(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトな構成とするとともに、製造コストを低減させることができる燃料電池装置を提供する。【解決手段】複数の単位セル１を積層したセルスタック５２と、単位セル１の積層方向において、セルスタック５２を挟持するように配置された第一集電体２及び第二集電体３と、セルスタック、第一集電体２、及び第二集電体３を収納する筐体４と、第二集電体３に電気的に接続されており、第二集電体３から第一集電体２が配されている側に向かって、単位セル１の積層方向に沿って延伸し、筐体４内からその外部に突出した第一突出部７ａを有する導電性の第一締結部材７と、第一締結部材７を介して、第二集電体３を第一集電体２側に向かって弾性的に付勢するように、第一締結部材７の第一突出部７ａに設けられた、第一弾性部材９と、を備える燃料電池装置。【選択図】図３
2018085327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セルを積層したセルスタックと、
前記単位セルの積層方向において、前記セルスタックを挟持するように配置された第一集電体および第二集電体と、
前記セルスタック、前記第一集電体、および前記第二集電体を収納する筐体と、
前記第二集電体に電気的に接続されており、該第二集電体から前記第一集電体が配されている側に向かって、前記単位セルの積層方向に沿って延伸し、前記筐体内からその外部に突出した第一突出部を有する導電性の第一締結部材と、
前記第一締結部材を介して、前記第二集電体を前記第一集電体側に向かって弾性的に付勢するように、該第一締結部材の前記第一突出部に設けられた、第一弾性部材と、を備える燃料電池装置。
【請求項２】
前記第二集電体から前記第一集電体が配されている側に向かって、前記第一締結部材と並行に延伸し、前記筐体内からその外部に突出した第二突出部を有する第二締結部材と、
前記第二締結部材を介して、前記第二集電体を前記第一集電体側に向かって弾性的に付勢するように、該第二締結部材の前記第二突出部に設けられた、第二弾性部材と、をさらに備える請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記第一集電体の前記セルスタックが配される側とは反対側に配置された第一端部材と、
前記第二集電体の前記セルスタックが配される側とは反対側に配置された第二端部材と、を備え、
前記第一締結部材および前記第二締結部材それぞれの端部が、前記第二端部材に結合されており、
前記第二端部材は、前記第一締結部材および前記第二締結部材を介して前記第一弾性部材および前記第二弾性部材から及ぼされる力によって、前記セルスタックを、前記第一端部材に向かって前記単位セルの積層方向に加圧する請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記第一締結部材は、前記第一突出部の断面積の方が前記筐体の内部にある部分の断面積よりも小さくなる、請求項２または３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記第一締結部材および前記第二締結部材それぞれを貫通させるために前記筐体の壁面に設けられた貫通孔と、
前記第一突出部および前記第二突出部それぞれに設けられた、鍔状の張り出し部と、
前記張り出し部と前記筐体の壁面との間に配置された弾性を有する第一シール材と、を備え、
前記張り出し部は、前記第一突出部および前記第二突出部と前記貫通孔との間に形成された間隙を塞ぐように前記第一シール材を介して前記筐体に密着して配置される請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記筐体の外周の少なくとも一部を覆う断熱部をさらに備えた、請求項５に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記断熱部内において、前記第一突出部および前記第二突出部それぞれを挿通させる挿通孔が形成されており、
前記張り出し部における前記第一シール材が設けられた面とは反対側の面と前記挿通孔との間に配置された、弾性を有する第二シール材をさらに備え、
前記張り出し部は、前記第一突出部および前記第二突出部と前記挿通孔との間に形成された間隙を塞ぐように前記第二シール材を介して断熱部に密着して配置される請求項６に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記張り出し部の厚さは、前記筐体の壁面の厚さより薄い請求項５から７のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単位セルを集積化したセルスタックを備える燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、単位セル１つでは、高い発電出力が得られない。このため、燃料電池は、複数の単位セルをスタック化（集積化）することにより高い発電出力を実現している。これ以降、単位セルをスタック化した構造体をセルスタックと称する。セルスタックは、単位セル間でのガスシール性を維持するとともに、電気的接触抵抗の低減を図って良好な集電性を維持する必要がある。そこで、セルスタックを構成する単位セルの形状が、例えば、平板型の場合、単位セルの積層方向に沿って所定の大きさの荷重をセルスタック全体に加える必要がある。そのため、燃料電池は、セルスタック全体を均一に加圧するための荷重付与機構が必要となる。さらにまた、燃料電池は、発電された電力を、セルスタックに設けられた集電部から外部に取り出すための導電部材が必要となる。このような荷重付与機構および導電部材を有した燃料電池装置として、例えば、特許文献１、２に開示されている燃料電池装置がある。
【０００３】
特許文献１に係る燃料電池装置は、図８に示されるように、上締付板１１６と下締付板１１７との間を締結ボルト１１８で連絡し、締結ボルト１１８に装着したナット１８８を締め付けて、セルスタック１１４を加圧する。また、セルスタック１１４に接続された電流ケーブル１１９が締結ボルト１１８内を挿通し外部に引き出された構成となっている。図８は従来技術に係る燃料電池装置の構成を示す断面図である。つまり、電流ケーブル１１９の上側は、セルスタック１１４の最上段部の電流端子１２０と上ケーブル１２１を介して接続され、電流ケーブル１１９の下側は、圧力容器１１３に設けてある電流取出し口１２２と、下ケーブル１２３を介して接続されている。
【０００４】
また特許文献２に係る燃料電池装置は、図９に示されるように、荷重付与機構２４０を配設する導電性の第一筐体部２４１と、セルスタック２５２、熱交換器２４３、改質器２４４を内蔵する導電性の第二筐体部２４２とを絶縁部材２４５を介してねじ固定した構成を有している。図９は従来技術に係る燃料電池装置の構成を示す断面図である。
【０００５】
特許文献２に係る燃料電池装置では、セルスタック２５２の一方の極が導電性を有する第一筐体部２４１と電気的に接続されており、もう一方の極は熱交換器２４３、改質器２４４を介して導電性の第二筐体部２４２に接続されている。そして、第一筐体部２４１に設けられた第一電流取り出し端子２９１ａと、第二筐体部２４２に設けられた第二電流取り出し端子２９１ｂとから電流を取り出すことができる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４０２４９号公報
