(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制する。【解決手段】燃料電池発電モジュールは、第１の方向に並べて配置された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、熱源とを備える。燃料電池スタックには、各単セルの空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給マニホールドが形成されている。熱源の少なくとも一部分は、第１の方向に直交する方向視で、少なくとも１つの単セルと重なっている。また、熱源の少なくとも一部分は、第１の方向視で、燃料電池スタックの外形に外接する最小の仮想矩形を構成する４つの仮想辺の内、酸化剤ガス供給マニホールドの図心に最も近い仮想辺である特定仮想辺の少なくとも一部分と、特定仮想辺に直交する方向に対向している。【選択図】図６
2018181405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とをそれぞれ含み、第１の方向に並べて配置された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、
熱源と、
を備える燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池スタックには、各前記単セルの前記空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するためのガス流路である酸化剤ガス供給マニホールドが形成されており、
前記熱源の少なくとも一部分は、
前記第１の方向に直交する方向視で、少なくとも１つの前記単セルと重なっており、かつ、
前記第１の方向視で、前記燃料電池スタックの外形に外接する最小の仮想矩形を構成する４つの仮想辺の内、前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心に最も近い前記仮想辺である特定仮想辺の少なくとも一部分と、前記特定仮想辺に直交する方向に対向していることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第１の方向視で、前記燃料電池スタックの外形は、少なくとも一部分が前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心を挟んで前記単セルと対向する直線状の辺を少なくとも１つ有することを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記仮想矩形は、長方形であり、
前記特定仮想辺は、前記長方形の短辺であることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記長方形の長辺の長さは、１５０ｍｍ以上であることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池スタックには、さらに、各前記単セルの前記燃料極に面する燃料室へ燃料ガスを供給するためのガス流路であり、前記第１の方向視で前記単セルを挟んで前記酸化剤ガス供給マニホールドと対向する位置に配置された燃料ガス供給マニホールドが形成されていることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第１の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの少なくとも一部分と対向していることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第１の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの全体と対向していることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第１の方向に直交する方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記燃料電池スタックに含まれるすべての前記単セルと重なっていることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記熱源は、前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼させる燃焼室が形成された補助器を含むことを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、燃料電池発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向（以下、「第１の方向」という）に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。一般に、ＳＯＦＣは、上記第１の方向に並べて配置された複数の単セルを備える燃料電池スタックの形態で利用される。
【０００３】
燃料電池スタックには、各種のマニホールド（ガス流路）が形成されている。具体的には、燃料電池スタックには、各単セルの空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給マニホールド、各空気室から排出された酸化剤オフガスを外部に排出するための酸化剤ガス排出マニホールド、各単セルの燃料極に面する燃料室へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド、および、各燃料室から排出された燃料オフガスを外部に排出するための燃料ガス排出マニホールドが形成されている。
【０００４】
また、燃料電池スタックの近傍に、補助器が設置されることがある。補助器の内部には、例えば、燃料電池スタックから排出された排ガスを燃焼させる燃焼室や、原燃料ガスを改質して燃料電池スタックに供給する燃料ガスを生成する改質室が形成されている。補助器は、排ガスの燃焼に伴い熱を発する。なお、本明細書では、燃料電池スタックと補助器とを備える構成を、燃料電池発電モジュールという。
【０００５】
一般に、補助器は、第１の方向（複数の単セルの配列方向）において燃料電池スタックに対向する位置に配置される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１８７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスおよび燃料ガスは、燃料電池スタックの外部から導入されるため、比較的低温である。また、燃料電池スタックの運転の際には、燃料ガス中の水素の利用率を高めるために、燃料ガスの供給量と比較して、酸化剤ガスの供給量が大きい値に設定される。そのため、燃料電池スタックに含まれる各単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域は、多量の酸化剤ガスによって熱を奪われ、温度が低下しやすい。単セルにおける特定の領域の温度が低下すると、単セルの面内の温度分布の均一性が低下して（すなわち、単セルの各領域間での温度差が大きくなって）発電効率が低下し、その結果、燃料電池スタックの発電性能が低下する。
