に配置され、
前記第２の集合流路よりも下流側かつ前記第２酸化剤供給路よりも上流側の位置に、前記第１、２酸化剤ガス主幹流路、前記第３、４分岐路、前記第２の集合流路及び前記第２の排出流路のいずれの流路径よりも小さく、前記酸化剤ガスを絞り込み可能な第２の絞込部が設けられている
請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」とも記す）が知られている。このＳＯＦＣでは発電単位として、例えば、固体電解質層の一方側、他方側それぞれに燃料極および空気極を設けた燃料電池セルが使用される。そして、所望の電力を得るために、この燃料電池セルを複数直列に配置し、燃料電池スタックとする。発電に使用される燃料ガスや酸化剤ガスはそれぞれ、燃料極や空気極の表面に沿って流れ、使用に供された燃料ガスや酸化剤ガスは、燃料電池スタックから排出される。【０００３】
燃料電池スタックを燃料電池セル数の異なる２つのブロックに分割することで、総合燃料利用率を高め、発電効率の改善を図る手法が開示されている（特許文献１、２参照）。燃料電池セル数の多いブロック（上流部）、燃料電池セル数の少ないブロック（下流部）に燃料ガスを順に供給する。上流部で発電に使用されなかった燃料ガスが下流部で用いられることで、総合的な燃料利用率の向上が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５６９９３号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１５３０７３号パンフレット
【特許文献３】特開２００４−２０７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この手法においては、上流部の燃料電池セル数が多いことから、上流部の各燃料電池セルへの燃料分配が不均衡となるおそれがある。【０００６】
ここで、燃料電池セルへの燃料分配の均一化を図るため、燃料電池スタックの排出孔端部にガス流通量を抑制する排出孔を設ける技術が開示されている（特許文献３参照）。【０００７】
しかしながら、２つのブロックに分割された燃料電池スタックに、ガス流通量を抑制する排出孔を設けると、燃料ガスの圧力損失が増大するおそれがある。その結果、燃料ガスのリークの増加を招き、発電効率が低下する恐れがある。
上記に鑑み、本発明は燃料分配の均一性および燃料利用率の向上を図った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】
本発明の一態様に係る燃料電池は、第１の個数のセルを有する第１ブロックと、第１燃料ガス主幹流路及び該第１燃料ガス主幹流路から分岐された第１分岐路を備え、前記第１ブロックの各セルに燃料ガスを並列的に供給する第１燃料供給路と、前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記燃料ガスを集合させる集合流路と、第１の個数より少ない第２の個数のセルを有する第２ブロックと、第２燃料ガス主幹流路及び該第２燃料ガス主幹流路から分岐された第２分岐路を備え、前記集合流路で集合されて前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記燃料ガスを前記第２ブロックの各セルに並列的に供給する第２燃料供給路と、前記第２ブロックの各セルを通過した後の前記燃料ガスを前記第２ブロックから外部へ排出する排出流路と、を有し、前記燃料ガスの流れ方向に沿って、上流側から、前記第１燃料供給路、前記第１ブロック、前記集合流路、前記第２燃料供給路、前記第２ブロック、前記排出流路の順に配置された燃料電池であって、前記集合流路よりも下流側かつ前記第２燃料供給路よりも上流側の位置に、前記第１、２燃料ガス主幹流路、前記第１、２分岐路、前記集合流路及び前記排出流路のいずれの流路径よりも小さく、前記燃料ガスを絞り込み可能な絞込部が設けられている。【０００９】
第１ブロックのセルの個数が第２ブロックのセルの個数より多いことで、第１ブロックで発電に使用されなかった燃料ガスが第２ブロックで消費され、燃料ガスの有効利用が図れる。この結果、通常の燃料利用率よりも高い領域で、特性の維持が可能となり、発電効率の向上が図れる。【００１０】
また、絞込部が、第１、２燃料ガス主幹流路、第１、２分岐路、集合流路及び排出流路のいずれの流路径よりも小さく、燃料ガスを絞り込むことから、第１ブロック内での燃料ガスの流れが均一化され、第１ブロックの各セルへの燃料ガスの分配が均一化される。第１燃料供給路（第１燃料ガス主幹流路及び第１分岐路）、第１ブロック、集合流路、絞込部、第２燃料供給路（第２燃料ガス主幹流路及び第２分岐路）、第２ブロックの順に、燃料ガスが流れることで、燃料電池内での燃料ガスの圧力損失を低減できる。【００１１】
即ち、本発明の燃料電池では、燃料電池のスタックを２つのブロック（第１ブロックおよび第２ブロック）に分割する。そして、燃料電池セル数の多いブロック（第１ブロック（上流部））に先に燃料ガス、または酸化剤ガスを供給し、その後、燃料電池セル数の少ないブロック（第２ブロック（下流部））に、上流部での発電に使用されなかった燃料ガス、または酸化剤ガスを供給する。【００１２】
また、本発明の燃料電池においては、前記上流部と前記下流部との間に、絞込み部を介在させている。【００１３】
ここで、上流部は、下流部よりも燃料電池セルの数が多いため、燃料利用率が高い領域で運転することが容易となる。上流部と下流部のセル数が異なることで、燃料利用率が互いに異なり、上流部で燃料利用率が高くなる可能性が高い。【００１４】
そこで、上流部と下流部の間に、絞込部（圧損体）を設けることで、必要以上に、燃料ガス流路での圧力損失を増加させることなく、燃料利用率の高い上流部の燃料分配を、均一にすることが可能となる。この結果、発電効率の向上を図ることができる。更に、絞込部を設けることで、ガスの余熱経路を長くとることが可能となる。【００１５】
ここで、燃料電池スタックの上流部が絞込み部と下流部に挟まれた構造とすることができる。即ち、上流部を中央に、その周囲に絞込み部と下流部を配置する。この場合、燃料電池スタックの上流部（中央部）は、その周りの燃料電池セル（絞込み部、下流部も含む）からのジュール熱を受けて高温になりやすい。一方、上流部（中央部）の周りの燃料電池セル（絞込み部、下流部も含む）は、放熱によって温度が低くなりやすい。また、上流部は温度の低い燃料ガスが導入されるのに対し、絞込み部や下流部は上流部のジュール熱を受けて燃料ガスの温度が上昇する。【００１６】
即ち、温度が上がりにくい上流部を燃料電池スタックの中央に配置し、絞込み部と下流部をその周りに配置することで、燃料電池セル間の温度分布を小さくすることが可能になる。この結果、発電効率の向上を図ることができる。【００１７】