【特許文献２】特開２００６−１７９２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に開示されている従来の燃料電池装置では、コンパクトな構成とするとともに、製造コストを低減させることができないという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、コンパクトな構成とするとともに、製造コストを低減させることができる燃料電池装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池装置は、上記した課題を解決するために、複数の単位セルを積層したセルスタックと、前記単位セルの積層方向において、前記セルスタックを挟持するように配置された第一集電体および第二集電体と、前記セルスタック、前記第一集電体、および前記第二集電体を収納する筐体と、前記第二集電体に電気的に接続されており、該第二集電体から前記第一集電体が配されている側に向かって、前記単位セルの積層方向に沿って延伸し、前記筐体内からその外部に突出した第一突出部を有する導電性の第一締結部材と、前記第一締結部材を介して、前記第二集電体を前記第一集電体側に向かって弾性的に付勢するように、該第一締結部材の前記第一突出部に設けられた、第一弾性部材と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上に説明したように構成され、コンパクトな構成とするとともに、製造コストを低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池装置のＡ-Ａ´断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す燃料電池装置における、筐体の底部、張り出し部、張り出し部に設けられた第一シール材および第二シール材それぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３に示す燃料電池装置における、筐体の底部、張り出し部、張り出し部に設けられた第一シール材および第二シール材それぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図３に示す燃料電池装置における、筐体の底部、張り出し部、張り出し部に設けられた第一シール材および第二シール材それぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図３に示す燃料電池装置の変形例を示す図であり、筐体の底部、張り出し部、張り出し部に設けられた第一シール材および第二シール材それぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図３に示す燃料電池装置の変形例を示す図であり、筐体の底部、張り出し部、張り出し部に設けられた第一シール材および第二シール材それぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図３に示す燃料電池装置の変形例を示す図であり、筐体の底部、張り出し部、張り出し部に設けられた第一シール材および第二シール材それぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池装置の構成の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池装置の構成の一例を示す断面図である。
【図８】従来技術に係る燃料電池装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来技術に係る燃料電池装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
本発明者らは、特許文献１，２に開示された燃料電池装置を鋭意検討したところ、燃料電池装置のコンパクト化を図るとともに、その製造コストを低減させることができないという問題を見出した。
【００１３】
すなわち、特許文献１に開示された燃料電池装置は、締結ボルト１１８内を挿通させた電流ケーブル１１９を介して電力の取出しを行う構成である。ここで、電気抵抗による電力損失を低減させるためには、できるだけ電流ケーブル１１９の断面積を大きくする必要がある。電流ケーブル１１９の断面積を大きくすると、該電流ケーブル１１９を挿通させる、締結ボルト１１８の開口寸法も大きくする必要があり、それに伴って燃料電池装置全体の寸法も大きくなってしまうという課題を見出した。また、締結ボルト１１８の開口寸法を大きくすると、締結ボルト１１８および電流取出し口１２２等を介して圧力容器１１３の外部へ熱が伝導しやすくなる。このため、特許文献１に開示された燃料電池装置は、圧力容器１１３内における熱の損失が大きくなってしまうという問題も生じる。
【００１４】
また、締結ボルト１１８の内部に配置された電流ケーブル１１９は、例えばＳＯＦＣの場合では６００℃以上と高温に曝されることとなる。このため、電流ケーブル１１９を構成する銅線等が溶解することを防ぐために、特許文献１に開示された燃料電池装置では、パージガス供給口１２４を設け、該パージガス供給口１２４を介してパージガスを、締結ボルト１１８内を流通させる構成となっている。このため、特許文献１に係る燃料電池装置は、構成が複雑となるとともに製造コストが大きくなるという問題を見出した。
【００１５】
さらにまた、特許文献１に係る燃料電池装置は、上締付板１１６と下締付板１１７との間を締結ボルト１１８で連絡し、締結ボルト１１８に装着したナット１８８を締め付けて、セルスタック１１４を加圧する構成である。このため、温度変化に応じて膨張および収縮するセルスタック１１４の構成部材に対して一定の荷重を及ぼし続ける事が困難であり、適切にセルスタック１１４を加圧できないという問題が生じることを見出した。
【００１６】
特許文献２に係る燃料電池装置は、導電性を有する、第一筐体部２４１および第二筐体部２４２を介してセルスタック２５２で発電した電力を外部へ取り出す構成となっている。このため、第一筐体部２４１および第二筐体部２４２は外部に対して適切に絶縁された構成とする必要がある。ところが、図９に示すように、特許文献２に係る燃料電池装置では、第二筐体部２４２において空気や燃料、水等を供給するための配管等が設けられた構造となっており、第一筐体部２４１および第二筐体部２４２全体を適切に絶縁することは困難であるという問題を見出した。
【００１７】
また、第一筐体部２４１内に荷重付与機構２４０も一緒に収納する構成であり、例えば、荷重付与機構２４０だけを第一筐体部２４１の外部に設けた構成と比較して燃料電池装置全体の寸法が大きくなってしまうという問題がある。また、荷重付与機構２４０は、セルスタック２５２の下部に配置されており、荷重付与機構２４０とセルスタック２５２との間は断熱性に乏しい薄い絶縁部材２４５により区切られた構成となっている。このため、例えば、燃料電池がＳＯＦＣの場合、６００℃以上となる高温なセルスタック２５２の熱により、荷重付与機構２４０は高温な環境下に置かれることとなる。それゆえ、荷重付与機構２４０は、耐熱性のある高価なセラミック製バネなど使用して構成する必要があり製造コストがかかるという問題があることも見出した。
【００１８】
