(57)【要約】【課題】発電時における固体酸化物形燃料電池の各層の単セルの温度変化に対応して、固体酸化物形燃料電池の各層の単セルに供給するガスの流量を制御できる固体酸化物形燃料電池および流量調節部材を提供する。【解決手段】流量調節部材６は、内部マニホールド１ａ内に配設され、内部マニホールドと気体流通部の間を区画する仕切面６ｃを有し、仕切面に、それぞれの気体流通部に対応する位置に設けられた複数の開口６０と、開口のそれぞれに重畳可能であり、温度に応じて、開口に重畳する重畳面積が可逆的に変化する複数の重畳部材７０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池単セルと、前記燃料電池単セルに導入するガスを流通可能な流路として気体流通部を有する板状の複数のセパレータと、が交互に積層され、前記気体流通部に前記ガスを供給する内部マニホールドを有する固体酸化物形燃料電池に設けられる流量調節部材において、
前記流量調節部材は、前記内部マニホールド内に配設され、前記内部マニホールドと前記気体流通部の間を区画する仕切面を有し、
前記仕切面に、それぞれの前記気体流通部に対応する位置に設けられた複数の開口と、前記開口のそれぞれに重畳可能であり、温度に応じて、前記開口に重畳する重畳面積が可逆的に変化する複数の重畳部材と、を有することを特徴とする流量調節部材。
【請求項２】
前記重畳部材の温度が高くなると、前記開口への重畳面積が狭くなることを特徴とする請求項１に記載の流量調節部材。
【請求項３】
前記重畳部材は、前記複数の開口の縁部に一端を固定され、他端を他の部材に固定されない自由端とした板状部材よりなる翼部であり、前記翼部は、複数の熱膨張率の異なる材料が厚み方向に接合されており、前記翼部が、温度変化により湾曲して、前記翼部の温度が高くなると、前記翼部の前記自由端が、前記開口から離反することで、前記開口への重畳面積が小さくなることを特徴とする請求項１または２に記載の流量調節部材。
【請求項４】
前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積が、相互に異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流量調節部材。
【請求項５】
温度による前記開口への重畳面積の変化の形態が、少なくとも一部の前記重畳部材で相互に異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流量調節部材。
【請求項６】
前記流量調節部材は、前記内部マニホールドに供給されるガスが流通する中空部を有する筒状体であり、
前記開口が設けられた前記仕切面は、前記筒状体の外壁であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流量調節部材。
【請求項７】
固体酸化物電解質の両面に空気極と燃料極を設けた複数の燃料電池単セルと、
前記空気極に導入する酸素を含有する空気極ガスおよび前記燃料極に導入する燃料ガスをそれぞれ流通可能な流路として気体流通部を有する板状の複数のセパレータと、が交互に積層され、
前記空気極ガスおよび前記燃料ガスのいずれか少なくとも一方は、前記複数の燃料電池単セルを含む燃料電池単セルユニットおよび前記複数のセパレータを貫通する通気孔が連通して構成された内部マニホールドを介して、前記複数のセパレータのそれぞれに設けられた前記気体流通部に供給される固体酸化物形燃料電池において、
前記固体酸化物形燃料電池は、請求項１から６のいずれか１項に記載の流量調節部材を有し、
前記流量調節部材は、前記仕切面によって、前記内部マニホールドと前記気体流通部の間を区画し、前記複数のセパレータのそれぞれの前記気体流通部に対応する位置に前記複数の開口を配置した状態で、前記内部マニホールド内に配設されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
