(57)【要約】【課題】改質器における改質反応を向上可能な燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１００は、配列方向に配列され、内部に燃料ガス流路１７を有する複数の燃料電池１と、各燃料電池１の基端部３を支持するマニホールド２と、各燃料電池１の先端部４と対向する改質器７とを備える。複数の燃料電池１は、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂとを含む。中央部燃料電池１ａのうち先端部４は、配列方向に撓んでいる。側面視において、中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａは、端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂよりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列方向に配列され、内部に燃料ガス流路を有する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池それぞれの基端部を支持するマニホールドと、
前記複数の燃料電池それぞれの先端部と対向する改質器と、
を備え、
前記複数の燃料電池は、第１燃料電池と第２燃料電池とを含み、
前記第１燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでおり、
側面視において、前記第１燃料電池の撓み量は、前記第２燃料電池の前記先端部の撓み量よりも大きい、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記第１燃料電池は、前記配列方向の中央部に配置された中央部燃料電池であり、
前記第２燃料電池は、前記配列方向の端部に配置された端部燃料電池である、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第２燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでいる、
請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記第１燃料電池は、前記配列方向の端部に配置された端部燃料電池であり、
前記第２燃料電池は、前記配列方向の中央部に配置された中央部燃料電池である、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第２燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでいる、
請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記第１燃料電池の撓み量は、前記配列方向において前記第２燃料電池から最も離れた第1ポイントと、前記配列方向において前記第２燃料電池に最も近い第２ポイントとの前記配列方向における距離であり、
前記第２燃料電池の撓み量は、前記配列方向において前記第１燃料電池に最も近い第３ポイントと、前記配列方向において前記第１燃料電池から最も離れた第４ポイントとの、前記配列方向における距離である、
請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池スタックの一種として、一列に並べられた複数の燃料電池と、各燃料電池の基端部を支持するマニホールドと、複数の燃料電池の上方に配置される改質器とを備える燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
各燃料電池の内部には燃料ガス流路が形成されており、燃料電池スタックの運転時には、マニホールドの内部から各燃料電池の燃料ガス流路に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、各燃料電池の外側に酸素含有ガス（例えば、空気）が供給される。燃料ガス流路を流れる燃料ガスのうち発電に使用されなかった余剰燃料ガスは、燃料ガス流路から排出され、酸素含有ガスと反応して燃焼する。余剰燃料ガスの燃焼熱によって各燃料電池と改質器が適切な作動温度に保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１１２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、余剰燃料ガスの燃焼熱の改質器への伝導を向上させることによって、改質器における改質反応を向上させることが期待されている。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、改質器における改質反応を向上可能な燃料電池スタック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】
燃料電池スタックは、配列方向に配列され、内部に燃料ガス流路を有する複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池それぞれの基端部を支持するマニホールドと、前記複数の燃料電池それぞれの先端部と対向する改質器とを備える。前記複数の燃料電池は、第１燃料電池と第２燃料電池とを含む。前記第１燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでいる。側面視において、前記第１燃料電池の前記基端部に対する前記先端部の撓み量は、前記第２燃料電池の前記先端部の撓み量よりも大きい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、改質器における改質反応を向上可能な燃料電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池スタックの側面図