【０００８】
上述した従来の構成の燃料電池発電モジュールでは、補助器が、第１の方向（複数の単セルの配列方向）において燃料電池スタックに対向する位置に配置されるため、補助器が発する熱は、単セルの面内の温度分布の均一性の改善にほとんど寄与しない。そのため、上記従来の構成の燃料電池発電モジュールでは、単セルの面内の温度分布の均一性の低下を原因として、燃料電池スタックの発電性能が低下する、という課題が存在する。なお、このような課題は、ＳＯＦＣに限らず、他のタイプの燃料電池にも共通の課題である。
【０００９】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【００１１】
（１）本明細書に開示される燃料電池発電モジュールは、電解質層と前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とをそれぞれ含み、第１の方向に並べて配置された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、熱源と、を備える燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池スタックには、各前記単セルの前記空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するためのガス流路である酸化剤ガス供給マニホールドが形成されており、前記熱源の少なくとも一部分は、前記第１の方向に直交する方向視で、少なくとも１つの前記単セルと重なっており、かつ、前記第１の方向視で、前記燃料電池スタックの外形に外接する最小の仮想矩形を構成する４つの仮想辺の内、前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心に最も近い前記仮想辺である特定仮想辺の少なくとも一部分と、前記特定仮想辺に直交する方向に対向している。本燃料電池発電モジュールでは、熱源の少なくとも一部分が、第１の方向に直交する方向視で、少なくとも１つの単セルと重なっており、かつ、第１の方向視で、酸化剤ガス供給マニホールドの図心に近い特定仮想辺の少なくとも一部分と、特定仮想辺に直交する方向に対向しているため、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することができる。従って、本燃料電池発電モジュールによれば、単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００１２】
（２）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第１の方向視で、前記燃料電池スタックの外形は、少なくとも一部分が前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心を挟んで前記単セルと対向する直線状の辺を少なくとも１つ有する構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を効果的に抑制することができる。従って、本燃料電池発電モジュールによれば、単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を効果的に抑制することができる。
【００１３】
（３）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記仮想矩形は、長方形であり、前記特定仮想辺は、前記長方形の短辺である構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールでは、酸化剤ガス供給マニホールドの図心に近い特定仮想辺が、仮想矩形としての長方形の短辺であるため、単セルの面内の温度分布の均一性が低下しやすく、その結果、燃料電池スタックの発電性能が低下しやすい構成である。本燃料電池発電モジュールによれば、そのような燃料電池スタックの発電性能が低下しやすい構成においても、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００１４】
（４）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記長方形の長辺の長さは、１５０ｍｍ以上である構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールでは、仮想矩形としての長方形の長辺がある程度長いため、単セルの面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすく、その結果、燃料電池スタックの性能がさらに低下しやすい構成である。本燃料電池発電モジュールによれば、そのような燃料電池スタックの発電性能がさらに低下しやすい構成においても、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００１５】
（５）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池スタックには、さらに、各前記単セルの前記燃料極に面する燃料室へ燃料ガスを供給するためのガス流路であり、前記第１の方向視で前記単セルを挟んで前記酸化剤ガス供給マニホールドと対向する位置に配置された燃料ガス供給マニホールドが形成されている構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールでは、空気室におけるガスの主たる流れ方向と燃料室におけるガスの主たる流れ方向とが互いに対向するカウンターフロータイプの構成が採用されているため、単セルの面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすく、その結果、燃料電池スタックの発電性能がさらに低下しやすい構成である。本燃料電池発電モジュールによれば、そのような燃料電池スタックの発電性能がさらに低下しやすい構成においても、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００１６】
（６）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第１の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの少なくとも一部分と対向している構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を効果的に抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を効果的に抑制することができる。