前記流量調節部材は、前記空気極に導入する空気極ガスが流通する前記内部マニホールド内に配設されており、前記重畳部材の温度が高くなると、前記開口への重畳面積が狭くなることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池および流量調節部材に関し、さらに詳しくは、単セルやセパレータ等の部材を用いて組み上げられた内部マニホールド型固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池の内部マニホールドに配置する流量調節部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質層の両面に燃料極（アノード）および空気極（カソード）を接合した単セルを基本的な構成要素としている。ＳＯＦＣにおいては、セパレータを介して複数の単セルを電気的に直列に接続したスタック構造を形成して発電装置とすることが多い。
【０００３】
複数のセパレータおよび単セルを積層したこの種のＳＯＦＣにおいて、空気極への空気極ガスの供給および燃料極への燃料ガスの供給には、各セパレータに孔や平行方向の流路を設けた内部マニホールド構造が一般的に用いられている。
【０００４】
ＳＯＦＣの発電時において、空気極に供給する空気極ガスおよび燃料極に供給する燃料ガスは、流路内で順次反応して消費されるが、流路の出口側に近づく程、ガス中の酸素及び水素分圧が小さくなるため、電極反応に用いることができるガス量が減少する。また、流路が分岐する際、流路ごとに異なる圧損に起因して流量のばらつきが発生しやすい。このとき、単セルは、発電量が大きいほど発熱量が大きくなる傾向があるので、単セルごとの発電状態のばらつきにより、スタック内は、単セルごとに温度分布が発生しやすくなっている。
【０００５】
発熱量が増加した単セルは、単セルの劣化が大きくなる。これにより、単セルの内部抵抗が増加する。内部抵抗が増加した単セルは、発熱量がより増加して、ますます劣化が進行することになる。また、発熱量が増加した単セルにおいては、スタック内を流れるガスの粘性および圧損が増加する。これにより、単セルの燃料極や空気極に供給するガスの量が少なくなり、このガス量の減少によっても、単セルの内部抵抗が増加するため、単セルは、発熱量がより増加して、ますます劣化が進行することになる。
【０００６】
各単セル間は、電気的に直列接続されているため、ＳＯＦＣの複数の単セルの発電電流は、各層で同じとせざるを得ない。このとき、燃料極および空気極に供給するガスの供給量が最も少なく、最も高温となる過酷な条件におかれる単セルに対応して、スタック全体の燃料極および空気極に供給するガスの供給量を制御することが必要となる。そのため、過酷な条件により発電性能が低下した単セルが、スタック全体の発電性能を阻害する事態になる。
【０００７】
また、ＳＯＦＣは、所定の温度範囲で運転されることが好ましいが、ＳＯＦＣの運転時において、ＳＯＦＣの積層方向の中央部の温度が端部の温度よりも高くなって、ＳＯＦＣが正常に発電を継続するために望ましい温度範囲を超えてしまうことがある。このように、積層構造の中で部分的にＳＯＦＣが発熱する現象への対応として、ＳＯＦＣの積層方向の中央部近傍に配置された中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、積層方向の端部近傍に配置された端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも広い構造が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２０９０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載されるように、ＳＯＦＣの積層方向の各部において、セパレータのガス流路の断面積に差を設ければ、各層のセパレータを介して各単セルに供給する空気極ガスおよび燃料ガスの流量の分配を、各層で変化させることが可能ではある。