【図２】第１実施形態に係る燃料電池スタックの上面図
【図３】燃料電池の構成を示す横断面図
【図４】燃料電池の構成を示す斜視図
【図５】第２実施形態に係る燃料電池スタックの側面図
【図６】第２実施形態に係る燃料電池スタックの上面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１．第１実施形態
（燃料電池スタック１００）
図１は、燃料電池スタック１００の側面図である。燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池１と、マニホールド２と、改質器７とを備える。
【００１１】
複数の燃料電池１は、配列方向に沿って並べられる。各燃料電池１は、板状に形成されている。各燃料電池１の基端部３は、マニホールド２に固定される。各燃料電池１の先端部４は、自由端である。このように、各燃料電池１は、マニホールド２によって片持ち状態で支持される。
【００１２】
各燃料電池１の内部には、燃料ガス流路１７（図１では不図示、図３参照）が形成されている。燃料ガス流路１７は、各燃料電池１の内部を長手方向に延びる。燃料電池スタック１００の作動時、マニホールド２の内部から各燃料電池１の燃料ガス流路１７に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、各燃料電池１の外側に酸素含有ガス（例えば、空気）が供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路１７内をマニホールド２側から改質器７側に向かって流れる。酸素含有ガスは、各燃料電池１の間をマニホールド２側から改質器７側に向かって流れる。
【００１３】
燃料ガス流路１７を流れる燃料ガスのうち発電に使用されなかった余剰燃料ガスは、燃料ガス流路１７から排出される。燃料ガス流路１７から排出される余剰燃料ガスは、酸素含有ガスと反応して燃焼する。余剰燃料ガスの燃焼熱によって、燃料電池１と改質器７とが加熱される。
【００１４】
マニホールド２は、各燃料電池１にガスを分配するように構成される。マニホールド２は、中空状の箱体であり、内部空間を有する。マニホールド２の内部空間には、改質器７から燃料ガスが供給される。
【００１５】
改質器７は、複数の燃料電池１の上方に配置される。改質器７は、複数の燃料電池１それぞれの先端部４と対向する。改質器７は、各燃料電池１から離れている。改質器７と各燃料電池１との距離は、適宜設定可能である。改質器７は、原燃料（天然ガス、液化石油ガス、灯油など）を改質して燃料ガスを生成する。改質器７において生成された燃料ガスは、図示しない流路を介して、マニホールド２に供給される。改質器７は、燃料ガス流路１７から排出される余剰燃料ガスの燃焼熱によって加熱される。改質器７における改質反応は、改質器７が高温になるほど効率的になる。
【００１６】
複数の燃料電池１の両外側には、一対の導電部材５が配置される。各導電部材５の基端部は、マニホールド２に固定される。本実施形態において、各導電部材５の形状は板状であるが、これに限られるものではない。各導電部材５には、複数の燃料電池１の発電によって生じた電流を引き出すための電流引き出し線５ａが接続されている。また、導電部材５は、図示されていないが、マニホールド２から適切な手段によって電気的に絶縁されている。
【００１７】
各燃料電池１の間、及び、燃料電池１と導電部材５との間には、集電部材６が配置される。集電部材６は、各燃料電池１同士を電気的に接続するとともに、燃料電池１と導電部材５とを電気的に接続する。集電部材６は、各燃料電池１に供給される酸素含有ガスを流通させるように構成されていればよく、集電部材６の形状は特に制限されない。
【００１８】
複数の燃料電池１は、中央部燃料電池１ａ（第１燃料電池の一例）と端部燃料電池１ｂ（第２燃料電池の一例）とを含む。
【００１９】
中央部燃料電池１ａは、複数の燃料電池１のうち配列方向の中央部に配置された燃料電池１である。配列方向の中央部には、配列方向の中央とその近傍とが含まれる。具体的には、配列方向の中央を中心として、配列方向における複数の燃料電池１の全長の１／３程度の領域に配置された燃料電池１を、中央部燃料電池１ａとすることができる。図１に示すように、本実施形態では、６個の燃料電池１が中央部燃料電池１ａとされているが、中央部燃料電池１ａの個数は、複数の燃料電池１の全長と各燃料電池１のサイズに応じて適宜変更できる。
【００２０】
端部燃料電池１ｂは、配列方向において中央部燃料電池１ａの両側に配置される。端部燃料電池１ｂは、複数の燃料電池１のうち配列方向の端部に配置された燃料電池１である。配列方向の端部には、配列方向の両端とその近傍とが含まれる。具体的には、配列方向の両端から複数の燃料電池１の全長の１／３程度までの領域に配置された燃料電池１を、端部燃料電池１ｂとすることができる。図１に示すように、本実施形態では、６個の中央部燃料電池１ａの両側に配置された６個の燃料電池１が端部燃料電池１ｂとされているが、端部燃料電池１ｂの個数は、複数の燃料電池１の全長と各燃料電池１のサイズに応じて適宜変更できる。
【００２１】