そこで、本発明者はこの問題点に関し、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、セルスタックを締結するための締結部材を、セルスタックから電力を取り出すための電力取出し部としても兼用させる構成とした。この構成により、燃料電池装置をコンパクトな構成とするとともに、その製造コストを低減させることができることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１９】
本発明の第１の態様に係る燃料電池装置は、複数の単位セルを積層したセルスタックと、前記単位セルの積層方向において、前記セルスタックを挟持するように配置された第一集電体および第二集電体と、前記セルスタック、前記第一集電体、および前記第二集電体を収納する筐体と、前記第二集電体に電気的に接続されており、該第二集電体から前記第一集電体が配されている側に向かって、前記単位セルの積層方向に沿って延伸し、前記筐体内からその外部に突出した第一突出部を有する導電性の第一締結部材と、前記第一締結部材を介して、前記第二集電体を前記第一集電体側に向かって弾性的に付勢するように、該第一締結部材の前記第一突出部に設けられた、第一弾性部材と、を備える。
【００２０】
上記構成によると、第一締結部材および第一弾性部材を備えるため、単位セルの積層方向に沿って第二集電体を第一集電体側に向かって弾性的に付勢することができる。このため、単位セルの積層方向に荷重し、複数の単位セルを締結させることができる。また、第一締結部材は、導電性を有し、第二集電体と電気的に接続されているため、該第一締結部材を介して第二集電体からセルスタックで発電された電力を外部に取り出すことができる。このため、複数の単位セルを締結させる締結部材と、第二集電体から電力を取り出す取り出し部とを別々の部材として備える構成よりも装置構成のコンパクト化を図ることができるとともに製造コストを抑制することができる。
【００２１】
また、第一弾性部材は、筐体の外にある第一突出部に設けられている。このため、第一弾性部材も含めて筐体内に収納する構成と比較して筐体の大きさを抑制することもでき、装置構成のコンパクト化を図ることができる。なお、本発明の燃料電池装置を載置する架台がある場合、架台の有する空間等に第一弾性部材を収納させることで、より一層、装置構成のコンパクト化を図ることができる。
【００２２】
したがって、本発明の第１の態様に係る燃料電池装置は、コンパクトな構成とするとともに、製造コストを低減させることができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明の第２の態様に係る燃料電池装置は、上記した第１の態様において、前記第二集電体から前記第一集電体が配されている側に向かって、前記第一締結部材と並行に延伸し、前記筐体内からその外部に突出した第二突出部を有する第二締結部材と、前記第二締結部材を介して、前記第二集電体を前記第一集電体側に向かって弾性的に付勢するように、該第二締結部材の前記第二突出部に設けられた、第二弾性部材と、をさらに備える構成であってもよい。
【００２４】
上記構成によると、第二弾性部材をさらに備えるため、十分な荷重をセルスタックに加えることができるとともに、セルスタック全体に均一な荷重を加えることができる。
【００２５】
本発明の第３の態様に係る燃料電池装置は、上記した第２の態様において、前記第一集電体の前記セルスタックが配される側とは反対側に配置された第一端部材と、前記第二集電体の前記セルスタックが配される側とは反対側に配置された第二端部材と、を備え、前記第一締結部材および前記第二締結部材それぞれの端部が、前記第二端部材に結合されており、前記第二端部材は、前記第一締結部材および前記第二締結部材を介して前記第一弾性部材および前記第二弾性部材から及ぼされる力によって、前記セルスタックを、前記第一端部材に向かって前記単位セルの積層方向に加圧する構成であってもよい。
【００２６】
上記構成によると、第一集電体の外側（セルスタックが配される側とは反対側）に第一端部材が配置され、第二集電体の外側（セルスタックが配される側とは反対側）に第二端部材が配置されている。このため、燃料電池装置は、第一端部材および第二端部材によってセルスタック、第一集電体、および第二集電体と、これらを収容する筐体とを電気的に絶縁することができる。このため、セルスタックからの絶縁距離および筐体の近くに配置される他の部材の材質などを考慮する必要が無く、より単純で安価な構成とすることができる。
【００２７】
本発明の第４の態様に係る燃料電池装置は、上記した第２または第３の態様において、前記第一締結部材は、前記第一突出部の断面積の方が前記筐体の内部にある部分の断面積よりも小さくなる構成であってもよい。
【００２８】
上記構成によると、第一締結部材では、その断面積が筐体内にある部分よりも筐体から突出した第一突出部の方が小さくなっている。ここで、筐体内の方が筐体外よりも温度が高温となるため、筐体内にある第一締結部材の部分と筐体外にある第一突出部とが同じ断面積の場合、筐体内にある第一締結部材部分の方が第一突出部よりも電気抵抗が大きくなる。
【００２９】
しかしながら、第４の態様に係る燃料電池装置では、電気抵抗が大きくなる筐体内の第一締結部材部分の方が、第一突出部よりも断面積が大きくなるように構成されている。このため、温度差による電気抵抗の大きさの差を調整することができ、第一締結部材における導電率を最適化することができる。また、第一突出部の断面積を小さくすることができるため、第一締結部材を筐体内から外部に突出させるために該筐体に形成される貫通孔の開口面積を小さくすることができ、筐体内から外部への放熱量を低減させることができる。
【００３０】
本発明の第５の態様に係る燃料電池装置は、上記した第２から第４の態様のいずれか１つの態様において、前記第一締結部材および前記第二締結部材それぞれを貫通させるために前記筐体の壁面に設けられた貫通孔と、前記第一突出部および前記第二突出部それぞれに設けられた、鍔状の張り出し部と、前記張り出し部と前記筐体の壁面との間に配置された弾性を有する第一シール材と、を備え、前記張り出し部は、前記第一突出部および前記第二突出部と前記貫通孔との間に形成された間隙を塞ぐように前記第一シール材を介して前記筐体に密着して配置される構成であってもよい。
【００３１】
上記構成によると第一突出部および第二突出部それぞれに張り出し部が設けられ、張り出し部と前記筐体の壁面との間に第一シール材が配置されるため、筐体内が貫通孔に形成される間隙を介して外部と連通することを防ぎ、筐体内の気密性を保つことができる。
【００３２】
また、第一シール材は弾性を有する。このため、温度変化により単位セルの積層方向にセルスタックが圧縮または伸長することで張り出し部の位置が変位したとしても、第一シール材が変形することにより該変位を吸収することができる。
【００３３】
本発明の第６の態様に係る燃料電池装置は、上記した第５の態様において、前記筐体の外周の少なくとも一部を覆う断熱部をさらに備えた構成であってもよい。
【００３４】
上記構成によると筐体の外周を断熱部により覆うため、筐体内から外部への放熱を抑制することができる。また、筐体と第一弾性部材との間に断熱部を設けた構成とする場合、該第一弾性部材が設けられている位置の温度は、筐体内よりも低い温度とすることができる。このため、第一弾性部材は、例えば、安価なステンレス製の圧縮ばねとすることができ、高価な耐熱性のセラミックばねを使用する場合と比較して製造コストを抑制することができる。
【００３５】