しかしながら、上記の構造は、ガス流路の断面積の異なる多種多様のセパレータを、ＳＯＦＣの積層方向の配置箇所に応じて設けることにより、ＳＯＦＣの各層の単セルに供給する燃料ガスおよび空気の流量の分配をあらかじめ設定した構造であり、発電継続中に、各単セルの発電状態の変化等により、各単セルの温度が継時的に変化した場合には、その変化に対応して、発熱の影響を適切に緩和するのは難しい。そのため、ＳＯＦＣの発電時において、スタック内の温度分布を低減することには限界があり、発電時における各層の温度変化に対応して、各層の単セルに供給するガスの流量を制御することができるＳＯＦＣを製造することが望まれる。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、発電時における固体酸化物形燃料電池の各層の単セルの温度変化に対応して、固体酸化物形燃料電池の各層の単セルに供給するガスの流量を制御できる固体酸化物形燃料電池および流量調節部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかる流量調節部材は、複数の燃料電池単セルと、前記燃料電池単セルに導入するガスを流通可能な流路として気体流通部を有する板状の複数のセパレータと、が交互に積層され、前記気体流通部に前記ガスを供給する内部マニホールドを有する固体酸化物形燃料電池に設けられる流量調節部材において、前記流量調節部材は、前記内部マニホールド内に配設され、前記内部マニホールドと前記気体流通部の間を区画する仕切面を有し、前記仕切面に、それぞれの前記気体流通部に対応する位置に設けられた複数の開口と、前記開口のそれぞれに重畳可能であり、温度に応じて、前記開口に重畳する重畳面積が可逆的に変化する複数の重畳部材と、を有することを要旨とする。
【００１２】
また、前記重畳部材の温度が高くなると、前記開口への重畳面積が狭くなるとよい。
【００１３】
また、前記重畳部材は、前記複数の開口の縁部に一端を固定され、他端を他の部材に固定されない自由端とした板状部材よりなる翼部であり、前記翼部は、複数の熱膨張率の異なる材料が厚み方向に接合されており、前記翼部が、温度変化により湾曲して、前記翼部の温度が高くなると、前記翼部の前記自由端が、前記開口から離反することで、前記開口への重畳面積が小さくなるとよい。
【００１４】
また、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積が、相互に異なるとよい。
【００１５】
また、温度による前記開口への重畳面積の変化の形態が、少なくとも一部の前記重畳部材で相互に異なるとよい。
【００１６】
また、前記流量調節部材は、前記内部マニホールドに供給されるガスが流通する中空部を有する筒状体であり、前記開口が設けられた前記仕切面は、前記筒状体の外壁であるとよい。
【００１７】
ここで、固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物電解質の両面に空気極と燃料極を設けた複数の燃料電池単セルと、前記空気極に導入する酸素を含有する空気極ガスおよび前記燃料極に導入する燃料ガスをそれぞれ流通可能な流路として気体流通部を有する板状の複数のセパレータと、が交互に積層され、前記空気極ガスおよび前記燃料ガスのいずれか少なくとも一方は、前記複数の燃料電池単セルを含む燃料電池単セルユニットおよび前記複数のセパレータを貫通する通気孔が連通して構成された内部マニホールドを介して、前記複数のセパレータのそれぞれに設けられた前記気体流通部に供給される固体酸化物形燃料電池において、前記固体酸化物形燃料電池は、上記のような流量調節部材を有し、前記流量調節部材は、前記仕切面によって、前記内部マニホールドと前記気体流通部の間を区画し、前記複数のセパレータのそれぞれの前記気体流通部に対応する位置に前記複数の開口を配置した状態で、前記内部マニホールド内に配設されていることを要旨とする。
【００１８】