【００１７】
（７）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第１の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの全体と対向している構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を極めて効果的に抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を極めて効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を極めて効果的に抑制することができる。
【００１８】
（８）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第１の方向に直交する方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記燃料電池スタックに含まれるすべての前記単セルと重なっている構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、燃料電池スタックに含まれるすべての単セルにおいて、酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を効果的に抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下をさらに効果的に抑制することができる。
【００１９】
（９）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記熱源は、前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼させる燃焼室が形成された補助器を含むことを特徴とする構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、補助器の燃焼室における燃焼熱により、第１の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００２０】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタックと熱源とを備える燃料電池発電モジュールおよびその製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態における燃料電池発電モジュール２０の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池発電モジュール２０のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池発電モジュール２０のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図４】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図５】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図６】図４および図５のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図７】図４および図５のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図８】変形例の発電モジュール２０のＸＺ断面構成を模式的に示す説明図である。
【図９】他の変形例の発電モジュール２０のＸＹ断面構成を模式的に示す説明図である。
【図１０】他の変形例の発電モジュール２０のＸＹ断面構成を模式的に示す説明図である。
【図１１】他の変形例の発電モジュール２０のＸＹ断面構成を模式的に示す説明図である。
【図１２】他の変形例の発電モジュール２０のＸＹ断面構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池発電モジュール２０の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池発電モジュール（以下、単に「発電モジュール」という）２０の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１（および後述する図６，７）のＩＩ−ＩＩの位置における発電モジュール２０のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１（および後述する図６，７）のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における発電モジュール２０のＸＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、発電モジュール２０は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
【００２３】
発電モジュール２０は、燃料電池スタック１００と、補助器２００とを備える。
【００２４】
（燃料電池スタック１００の構成）
燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。本実施形態では、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状は、Ｘ軸方向に平行な辺を長辺としＹ軸方向に平行な辺を短辺とする長方形であり、該長方形の長辺の長さは、１５０ｍｍ以上である。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されており、各ボルト２２および図示しないナットによって燃料電池スタック１００は締結されている。
【００２６】
また、図１から図３に示すように、各発電単位１０２のＺ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位１０２を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位１０２に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位１０２にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために各発電単位１０２に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。
【００２７】
図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。また、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。
【００２８】