前記第１の個数をＮ１とし、前記第２の個数をＮ２とした場合に、Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）≦０．５８であることが好ましい。「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）≦０．５８」と規定することで、第１及び第２ブロックそれぞれで、本来の燃料利用率よりも低い燃料利用率での運転が可能となり、高出力が可能となる。「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）＞０．５８」であると、例えば、燃料電池全体での燃料利用率（総合燃料利用率）を８０％とした場合、第２ブロックでの燃料利用率が７０％以上となる。この場合、第２ブロックでの燃料利用率と、総合燃料利用率の差が小さく、特性の優位性がもてない。【００１８】
前記第１の個数をＮ１とし、前記第２の個数をＮ２とした場合、Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）≧０．１３であることが好ましい。「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）≧０．１３」と規定することで、第１及び第２ブロックそれぞれで、本来の燃料利用率よりも低い燃料利用率での運転が可能となり、高出力が可能となる。「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）＜０．１３」であると、例えば、燃料電池全体での燃料利用率（総合燃料利用率）を８０％とした場合、第２ブロックでの燃料利用率が７０％以上となる。この場合、第２ブロックでの燃料利用率と、総合燃料利用率の差が小さく、特性の優位性がもてない。【００１９】
前記第１ブロックは、前記第２ブロックと前記絞込部に挟まれて、前記第２ブロック及び前記絞込部にそれぞれ熱伝導的に接触して配置されていることが好ましい。固体酸化物形燃料電池の中段部は、周りからのジュール熱を受けて高温になりやすい。一方でスタック両端部は放熱により、温度が中段部より低くなりやすい。さらに第１ブロックは温度の低いガスが導入されるのに対し、第２ブロックや絞込部は第１ブロックのジュール熱を受けるため、ガス温度が上昇する。従って、温度が上がりにくい第１ブロックをスタック中央部に配置し、第２ブロック、絞込部をその周りに配置することでスタックの温度分布を小さくすることができる。【００２０】
前記セルは、平板状であり、前記第１ブロック及び前記第２ブロックは、前記セルを厚み方向に沿って積層された積層体であっても良い。燃料電池を積層構造とすることで、コンパクト化が図れる。【００２１】
このとき、前記絞込部は、前記セルの平面形状における外形に対応した外形を有し、前記積層方向に沿って前記セルと共に積層されていることが好ましい。絞込部を含めて、燃料電池を積層構造とすることができるため、コンパクト化が図れる。【００２２】
第１酸化剤ガス主幹流路及び該第１酸化剤ガス主幹流路から分岐された第３分岐路を備え、前記第１ブロック及び前記第２ブロックの各セルに酸化剤ガスを並列的に供給する第１酸化剤供給路と、前記第１ブロック及び前記第２ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを前記第１ブロック及び前記第２ブロックから外部へ排出する酸化剤ガス排出流路と、を有しても良い。酸化剤ガスは、各セルに対して、並列に供給することができる。このようにすると、圧力損失が低減され、酸化剤ガスの供給が容易となる。例えば、大流量の酸化剤ガスを流す場合、圧力損失が大きくなり、酸化剤ガスの供給のための消費電力が大きくなる可能性がある（例えば、空気ポンプの消費電力上昇）。このような場合であっても、各セルに対して、酸化剤ガスを並列に供給することで、圧力損失が低減され、消費電力を小さくすることが可能となる。【００２３】
第１酸化剤ガス主幹流路及び該第１酸化剤ガス主幹流路から分岐された第３分岐路を備え、前記第１ブロックの各セルに酸化剤ガスを並列的に供給する第１酸化剤供給路と、前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを集合させる第２の集合流路と、第２酸化剤ガス主幹流路及び該第２酸化剤ガス主幹流路から分岐された第４分岐路を備え、前記第２の集合流路で集合されて前記第１ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを前記第２ブロックの各セルに並列的に供給する第２酸化剤供給路と、前記第２ブロックの各セルを通過した後の前記酸化剤ガスを前記第２ブロックから外部へ排出する第２の排出流路と、をさらに有し、前記酸化剤ガスの流れ方向に沿って、上流側から、前記第１酸化剤供給路、前記第１ブロック、前記第２の集合流路、前記第２酸化剤供給路、前記第２ブロック、前記第２の排出流路の順に配置され、前記第２の集合流路よりも下流側かつ前記第２酸化剤供給路よりも上流側の位置に、前記第１、２酸化剤ガス主幹流路、前記第３、４分岐路、前記集合流路及び前記第２の排出流路のいずれの流路径よりも小さく、前記酸化剤ガスを絞り込み可能な絞込部が設けられていても良い。【００２４】
第１ブロックのセルの個数が第２ブロックのセルの個数より多いことで、第１ブロックで未消費の酸化剤ガスが第２ブロックで消費され、酸化剤ガスの有効利用が図れる。また、第２の絞込部が、第１、２酸化剤ガス主幹流路、第３、４分岐路、第２の集合流路及び第２の排出流路のいずれの流路径よりも小さく、酸化剤ガスを絞り込むことから、第１ブロック内での酸化剤ガスの流れが均一化され、第１ブロックの各セルへの酸化剤ガスの分配が均一化される。第１酸化剤供給路（第１酸化剤ガス主幹流路及び第３分岐路）、第１ブロック、第２の集合流路、第２の絞込部、第２酸化剤供給路（第２酸化剤ガス主幹流路及び第３分岐路）、第２ブロックの順に、酸化剤ガスが流れることで、燃料電池内での酸化剤ガスの圧力損失を低減できる。【００２５】
ここでは、燃料ガスに加えて、酸化剤ガスを絞っている。なお、燃料ガスの絞り込みに対応する限定を追加しても良い（燃料ガスについての限定を酸化剤ガスについての限定として追加する）。第１ブロックの各セルに投入される空気流量が増えるため、冷却効果がより増す。また、温度の冷えやすいスタック両端部（絞込部、第２ブロック）に第１ブロックから熱を奪い去った空気が供給されるため、温度分布を低減可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、燃料分配の均一性および燃料利用率の向上を図った燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池１０を表す斜視図である。
【図２】燃料電池セル４０を表す側面図である。
【図３】燃料電池セル４０を表す分解斜視図である。
【図４】燃料電池１０の内部を表す模式図である。
【図５Ａ】絞込部１３の一例を表す模式断面図である。
【図５Ｂ】絞込部１３の一例を表す模式断面図である。
【図５Ｃ】絞込部１３の一例を表す模式断面図である。
【図５Ｄ】絞込部１３の一例を表す模式断面図である。
【図６Ａ】絞込部１３の一例を表す模式平面図である。