また、前記流量調節部材は、前記空気極に導入する空気極ガスが流通する前記内部マニホールド内に配設されており、前記重畳部材の温度が高くなると、前記開口への重畳面積が狭くなるとよい。
【発明の効果】
【００１９】
上記発明にかかる流量調節部材は、固体酸化物形燃料電池の内部マニホールド内に配設され、内部マニホールドと気体流通部の間を区画する仕切面を有し、仕切面に、それぞれの気体流通部に対応する位置に設けられた複数の開口と、開口のそれぞれに重畳可能であり、温度に応じて、開口に重畳する重畳面積が可逆的に変化する複数の重畳部材と、を有する。そのため、流量調節部材を固体酸化物形燃料電池の内部マニホールド内に配設して、燃料電池単セルの発電を行うと、複数の燃料電池単セルと、複数のセパレータと、が交互に積層された方向に沿って、複数の重畳部材のそれぞれが、各層の発電状態等に応じた各層の温度またその変化に対応して、開口への重畳面積が可逆的に変化するものとなる。各セパレータを介して各燃料電池単セルに供給する空気極ガスや燃料ガスの流量は、重畳部材の開口への重畳面積によって規定され、重畳部材の開口への重畳面積が広くなるほど、各セパレータを介して各燃料電池単セルに供給する空気極ガスや燃料ガスの流量は少なくなる。
【００２０】
これにより、流量調節部材は、固体酸化物形燃料電池の積層方向に沿った各セパレータを介して各単セルに供給する空気極ガスや燃料ガスの流量を、各層の温度の変化に対応して、可逆的に調節することができる。そのため、単セルの発電効率の低下等、温度変化による影響を、ガス流量の調節によって打ち消せるように、重畳部材の温度変化に対する挙動を設定しておくことで、意図しない発電効率の低下やバラツキ等、温度変化による影響を抑制して、固体酸化物形燃料電池の発電効率を高めることができる。そして、流量調節部材は、内部マニホールド内に配設されるため、セパレータの気体流通部の断面積の変更によらなくても、空気極ガスや燃料ガスの流量を調節することができる。
【００２１】
また、重畳部材の温度が高くなると、開口への重畳面積が狭くなる場合には、固体酸化物形燃料電池の積層方向に沿った各燃料電池単セルの温度が高くなるほど、各燃料電池単セルに供給する空気極ガスや燃料ガスの流量を多くすることができる。そのため、温度が高くなる層ほど、空気極ガスによる冷却効果を高めることや、燃料利用率を下げることで、ＳＯＦＣ単セルの温度上昇による影響を抑制することができる。これにより、一部の燃料電池単セルの温度上昇による発電効率の低下を回避するとともに、燃料電池単セルの劣化を抑制できる。
【００２２】
また、重畳部材が、複数の開口の縁部に一端を固定され、他端を他の部材に固定されない自由端とした板状部材よりなる翼部であり、翼部は、複数の熱膨張率の異なる材料が厚み方向に接合されており、翼部が、温度変化により湾曲して、翼部の温度が高くなると、翼部の自由端が、開口から離反することで、開口への重畳面積が小さくなる場合には、翼部は、温度変化に対応して、可逆的に、開口への重畳面積を小さくし、その結果、多くのガスを開口に通過させられるようになる。これにより、固体酸化物形燃料電池の積層方向に沿った各層の温度が高いほど、積層方向に沿った各セパレータを介して各単セルに供給する空気極ガスや燃料ガスの流量を、多くすることができる。また、重畳部材を、複数の熱膨張率の異なる材料を厚み方向に接合した簡易な構造により製造することができる。
【００２３】
また、複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積が、相互に異なる場合には、各セパレータを介して各単セルに供給する空気極ガスや燃料ガスの流量は、流量調節部材の仕切面に設ける重畳部材の重畳面積と、開口の開口面積の両方によって規定され、各層の温度に依存しない流量分布を開口面積の設定によって設けておいたうえで、さらに重畳部材の温度応答により、温度をパラメータとしてガス流量の制御をすることができる。
【００２４】