燃料電池スタック１００の発電時、各燃料電池１は、燃料電池１自身のジュール熱や反応熱による熱エネルギーを放出する。端部燃料電池１ｂは隣接する燃料電池１が少ないため、端部燃料電池１ｂからの熱エネルギーが外部に放散されやすいのに対して、中央部燃料電池１ａの両側には多数の燃料電池１が配置されているため、中央部燃料電池１ａからの熱エネルギーは外部に放散されにくい。従って、中央部燃料電池１ａは、端部燃料電池１ｂに比べて高温になりやすい。
【００２２】
ここで、図１に示すように、側面視において、中央部燃料電池１ａの少なくとも先端部４は、配列方向に撓んでいる。本明細書において、側面視とは、各燃料電池１の配列方向と垂直な方向から見ることを意味する。中央部燃料電池１ａは、全体的に湾曲した曲板状に形成されている。本実施形態において、中央部燃料電池１ａは、全体的に大きく撓んでいるが、先端部４だけが撓んでいてもよい。
【００２３】
図１に示すように、中央部燃料電池１ａは、配列方向において片側（図１では、左側）の端部燃料電池１ｂから最も離れた第1ポイントＰ１と、配列方向において片側（図１では、左側）の端部燃料電池１ｂに最も近い第２ポイントＰ２とを含む。第1ポイントＰ１と第２ポイントＰ２は、配列方向における中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａを規定する。中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａは、配列方向における第1ポイントＰ１と第２ポイントＰ２との距離である。第1ポイントＰ１と第２ポイントＰ２は、配列方向における中央部燃料電池１ａの両端である。従って、中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａは、配列方向における中央部燃料電池１ａの全幅である。
【００２４】
第1ポイントＰ１は、配列方向において、撓み量の比較対象である端部燃料電池１ｂ側（図１では、左側）の導電部材５から最も離れた位置である。具体的に、第1ポイントＰ１は、中央部燃料電池１ａのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５から配列方向において最も離れた部位である。第２ポイントＰ２は、配列方向において、撓み量の比較対象である端部燃料電池１ｂ側（図１では、左側）の導電部材５と最も近い位置である。具体的に、第２ポイントＰ２は、中央部燃料電池１ａのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５と配列方向において最も近い部位である。
【００２５】
図１では、先端部４に第1ポイントＰ１が設定され、基端部３に第２ポイントＰ２が設定されているが、中央部燃料電池１ａの先端部４が、撓み量を比較する端部燃料電池１ｂ側に撓んでいる場合、基端部３に第１ポイントＰ１が設定され、先端部４に第２ポイントＰ２が設定される。
【００２６】
なお、図２に示すように、中央部燃料電池１ａが、上面視において幅方向に変形している場合、第1ポイントＰ１と第２ポイントＰ２は、幅方向において離れていてもよい。中央部燃料電池１ａは、マニホールド２に組み付けられた時点で幅方向に撓んでいてもよいし、燃料電池スタック１００の運転中において幅方向に撓んでもよい。
【００２７】
また、図１に示すように、端部燃料電池１ｂの少なくとも先端部４は、配列方向に撓んでいる。端部燃料電池１ｂは、全体的に小さく撓んでいるが、先端部４だけが撓んでいてもよい。また、本実施形態において、端部燃料電池１ｂは、実質的に撓んでいなくてもよい。
【００２８】
図１に示すように、片側（図１では、左側）の端部燃料電池１ｂは、配列方向において中央部燃料電池１ａに最も近い第３ポイントＰ３と、配列方向において中央部燃料電池１ａから最も離れた第４ポイントＰ４とを含む。第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４は、配列方向における端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂを規定する。端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂは、配列方向における第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４との距離である。第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４は、配列方向における端部燃料電池１ｂの両端である。従って、端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂは、配列方向における端部燃料電池１ｂの全幅である。
【００２９】
第３ポイントＰ３は、配列方向において、当該端部燃料電池１ｂに近い導電部材５から最も離れた位置である。具体的に、第３ポイントＰ３は、端部燃料電池１ｂのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５から配列方向において最も離れた部位に対応する。第４ポイントＰ４は、配列方向において、当該端部燃料電池１ｂに近い導電部材５と最も近い位置である。具体的に、第４ポイントＰ４は、端部燃料電池１ｂのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５と配列方向において最も近い部位である。
【００３０】