【図６Ｂ】絞込部１３の一例を表す模式平面図である。
【図６Ｃ】絞込部１３の一例を表す模式平面図である。
【図６Ｄ】絞込部１３の一例を表す模式平面図である。
【図７】第１実施形態の変形例に係る燃料電池１０ａの内部を表す模式図である。
【図８】第２実施形態に係る燃料電池１０ｂの内部を表す模式図である。
【図９】第２実施形態の変形例に係る燃料電池１０ｃの内部を表す模式図である。
【図１０】第３実施形態に係る燃料電池１０ｄの内部を表す模式図である。
【図１１】第４実施形態に係る燃料電池１０ｅの内部を表す模式図である。
【図１２】第５実施形態に係る燃料電池７０の内部を表す模式図である。
【図１３】比較例１に係る燃料電池１０ｘの内部を表す模式図である。
【図１４】比較例２に係る燃料電池１０ｙの内部を表す模式図である。
【図１５】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図１６】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図１７】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図１８】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図１９】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図２０】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図２１】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【図２２】燃料電池の段数と燃料利用率の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０は、燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う装置であり、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３を有する。
【００３０】
第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３は順に積層され、ボルト２１、２２（２２ａ〜２２ｄ）、２３（２３ａ、２３ｂ）およびナット３５で固定される。このため、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３は、ボルト２１、２２（２２ａ〜２２ｄ）、２３（２３ａ、２３ｂ）に対応する貫通孔３１、３２（３２ａ〜３２ｄ）、３３（３３ａ、３３ｂ）を有する。
【００３１】
第１ブロック１１、第２ブロック１２はそれぞれ、第１の個数Ｎ１、第２の個数Ｎ２の燃料電池セル４０が積層され、電気的に直列接続されている。第２の個数Ｎ２は、第１の個数Ｎ１よりも少ない。第１ブロック１１で未使用の燃料ガス等を第２ブロック１２で利用することで、総合的な燃料利用率等を向上させるためである
【００３２】
絞込部１３は、後述の燃料ガス流路２４ａ、２４ｃ（第１、２燃料ガス主幹流路）、燃料ガス流出口２７ａ、２７ｃ（第１、２分岐路）、燃料ガス流入口２６ｂ、燃料ガス流路２４ｂ（集合流路）、及び燃料ガス流入口２６ｄ、燃料ガス流路２４ｄ（排出流路）のいずれの流路径よりも小さく、燃料ガスを絞り込むことができる（図４参照）。
【００３３】
即ち、絞込部１３の流路の実効的な断面積が、次のいずれよりも小さい。
・燃料ガス流路２４ａ、２４ｃ（第１、２燃料ガス主幹流路）の流路の断面積
・燃料ガス流出口２７ａ、２７ｃ（第１、２分岐路）の流路の断面積
・燃料ガス流入口２６ｂ、燃料ガス流路２４ｂ（集合流路）の流路の断面積
・燃料ガス流入口２６ｄ、燃料ガス流路２４ｄ（排出流路）の流路の断面積
【００３４】
この内、燃料ガス流出口２７ａ、２７ｃ、燃料ガス流入口２６ｂ、２６ｄはそれぞれ、燃料電池セル４０毎に、複数であることが通例である。この場合、燃料電池セル４０内での複数の流路（燃料ガス流出口２７ａ、２７ｃ、燃料ガス流入口２６ｂ、２６ｄ）の断面積の総和が、各燃料電池セル４０全体としての流路の断面積となる。
【００３５】
なお、絞込部１３の流路の実効的な断面積は、絞込部１３自体の流路の断面積に加え、絞込部１３に燃料ガスを流入、流出させる燃料ガス流出口２７ｂ、燃料ガス流入口２６ｃの流路の断面積も考慮される。なお、絞込部１３の構造の詳細は後述する。
【００３６】
図２、図３はそれぞれ、燃料電池セル４０の側面図および斜視図である。図２に示すように、燃料電池セル４０は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり、インターコネクタ４１、４５、集電体４２、枠部４３、セル本体４４を有する。
【００３７】
インターコネクタ４１、４５は、燃料電池セル４０間の導通を確保し、かつガス流路を遮断する、上下一対の導電性（例えば、金属）のプレートである。なお、燃料電池セル４０間には、１個のインターコネクタのみが配置される（インターコネクタの共有）。
【００３８】
集電体４２は、セル本体４４（空気極５５）とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）等の金属材料からなる。
【００３９】
枠部４３は、開口４６を有する。この開口４６内は、気密に保持され、かつ酸化剤ガス流路４７、燃料ガス流路４８に区分される。枠部４３は、空気極フレーム５１、絶縁フレーム５２、セパレータ（その外周縁部）５３、燃料極フレーム５４を有する。空気極フレーム５１は、酸化剤ガス流路４７側に配置される金属製のフレームである。絶縁フレーム５２は、インターコネクタ４１、４５間を電気的に絶縁する、セラミックス製のフレームである。セパレータ４５は、セル本体４４を接合し、かつ酸化剤ガス流路４７、燃料ガス流路４８を遮断する金属製のフレームである。燃料極フレーム５４は、燃料ガス流路４８側に配置される金属製のフレームである。
【００４０】
枠部４３は、ボルト２１、２２（２２ａ〜２２ｄ）、２３（２３ａ、２３ｂ）に対応する貫通孔３１、３２（３２ａ〜３２ｄ）、３３（３３ａ、３３ｂ）を有する。
【００４１】
セル本体４４は、空気極（カソード）５５、固体電解質体５６、燃料極（アノード）５７を積層して構成される。固体電解質体５６の酸化剤ガス流路４７側、燃料ガス流路４８側それぞれに、空気極５５、燃料極５７が配置される。空気極５５としてはペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。固体電解質体５６としては、ＹＳＺ、Ｓｃ、ＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また、燃料極５７としてはＮｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用できる。
【００４２】