また、温度による開口への重畳面積の変化の形態が、少なくとも一部の重畳部材で相互に異なる場合には、複数の燃料電池単セルおよび複数のセパレータの積層方向に沿った各層の温度が変化したときの重畳面積の変化の挙動を、層によって異ならせることで、層ごとに温度が変化した際の流量制御の形態を異ならせることができる。
【００２５】
また、流量調節部材が、内部マニホールドに供給されるガスが流通する中空部を有する筒状体であり、開口が設けられた仕切面は、筒状体の外壁である場合には、各セパレータおよび各燃料電池単セルに設けた通気孔を連通させてなる内部マニホールドの筒状の内部空間の中に、筒状の流量調節部材を配置するだけで、流量調節部材の内部空間と内部マニホールドの間の気密性を確保しながら、流量調節部材に供給されるガスを、開口を通して各セパレータの気体流通部に供給し、温度変化に対するガス流量の制御を行うことが可能となる。
【００２６】
ここで、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池は、上記に記載の流量調節部材を有し、流量調節部材は、仕切面によって、内部マニホールドと気体流通部の間を区画し、複数のセパレータのそれぞれの気体流通部に対応する位置に複数の開口を配置した状態で、内部マニホールド内に配設されていることを要旨とする。そのため、固体酸化物形燃料電池は、重畳部材の重畳面積によって、空気極ガスや燃料ガスの流量を各燃料電池単セルの温度の変化に対応して、可逆的に変化させることができる。そのため、単セルの発電効率の低下等、温度変化による影響を、ガス流量の調節によって打ち消せるように、重畳部材の温度変化に対する挙動を設定しておくことで、意図しない発電効率の低下やバラツキ等、温度変化による影響を抑制して、固体酸化物形燃料電池の発電効率を高めることができる。そして、流量調節部材は、内部マニホールド内に配設されるため、セパレータの気体流通部の断面積の変更によらなくても、空気極ガスや燃料ガスの流量を調節することができる。
【００２７】
また、流量調節部材が、空気極に導入する空気極ガスが流通する内部マニホールド内に配設されており、重畳部材の温度が高くなると、開口への重畳面積が狭くなる場合には、固体酸化物形燃料電池の積層方向に沿った各層の温度変化に応じて、空気極に導入する空気極ガスの流量を可逆的に変化させることにより、発電中の空気極に低温の空気極ガスが接触することで、ＳＯＦＣ単セルを冷却する効果の程度を、積層構造における各位置の温度に応じて制御し、高温になった位置ほど、冷却効率を高めることができるので、一部の単セルの昇温を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池の断面を示す模式図である。
【図２】上記固体酸化物形燃料電池を構成する燃料電池単セルおよびセパレータを示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる流量調節部材を示す斜視図である。
【図４】（ａ）流量調節部材を構成する翼部の低温における状態を示す断面図である。（ｂ）流量調節部材を構成する翼部の高温における状態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる流量調節部材を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の一実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるＳＯＦＣの断面を示す模式図である。また、図２は、図１のＳＯＦＣを構成するＳＯＦＣ単セルおよびセパレータを示す分解斜視図である。
【００３０】
［固体酸化物形燃料電池の概略］
本発明の一実施形態にかかるＳＯＦＣを構成するセルスタック１は、図１に示すように、複数のセパレータ４と、複数の燃料電池単セルユニットであるＳＯＦＣ単セルユニット３と、が交互に積み重ねられており、セパレータ４を介して複数のＳＯＦＣ単セルユニット３が、直列に積層、電気接続されている。また、セルスタック１は、接地部１ｂに載置されており、最上部のセパレータ４の上面にはカバー１ｃが設けられている。