図１では、先端部４に第３ポイントＰ３が設定され、基端部３に第４ポイントＰ４が設定されているが、端部燃料電池１ｂの先端部４が、撓み量を比較する中央部燃料電池１ａと反対側に撓んでいる場合、基端部３に第３ポイントＰ３が設定され、先端部４に第４ポイントＰ４が設定される。
【００３１】
なお、図２に示すように、端部燃料電池１ｂが、上面視において幅方向に変形している場合、第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４は、幅方向において離れていてもよい。端部燃料電池１ｂは、マニホールド２に組み付けられた時点で幅方向に撓んでいてもよいし、燃料電池スタック１００の運転中において幅方向に撓んでもよい。
【００３２】
本実施形態において、配列方向における中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａは、配列方向における端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂよりも大きい。これにより、中央部燃料電池１ａから排出される燃料ガスの噴出方向と、端部燃料電池１ｂから排出される燃料ガスの噴出方向とを異ならせることができるため、燃料ガスの燃焼熱を広範囲に伝達させることができる。その結果、改質器７を全体的に加熱できるため、改質器７における改質反応の効率を向上させることができる。このような効果は、中央部燃料電池１ａのうち少なくとも１つの撓み量Ｗａが、端部燃料電池１ｂのうち少なくとも１つの撓み量Ｗｂよりも大きければ得ることができる。従って、中央部燃料電池１ａのうち少なくとも１つの撓み量Ｗａが、右側又は左側の端部燃料電池１ｂのうち少なくとも１つの撓み量Ｗｂよりも大きければ得ることができる。
【００３３】
また、図１に示すように、中央部燃料電池１ａは、基端部３側に比べて、先端部４側の方が大きく撓んでいる。具体的に、中央部燃料電池１ａのうち先端部４側である第１部分ａ１の撓み量Ｗｃは、中央部燃料電池１ａのうち基端部３側である第２部分ａ２の撓み量Ｗｄよりも大きい。すなわち、第２部分ａ２の撓み量Ｗｄは、第１部分ａ１の撓み量Ｗｃよりも小さい。従って、複数の燃料電池１の配列方向における全幅を狭くすることができるため、燃料電池スタック１００をコンパクト化することができる。
【００３４】
（各燃料電池１の撓み量の測定方法）
各燃料電池１が燃料電池スタック１００に組み込まれた状態で、外部から各燃料電池１を視認することは通常できないため、燃料電池スタック１００の作動中に各燃料電池１の配列方向における幅を測定することは困難である。そこで、以下の測定手法を用いることによって、中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａと端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂとを簡便に取得することができる。
【００３５】
まず、燃料電池スタック１００のうち改質器７以外の構成（すなわち、各燃料電池１と一対の導電部材５とがマニホールド２に固定された構造物（以下、「燃料電池アッセンブリ」という。））を燃料電池スタック１００から取り出す。
【００３６】
次に、燃料電池アッセンブリを電気炉内に配置して、燃料電池アッセンブリの周囲を石英ガラス製の透明な箱で取り囲む。
【００３７】
次に、燃料電池スタック１００の作動中における各燃料電池１の温度を模擬するために、燃料電池アッセンブリを７００度に加熱する。
【００３８】
そして、周知のレーザー変位計を用いて、石英ガラス製の箱の側方から、配列方向における各燃料電池１の幅を測定する。これにより、中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａと端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂとが取得される。
【００３９】
（燃料電池１）
図３は、燃料電池１の構成を示す横断面図である。図４は、燃料電池１の構成を示す斜視図である。燃料電池１は、いわゆる縦縞型燃料電池である。
【００４０】
燃料電池１は、支持体１０、燃料極１１、固体電解質層１２、中間層１３、空気極１４、密着層１５及びインターコネクタ１６を備える。
【００４１】
支持体１０は、断面が扁平状で、全体的に楕円柱状に形成される。支持体１０の内部には、所定の間隔で複数の燃料ガス流路１７が長手方向に形成されている。支持体１０は、燃料ガスを燃料極１１まで透過させるためのガス透過性を有する。支持体１０は、インターコネクタ１６に集電するための導電性を有する。支持体１０は、例えば、Ｎｉ及び／又はＮｉＯと希土類元素酸化物（Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３など）とによって構成することができる。支持体１０の開気孔率は２５〜５０％とすることができ、支持体１０の導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上とすることができるが、これに限られるものではない。
【００４２】
ここで、本実施形態では、上述したとおり、各燃料電池１は撓んでいる。このような燃料電池１の撓みは、支持体１０を撓ませることによって適宜調整できる。具体的には、支持体材料を押出成形することによって支持体１０の成形体を形成した後、当該成形体を所望の形状に撓ませることによって、燃料電池１の撓みを調整することができる。この際、成形体の全体又は一部を撓ませてもよいし、成形体を湾曲又は屈曲させてもよい。
【００４３】