また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。また、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。
【００２９】
（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。図２および図３に示すように、下側のエンドプレート１０６には、４つの流路用貫通孔１０７が形成されている。４つの流路用貫通孔１０７は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス供給マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。
【００３０】
（ガス通路部材２７等の構成）
図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００は、さらに、下側のエンドプレート１０６に対して複数の発電単位１０２とは反対側（すなわち、下側）に配置された４つのガス通路部材２７を備える。各ガス通路部材２７は、内部にガス流路が形成された筒状の部材である。４つのガス通路部材２７は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス供給マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２と上下方向に重なる位置に配置されている。図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に重なる位置に配置されたガス通路部材２７には、第１の配管２３１が接続されており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に重なる位置に配置されたガス通路部材２７には、第２の配管２３２が接続されている。また、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１に重なる位置に配置されたガス通路部材２７には、第３の配管２３３が接続されており、燃料ガス排出マニホールド１７２に重なる位置に配置されたガス通路部材２７には、第４の配管２３４が接続されている。なお、各ガス通路部材２７とエンドプレート１０６との間には、絶縁シート２６が配置されている。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
【００３１】
（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。また、図６は、図４および図５のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４および図５のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。なお、図６および図７には、補助器２００のＸＹ断面構成も示されている。
【００３２】
図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する連通孔１０８を構成する孔や、各ボルト孔１０９を構成する孔が形成されている。なお、上述したように、燃料電池スタック１００はＺ軸方向に並べて配置された複数の発電単位１０２を備えるため、燃料電池スタック１００はＺ軸方向に並べて配置された複数の単セル１１０を備えると言える。
【００３３】
インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。
【００３４】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。
【００３５】
電解質層１１２は、Ｚ方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
【００３６】
なお、図６および図７に破線で示すように、本実施形態では、Ｚ軸方向視での単セル１１０の形状（より具体的には、燃料極１１６の形状）は、Ｘ軸方向に平行な辺を長辺としＹ軸方向に平行な辺を短辺とする略長方形である。
【００３７】
セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。
【００３８】
空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。
【００３９】
図４〜図６に示すように、空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する孔である。図６に示すように、Ｚ軸方向視で、孔１３１の外形線は略矩形である。また、図４および図６に示すように、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。
【００４０】
燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。
【００４１】
図４，図５および図７に示すように、燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する孔である。図７に示すように、Ｚ軸方向視で、孔１４１の外形線は略矩形である。また、図５および図７に示すように、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。
【００４２】
図４〜図６に示すように、空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。
【００４３】
図４，５，７に示すように、燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。
【００４４】
（補助器２００の構成）
図１〜図３、図６および図７に示すように、補助器２００は、内部に空間が形成された略直方体状の箱形部材であり、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材により形成されている。補助器２００は、例えば、図示しない固定用部材（例えばボルト）によって燃料電池スタック１００に固定されている。
【００４５】
補助器２００の内部空間は、２つの隔壁２２２によって、一次燃焼室２１２と、改質室２１４と、二次燃焼室２１６とに区切られている。本実施形態では、これらの３つの室の内、一次燃焼室２１２が燃料電池スタック１００に最も近い位置に配置され、二次燃焼室２１６が燃料電池スタック１００から最も離れた位置に配置され、改質室２１４が一次燃焼室２１２と二次燃焼室２１６との間に配置されている。
【００４６】