【００３１】
また、セルスタック１には、内部マニホールドとして構成された供給路１ａ，１ｂが設けられており、流量調節部材６が供給路１ａ内に挿入されている。ここで、流量調節部材６は、各層のセパレータ４を介して各燃料電池単セルである各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量を変化させるための部材である。流量調節部材６については後で詳しく説明する。
【００３２】
ＳＯＦＣ単セルユニット３は、図２に示すように、単セル３０および絶縁フレーム５０を有する。単セル３０は、固体酸化物電解質よりなる平板状の電解質層３１と、電解質層３１の一方面に接合された空気極３２と、他方面に接合された燃料極３３とを有している。ここで、電解質層３１および両電極３２，３３を構成する材料は、公知のＳＯＦＣにおいて用いられる材料から適宜選択すればよい。
【００３３】
絶縁フレーム５０は、ＳＯＦＣの運転温度での使用に耐える耐熱性を有した絶縁体よりなる。絶縁フレーム５０は、単セル３０の側面を取り囲むように単セル３０を収容した状態で、複数のセパレータ４の間に配置され、複数のセパレータ４の間の絶縁を確保しながら、複数のセパレータ４の間隔を規定する役割を果たす。そして、絶縁フレーム５０によって、後述するセパレータ4の燃料ガス流路７１を流通する燃料ガスＧ２と空気流路８１を流通する空気極ガスＧ１とが、相互に混合が生じない状態で、相互に隔離される。また、絶縁フレーム５０には、貫通孔として、空気通過孔１０と燃料ガス通過孔９が１対ずつ設けられている。
【００３４】
セパレータ４は、ステンレス鋼等、耐熱性を備えた金属材料よりなる平板状の部材である。セパレータ４は、外周部にフレーム部４ａを一体に備え、空気極３２に導入する酸素を含有する空気などの空気極ガスＧ１、および燃料極３３に導入する水素、メタンなどの燃料ガスＧ２を各々独立して通過させる通気孔である空気通過孔８および燃料ガス通過孔７が、フレーム部４ａに設けられている。空気通過孔８および燃料ガス通過孔７は、セパレータ４のフレーム部４ａの面を貫通して設けられている。
【００３５】
また、セパレータ４においては、フレーム部４ａの上面に囲まれた内側の領域に、燃料ガスＧ２を流通可能な流路として平行に走る溝部が複数設けられており、燃料ガス流路７１として機能する。また、フレーム部４ａの下面に囲まれた内側の領域に、空気極ガスＧ１を流通可能な流路として平行に走る溝部が複数設けられており、空気流路８１として機能する。燃料ガス流路７１と空気流路８１が、セパレータ４の気体流通部を構成している。空気流路８１は、燃料ガス流路７１と直交する方向に設けられている。また、燃料ガス流路７１は、燃料ガス通過孔７と連通しており、空気流路８１は、空気通過孔８と連通している。そして、空気通過孔８および燃料ガス通過孔７は、絶縁フレーム５０に設けられた空気通過孔１０と燃料ガス通過孔９と対応して、つまり、セパレータ４とＳＯＦＣ単セルユニット３を積層した際に、セパレータ４の空気通過孔８と絶縁フレーム５０の空気通過孔１０が重なるように、また、セパレータ４の燃料ガス通過孔７と絶縁フレーム５０の燃料ガス通過孔９が重なるように、それぞれの位置および形状が設定されている。
【００３６】
セルスタック１を構成する全てのセパレータ４は、同じ設計形状を有している。つまり、外形が同じであり、空気極ガスＧ１が流通する空気流路８１の形状および配置が同じ設計となっている。また、燃料ガスＧ２が流通する燃料ガス流路７１の形状および配置も同じ設計となっている。また、全ての単セル３０も同一構造に設計されている。なお、本実施形態においては、全てのセパレータ４を同じ設計形状としているが、必ずしもすべてのセパレータ４の設計形状が同じである必要はなく、セルスタック１の設計目的に応じて、複数のセパレータ４の少なくとも一部のセパレータ４の設計形状が同じとなっていればよい。
【００３７】