燃料極層１１は、支持体１０の表面のうち密着層１５が配置されていない領域を覆う。燃料極層１１は、燃料ガスを透過させる。燃料極層１１は、Ｎｉ及び／又はＮｉＯと多孔質の酸化物イオン伝導性セラミックス（例えば、安定化ジルコニアなど）とによって構成することができる。
【００４４】
固体電解質層１２は、燃料極層１１を覆う。固体電解質層１２は、燃料極１１と空気極１４との間で酸化物イオンの橋渡しをする電解質として機能する。固体電解質層１２は、燃料ガスと酸素含有ガスのリークを防止するガスバリア層としても機能する。固体電解質層１２は、例えば、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２によって構成することができる。
【００４５】
中間層１３は、固体電解質層１２上に配置される。中間層１３は、固体電解質層１２の成分と空気極層１４の成分とが反応して電気抵抗の高い層が形成されることを抑制する。中間層１３は、例えば、例えば１０〜２０モル％のＳｍまたはＧｄが固溶したＣｅＯ２によって構成することができる。
【００４６】
空気極層１４は、中間層１３上に配置される。空気極層１４は、酸素含有ガスを透過させる。空気極層１４は、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３などのいわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物によって構成することができる。
【００４７】
密着層１５は、支持体１０の一主面を覆う。密着層１５は、支持体１０とインターコネクタ１６との熱膨張係数差を軽減する。密着層１５は、例えば、Ｎｉ及び／又はＮｉＯと少なくとも１種の希土類元素が固溶したジルコニアとによって構成することができる。
【００４８】
インターコネクタ１６は、密着層１５上に配置される。インターコネクタ１６は、燃料ガス及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性及び緻密性を有する。インターコネクタ１６は、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物によって構成することができる。
【００４９】
２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る燃料電池スタック１００ａについて説明する。第１実施形態に係る燃料電池スタック１００との相違点は、配列方向における端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂが、配列方向における中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａよりも大きい点である。以下においては、当該相違点について主に説明する。
【００５０】
複数の燃料電池１は、中央部燃料電池１ａ（第２燃料電池の一例）と端部燃料電池１ｂ（第２燃料電池の一例）とを含む。
【００５１】
図５に示すように、側面視において、端部燃料電池１ｂの少なくとも先端部４は、配列方向に撓んでいる。端部燃料電池１ｂは、全体的に湾曲した曲板状に形成されている。本実施形態において、端部燃料電池１ｂは、全体的に大きく撓んでいるが、先端部４だけが撓んでいてもよい。
【００５２】
図５に示すように、端部燃料電池１ｂは、配列方向において中央部燃料電池１ａに最も近い第３ポイントＰ３と、配列方向において中央部燃料電池１ａから最も離れた第４ポイントＰ４とを含む。第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４は、配列方向における端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂを規定する。端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂは、配列方向における第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４との距離である。第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４は、配列方向における端部燃料電池１ｂの両端である。従って、端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂは、配列方向における端部燃料電池１ｂの全幅である。
【００５３】
第３ポイントＰ３は、配列方向において、当該端部燃料電池１ｂに近い導電部材５から最も離れた位置である。具体的に、第３ポイントＰ３は、端部燃料電池１ｂのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５から配列方向において最も離れた部位に対応する。第４ポイントＰ４は、配列方向において、当該端部燃料電池１ｂに近い導電部材５と最も近い位置である。具体的に、第４ポイントＰ４は、端部燃料電池１ｂのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５と配列方向において最も近い部位である。
【００５４】
図５では、先端部４に第３ポイントＰ３が設定され、基端部３に第４ポイントＰ４が設定されているが、端部燃料電池１ｂの先端部４が、撓み量を比較する中央部燃料電池１ａと反対側に撓んでいる場合、基端部３に第３ポイントＰ３が設定され、先端部４に第４ポイントＰ４が設定される。
【００５５】