本発明の第７の態様に係る燃料電池装置は、上記した第６の態様において、前記断熱部内において、前記第一突出部および前記第二突出部それぞれを挿通させる挿通孔が形成されており、前記張り出し部における前記第一シール材が設けられた面とは反対側の面と前記挿通孔との間に配置された、弾性を有する第二シール材をさらに備え、前記張り出し部は、前記第一突出部および前記第二突出部と前記挿通孔との間に形成された間隙を塞ぐように前記第二シール材を介して断熱部に密着して配置される構成であってもよい。
【００３６】
上記構成によると、第二シール材をさらに備える構成であるため、筐体内が貫通孔および挿通孔それぞれに形成される間隙を介して外部と連通することを防ぎ、筐体内の気密性を保つことができる。また、第二シール材は弾性を有する。このため、温度変化により単位セルの積層方向にセルスタックが圧縮または伸長することで張り出し部の位置が変位したとしても、第一シール材とともに第二シール材が変形することにより該変位を吸収することができる。
【００３７】
本発明の第８の態様に係る燃料電池装置は、上記した第５から第７の態様のいずれか１つの態様において、前記張り出し部の厚さは、前記筐体の壁面の厚さより薄くなるように構成されていてもよい。
【００３８】
張り出し部の厚さが筐体の壁面の厚さより薄くなるため、セルスタックの膨張または収縮に起因して張り出し部の位置が変位したとしても筐体の壁面よりも先に張り出し部が変形することができるため、この変位を吸収しつつ筐体に対するシール性を維持することができる。
【００３９】
（実施の形態１）
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池装置５０について図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池装置５０を示す斜視図である。図２は、図１に示す燃料電池装置５０のＡ-Ａ´断面を模式的に示す断面図である。なお、図１では、説明の便宜上、燃料電池装置５０の筐体４を二点鎖線により示し、筐体４内部の構成が分かるように図示している。また、燃料電池装置５０の外周に設けられる断熱部１２についても一点鎖線により示し、燃料電池装置５０の構成が理解しやすいように図示している。なお、図１において燃料電池装置５０の幅方向をｘ軸とし、奥行方向をｙ軸とし、高さ方向（鉛直方向）をｚ軸とする。
【００４０】
図１、２に示すように、実施の形態１に係る燃料電池装置５０は、セルスタック５２と、第一集電体２、第二集電体３、第一締結部材７、第二締結部材８、第一弾性部材９、第二弾性部材１１、および筐体４を備えてなる構成である。燃料電池装置５０は、例えば燃料電池システムのホットボックス内に組み込むことができる。なお、筐体４の外周の少なくとも一部は断熱部１２によって覆われていてもよい。ただし、筐体４だけで十分に断熱性能を有する場合は、筐体４の外周に断熱部１２を必ずしも設ける必要はない。図１、２の例では、筐体４の底部に対応する外周部分に断熱部１２を設けた構成を例に挙げて示している。
【００４１】
ここで燃料電池装置５０として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、または溶融炭素塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等の動作温度が高い、いわゆる高温動作型燃料電池を例示することができる。また、セルスタック５２は、燃料電池装置５０として採用する燃料電池の型式に応じたものが使用される。なお、以下では、燃料電池装置５０としてＳＯＦＣを例に挙げて説明する。
【００４２】
まず燃料電池装置５０を構成する各部の説明について行う。単位セル１は、電極触媒と、固体酸化物からなる電解質とを備えた単電池である。例えば、単位セル１は、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた構成を有する。水素および一酸化炭素等を含有した燃料ガスをアノード電極側に、空気等の酸化剤ガスをカソード側に供給することによって単位セル１における電気化学反応により、起電力が発生する。なお、燃料電池装置５０が備える単位セル１の形状は、図１または図２に示すように平板型とすることができる。
【００４３】
セルスタック５２は、複数の単位セル１を積層して構成される。燃料電池装置５０では、セルスタック５２における単位セルの積層方向は、ｚ軸方向と一致するように構成されているがこれに限定されるものではない。
【００４４】
第一集電体２および第二集電体３は、単位セル１の積層方向において、セルスタック５２を挟持するように配置されている。つまり、セルスタック５２を挟持するように、単位セル１の積層方向における該セルスタック５２の一方側の端部（図１ではセルスタック５２の下方側の端部）に第一集電体２が配置され、他方側の端部（図１ではセルスタック５２の上方側の端部）に第二集電体が配置されている。
【００４５】
上記したセルスタック５２、第一集電体２、および第二集電体３は、筐体４内に収納されている。そして、筐体４の外周の少なくとも一部は断熱部１２によって覆われていてもよい。燃料電池装置５０では、図１および図２に示すように筐体４の底部側の外周に断熱部１２が設けられているがこの構成に限定されるものではない。例えば、断熱部１２は筐体４の外周すべてを覆うものであってもよいし、筐体４の底部と４つの側面とを覆う構成であってもよい。断熱部１２は、成形されたブロック型の微細多孔構造の耐熱断熱材を利用してもよい。
【００４６】
燃料電池装置５０では、酸化剤ガスはセルスタック５２の下面から供給され（不図示）、図１に示すように、セルスタック５２における単位セル１の間に設けられたスリット５３から排出される。一方、燃料ガスはセルスタック５２上面にある燃料ガス入口６０から供給され、セルスタック５２内を循環し、上面に設けられた燃料ガス出口６１からアノードオフガスとして排出される。セルスタック５２に供給される燃料ガスは、例えば、不図示の改質器において都市ガスまたはＬＰＧ等の原料ガスと水とから水蒸気改質により生成することができる。
【００４７】
発電に使用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、セルスタック５２の側面のスリット５３から排出された空気（カソードオフガス）と混合され、ホットボックス（不図示）内で燃焼され、燃料電池装置５０の加熱、改質反応、水の気化、あるいは供給される空気および原料ガスの予熱等にその熱量が利用される構成であってもよい。
【００４８】
また、燃料電池装置５０は、セルスタック５２で発生した起電力を、第一集電体２および第二集電体３を介して、電力として外部に取り出すことができるように構成されている。
【００４９】
第一締結部材７は、第二集電体３に電気的に接続されており、該第二集電体３から第一集電体２が配されている側に向かって、単位セル１の積層方向に沿って延伸する導電性部材である。第一締結部材７は、第二集電体３と上記したように電気的に接続されており、第一突出部７ａの先端部で第二集電体３からの電力を取り出すことができる。より具体的には、図１、２に示すように第一集電体２には、電力取り出し部１４が電気的に接続されている。そして、燃料電池装置５０では、第一締結部材７と電力取り出し部１４とからセルスタック５２における発電により生じた電力を得ることができる。
【００５０】