図１，２に示すように、セルスタック１においては、複数のセパレータ４と、複数のＳＯＦＣ単セルユニット３が、積層方向Ｘに沿って交互に積層されている。セパレータ４は、燃料ガス流路７１が、単セル３０の燃料極３３と、空気流路８１が単セル３０の空気極３２と、それぞれ対向するように配置されている。セパレータ４と、ＳＯＦＣ単セルユニット３とは、耐熱性接着剤によって、気密に接合され、一体的な構造として形成されている。セルスタック１の内部においても、燃料ガスＧ２が流通する経路と、空気極ガスＧ１が流通する経路の間が、耐熱性接着剤を用いて相互に隔離されている。
【００３８】
セルスタック１においては、各セパレータ４に設けられた空気通過孔８と、各ＳＯＦＣ単セルユニット３に設けられた空気通過孔１０とが、直線的に連通し、筒状の内部空間を有する供給路１ａ，１ｂを構成している。供給路１ａ，１ｂは、各セパレータ４の空気流路８１を挟んで対向して、２つの平行な経路となっており、それぞれ空気極ガスＧ１の往路および復路として機能する。供給路１ａおよび供給路１ｂは、各セパレータ４の一端および他端で、それぞれ空気流路８１に連通しており、供給路１ａから各セパレータ４の空気流路８１を通り、供給路１ｂに至る空気極ガスＧ１の経路が形成される。同様に、各セパレータ４に設けられた燃料ガス通過孔７と、各ＳＯＦＣ単セルユニット３に設けられた燃料ガス通過孔９とが、直線的に連通し、筒状の内部空間を有する供給路２ａ，２ｂを構成している。供給路２ａ，２ｂは、各セパレータ４の燃料ガス流路７１を挟んで対向して、２つの平行な経路となっており、それぞれ燃料ガスＧ２の往路および復路として機能する。供給路２ａおよび供給路２ｂは、各セパレータ４の一端および他端で、それぞれ燃料ガス流路７１に連通しており、供給路２ａから各セパレータ４の燃料ガス流路７１を通り、供給路２ｂに至る燃料ガスＧ２の経路が形成される。
【００３９】
ここで、セルスタック１における空気極ガスＧ１および燃料ガスＧ２の経路について具体的に説明する。セルスタック１においては、空気極ガスＧ１の供給路１ａの内部空間に流量調節部材６が配置され、空気極ガスＧ１は流量調節部材６を介して導入される。まず、流量調節部材６を省略して空気極ガスＧ１の経路について説明する。
【００４０】
空気極ガスＧ１は、図２の点線矢印に示すように、セパレータ４の空気通過孔８、および絶縁フレーム５０の通気孔である空気通過孔１０が連続してなる供給路１ａに導入される。
【００４１】
また、空気極ガスＧ１は、図１の矢印Ａに示すように、供給路１ａを流通して、供給路１ａに連通した各セパレータ４の空気流路８１に導入される。そして、空気極ガスＧ１は、各セパレータ４の空気流路８１を流通しながら、単セル３０の空気極３２に接触する。各セパレータ４の空気流路８１を流通した空気極ガスＧ１は、供給路１ｂにて合流し、矢印Ｂに示すように、供給路１ｂを通って、セルスタック１の外部に導かれる。
【００４２】
燃料ガスＧ２は、図２の実線矢印に示すように、セパレータ４の燃料ガス通過孔７、および絶縁フレーム５０の燃料ガス通過孔９が連続してなる供給路２ａに導入される。
【００４３】
また、燃料ガスＧ２は、図示は省略するが、供給路２ａを流通して、供給路２ａに連通した各セパレータ４の燃料ガス流路７１に導入される。そして、燃料ガスＧ２は、各セパレータ４の燃料ガス流路７１を流通しながら、ＳＯＦＣ燃料極３３に接触する。各セパレータ４の燃料ガス流路７１を流通した燃料ガスＧ２は、供給路２ｂにて合流し、セルスタック１の外部に導かれる。
【００４４】
このように、空気極ガスＧ１および燃料ガスＧ２は、供給路１ａ，２ａを流通して、さらに、供給路１ａ，２ａに連通した各セパレータ４の空気流路８１、燃料ガス流路７１に分岐することにより、それぞれのＳＯＦＣ単セルユニット３の単セル３０の空気極３２および燃料極３３に供給される。そして、単セル３０は、空気流路８１を流通して空気極３２に供給された空気極ガスＧ１、および燃料ガス流路７１を流通して燃料極３３に供給された燃料ガスＧ２を用いて、空気極３２および燃料極３３のそれぞれにおいて電極反応を起こし、発電を行う。