図３に示すように、空気極フレーム５１において、貫通孔３３（３３ａ、３３ｂ）と開口４６間が切欠６１で空間的に接続され、これらの間での酸化剤ガスの流通を可能としている。燃料極フレーム５４において、貫通孔３２（３２ａ〜３３ｄ）と開口４６間が切欠６２で空間的に接続され、これらの間での燃料ガスの流通を可能としている。
【００４３】
図４は、固体酸化物形燃料電池１０の断面を表す模式図である。本図に示すように、ボルト２２（２２ａ〜２２ｄ）内の燃料ガス流路２４（２４ａ〜２４ｄ）の燃料ガス流入口２６（２６ｂ〜２６ｄ）、燃料ガス流出口２７（２７ａ〜２７ｃ）を経由して、貫通孔３２（３２ａ〜３３ｄ）から燃料極フレーム５４の開口４６（燃料ガス流路４８）内に燃料ガスが流入、流出する。ボルト２３（２３ａ、２３ｂ）内の酸化剤ガス流路２５（２５ａ、２５ｂ）の酸化剤ガス流入口２８（２８ｂ）、酸化剤ガス流出口２９（２９ａ）を経由して、貫通孔３３（３３ａ、３３ｂ）から空気極フレーム５１の開口４６（酸化剤ガス流路４７）内に酸化剤ガスが流入、流出する。
【００４４】
ここで、第１ブロック１１、第２ブロック１２それぞれの空気極フレーム５１、燃料極フレーム５４を同一とすることができる。これに対して、第１ブロック１１、第２ブロック１２それぞれで空気極フレーム５１、燃料極フレーム５４を異ならせることも可能である。即ち、燃料ガス流入口２６（２６ｂ〜２６ｄ）、燃料ガス流出口２７（２７ａ〜２７ｃ）、酸化剤ガス流入口２８（２８ａ、２８ｂ）、酸化剤ガス流出口２９（２９ａ、２９ｂ）の配置と、切欠６１、６２の配置を対応させる。このようにすることで、開口４６内の気密の保持がより確実となる。
【００４５】
図４に示すように、本実施形態では、燃料ガスが第１ブロック１１、絞込部１３、第２ブロック１２の順に流れる。一方、酸化剤ガスは、第１ブロック１１、絞込部１３、第２ブロック１２に並列に供給される。
【００４６】
即ち、燃料ガス流入口２６（２６ｂ〜２６ｄ）、燃料ガス流出口２７（２７ａ〜２７ｃ）、酸化剤ガス流入口２８（２８ａ、２８ｂ）、酸化剤ガス流出口２９（２９ａ、２９ｂ）の配置を第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３それぞれに対応させる。この結果、燃料ガス、酸化剤ガスの第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３への流れの順序を規定できる。
【００４７】
ボルト２１は、積層された第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３を押圧、固定するための部材である。
【００４８】
一方、ボルト２２（２２ａ〜２２ｄ）は燃料ガスを流通させるための部材であり、燃料ガスが流通する燃料ガス流路２４（２４ａ〜２４ｄ）を有する。ボルト２３（２３ａ、２３ｂ）は酸化剤ガスを流通させるための部材であり、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路２５（２５ａ、２５ｂ）を有する。燃料ガス流路２４、酸化剤ガス流路２５は、ボルト２２、２３それぞれに設けられた空孔である。
【００４９】
ボルト２２（２２ａ〜２２ｄ）は、燃料ガス流路２４（２４ａ〜２４ｄ）と接続された燃料ガス流入口２６（２６ｂ〜２６ｄ）、燃料ガス流出口２７（２７ａ〜２７ｃ）を有する。燃料ガス流入口２６（２６ｂ〜２６ｄ）、燃料ガス流出口２７（２７ａ〜２７ｃ）は、燃料ガス流路２４（２４ａ〜２４ｄ）に燃料ガスを流入流出させる。ボルト２３（２３ａ、２３ｂ）は酸化剤ガス流路２５（２５ａ、２５ｂ）と接続された酸化剤ガス流入口２８（２８ａ、２８ｂ）、酸化剤ガス流出口２９（２９ａ、２９ｂ）を有する。酸化剤ガス流入口２８（２８ａ、２８ｂ）、酸化剤ガス流出口２９（２９ａ、２９ｂ）は、酸化剤ガス流路２５（２５ａ、２５ｂ）に酸化剤ガスを流入流出させる。燃料ガス流入口２６、燃料ガス流出口２７、酸化剤ガス流入口２８、酸化剤ガス流出口２９は、燃料ガス流路２４、酸化剤ガス流路２５と連通するように、ボルト２２、２３の側部に設けられた貫通穴である。
【００５０】
ボルト２２ａは、燃料ガス流路２４ａ、燃料ガス流出口２７ａを有する。外部から燃料ガス流路２４ａに燃料ガスが流入し、燃料ガス流出口２７ａ（および切欠６２）から第１ブロック１１の燃料電池セル４０に並行して流出する。燃料ガス流路２４ａ、燃料ガス流出口２７ａはそれぞれ、第１燃料ガス主幹流路、第１分岐路として機能する。
【００５１】
ボルト２２ｂは、燃料ガス流路２４ｂ、燃料ガス流入口２６ｂ、燃料ガス流出口２７ｂを有する。燃料ガス流入口２６ｂ（および切欠６２）を経由して、第１ブロック１１の燃料電池セル４０から燃料ガス流路２４ｂに燃料ガスが並行して流入し、燃料ガス流出口２７ｂ（および切欠６２）から絞込部１３に流出する。燃料ガス流入口２６ｂおよび燃料ガス流路２４ｂは、第１ブロック１１の燃料電池セル４０を通過した燃料ガスを集合させる集合流路として機能する。
【００５２】
ボルト２２ｃは、燃料ガス流路２４ｃ、燃料ガス流入口２６ｃ、燃料ガス流出口２７ｃを有する。燃料ガス流入口２６ｃ（および切欠６２）を経由して、絞込部１３から燃料ガス流路２４ｃに燃料ガスが流入し、燃料ガス流出口２７ｃ（および切欠６２）から第２ブロック１２の燃料電池セル４０に並行して流出する。燃料ガス流路２４ｃ、燃料ガス流出口２７ｃはそれぞれ、第２燃料ガス主幹流路、第２分岐路として機能する。
【００５３】
ボルト２２ｄは、燃料ガス流路２４ｄ、燃料ガス流入口２６ｄを有する。燃料ガス流入口２６ｄ（および切欠６１）を経由して、第２ブロック１２の燃料電池セル４０から燃料ガス流路２４ｄに並行して燃料ガスが流入し、外部に流出する。燃料ガス流入口２６ｄおよび燃料ガス流路２４ｄは、第２ブロック１２の燃料電池セル４０を通過した燃料ガスを外部に排出する排出流路として機能する。
【００５４】
ボルト２３ａは、酸化剤ガス流路２５ａ、酸化剤ガス流出口２９ａを有する。外部から酸化剤ガス流路２５ａに酸化剤ガスが流入し、酸化剤ガス流出口２９ａ（および切欠６１）から第１ブロック１１および第２ブロック１２の燃料電池セル４０に並行して流出する。酸化剤ガス流路２５ａ、酸化剤ガス流出口２９ａはそれぞれ、第１酸化剤ガス主幹流路及び該第１酸化剤ガス主幹流路から分岐された第３分岐路として機能する。
【００５５】
ボルト２３ｂは、酸化剤ガス流路２５ｂ、酸化剤ガス流入口２８ｂを有する。酸化剤ガス流入口２８ｂ（および切欠６１）を経由して、第１ブロック１１および第２ブロック１２の燃料電池セル４０から燃料ガス流路２４ｄに酸化剤ガスが並行して流入し、外部に流出する。酸化剤ガス流路２５ｂ、酸化剤ガス流入口２８ｂは、第１ブロック１１及び第２ブロック１２の各燃料電池セル４０を通過した酸化剤ガスを外部へ排出する酸化剤ガス排出流路として機能する。
【００５６】