なお、第一締結部材７は、第二集電体３と電気的に接続され、６００℃以上の高温で用いることができる導電性の材質として、例えば、フェライト系ステンレス材であるZMG（登録商標）232G10で構成されていてもよい。フェライト系ステンレス材であるZMG（登録商標）232G10は、セルスタック５２を形成する主たる材質であるジルコニア系セラミックスに近い熱膨張性能と強い耐酸化性能を有するため第一締結部材７の材質として好適である。
【００５１】
また、第一締結部材７の第一突出部７ａには第一弾性部材９が設けられている。第一弾性部材９は、第一締結部材７を介して、第二集電体３を第一集電体２側に向かって弾性的に付勢する。具体的には、第一締結部材７の第一突出部７ａにおいて、例えば、鍔状に張り出した下部押圧部９ａが形成されている。また、下部押圧部９ａよりも上方、すなわち筐体４側に配置され、第一締結部材７の第一突出部７ａを摺動可能に挿通させる上部押圧部９ｂが備えられている。そして、単位セル１の積層方向と一致する方向に伸縮する第一弾性部材９が、第一突出部７ａにおいて、下部押圧部９ａと上部押圧部９ｂとの間に圧縮変形した状態で設けられている。図１に示すように下部押圧部９ａおよび上部押圧部９ｂはともに、第一締結部材７がその中心を貫通するとともに、単位セル１の積層方向に対して垂直となる面を有する円形の平板としてもよい。また、下部押圧部９ａが設けられる位置は第一締結部材７の先端部近傍であってもよい。
【００５２】
なお、上部押圧部９ｂおよび下部押圧部９ａは、燃料電池装置５０内の所定の場所あるいは燃料電池装置５０の設置空間の所定の場所に、第一弾性部材９からの付勢力により固定されている。例えば、上部押圧部９ｂは、図２に示すように断熱部１２の底部に接するように設けられ、第一弾性部材９からの付勢力により、断熱部１２の底部に固定されていてもよい。一方、下部押圧部９ａは、第一弾性部材９からの付勢力により、例えば、燃料電池装置５０が設置される床面または燃料電池装置５０を載置する架台等に固定されていてもよい。そして、燃料電池装置５０では、圧縮変形された第一弾性部材９の復元力によって、下部押圧部９ａは単位セル１の積層方向に沿って第二集電体３から第一集電体２に向かう方向（図２では下向きの方向）に押圧される。これに伴って、第一締結部材７は図２に示すように、単位セル１の積層方向に沿って第二集電体３から第一集電体２に向かう方向に引っ張られた状態となる。これにより、第二集電体３から第一集電体２に向かって所定の大きさの荷重をセルスタック５２にかけることができる。また、燃料電池装置５０が常温状態と高温状態との間で温度変化を繰り返したとしても、例えばセルスタック５２等の単位セル１の積層方向における膨張・収縮の変位量の差を第一弾性部材９が吸収し、単位セル１の積層方向に所定の大きさの荷重をかけ続けることができる。よって、燃料電池装置５０では、第一締結部材７によって、所定の大きさの荷重がセルスタック５２全体に加わるように力を及ぼすことができる。
【００５３】
以上のように、第一締結部材７は、セルスタック５２を構成する単位セル１を締結させるための締結部材としての機能を有するとともに、セルスタック５２から電力を取り出す電力取出し部としての機能を有することができる。なお、第一締結部材７の形状は、図１および図２に示すように導電性の棒形状の部材とすることができる。また、図１および図２に示すように筐体４と第一弾性部材９との間には断熱部１２が設けられているため、筐体４内から外部への放熱を抑制することができる。また、筐体４と第一弾性部材９との間に断熱部１２を設けた構成とする場合、該第一弾性部材９が設けられている位置の温度は、筐体４内よりも低い温度とすることができる。例えば、筐体４内の温度が６００℃以上の場合であっても第一弾性部材９が設けられている位置の温度を３００℃以下とすることができる。このため、第一弾性部材９は、安価なステンレス製圧縮ばね（例えば、ＳＵＳ３０４製圧縮ばね）とすることができ、高価な耐熱性のセラミックばねを使用する場合と比較して製造コストを抑制することができる。
【００５４】
また、上部押圧部９ｂを介して第一弾性部材９から断熱部１２に力が及ぼされる構成となっているが、断熱部１２を例えば、成形されたブロック型の微細多孔構造の耐熱断熱材から構成することができるため、高温な環境下で荷重が加えられたとしても十分な耐力を有することができる。
【００５５】
なお、第一締結部材７だけでは十分な荷重をセルスタック５２に加えることができない場合、あるいはセルスタック５２全体に均一な荷重を加えることができない場合、燃料電池装置５０は、図１、２に示すように、第二締結部材８および第二弾性部材１１を備えてもよい。
【００５６】
第二締結部材８は、第二集電体３から第一集電体２が配されている側に向かって、第一締結部材７と並行に延伸する部材である。第二締結部材８は、筐体４内からその外部に突出した第二突出部８ａを有する。第二締結部材８は、第二突出部８ａにおいて第二弾性部材１１が設けられている。
【００５７】
第二弾性部材１１は、第二締結部材８を介して、第二集電体３を第一集電体２に向かって弾性的に付勢する。具体的には、第二弾性部材１１の伸縮方向は、第一弾性部材９と同様に単位セル１の積層方向と一致しており、第二弾性部材１１は、第二突出部８ａにおいて例えば鍔状に張り出した下部押圧部１１ａと、下部押圧部１１ａよりも上方、すなわち筐体４側に配置され、第二締結部材８を摺動可能に挿通させる上部押圧部１１ｂの間に圧縮変形した状態で設けられている。第二弾性部材１１の構成は第一弾性部材９の構成と同様であるためその説明は省略する。
【００５８】
なお、セルスタック５２が例えば矩形の平板型セルから構成される場合、図１に示すように、矩形の第二集電体３の４隅のうち１つの隅を第一締結部材７が挿通するように配置され、残りの３つの隅を複数の第二締結部材８がそれぞれ挿通するように配置されてもよい。あるいは、２以上の第一締結部材７を備え、第二集電体３の２以上の隅を第一締結部材７が挿通するように配置されてもよい。さらには、第二集電体３の４隅すべてを４つの第一締結部材７それぞれが挿通するように配置されてもよい。このように第二集電体３の四隅にそれぞれ第一締結部材７および第二締結部材８のうち少なくとも１つを挿通させる構成とすることで、第一弾性部材９および／または第二弾性部材１１から及ぼされる力を第二集電体３全体に等しく加えることができる。このため、燃料電池装置５０は、セルスタック５２にムラのない圧縮荷重を付与する事が可能となる。また、複数の第一締結部材７を第二集電体３に挿通させる構成の場合、第一締結部材７の断面積は、複数の第一締結部材７の断面積を合計した面積と考えることができる。このため、複数の第一締結部材７を第二集電体３に挿通させた構成とすることで、第一締結部材７の断面積を大きくすることができ、結果的に電気抵抗を低減させ、電力損失を削減させることができる。
【００５９】
したがって、燃料電池装置５０は、セルスタック５２を構成する各単位セル間のガスシール性および集電性を良好に維持し、発電性能の低下を抑制することができる。
【００６０】
なお、燃料電池装置５０を、燃料電池システムのホットボックスへの組み込む際、例えば、Ｈ鋼材から形成され、レール状に配置された一対の固定部材を燃料電池装置５０の架台として利用する場合がある。この場合、一対の固定部材間には該燃料電池装置５０の設置作業用スペースを形成することができるため、上記した第一弾性部材９および第二弾性部材１１をそのスペースに収納することができ、第一弾性部材９および第二弾性部材１１を収納するための領域を別途、設ける構成と比較してコンパクトな構成とすることができる。