なお、図６に示すように、端部燃料電池１ｂが、上面視において幅方向に変形している場合、第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４は、幅方向において離れていてもよい。端部燃料電池１ｂは、マニホールド２に組み付けられた時点で幅方向に撓んでいてもよいし、燃料電池スタック１００の運転中において幅方向に撓んでもよい。
【００５６】
また、図５に示すように、中央部燃料電池１ａの少なくとも先端部４は、配列方向に撓んでいる。中央部燃料電池１ａは、全体的に小さく撓んでいるが、先端部４だけが撓んでいてもよい。また、本実施形態において、中央部燃料電池１ａは、実質的に撓んでいなくてもよい。
【００５７】
図５に示すように、中央部燃料電池１ａは、配列方向において端部燃料電池１ｂから最も離れた第１ポイントＰ１と、配列方向において端部燃料電池１ｂに最も近い第２ポイントＰ２とを含む。第１ポイントＰ１と第２ポイントＰ２は、配列方向における中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａを規定する。中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａは、配列方向における第１ポイントＰ１と第２ポイントＰ２との距離である。第１ポイントＰ１と第２ポイントＰ２は、配列方向における中央部燃料電池１ａの両端である。従って、中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａは、配列方向における中央部燃料電池１ａの全幅である。
【００５８】
第1ポイントＰ１は、撓み量の比較対象である端部燃料電池１ｂ側（図５では、左側）の導電部材５から最も離れた位置である。具体的に、第1ポイントＰ１は、中央部燃料電池１ａのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５から配列方向において最も離れた部位に対応する。第２ポイントＰ２は、配列方向において、撓み量の比較対象である端部燃料電池１ｂ側（図１では、左側）の導電部材５と最も近い位置である。具体的に、第２ポイントＰ２は、中央部燃料電池１ａのうち、側面視における導電部材５とマニホールド２との交点Ｐ５と配列方向において最も近い部位である。
【００５９】
図５では、先端部４に第1ポイントＰ１が設定され、基端部３に第２ポイントＰ２が設定されているが、中央部燃料電池１ａの先端部４が、撓み量を比較する端部燃料電池１ｂ側に撓んでいる場合、基端部３に第１ポイントＰ１が設定され、先端部４に第２ポイントＰ２が設定される。
【００６０】
なお、図６に示すように、中央部燃料電池１ａが、上面視において幅方向に変形している場合、第1ポイントＰ１と第２ポイントＰ２は、幅方向において離れていてもよい。中央部燃料電池１ａは、マニホールド２に組み付けられた時点で幅方向に撓んでいてもよいし、燃料電池スタック１００の運転中において幅方向に撓んでもよい。
【００６１】
本実施形態において、配列方向における端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂは、配列方向における中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａよりも大きい。これにより、中央部燃料電池１ａから排出される燃料ガスの噴出方向と、端部燃料電池１ｂから排出される燃料ガスの噴出方向とを異ならせることができるため、燃料ガスの燃焼熱を広範囲に伝達させることができる。その結果、改質器７を全体的に加熱できるため、改質器７における改質反応の効率を向上させることができる。このような効果は、中央部燃料電池１ａのうち少なくとも１つの撓み量Ｗａが、端部燃料電池１ｂのうち少なくとも１つの撓み量Ｗｂよりも大きければ得ることができる。従って、中央部燃料電池１ａのうち少なくとも１つの撓み量Ｗａが、右側又は左側の端部燃料電池１ｂのうち少なくとも１つの撓み量Ｗｂよりも大きければ得ることができる。
【００６２】
また、図５に示すように、端部燃料電池１ｂは、基端部３側に比べて、先端部４側において大きく撓んでいる。具体的に、端部燃料電池１ｂのうち先端部４側である第１部分ｂ１の撓み量Ｗｃは、端部燃料電池１ｂのうち基端部３側である第２部分ｂ２の撓み量Ｗｄよりも大きい。すなわち、第２部分ｂ２の撓み量Ｗｄは、第１部分ｂ１の撓み量Ｗｃよりも小さい。従って、複数の燃料電池１の配列方向における全幅を狭くすることができるため、燃料電池スタック１００をコンパクト化することができる。
【００６３】
（他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
【００６４】
上記実施形態では、本発明にかかる燃料電池を縦縞型燃料電池に適用した場合について説明したが、本発明にかかる燃料電池は、いわゆる横縞型燃料電池のほか、固体酸化物型電解セルを含む固体酸化物型燃料電池全般に適用可能である。
【００６５】
上記第１及び第２実施形態では、図１及び図５に示したように、複数の燃料電池１が、６個の中央部燃料電池１ａを含むこととしたが、中央部に少なくとも１個の中央部燃料電池１ａを含んでいればよい。
【００６６】
上記第１及び第２実施形態では、図１及び図５に示したように、複数の燃料電池１が、６個の端部燃料電池１ｂを含むこととしたが、端部に少なくとも１個の端部燃料電池１ｂを含んでいればよい。
【００６７】
上記第１及び第２実施形態では、図１及び図５に示したように、各中央部燃料電池１ａと各端部燃料電池１ｂとは互いに同じ向きに撓むこととしたが、これに限られるものではない。中央部燃料電池１ａの中には、異なる向きに撓んでいるものが含まれていてもよいし、端部燃料電池１ｂの中には、異なる向きに撓んでいるものが含まれていてもよい。