一次燃焼室２１２は、燃料電池スタック１００から排出される酸化剤オフガスＯＯＧと燃料オフガスＦＯＧとを混合して燃焼させるための室である。図２および図３に示すように、一次燃焼室２１２は、第２の配管２３２を介して、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に重なる位置に配置されたガス通路部材２７と連通しており、かつ、第４の配管２３４を介して、燃料ガス排出マニホールド１７２に重なる位置に配置されたガス通路部材２７と連通している。また、二次燃焼室２１６は、一次燃焼室２１２で混合・燃焼させた酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧをさらに燃焼させるための室である。二次燃焼室２１６は、改質室２１４を貫通するガス流路２１８を介して、一次燃焼室２１２と連通している。また、二次燃焼室２１６には、外部に排ガスＥＧを排出するための第５の配管２３５が接続されている。なお、本実施形態では、一次燃焼室２１２および二次燃焼室２１６の一方または両方に、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧの燃焼を促進させる触媒が配置されている。
【００４７】
改質室２１４は、原燃料ガスＲＦＧを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを生成するための室である。図２および図３に示すように、改質室２１４には、外部から原燃料ガスＲＦＧを導入するための第６の配管２３６と、外部から改質水ＲＷを導入するための第７の配管２３７とが接続されている。また、改質室２１４は、第３の配管２３３を介して、燃料ガス供給マニホールド１７１に重なる位置に配置されたガス通路部材２７と連通している。なお、本実施径形態では、改質室２１４に、改質反応を促進させる触媒が配置されている。
【００４８】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２に示すように、酸化剤ガスＯＧは、第１の配管２３１からガス通路部材２７を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に導入され、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から各発電単位１０２の空気室１６６に供給される。また、図３に示すように、原燃料ガスＲＦＧ（例えば都市ガス）および改質水ＲＷは、それぞれ、第６の配管２３６および第７の配管２３７から補助器２００の改質室２１４に導入され、改質反応に供される。改質室２１４における改質反応に伴い生成された燃料ガスＦＧは、第３の配管２３３およびガス通路部材２７を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に導入され、燃料ガス供給マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料室１７６に供給される。
【００４９】
各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【００５０】
各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧは、図２に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、ガス通路部材２７および第２の配管２３２を介して、補助器２００の一次燃焼室２１２に導入される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧは、図３に示すように、燃料ガス排出マニホールド１７２、ガス通路部材２７および第４の配管２３４を介して、補助器２００の一次燃焼室２１２に導入される。一次燃焼室２１２に導入された酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧは、一次燃焼室２１２において混合されて燃焼し、ガス流路２１８を介して二次燃焼室２１６に導かれてさらに燃焼し、その後、第５の配管２３５を介して排ガスＥＧとして発電モジュール２０の外部に排出される。なお、一次燃焼室２１２および二次燃焼室２１６において発生する熱により、改質室２１４における改質反応が促進されると共に、燃料電池スタック１００が加熱される。補助器２００は、特許請求の範囲における熱源に相当する。
【００５１】
なお、上述したように（図１，６，７参照）、本実施形態では、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する２つの連通孔１０８の内の一方が、酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該２つの連通孔１０８の内の他方が、燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。また、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する２つの連通孔１０８の内の一方が、酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能し、該２つの連通孔１０８の内の他方が、燃料ガス供給マニホールド１７１として機能する。すなわち、Ｚ軸方向視で、酸化剤ガス供給マニホールド１６１および燃料ガス排出マニホールド１７２は、燃料電池スタック１００の外形の長方形における一方の短辺付近に位置し、酸化剤ガス排出マニホールド１６２および燃料ガス供給マニホールド１７１は、該長方形における他方の短辺付近に位置する。換言すれば、Ｚ軸方向視で、燃料ガス供給マニホールド１７１は、単セル１１０を挟んで酸化剤ガス供給マニホールド１６１と対向する位置に配置されており、燃料ガス排出マニホールド１７２は、単セル１１０を挟んで酸化剤ガス排出マニホールド１６２と対向する位置に配置されている。そのため、各発電単位１０２の空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向は、図６に示すようにＸ軸正方向側からＸ軸負方向側に向かう方向となり、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向は、図７に示すようにＸ軸負方向側からＸ軸正方向側に向かう方向となる。このように、本実施形態の燃料電池スタック１００は、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが互いに対向する方向となるいわゆるカウンターフロータイプのＳＯＦＣである。
【００５２】
Ａ−３．燃料電池スタック１００と補助器２００との位置関係：
本実施形態の発電モジュール２０は、燃料電池スタック１００と補助器２００との位置関係に特徴がある。具体的には、図１〜図３に示すように、補助器２００は、Ｚ軸に直交する方向視（面方向視）で、燃料電池スタック１００に含まれるすべての単セル１１０と重なるように配置されている。
【００５３】
また、図６には、Ｚ軸方向視で、燃料電池スタック１００の外形に外接する最小の仮想矩形ＶＲが示されている。本実施形態の発電モジュール２０では、燃料電池スタック１００の外形が矩形であるため、仮想矩形ＶＲは、燃料電池スタック１００の外形に一致する。すなわち、仮想矩形ＶＲは、Ｘ軸方向に平行な辺を長辺としＹ軸方向に平行な辺を短辺とする長方形であり、該長方形の長辺の長さは１５０ｍｍ以上である。