【００６１】
ところで、図２に示すように、第一締結部材７を貫通させ筐体４の外部に突出させるために、筐体４の壁面（図１、２では筐体４の底部）に貫通孔４ａが設けられている。このため、貫通孔４ａと、第一締結部材７および第二締結部材８との間に形成された間隙から筐体４内の空気が漏れたり、筐体４内の熱が外部へ放出されたりする可能性がある。そこで筐体４内の気密性を保つように、第一締結部材７の第一突出部７ａおよび第二締結部材８の第二突出部８ａにおいて貫通孔４ａに対応する位置に鍔状の張り出し部１０が設けられた構成としてもよい。以下、第一締結部材７および第二締結部材８が張り出し部１０を備える構成を実施の形態２として図３を参照して説明する。図３は本発明の実施の形態２に係る燃料電池装置７０の構成を模式的に示す断面図である。図３は、図２と同様に図１のＡ−Ａ´の位置での断面を表している。
【００６２】
（実施の形態２）
図３に示すように、実施の形態２に係る燃料電池装置７０は、実施の形態１に係る燃料電池装置５０の構成において、第一締結部材７の第一突出部７ａおよび第二締結部材８の第二突出部８ａにおいて張り出し部１０をさらに備えている点で相違する。それ以外の構成については実施の形態２に係る燃料電池装置７０は、実施の形態１に係る燃料電池装置５０の構成と同様であるため、同じ部材には同じ符号を付しその説明は省略する。
【００６３】
図３に示すように、燃料電池装置７０は、第一締結部材７および第二締結部材８それぞれを貫通させ、筐体４内から突出させるために、この筐体４の壁面（底部）に貫通孔４ａが設けられている。また、燃料電池装置７０は、第一突出部７ａおよび第二突出部８ａそれぞれに、鍔状の張り出し部１０が設けられている。張り出し部１０は、図３に示すように、第一締結部材７または第二締結部材８から筐体４の壁面（底部）に対して並行となる方向に張り出した、円形の平板とすることができる。また、張り出し部１０と筐体４の壁面（底部）との間に弾性を有する第一シール材１３ａが配置され、張り出し部１０は、第一締結部材７および第二締結部材８と貫通孔４ａとの間に形成される間隙を塞ぐように、この第一シール材１３ａを介して筐体４に密着するように配置されている。このため、燃料電池装置７０では、筐体４内の気密性を保つことができる。
【００６４】
また、筐体４の外周に断熱部１２が設けられ、該断熱部１２内を第一締結部材７および第二締結部材８が挿通する構成の場合は、以下のように構成されていてもよい。すなわち、燃料電池装置７０が筐体４の底部側に断熱部１２を備える構成の場合、断熱部１２内において、第一突出部７ａおよび第二突出部８ａそれぞれを挿通させる挿通孔１２ａと、該挿通孔１２ａと連通し、張り出し部１０を収容する収容部１２ｂと、が形成される。収容部１２ｂにおいて、上記したように筐体４の壁面と張り出し部１０との間には第一シール材１３ａが配置されている。また、張り出し部１０における第一シール材１３ａが設けられた面とは反対側の面と挿通孔１２ａとの間には、弾性を有する第二シール材１３ｂが配置されている。そして、張り出し部１０は、第一締結部材７および第二締結部材８と貫通孔４ａとの間に形成された間隙を塞ぐように第一シール材１３ａを介して筐体４に密着するように配置される。さらに、張り出し部１０は、第一締結部材７および第二締結部材８と挿通孔１２ａとの間に形成された間隙を塞ぐように第二シール材１３ｂを介して断熱部１２に密着するように配置された構成としてもよい。このように構成された場合、燃料電池装置７０は、筐体４内が貫通孔４ａにおける隙間および挿通孔１２ａにおける隙間を介して外部と連通することを防ぎ、筐体４内の気密性を保つことができる。
【００６５】
また、第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂは弾性を有している。このため、図４Ａ〜図４Ｃに示すように温度変化によりセルスタック５２が膨張または収縮し筐体４の底部と張り出し部１０との間隔が初期位置よりも小さくなったり、逆に大きくなったりする場合であってもこれら張り出し部１０の変位を、第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂが変形することで吸収することができる。図４Ａ〜図４Ｃは、図３に示す燃料電池装置７０における、筐体４の底部、張り出し部１０、張り出し部１０に設けられた第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂそれぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。
【００６６】
図４Ａでは、例えば、燃料電池装置７０の稼働前等、筐体４の底部、張り出し部１０、第一シール材１３ａ、および第二シール材１３ｂそれぞれが初期位置にあるときの状態を示している。図４Ｂでは、高温に曝されたセルスタック５２が単位セル１の積層方向（上下方向）において膨張し、それに伴って、第一締結部材７が筐体４側に引っ張られ、張り出し部１０が初期位置よりも上側に位置した状態を示している。また、図４Ｃでは、例えば、高温から常温へと温度変化することによりセルスタック５２が単位セル１の積層方向において収縮し、それに伴って第一締結部材７が筐体４から下方に離れる方向に移動し、張り出し部１０が初期位置よりも下側に位置した状態を示している。なお、図４Ａ〜図４Ｃにおける一点鎖線は、初期位置にある時の張り出し部１０の位置を示している。
【００６７】
例えば、図４Ｂに示すように、温度変化に応じてセルスタック５２が単位セル１の積層方向において膨張することにより張り出し部１０が初期位置よりも上側に位置し、筐体４と張り出し部１０との間隔が小さくなる場合が想定される。この場合、単位セル１の積層方向に対して、第一シール材１３ａが圧縮されるように変形するとともに、第二シール材１３ｂが伸張するように変形することができる。
【００６８】
また、図４Ｃに示すように温度変化に応じてセルスタック５２が単位セル１の積層方向において収縮することにより張り出し部１０が初期位置よりも下側に位置し、筐体４と張り出し部１０との間隔が大きくなる場合も考えられる。この場合は、単位セル１の積層方向に対して、第一シール材１３ａが伸張するように変形するとともに、第二シール材１３ｂが圧縮されるように変形することができる。このため、燃料電池装置７０では、温度変化による燃料電池装置７０のセルスタック５２の形状変化（単位セル１の積層方向における変位）を、第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂが吸収し、セルスタック５２に及ぼす荷重を一定に維持することができる。
【００６９】
よって燃料電池装置７０は、各単位セル１間のガスシール性および集電性を良好に維持し、発電性能の低下を抑制することができる。さらにまた、燃料電池装置７０は筐体４内部の気密性を保つことができるため、放熱損失を抑制する事ができる。
【００７０】