図５Ａ〜図５Ｄは、絞込部１３の断面状態の一例を表す模式断面図である。図６Ａ〜図６Ｄはそれぞれ、図５Ａ〜図５Ｄと対応する絞込部１３の平面状態の一例を表す模式平面図である。図５Ａ、図６Ａでは、絞込部１３の流入側（燃料ガス流出口２７ｂ側）の流路の断面積が大きく、流出側（燃料ガス流入口２６ｃ側）の流路の断面積が小さい。図５Ｂ、図６Ｂでは、絞込部１３の流入側（燃料ガス流出口２７ｂ側）の流路の断面積が小さく、流出側（燃料ガス流入口２６ｃ側）の流路の断面積が大きい。図５Ｃ、図６Ｃでは、絞込部１３の流入側（燃料ガス流出口２７ｂ側）、流出側（燃料ガス流入口２６ｃ側）の流路の断面積が小さく、これらの中間での流路の断面積が大きい。図５Ｄ、図６Ｄでは、絞込部１３の流入側（燃料ガス流出口２７ｂ側）、流出側（燃料ガス流入口２６ｃ側）の流路の断面積が大きく、これらの中間での流路の断面積が小さい。
【００５７】
図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｄのように、絞込部１３は、流入側（燃料ガス流出口２７ｂ側）から流出側（燃料ガス流入口２６ｃ側）に至る少なくとも何れかの箇所において、流路の断面積が小さくなっている。このように、流路の断面積が小さい箇所が、流入側のみ、流出側のみ、流入側、流出側の双方、中間部のいずれでも絞込部１３として機能する。
【００５８】
次に、図４に戻り、本実施形態における燃料ガスの流れについて、説明する。本実施形態では、次の（１）〜（６）の順序で、燃料ガスが流れる。
（１）燃料ガス流路２４ａ（第１燃料ガス主幹流路）、燃料ガス流出口２７ａ（第１分岐路）
（２）第１ブロック１１
（３）燃料ガス流入口２６ｂ、燃料ガス流路２４ｂ（集合流路）
（４）燃料ガス流出口２７ｂ、絞込部１３、燃料ガス流入口２６ｄ
（５）燃料ガス流路２４ｃ（第２燃料ガス主幹流路）、燃料ガス流出口２７ｃ（第２分岐路）
（６）燃料ガス流入口２６ｄ、燃料ガス流路２４ｄ（排出流路）
【００５９】
ここで、第１ブロック１１の燃料電池セル４０の個数Ｎ１が第２ブロック１２の燃料電池セル４０の個数Ｎ２より多いことで、第１ブロック１１で未消費の燃料ガスが第２ブロック１２で消費され、燃料ガスの有効利用が図れる。
【００６０】
また、絞込部１３が、燃料ガス流路２４ａ、２４ｃ（第１、２燃料ガス主幹流路）、燃料ガス流出口２７ａ、２７ｃ（第１、２分岐路）、燃料ガス流入口２６ｂ、燃料ガス流路２４ｂ（集合流路）及び燃料ガス流入口２６ｄ、燃料ガス流路２４ｄ（排出流路）のいずれの流路径よりも小さく、燃料ガスを絞り込む。この結果、第１ブロック１１内での燃料ガスの流れが均一化され、第１ブロック１１の燃料電池セル４０への燃料ガスの分配が均一化される。
【００６１】
さらに、第１ブロック１１、絞込部１３、第２ブロック１２の順に、燃料ガスが流れることで、固体酸化物形燃料電池１０内での燃料ガスの圧力損失を低減できる。
【００６２】
後述の比較例１（絞込部１３が無い固体酸化物形燃料電池１０ｘ）、比較例２（第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３の順に燃料ガスが流れる固体酸化物形燃料電池１０ｙ）に対して、良好な燃料利用率および燃料分配の均一性を確保できる。
【００６３】
（変形例１）
第１の実施形態の変形例１を説明する。図７は、図４に対応し、第１の実施形態の変形例１に係る固体酸化物形燃料電池１０ａを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ａは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３、ボルト２２（２２ｅ、２２ｂ、２２ｄ）、２３（２３ａ、２３ｃ）を有する。即ち、ボルト２２ａ、２２ｃに替えて、ボルト２２ｅを有する。ボルト２３ｂに替えて、ボルト２３ｃを有する。
【００６４】
ボルト２２ｅは、燃料ガス流路２４ｅ、２４ｆ、燃料ガス流入口２６ｆ、燃料ガス流入口２６ｅ、２７ｆを有する。外部から燃料ガス流路２４ｅに燃料ガスが流入し、燃料ガス流出口２７ｅ（および切欠６２）から第１ブロック１１に流出する。燃料ガス流入口２６ｆ（および切欠６２）を経由して、絞込部１３から燃料ガス流路２４ｆに燃料ガスが流入し、燃料ガス流出口２７ｆ（および切欠６２）から第２ブロック１２に流出する。このように、燃料ガスの流入方向を変えることで、ボルト２２ｅによる外部から第１ブロック１１への燃料ガスの流入、絞込部１３から第２ブロック１２への燃料ガスの流入、流出が可能となる。この結果、ボルト２２の本数を低減できる。
【００６５】
ボルト２３ｃは、酸化剤ガス流路２５ｃ、酸化剤ガス流入口２８ｃを有する。酸化剤ガス流入口２８ｃ（および切欠６１）を経由して、第１ブロック１１および第２ブロック１２から酸化剤ガス流路２５ｃに酸化剤ガスが流入し、外部に流出する。酸化剤ガスの流出方向が変わったことに対応している。
【００６６】
このように、ボルト２２ａ、２２ｃに替えて、ボルト２２ｅを用いても、第１の実施形態と同様、良好な燃料利用率および燃料分配の均一性を確保できる。
【００６７】
（燃料利用率、発電効率の定義）
ここで、燃料利用率、発電効率の定義に関し説明する。燃料利用率Ｕｆ［％］は、供給された燃料の量Ａ０に対する、発電に使用された燃料の量Ａ１の割合を示す量であり、次の式（１）により定義できる。
Ｕｆ＝Ａ１／  Ａ０＊１００      ……  式（１）
Ａ１：発電に使用された燃料の量
Ａ０：供給された燃料の量
【００６８】
発電効率Ｒ［％］は、供給された燃料が有する燃焼エネルギーＥに対する、取り出された電力Ｐの割合を示す量であり、次の式（２）により定義できる。
Ｒ＝Ｐ／Ｅ＊１００            ……  式（２）
Ｐ：単位時間に供給された燃料から取り出された電力（出力）（Ｗ）
Ｅ：単位時間に供給された燃料が有する燃焼エネルギー（Ｗ）
【００６９】
燃料利用率Ｕｆが低くなると、発電に要する燃料に対して、多くの燃料が供給されることになり、燃料電池スタックの性能（出力）は維持され易くなる。但し、発電に使用されない燃料が多く排出されるため、発電効率Ｒが低下する。
【００７０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態を説明する。図８は、図４に対応し、第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ｂを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ｂは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３、１４、ボルト２２（２２ｅ、２２ｂ、２２ｄ）、２３（２３ｄ〜２３ｇ）を有する。即ち、先の変形例に対して、絞込部１４が追加され、ボルト２３ｃ、２３ｂに替えて、ボルト２３ｄ〜２３ｇを有する。
【００７１】
絞込部１４は、酸化剤ガス流路２５ｄ、２５ｆ（第１、２酸化剤ガス主幹流路）、酸化剤ガス流出口２９ｄ、２９ｆ（第１、２分岐路）、酸化剤ガス流入口２８ｅ、酸化剤ガス流路２５ｅ（集合流路）、及び酸化剤ガス流入口２８ｇ、酸化剤ガス流路２５ｇ（排出流路）のいずれの流路径よりも小さく、酸化剤ガスを絞り込むことができる。
【００７２】