【００６８】
上記第１実施形態では、図１に示したように、各中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａが各端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂよりも大きいこととしたが、これに限られるものではない。複数の燃料電池１に含まれる第１燃料電池の撓み量が、複数の燃料電池１に含まれる第２燃料電池の撓み量よりも大きければ、改質器７における改質反応の効率を向上させることができる。従って、中央部燃料電池１ａのいずれか一つの先端部４が撓んでいればよく、また、各端部燃料電池１ｂの先端部４は撓んでいなくてもよい。
【００６９】
上記第２実施形態では、図５に示したように、各端部燃料電池１ｂの撓み量Ｗｂが、各中央部燃料電池１ａの撓み量Ｗａよりも大きいこととしたが、これに限られるものではない。複数の燃料電池１に含まれる第１燃料電池の撓み量が、複数の燃料電池１に含まれる第２燃料電池の撓み量よりも大きければ、改質器７における改質反応の効率を向上させることができる。従って、端部燃料電池１ｂのいずれか一つの先端部４が撓んでいればよく、また、各中央部燃料電池１ａの先端部４は撓んでいなくてもよい。
【００７０】
上記実施形態では、支持体１０を撓ませることによって各燃料電池１の撓み量を調整することとしたが、還元時における支持体１０と燃料極１１の体積変化を利用して各燃料電池１の撓み量を調整してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１      燃料電池
１ａ    中央部燃料電池
ａ１    第１部分
ａ２    第２部分
１ｂ    端部燃料電池
ｂ１    第１部分
ｂ２    第２部分
２      マニホールド
３      燃料電池の基端部
４      燃料電池の先端部
１００  燃料電池スタック
【図１】
2018107115.tif 000003
【図２】
2018107115.tif 000004
【図３】
2018107115.tif 000005
【図４】
2018107115.tif 000006
【図５】
2018107115.tif 000007
【図６】
2018107115.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月2日(2018.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列方向に配列され、内部に燃料ガス流路を有する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池それぞれの基端部を支持するマニホールドと、
前記複数の燃料電池それぞれの先端部と対向する改質器と、
を備え、
前記複数の燃料電池は、第１燃料電池と第２燃料電池とを含み、
前記第１燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでおり、
側面視において、前記第１燃料電池の撓み量は、前記第２燃料電池の前記先端部の撓み量よりも大きく、
前記第１燃料電池は、前記配列方向の中央部に配置された中央部燃料電池であり、
前記第２燃料電池は、前記配列方向の端部に配置された端部燃料電池であって、
前記第２燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでいる、
燃料電池スタック。
【請求項２】
配列方向に配列され、内部に燃料ガス流路を有する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池それぞれの基端部を支持するマニホールドと、
前記複数の燃料電池それぞれの先端部と対向する改質器と、
を備え、
前記複数の燃料電池は、第１燃料電池と第２燃料電池とを含み、
前記第１燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでおり、
側面視において、前記第１燃料電池の撓み量は、前記第２燃料電池の前記先端部の撓み量よりも大きく、
前記第１燃料電池は、前記配列方向の端部に配置された端部燃料電池であり、
前記第２燃料電池は、前記配列方向の中央部に配置された中央部燃料電池であって、
前記第２燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでいる、
燃料電池スタック。
【請求項３】
配列方向に配列され、内部に燃料ガス流路を有する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池それぞれの基端部を支持するマニホールドと、
前記複数の燃料電池それぞれの先端部と対向する改質器と、
を備え、
前記複数の燃料電池は、第１燃料電池と第２燃料電池とを含み、
前記第１燃料電池のうち少なくとも前記先端部は、前記配列方向に撓んでおり、
側面視において、前記第１燃料電池の撓み量は、前記第２燃料電池の前記先端部の撓み量よりも大きく、
前記第１燃料電池の撓み量は、前記配列方向において前記第２燃料電池から最も離れた第1ポイントと、前記配列方向において前記第２燃料電池に最も近い第２ポイントとの前記配列方向における距離であり、
前記第２燃料電池の撓み量は、前記配列方向において前記第１燃料電池に最も近い第３ポイントと、前記配列方向において前記第１燃料電池から最も離れた第４ポイントとの、前記配列方向における距離である、
燃料電池スタック。