また、実施の形態２に係る燃料電池装置７０は、図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、鍔状の張り出し部１０の厚みを、筐体４の底部の厚みよりも薄くなる構成としても良い。図５Ａ〜図５Ｃは、図３に示す燃料電池装置７０の変形例を示す図であり、筐体４の底部、張り出し部１０、張り出し部１０に設けられた第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂそれぞれの位置関係を模式的に示す断面図である。図５Ａでは、例えば燃料電池装置７０の稼働前等、筐体４の底部、張り出し部１０、第一シール材１３ａ、および第二シール材１３ｂそれぞれが初期位置にあるときの状態を示している。図５Ｂでは、高温に曝されたセルスタック５２が単位セル１の積層方向（上下方向）において膨張し、それに伴って、第一締結部材７が筐体４側に引っ張られ、張り出し部１０が初期位置よりも上側に位置した状態を示している。また、図５Ｃでは、例えば高温から常温へと温度変化することによりセルスタック５２が単位セル１の積層方向において収縮し、それに伴って第一締結部材７が筐体４から下方に向かって離れる方向に移動し、張り出し部１０が初期位置よりも下側に位置した状態を示している。また、図５Ａ〜図５Ｃにおける一点鎖線は、初期位置にある時の張り出し部１０の位置を示している。
【００７１】
なお、張り出し部１０の変形後の形状全体が理解しやすいように、図５Ａ〜図５Ｃの断面図において破線により張り出し部１０の形状を示している。また、図５Ａ〜図５Ｃに示す例では、第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂは弾性を有さないものとして示している。しかしながら第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂは、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、それぞれ弾性を有し、第一締結部材７の上下方向における変位に応じて圧縮または伸長するように形状変化する構成であってもよい。
【００７２】
燃料電池装置７０では、例えば、筐体４の底部の厚みを２．０ｍｍとしたとき、張り出し部１０の厚みを例えば、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍとする構成としてもよい。このように構成することにより、図５Ｂまたは図５Ｃに示されるように温度変化に伴いセルスタック５２が、単位セル１の積層方向（上下方向）へ変位し、これに伴って第一締結部材７が同様に上下方向に変位したとしても張り出し部１０は、第一締結部材７の上下方向における変位に合わせて変形することができる。つまり、第一締結部材７が上下方向に変位した場合、筐体４よりも張り出し部１０の厚みが薄い構成であれば、該変位を張り出し部１０で吸収することができる。もし張り出し部１０が筐体４よりも厚い場合には、第一締結部材７と筐体４が共に変位し、セルスタック５２に及ぼす荷重が変化し、ガスシール性および集電性が悪化してしまう。より具体的には、筐体４よりも厚みが薄い張り出し部１０の方が、筐体４よりも先に変形することができる。例えば、図５Ｂに示すように、温度変化に応じてセルスタック５２が単位セル１の積層方向（上下方向）において膨張することにより張り出し部１０が初期位置よりも上側に位置する場合が想定される。この場合、張り出し部１０の厚みが薄いため（例えば、筐体４の厚み２．０ｍｍに対して張り出し部１０の厚みを０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ）、張り出し部１０の基端側が先端側よりも上側に突出するように変形することができる。
【００７３】
また、例えば、図５Ｃに示すように、温度変化に応じてセルスタック５２が単位セル１の積層方向（上下方向）において収縮することにより張り出し部１０が初期位置よりも下側に位置する場合も想定される。この場合、張り出し部１０の厚みが薄いため（例えば、筐体４の厚み２．０ｍｍに対して張り出し部１０の厚みを０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ）、張り出し部１０の基端側が先端側よりも下側に突出するように変形することができる。
【００７４】
このように、燃料電池装置７０は、張り出し部１０の厚みを、筐体４の底部の厚みよりも薄く構成した場合、張り出し部１０は筐体４よりも先に形状変化し、筐体４の貫通孔４ａに対するシール性を維持しつつ、第一締結部材７の上下方向への変位を吸収することができる。
【００７５】
（実施の形態３）
次に、図６を参照して実施の形態３に係る燃料電池装置８０の構成について説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池装置８０の構成の一例を示す断面図である。実施の形態３に係る燃料電池装置８０は、実施の形態１に係る燃料電池装置５０または実施の形態２に係る燃料電池装置７０の構成において、第一端部材５および第二端部材６をさらに備えた構成であり、それ以外の点については実施の形態１に係る燃料電池装置５０または実施の形態２に係る燃料電池装置７０の構成と同様となる。このため、同様な部材には同じ符号を付しその説明は省略する。なお、図６では、実施の形態２に係る燃料電池装置７０の構成においてさらに第一端部材５および第二端部材６を備えた構成を例に挙げて説明する。
【００７６】
図６に示すように、実施の形態３に係る燃料電池装置８０では、単位セル１の積層方向におけるセルスタック５２の一方の端部に第一集電体２が、他方の端部に第二集電体３が配置され、第一集電体２と第二集電体３とによってセルスタック５２を挟持する。図６では、第一集電体２がセルスタック５２の下側の端部に配置され、第二集電体３がセルスタック５２の上側の端部に配置される。また、第一集電体２の外側（セルスタック５２と接する側とは反対側）に第一端部材５が配置され、第二集電体３の外側（セルスタック５２と接す側と反対側）に第二端部材６が配置されている。つまり、燃料電池装置８０では、筐体４の底部上に第一端部材５が、該第一端部材５上に第一集電体２が、この第一集電体２上にセルスタック５２が、該セルスタック５２上に第二集電体３が、この第二集電体３上に第二端部材６がそれぞれこの順に配置されている。そして、第一締結部材７および／または第二締結部材８を第二端部材６に固定し、単位セル１の積層方向に沿って第二端部材６から第一端部材５に向かって延伸させ、筐体４からそれぞれ突出させるように配置する。そして、第一締結部材７および／または第二締結部材８を介して第一弾性部材９および第二弾性部材１１から第二端部材６を第一端部材５側に押圧するように力が及ぼされる構成となっている。
【００７７】
第一端部材５および第二端部材６は、例えば、マイカ絶縁シート等の絶縁材から構成されている。このため、燃料電池装置８０は、第一端部材５および第二端部材６によって、セルスタック５２、第一集電体２、および第二集電体３と、筐体４とを電気的に絶縁することができる。さらには、燃料電池装置８０は、第二端部材６によってセルスタック５２の上面側も絶縁しているため、筐体４の上方に他の部材を備える構成とする場合、セルスタック５２等からの絶縁距離および他の部材を構成する材質の選定などを考慮する必要が無く、より単純で安価な構成とすることができる。