即ち、絞込部１４の流路の実効的な断面積が、次のいずれよりも小さい。
・酸化剤ガス流路２５ｄ、２５ｆ（第１、２酸化剤ガス主幹流路）の流路の断面積
・酸化剤ガス流出口２９ｄ、２９ｆ（第１、２分岐路）の流路の断面積
・酸化剤ガス流入口２８ｅ、酸化剤ガス流路２５ｅ（集合流路）の流路の断面積
・酸化剤ガス流入口２８ｇ、酸化剤ガス流路２５ｇ（排出流路）の流路の断面積
【００７３】
この内、酸化剤ガス流出口２９ｄ、２９ｆ、酸化剤ガス流入口２８ｅ、２８ｇはそれぞれ、複数であることが通例であり、それらの断面積の総和が流路の断面積となる。
【００７４】
なお、絞込部１４の流路の実効的な断面積は、絞込部１４自体の流路の断面積に加え、絞込部１４に酸化剤ガスを流入、流出させる酸化剤ガス流出口２９ｅ、酸化剤ガス流入口２８ｆの流路の断面積も考慮される。
【００７５】
ボルト２３ｄは、酸化剤ガス流路２５ｄ、酸化剤ガス流出口２９ｄを有する。外部から酸化剤ガス流路２５ｄに酸化剤ガスが流入し、酸化剤ガス流出口２９ｄ（および切欠６１）から第１ブロック１１に流出する。酸化剤ガス流路２５ｄ、酸化剤ガス流出口２９ｄはそれぞれ、第１酸化剤ガス主幹流路及び該第１酸化剤ガス主幹流路から分岐された第１分岐路として機能する。
【００７６】
ボルト２３ｅは、酸化剤ガス流路２５ｅ、酸化剤ガス流入口２８ｅ、酸化剤ガス流出口２９ｅを有する。酸化剤ガス流入口２８ｅ（および切欠６２）を経由して、第１ブロック１１から酸化剤ガス流路２５ｅに酸化剤ガスが流入し、酸化剤ガス流出口２９ｅ（および切欠６１）から絞込部１４に流出する。酸化剤ガス流入口２８ｅ、酸化剤ガス流路２５ｅは、第１ブロック１１の各燃料電池セル４０を通過した酸化剤ガスを集合させる集合流路として機能する。
【００７７】
ボルト２３ｆは、酸化剤ガス流路２５ｆ、酸化剤ガス流入口２８ｆ、酸化剤ガス流出口２９ｆを有する。酸化剤ガス流入口２８ｆ（および切欠６１）を経由して、絞込部１３から酸化剤ガス流路２５ｆに酸化剤ガスが流入し、酸化剤ガス流出口２９ｆ（および切欠６１）から第２ブロック１２に流出する。酸化剤ガス流路２５ｆ、酸化剤ガス流出口２９ｆはそれぞれ、第２酸化剤ガス主幹流路及び該第２酸化剤ガス主幹流路から分岐された第２分岐路として機能する。
【００７８】
ボルト２３ｇは、酸化剤ガス流路２５ｇ、酸化剤ガス流入口２８ｇを有する。酸化剤ガス流入口２８ｇ（および切欠６１）を経由して、第２ブロック１２から酸化剤ガス流路２５ｇに酸化剤ガスが流入し、外部に流出する。酸化剤ガス流入口２８ｇ、酸化剤ガス流路２５ｇは、第２ブロック１２の各燃料電池セル４０を通過した酸化剤ガスを外部へ排出する排出流路として機能する。
【００７９】
本実施形態では、次の（１）〜（６）の順序で、酸化剤ガスが流れる。
（１）酸化剤ガス流路２５ｄ（第１酸化剤ガス主幹流路）、酸化剤ガス流出口２９ｄ（第１分岐路）
（２）第１ブロック１１
（３）酸化剤ガス流入口２８ｅ、酸化剤ガス流路２５ｅ（集合流路）
（４）酸化剤ガス流出口２９ｅ、絞込部１４、酸化剤ガス流入口２８ｆ
（５）酸化剤ガス流路２５ｆ（第２酸化剤ガス主幹流路）、酸化剤ガス流出口２９ｆ（第２分岐路）
（６）酸化剤ガス流入口２８ｇ、酸化剤ガス流路２５ｇ（排出流路）
【００８０】
ここで、絞込部１４が、酸化剤ガス流路２５ｄ、２５ｆ（第１、２酸化剤ガス主幹流路）、酸化剤ガス流出口２９ｄ、２９ｆ（第１、２分岐路）、酸化剤ガス流入口２６ｂ、酸化剤ガス流路２４ｂ（集合流路）及び酸化剤ガス流入口２６ｄ、酸化剤ガス流路２４ｄ（排出流路）のいずれの流路径よりも小さく、酸化剤ガスを絞り込む。この結果、第１ブロック１１内での酸化剤ガスの流れが均一化され、第１ブロック１１の燃料電池セル４０への酸化剤ガスの分配が均一化される。
【００８１】
さらに、第１ブロック１１、絞込部１４、第２ブロック１２の順に、酸化剤ガスが流れることで、固体酸化物形燃料電池１０内での酸化剤ガスの圧力損失を低減できる。
【００８２】
（変形例２）
第２の実施形態の変形例２を説明する。図９は、図７に対応し、第２の実施形態の変形例２に係る固体酸化物形燃料電池１０ｃを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ｃは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３、１４、ボルト２２（２２ｅ、２２ｂ、２２ｄ）、２３（２３ｄ、２３ｈ、２３ｆ）を有する。即ち、ボルト２３ｅ、２３ｇに替えて、ボルト２３ｈを有する。
【００８３】
ボルト２３ｈは、酸化剤ガス流路２５ｈ、２５ｉ、酸化剤ガス流入口２８ｈ、２８ｉ、酸化剤ガス流出口２９ｈを有する。酸化剤ガス流入口２８ｈ（および切欠６２）を経由して、第１ブロック１１から酸化剤ガス流路２５ｈに酸化剤ガスが流入し、酸化剤ガス流出口２９ｈ（および切欠６１）から絞込部１４に流出する。酸化剤ガス流入口２８ｉ（および切欠６２）を経由して、第２ブロック１２から酸化剤ガス流路２５ｉに酸化剤ガスが流入し、外部に流出する。
【００８４】
このように、酸化剤ガスの流入方向を変えることで、ボルト２３ｈによる第１ブロック１１から絞込部１４への酸化剤ガスの流入、流出、第２ブロック１２から外部への酸化剤ガスの流入、流出が可能となる。この結果、ボルト２３の本数を低減できる。
【００８５】
以上のように、ボルト２３ｅ、２３ｇに替えて、ボルト２３ｈを用いても、第２の実施形態と同様、良好な燃料利用率および燃料分配の均一性を確保できる。
【００８６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態を説明する。図１０は、図４に対応し、第３の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ｄを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ｄは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３、１４、ボルト２２（２２ｋ〜２２ｎ）、２３（２３ｋ〜２３ｎ）を有する。第２の実施形態と同様、燃料ガスは、第１ブロック１１、絞込部１３、第２ブロック１２の順に流れる。また、酸化剤ガスは、第１ブロック１１、絞込部１４、第２ブロック１２の順に流れる。この結果、第２の実施形態と同様、良好な燃料利用率および燃料分配の均一性を確保できる。
【００８７】
固体酸化物形燃料電池１０ｄでは、第１ブロック１１が第２ブロック１２、絞込部１３に挟まれている。この結果、固体酸化物形燃料電池１０ｄの温度分布を小さくすることができる。
【００８８】
固体酸化物形燃料電池１０ｄの中央近傍は、周りからのジュール熱を受けて高温になりやすい。この一方、固体酸化物形燃料電池１０ｄの外周近傍は、放熱により、温度が中央近傍より低くなりやすい。また第１ブロック１１は温度の低いガスが導入されるのに対し、第２ブロック１２、絞込部１３は第１ブロック１１のジュール熱を受けるため、ガス温度が上昇する。従って、温度が上がりにくい第１ブロック１１を固体酸化物形燃料電池１０ｄの中央に配置し、第２ブロック１２、絞込部１３をその周りに配置することで固体酸化物形燃料電池１０ｄの温度分布を小さくすることができる。