【００５４】
また、仮想矩形ＶＲを構成する４つの仮想辺ＶＳ（ＶＳ１〜ＶＳ４）の内、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心Ｐ１に最も近い仮想辺ＶＳを、特定仮想辺ＳＶＳというものとする。本実施形態の発電モジュール２０では、Ｙ軸に平行な２つの仮想辺ＶＳの内のＸ軸正方向側に位置する仮想辺ＶＳ２が、特定仮想辺ＳＶＳとなる。すなわち、特定仮想辺ＳＶＳは、長方形である仮想矩形ＶＲの短辺である。なお、酸化剤ガス供給マニホールド１６１が複数存在する場合には、上述した図心Ｐ１とは、各酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心間を線分で結んで形成される図形の図心を意味する。例えば、酸化剤ガス供給マニホールド１６１が２つ存在する場合には、上述した図心Ｐ１とは、一方の酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心と他方の酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心とを結ぶ線分の中点である。
【００５５】
図６に示すように、本実施形態の発電モジュール２０では、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳの一部分と、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向（本実施形態ではＸ軸方向）に対向している。また、本実施形態の発電モジュール２０では、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の全体と対向している。
【００５６】
Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の発電モジュール２０は、電解質層１１２と電解質層１１２を挟んで互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とをそれぞれ含み、Ｚ軸方向に並べて配置された複数の単セル１１０を有する燃料電池スタック１００と、補助器２００とを備える。燃料電池スタック１００には、各単セル１１０の空気極１１４に面する空気室１６６へ酸化剤ガスＯＧを供給するためのガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１が形成されている。補助器２００は、Ｚ軸方向に直交する方向視（面方向視）で、燃料電池スタック１００に含まれるすべて単セル１１０と重なっている。また、補助器２００は、Ｚ軸方向視で、燃料電池スタック１００の外形に外接する最小の仮想矩形ＶＲを構成する４つの仮想辺ＶＳの内、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心Ｐ１に最も近い仮想辺ＶＳである特定仮想辺ＳＶＳの一部分と、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向に対向している。
【００５７】
ここで、燃料電池スタック１００に供給される酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧは、燃料電池スタック１００の外部から導入されるため、比較的低温である。また、燃料電池スタック１００の運転の際には、燃料ガスＦＧ中の水素の利用率を高めるために、燃料ガスＦＧの供給量と比較して、酸化剤ガスＯＧの供給量が大きい値に設定される。そのため、燃料電池スタック１００に含まれる各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域（例えば、図６の領域Ｘ１）は、多量の酸化剤ガスＯＧによって熱を奪われ、温度が低下しやすい。単セル１１０における特定の領域の温度が低下すると、単セル１１０の面内の温度分布の均一性が低下して（すなわち、単セル１１０の各領域間での温度差が大きくなって）発電効率が低下し、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能が低下する。
【００５８】
本実施形態の発電モジュール２０では、上述したように、補助器２００が、面方向視で、燃料電池スタック１００に含まれるすべて単セル１１０と重なっており、かつ、Ｚ軸方向視で、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心Ｐ１に近い特定仮想辺ＳＶＳの一部分と、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向に対向している。そのため、本実施形態の発電モジュール２０によれば、補助器２００から発せられる熱により、燃料電池スタック１００に含まれるすべて単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することができる。従って、本実施形態の発電モジュール２０によれば、燃料電池スタック１００に含まれるすべて単セル１１０において、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００５９】
なお、本実施形態の発電モジュール２０では、Ｚ軸方向視で、燃料電池スタック１００の外形は、少なくとも一部分が酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心Ｐ１を挟んで単セル１１０と対向する直線状の辺を少なくとも１つ有している。そのため、補助器２００が、該直線状の辺の内の酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心Ｐ１に最も近い辺の少なくとも一部分と、該辺に直交する方向に対向することとなる。従って、本実施形態の発電モジュール２０によれば、補助器２００から発せられる熱により、燃料電池スタック１００に含まれる各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を効果的に抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下をより効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下をより効果的に抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態の発電モジュール２０では、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状は、Ｘ軸方向に平行な辺を長辺としＹ軸方向に平行な辺を短辺とする長方形である。そのため、仮想矩形ＶＲも長方形である。