【００７８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池装置９０は、図７に示すように、実施の形態１〜３の燃料電池装置５０、７０、８０いずれかの構成において、第一締結部材７における第一突出部７ａの断面積を、筐体４内に収納されている他の部分よりも小さくなるように構成してもよい。それ以外の構成は実施の形態１〜３の燃料電池装置５０、７０、８０と同様な構成となるため、第一締結部材７の説明以外は省略する。図７は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池装置９０の構成の一例を示す断面図である。なお、図７では、実施の形態３の燃料電池装置８０の構成において、第一締結部材７における第一突出部７ａの断面積を他の部分よりも小さくした構成を例に挙げて説明している。また、図７では、第二締結部材８も、第一締結部材７と同様に、第二突出部８ａの断面積を他の部分よりも小さくした構成としているがこれに限定されるものではない。第二締結部材８については、筐体４内に収納されている部分と、第二突出部８ａとの断面積が同じであってもよい。
【００７９】
ここで、セルスタック５２からの起電力は通常数十Ｖ〜百数十Ｖである。例えば、家庭用の燃料電池装置における発電能力が７００Ｗ程度である事から、燃料電池装置９０の発電によって得られる電流の値を例えば１０〜３０Ａとすることができる。このような大きな電流を流す場合、第一締結部材７の導電性が低いと、電力損失を発生させてしまう。ここで一般に第一締結部材７のような導電性部材を電流が流れるときの電気抵抗を、以下の式（１）により示すことができる。
ρ（抵抗）＝α・Ｌ（長さ）／Ｓ（断面積）・ｆ（Ｔ（温度））  ・・・（１）
式（１）に示すように、第一締結部材７を構成する導電性材料は、温度の上昇と共に電気抵抗が増加する。このため、高温で動作する燃料電池装置９０では、第一締結部材７における数％程度の電力損失の発生が、無視できない損失となる。
【００８０】
そこで、実施の形態４に係る燃料電池装置９０では、第一締結部材７において高温に曝され、電気抵抗が大きくなる部分、すなわち、筐体４内に収納されている部分では、その断面積をできるだけ大きくなるように構成し、高温に曝されない第一突出部７ａでは、筐体４の底部に形成する貫通孔４ａをできるだけ小さくして筐体４内から外部への放熱量を抑制するように、できるだけ断面積を小さくする。例えば、第一締結部材７において筐体４内に収納されている部分の断面を直径が約８．０ｍｍの円形とし、第一突出部７ａの断面を直径が約４．０ｍｍの円形とすることができる。
【００８１】
実施の形態４に係る燃料電池装置９０では、上記したように第一締結部材７において、第一突出部７ａの部分とそれ以外の部分とで断面積を変えることで、温度差による電気抵抗の大きさの差を調整し、第一締結部材７における導電率を最適化することができる。また同時に、筐体４の底部に形成する貫通孔４ａの開口部面積を小さくする事ができるため、筐体４内から外部への放熱量を低減させることもできる。
【００８２】
以上のように、実施の形態１〜４に係る燃料電池装置５０、７０、８０、９０は、常温状態と高温状態との間で温度変化を繰り返し、セルスタック５２等が単位セル１の積層方向において膨張・収縮したとしても、その膨張・収縮による変位を第一弾性部材９が圧縮・伸長することで吸収し、セルスタック５２に対して所定の荷重をかけ続けることができる。
【００８３】
したがって、例えば、特許文献１に係る燃料電池装置のように、温度変化に応じて膨張および収縮するセルスタックの構成部材に対して一定の荷重を及ぼし続ける事が困難となるといった問題が生じない。
【００８４】
また、実施の形態１〜４に係る燃料電池装置５０、７０、８０、９０では、第一弾性部材９が筐体４の外部に配置されており、特許文献２に係る燃料電池装置のように、第一筐体部２４１内に荷重付与機構２４０も一緒に収納する構成とはなっていない。このため、特許文献２に係る燃料電池装置のように大きな第一筐体部２４１を不要とし、装置構成のコンパクト化を図ることができる。また、筐体４の外周を断熱部１２により覆った構成とした場合、筐体４内と比較して十分に温度が低い領域に第一弾性部材９を配置することができるため、例えば、耐熱性のある高価なセラミック製バネなどを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。
【００８５】
また、実施の形態２に係る燃料電池装置７０では、筐体４の底部に形成された貫通孔４ａと第一締結部材７との隙間をシールするように、第一締結部材７が張り出し部１０を備えている。このため、貫通孔４ａと第一締結部材７との隙間をシールすることができる。また、張り出し部１０の上下面に設けられた第一シール材１３ａおよび第二シール材１３ｂが単位セル１の積層方向に圧縮または伸長することができるため、温度変化によりセルスタック５２等が単位セル１の積層方向に膨張または収縮して変位したとしてもその変位を吸収することができる。
【００８６】
また、実施の形態３に係る燃料電池装置８０は、張り出し部１０の厚さ（０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ）を筐体４の厚さ（２．０ｍｍ）よりも薄くなる構成である。このため、セルスタック５２の単位セル１の積層方向への膨張または収縮に起因して張り出し部１０の位置が変位したとしても、張り出し部１０はその変位に従って変形するため、この変位を吸収しつつ、筐体４に対するシール性を維持することができる。
【００８７】
上記した実施の形態１〜４に係る燃料電池装置５０、７０、８０、９０では、第二締結部材８の第二突出部８ａの先端において第二弾性部材１１が設けられた構成であった。しかしながら、第一締結部材７だけで第二集電体３を第一集電体２側に向かって弾性的に付勢することでセルスタック５２に十分に荷重を加えることができる構成の場合、第二締結部材８の第二突出部８ａには第二弾性部材１１が備えられていなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、複数の燃料電池を積層して構成されるセルスタックを備えた高温動作型燃料電池システムに広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１    単位セル
２    第一集電体
３    第二集電体
４    筐体
４ａ  貫通孔
５    第一端部材
６    第二端部材
７    第一締結部材
７ａ  第一突出部
８    第二締結部材
８ａ  第二突出部
９    第一弾性部材
９ａ  下部押圧部
９ｂ  上部押圧部
１０    張り出し部
１１    第二弾性部材
１１ａ  下部押圧部
１１ｂ  上部押圧部
１２    断熱部
１２ａ  挿通孔
１２ｂ  収容部
１３ａ  第一シール材
１３ｂ  第二シール材
１４    電力取り出し部
５０    燃料電池装置
５２    セルスタック
５３    スリット
６０    燃料ガス入口
６１    燃料ガス出口
７０    燃料電池装置
８０    燃料電池装置
９０    燃料電池装置
【図１】
2018085327.tif 000003
【図２】
2018085327.tif 000004
【図３】
2018085327.tif 000005
【図４Ａ】
2018085327.tif 000006
【図４Ｂ】
2018085327.tif 000007
【図４Ｃ】
2018085327.tif 000008
【図５Ａ】
2018085327.tif 000009
【図５Ｂ】
2018085327.tif 000010
【図５Ｃ】
2018085327.tif 000011
【図６】
2018085327.tif 000012
【図７】
2018085327.tif 000013
【図８】
2018085327.tif 000014
【図９】
2018085327.tif 000015