【００８９】
（第４の実施形態）
第４の実施形態を説明する。図１１は、図４に対応し、第４の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ｅを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ｅは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３、１４、ボルト２２（２２ｏ〜２２ｒ）、２３（２３ｏ〜２３ｒ）を有する。
【００９０】
固体酸化物形燃料電池１０ｅでは、第１ブロック１１が第２ブロック１２、絞込部１３に挟まれている。この結果、固体酸化物形燃料電池１０ｅの温度分布を小さくすることができる。第２ブロック１２、絞込部１３の位置関係が第３の実施形態と反対となっている。このように、第２ブロック１２、絞込部１３の位置関係が上下反対となっても良い。
【００９１】
（第５の実施形態）
第５の実施形態を説明する。図１２は、第５の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池７０を表す模式図である。固体酸化物形燃料電池７０は、平板状ではなく筒形状であり、第１ブロック７１、第２ブロック７２、絞込部７３を有する。第１ブロック７１、第２ブロック７２はそれぞれ、複数の筒形状の燃料電池セルＳを有する。第２ブロック７２での燃料電池セルＳの個数Ｎ２は、第１ブロック７１での燃料電池セルＳの個数Ｎ１より小さい。絞込部７３は、流路８５〜８７により構成され、流路８１〜８４、８８、８９のいずれの流路径よりも小さく、燃料ガスを絞り込む。
【００９２】
燃料ガスは、流路８１、８２、第１ブロック７１、流路８３、８４、絞込部７３（流路８５〜８７）、流路８８、第２ブロック７２、流路８９の順に流れる。
【００９３】
酸化剤ガスの流路は記載を省略している。第１の実施形態と同様、第１ブロック７１、第２ブロック７２に並列に酸化剤ガスを供給できる。また、第２の実施形態と同様に、酸化剤ガス用の絞込部を設け、第１ブロック７１、酸化剤ガス用の絞込部、第２ブロック７２の順に酸化剤ガスを供給しても良い。
【００９４】
このように、平板形状ではなく筒形状の燃料電池セルＳを用いた場合でも、第１、第２の実施形態等と同様、良好な燃料利用率および燃料分配の均一性を確保できる。
ここで、筒形状は、扁平な筒形状を含む。扁平な筒形状の燃料電池セルＳを用いた場合でも、第１、第２の実施形態等と同様、良好な燃料利用率および燃料分配の均一性を確保できる。
【００９５】
以上の実施形態では、ボルト２２（２２ａ〜２２ｄ）、２３（２３ａ、２３ｂ）の中心軸に沿って、流路（燃料ガス流路２４（２４ａ〜２４ｄ）、酸化剤ガス流路２５（２５ａ、２５ｂ）が、形成されている。即ち、内部に空洞（流路）を有する中空ボルトが用いられている。流路とボルトの関係は、これに限られない。中空ボルトに替えて、内部に空洞（流路）を有しない中実ボルトを用い、ボルトの外部に流路を配置しても良い。例えば、貫通孔３１、３２とボルト２２、２３の間を流路とすることができる（流路内にボルトを配置する）。また、ボルト２２、２３とは別個に、流路を配置しても良い。
【００９６】
（比較例１）
図１３は、比較例１に係る固体酸化物形燃料電池１０ｘを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ｘは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、ボルト２２（２２ｓ〜２２ｕ）、２３（２３ｓ、２３ｔ）を有する。即ち、絞込部１３を有さず、第１ブロック１１、第２ブロック１２の順に燃料ガスが流れる。
【００９７】
この比較例１では、絞込部１３を有しないため、利用率の高くなる第１ブロック１１のガス分配を均一にすることができず、発電効率の低下を招くことになる。
【００９８】
（比較例２）
図１４は、比較例２に係る固体酸化物形燃料電池１０ｙを表す模式図である。固体酸化物形燃料電池１０ｙは、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３、ボルト２２（２２ａ、２２ｖ〜２２ｘ）、２３（２３ｓ、２３ｔ）を有する。この比較例２では、第１ブロック１１、第２ブロック１２、絞込部１３の順に燃料ガスが流れる。
【００９９】
絞り込み部１３が存在することで、第１、第２ブロック１１、１２双方内での圧力が上昇する。この比較例２では、絞り込み部１３が第２ブロック１２の下流に設けられていることで、特に、第２ブロック１２内の圧力上昇（圧力損失）が過剰になる畏れがある。この理由を次に示す。
【０１００】
即ち、第１、第２ブロック１１、１２内（の燃料電池セル４０）それぞれに燃料ガスを均一に分配する（分配性を満たす）ために、第１、第２ブロック１１、１２内それぞれの圧力をある程度大きくする必要がある。しかし、第１ブロック１１での分配性を満たすために、絞込部１３を介して、第１ブロック１１内の圧力を上げると、第２ブロック１２の分配性を満たす必要以上に第２ブロック１２内の圧力が上昇する可能性がある。これは、第２ブロック１２内の燃料電池セル４０の個数Ｎ２（段数）が、第１ブロック１１の燃料電池セル４０の個数Ｎ１（段数）に比べて、少ないためである。このように、第２ブロック１２内の圧力上昇（圧力損失）が過剰になる畏れがある。
【０１０１】
第２ブロック１２内での圧力の過剰な上昇は、固体酸化物形燃料電池１０全体での圧力損失の上昇を招く。その結果、燃料ガスのリークが増加し、発電効率が低下する可能性がある。
【０１０２】
（実施例）
以下、第１ブロック１１、第２ブロック１２での燃料電池セル４０の個数Ｎ１、Ｎ２の割合と燃料利用率の関係について説明する。
【０１０３】
図１５〜図１９は、電流６５Ａで総合燃料利用率８０％を基準とし、第１ブロック１１と第２ブロック１２での段数（燃料電池セル４０の個数Ｎ１、Ｎ２）の違いによる利用率を計算した結果を表すグラフである。図１５〜図１９はそれぞれ、総段数３０、２０、１９、１８、１０（Ｎ１＋Ｎ２＝３０、２０、１９、１８、１０）に対応する。
【０１０４】
個数Ｎ１と、第１ブロック１１、第２ブロック１２それぞれの燃料利用率Ｙ１、Ｙ２がグラフとして表されている。このときの、個数Ｎ１、Ｎ２の許容範囲の下限ＢＬ１〜ＢＬ５、上限ＢＨ１〜ＢＨ５が示される。
【０１０５】
下限ＢＬ１〜ＢＬ５は、第１ブロック１１での燃料利用率が７０％以下となる際の第１ブロック１１及び第２ブロック１２それぞれの段数Ｎ１、Ｎ２で規定される。第１ブロック１１の燃料利用率が７０％以上となる範囲では、第１ブロック１１の燃料利用率が総合燃料利用率（８０％）に近いため、燃料利用率特性に優位性がもてない。
【０１０６】
下限ＢＬ１〜ＢＬ５での段数Ｎ１、Ｎ２は、具体的には、次のようになる。
図１５：  Ｎ１＝２６、Ｎ２＝  ４、Ｙ１＝６９．３％、Ｙ２＝３４．８％