また、本実施形態の発電モジュール２０では、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の図心Ｐ１に最も近い仮想辺ＶＳである特定仮想辺ＳＶＳは、長方形である仮想矩形ＶＲの短辺である。そのため、本実施形態の発電モジュール２０は、単セル１１０の面内の温度分布の均一性が低下しやすく、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能が低下しやすい構成であると言える。本実施形態の発電モジュール２０によれば、そのような燃料電池スタック１００の発電性能が低下しやすい構成においても、補助器２００から発せられる熱により、各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態の発電モジュール２０では、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状である長方形の長辺の長さは、１５０ｍｍ以上である。そのため、長方形の仮想矩形ＶＲの長辺の長さも、１５０ｍｍ以上である。このように、本実施形態の発電モジュール２０は、仮想矩形ＶＲの長辺がある程度長いため、単セル１１０の面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすく、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能がさらに低下しやすい構成であると言える。本実施形態の発電モジュール２０によれば、そのような燃料電池スタック１００の発電性能がさらに低下しやすい構成においても、補助器２００から発せられる熱により、各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。なお、単セル１１０の面内の温度分布の均一性が低下しやすいという点で、本発明は、仮想矩形ＶＲの長辺の長さが１６０ｍｍ以上である構成においてより好適であり、仮想矩形ＶＲの長辺の長さが１７０ｍｍ以上である構成においてさらに好適であり、仮想矩形ＶＲの長辺の長さが１８０ｍｍ以上である構成において一層好適であり、仮想矩形ＶＲの長辺の長さが１９０ｍｍ以上である構成において極めて好適であり、仮想矩形ＶＲの長辺の長さが２００ｍｍ以上である構成において最も好適である。また、本発明は、仮想矩形ＶＲの長辺の長さが５００ｍｍ以下である構成において好適である。
【００６２】
また、本実施形態の発電モジュール２０では、燃料電池スタック１００にはさらに、各単セル１１０の燃料極１１６に面する燃料室１７６へ燃料ガスＦＧを供給するためのガス流路である燃料ガス供給マニホールド１７１が形成されている。燃料ガス供給マニホールド１７１は、Ｚ軸方向視で、単セル１１０を挟んで酸化剤ガス供給マニホールド１６１と対向する位置に配置されている。このように、本実施形態の発電モジュール２０では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが互いに対向するカウンターフロータイプの構成が採用されている。カウンターフロータイプの構成では、各単セル１１０における燃料ガス供給マニホールド１７１の近くの領域（例えば、図６の領域Ｘ２）において、発電が集中して温度が上昇しやすいため、単セル１１０の面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすい構成であると言える。本実施形態の発電モジュール２０によれば、そのような燃料電池スタック１００の発電性能がさらに低下しやすい構成においても、補助器２００から発せられる熱により、各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態の発電モジュール２０では、Ｚ軸方向視で、補助器２００は、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の全体と対向している。そのため、本実施形態の発電モジュール２０では、補助器２００から発せられる熱により、各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を極めて効果的に抑制することによって、面内の温度分布の均一性の低下を極めて効果的に抑制することができる。従って、本実施形態の発電モジュール２０によれば、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を極めて効果的に抑制することができる。
【００６４】
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【００６５】
上記実施形態の発電モジュール２０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、補助器２００が、Ｚ軸に直交する方向視（面方向視）で、燃料電池スタック１００に含まれるすべての単セル１１０と重なるように配置されているが、図８に示す変形例の発電モジュール２０のように、補助器２００が、面方向視で、燃料電池スタック１００に含まれる一部の発電単位１０２（単セル１１０）のみと重なるように配置されてもよい。このような構成の発電モジュール２０においても、上記実施形態と同様に、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において特定仮想辺ＳＶＳと対向していれば、補助器２００から発せられる熱により、主として面方向視で補助器２００と重なる各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。このように、補助器２００の少なくとも一部分が、面方向視で、少なくとも１つの単セル１１０と重なっていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６６】
また、上記実施形態では、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の全体と対向しているが、図９に示す変形例の発電モジュール２０のように、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の一部分のみと対向しているとしてもよい。また、図１０に示す変形例の発電モジュール２０のように、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と対向していなくてもよい。これらの構成の発電モジュール２０においても、上記実施形態と同様に、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において特定仮想辺ＳＶＳと対向していれば、補助器２００から発せられる熱により、単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。このように、補助器２００の少なくとも一部分が、Ｚ軸方向視で、特定仮想辺ＳＶＳの少なくとも一部分と、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向に対向していれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６７】