図１６：  Ｎ１＝１７、Ｎ２＝  ３、Ｙ１＝６８．０％、Ｙ２＝３７．５％
図１７：  Ｎ１＝１６、Ｎ２＝  ３、Ｙ１＝６７．４％、Ｙ２＝３８．７％
図１８：  Ｎ１＝１５、Ｎ２＝  ３、Ｙ１＝６６．７％、Ｙ２＝４０．０％
図１９：  Ｎ１＝  ８、Ｎ２＝  ２、Ｙ１＝６４．０％、Ｙ２＝４４．４％
【０１０７】
このとき、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）＝０．１３３、０．１５０、０．１５８、０．１６７、０．２００」となり、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）」の下限を０．１３）とできることが判る。
【０１０８】
上限ＢＨ１〜ＢＨ５は、第２ブロック１２での燃料利用率が７０％以下となる際の第１ブロック１１及び第２ブロック１２それぞれの段数Ｎ１、Ｎ２で規定される。第２ブロック１１の燃料利用率が７０％以上となる範囲では、第２ブロック１１の燃料利用率が総合燃料利用率（８０％）に近いため、燃料利用率特性に優位性がもてない。
【０１０９】
上限ＢＨ１〜ＢＨ５での段数Ｎ１、Ｎ２は、具体的には、次のようになる。
図１５：  Ｎ１＝１３、Ｎ２＝１７、Ｙ１＝３４．７％、Ｙ２＝６９．４％
図１６：  Ｎ１＝  ９、Ｎ２＝１１、Ｙ１＝３６．０％、Ｙ２＝６８．８％
図１７：  Ｎ１＝  ８、Ｎ２＝１１、Ｙ１＝３３．７％、Ｙ２＝６９．８％
図１８：  Ｎ１＝  ８、Ｎ２＝１０、Ｙ１＝３５．６％、Ｙ２＝６９．０％
図１９：  Ｎ１＝  ５、Ｎ２＝  ５、Ｙ１＝４０．０％、Ｙ２＝６６．７％
【０１１０】
このとき、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）＝０．５６７、０．５５０、０．５７９、０．５５６、０．５００」となり、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）」の上限を０．５８とできることが判る。
【０１１１】
図２０〜図２２は、２０段スタックを軸に総合燃料利用率を７５％、８０％、８５％と変化させた際の第１ブロック１１と第２ブロック１２での段数（燃料電池セル４０の個数Ｎ１、Ｎ２）の違いによる利用率を計算した結果を表すグラフである。
【０１１２】
下限ＢＬ６〜ＢＬ８での段数Ｎ１、Ｎ２は、具体的には、次のようになる。
図２０：  Ｎ１＝１７、Ｎ２＝  ３、Ｙ１＝６３．８％、Ｙ２＝３１．０％
図２１：  Ｎ１＝１７、Ｎ２＝  ３、Ｙ１＝６８．０％、Ｙ２＝３７．５％
図２２：  Ｎ１＝１７、Ｎ２＝  ３、Ｙ１＝７２．３％、Ｙ２＝４５．９％
【０１１３】
このとき、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）＝０．１５０、０．１５０、０．１５０」となり、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）」の下限を０．１５０とできる。  
【０１１４】
上限ＢＨ６〜ＢＨ８での段数Ｎ１、Ｎ２は、具体的には、次のようになる。
図２０：  Ｎ１＝  ９、Ｎ２＝１１、Ｙ１＝３３．８％、Ｙ２＝６２．３％
図２１：  Ｎ１＝  ９、Ｎ２＝１１、Ｙ１＝３６．０％、Ｙ２＝６８．８％
図２２：  Ｎ１＝  ９、Ｎ２＝１１、Ｙ１＝３６．０％、Ｙ２＝６６．８％
【０１１５】
このとき、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）＝０．５５、０．５５、０．５５」となり、「Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）」の上限を０．５５とできる。
【０１１６】
（燃料電池の製造方法）
燃料電池１０は、例えば、以下のように、製造することができる。
（１）燃料電池セル４０の作成
例えば、ロウ付けなどで、セル本体４４に枠部４３を取り付ける。図２のように、枠部４３が取り付けられたセル本体４４を、インターコネクタ４１、４５で、挟み込み、積層して、燃料電池セル４０を作成する。このようにして、複数個の燃料電池セル４０を作成する。
【０１１７】
（２）絞込部１３、１４の作成
図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｄの何れかの構造の絞込部１３、１４を作成する。例えば、マイカ等の絶縁板を所定の形状に加工し、絶縁フレームを作成する。また、例えば、ＳＵＳからなる板材を所定の形状に打ち抜いて、インターコネクタを作成する。作成された絶縁フレームとインターコネクタとを、組み合わせて、積層し、絞込部１３または絞込部１４を作成する。
【０１１８】
（３）第１、第２ブロック１１、１２、絞込部１３、１４の積層、固定
作成された燃料電池セル４０を、複数個組み合わせることで、第１ブロック１１、および第２ブロック１２を積層する。更に、絞込部１３、および絞込部１４のうち少なくとも一方を、前記第１ブロック１１と第２ブロック１３との積層体に、積層する。
【０１１９】
次に、ボルト２１〜２３とナット３５によって、第１ブロック１１、第２ブロック１２、および絞込部１３および絞込部１４のうち少なくとも一方を、挟んで固定し、図１などに記載の固体酸化物形燃料電池１０を作成した。
【０１２０】
尚、固体酸化物形燃料電池１０の最上層と最下層とに、図示しない１対のエンドプレート（集電板）を配置しても良い。この場合、１対のエンドプレート、第１ブロック１１、第２ブロック１２、および絞込部１３、１４の積層体をボルト２１〜２３とナット３５で固定できる。
【０１２１】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０   固体酸化物形燃料電池
１１   第１ブロック
１２   第２ブロック
１３、１４     絞込部
２１〜２３     ボルト
２４   燃料ガス流路
２５   酸化剤ガス流路
２６   燃料ガス流入口
２７   燃料ガス流出口
２８   酸化剤ガス流入口
２９   酸化剤ガス流出口
３１、３２     貫通孔
３３   貫通孔
３５   ナット
４０   燃料電池セル
４１、４５     インターコネクタ
４２   集電体
４３   枠部
４４   セル本体
４５   セパレータ
４６   開口
４７   酸化剤ガス流路
４８   燃料ガス流路
５１   空気極フレーム
５２   絶縁フレーム
５４   燃料極フレーム
５５   空気極
５６   固体電解質体
５７   燃料極
６１、６２     切欠
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
0005431600.tif 000007
【図５Ｃ】
0005431600.tif 000008
【図５Ｄ】
0005431600.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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