また、上記実施形態では、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状が、Ｘ軸方向に平行な辺を長辺としＹ軸方向に平行な辺を短辺とする長方形であるとしているが、必ずしもそのような形状である必要はない。例えば、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状は、Ｘ軸方向に平行な辺を短辺としＹ軸方向に平行な辺を長辺とする長方形であってもよいし、正方形であってもよい。また、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状は、長方形または正方形の角部が面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）された形状であってもよい。また、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状は、矩形に限られず、略楕円形や辺の数が５以上の多角形等の他の形状であってもよい。図１１には、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状が略楕円形である変形例の発電モジュール２０が示されている。また、図１２には、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状が１２角形である変形例の発電モジュール２０が示されている。これらの構成の発電モジュール２０においても、上記実施形態と同様に、Ｚ軸方向視で、補助器２００が、特定仮想辺ＳＶＳに直交する方向において特定仮想辺ＳＶＳと対向していれば、補助器２００から発せられる熱により、単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の形状の長方形の長辺の長さが１５０ｍｍ以上であるとしているが、Ｚ軸方向視での燃料電池スタック１００の大きさは任意に変更可能である。
【００６９】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００のガス流れに関する構成として、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが互いに対向する方向となるカウンターフロータイプの構成が採用されているが、本発明は、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略同一方向となるコフロータイプの構成や、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが互いに略直交する方向となるクロスフロータイプの構成にも同様に適用することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、補助器２００に、一次燃焼室２１２と、改質室２１４と、二次燃焼室２１６とが形成されているが、補助器２００に形成される燃焼室の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、補助器２００に改質室２１４が形成されていなくてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、発電モジュール２０が、熱源としての補助器２００を備えるとしているが、発電モジュール２０が、補助器２００に代えて、または、補助器２００に加えて、他の熱源を備えるとしてもよい。そのような構成においても、燃料電池スタック１００と熱源との関係が、上記実施形態における燃料電池スタック１００と補助器２００との関係と同様であれば、熱源から発せられる熱により、各単セル１１０における酸化剤ガス供給マニホールド１６１の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、ボルト孔１０９が、各マニホールド用の連通孔１０８とは独立して設けられているが、独立したボルト孔１０９を設けず、各マニホールド用の連通孔１０８の一部または全部がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態において、空気極１１４と電解質層１１２との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２（単セル１１０）の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、他のタイプの燃料電池にも適用可能である。なお、本発明は、ＳＯＦＣや溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった高温型の燃料電池に好適である。
【符号の説明】
【００７４】
２０：燃料電池発電モジュール  ２２：ボルト  ２６：絶縁シート  ２７：ガス通路部材  １００：燃料電池スタック  １０２：燃料電池発電単位  １０４：エンドプレート  １０６：エンドプレート  １０７：流路用貫通孔  １０８：連通孔  １０９：ボルト孔  １１０：単セル  １１２：電解質層  １１４：空気極  １１６：燃料極  １２０：セパレータ  １２１：孔  １２４：接合部  １３０：空気極側フレーム  １３１：孔  １３２：酸化剤ガス供給連通流路  １３３：酸化剤ガス排出連通流路  １３４：空気極側集電体  １３５：集電体要素  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  １４２：燃料ガス供給連通流路  １４３：燃料ガス排出連通流路  １４４：燃料極側集電体  １４５：電極対向部  １４６：インターコネクタ対向部  １４７：連接部  １４９：スペーサー  １５０：インターコネクタ  １６１：酸化剤ガス供給マニホールド  １６２：酸化剤ガス排出マニホールド  １６６：空気室  １７１：燃料ガス供給マニホールド  １７２：燃料ガス排出マニホールド  １７６：燃料室  ２００：補助器  ２１２：一次燃焼室  ２１４：改質室  ２１６：二次燃焼室  ２１８：ガス流路  ２２２：隔壁  ２３１：第１の配管  ２３２：第２の配管  ２３３：第３の配管  ２３４：第４の配管  ２３５：第５の配管  ２３６：第６の配管  ２３７：第７の配管
【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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【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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