【００４５】
ここで、上記のとおり、実際のセルスタック１においては、次に詳しく説明する流量調節部材６が、空気極ガスＧ１が流通する供給路１ａ内に配設されており、セルスタック１に供給される空気極ガスＧ１は、直接、供給路１ａの内部空間に導入されるのではなく、流量調節部材６を介して、空気流路８１に導入され、空気極３２に供給される。なお、本実施形態においては、燃料ガスＧ２を導入する供給路２ａには同様の流量調節部材を配置しておらず、セルスタック１内に供給される燃料ガスＧ２は、図２に示す供給路２ａ内を直接、流通して、燃料ガス流路７１に導入され、燃料極３３に供給される。
【００４６】
［流量調節部材］
次に、上記セルスタック１に配設する流量調節部材について、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる流量調節部材を示す斜視図である。また、図４（ａ）は、流量調節部材を構成する翼部の低温における状態を示す断面図であり、図４（ｂ）は、流量調節部材を構成する翼部の高温における状態を示す断面図である。
【００４７】
流量調節部材６は、セルスタック１において、空気極ガスＧ１を導入する供給路１ａの内部空間に配置され、複数のＳＯＦＣ単セルユニット３と複数のセパレータ４と、が交互に積層された方向Ｘに沿った各層において、セパレータ４を介して単セル３０の空気極３２に供給する空気極ガスＧ１の流量を変化させるための部材である。
【００４８】
流量調節部材６は、図３に示すように、中空部６ｂを有する角筒状の部材である。流量調節部材６は、外形の角筒形状の長手方向に直交する断面が、セルスタック１の供給路１ａの内部空間のＸ方向に交差する断面よりも、一回り小さい略長方形となるように形成されている。流量調節部材６は、長手方向に直交する断面の長方形の長辺に対応する側壁面として、仕切面６ｃを有している。仕切面６ｃは、流量調節部材６を供給路１ａに配設した際に、セルスタック１の中央側を向く面、つまり、セルスタック１を構成するセパレータ４の空気流路８１に面する面となる。
【００４９】
仕切面６ｃには、仕切面６ｃの板面を貫通する開口として、複数のスリット６０が設けられている。複数のスリット６０は、それぞれ各辺が仕切面６ｃの辺に平行になった長方形の形状を有しており、流量調節部材６の長手方向に沿って、複数が、略等間隔かつ略平行に配置されている。仕切面６ｃにおけるスリット６０の数および位置は、セルスタック１の供給路１ａに流量調節部材６を配置した状態において、各層のセパレータ４の空気流路８１の数および位置に対応するものとなっている。全てのスリット６０の開口面積は同一である。スリット６０の開口面積は、セパレータ４の空気流路８１の溝部が走る方向に直交する断面積よりも小さくなっており、それにより、各セパレータ４の空気流路８１に供給される空気極ガスＧ１の流量は、対応する各スリット６０の開口面積および後述する翼部６１のスリット６０への重畳面積に応じて規定される。流量調節部材６は、ステンレス鋼等、耐熱性を備えた金属材料よりなる。
【００５０】
また、流量調節部材６は、仕切面６ｃに、重畳部材である翼部６１を有する。翼部６１は、各スリット６０の長辺（流量調節部材６の長手方向に交差する方向の辺）の１つの縁部６ｄに取り付けられている。翼部６１は、略長方形状の板状部材であり、長手方向に直交する方向ｙの一端である根元部６１ａが、縁部６ｄに接合されている。翼部６１は、温度に応じて、スリット６０への重畳面積を、可逆的に変化させる。ここで、重畳面積とは、翼部６１をスリット６０の仕切面６ｃの外側から見て、スリット６０への翼部６１の射影がスリット６０に重畳する面積のことであり、図３および図４においては、図３に示すスリット６０の長手方向の長さＬに、図４に示すＸ方向に沿ったスリット６０と翼部６１の射影との重畳の長さＨ１，Ｈ２を乗じて求められる面積のことである。なお、翼部６１は、スリット６０の長手方向の長さＬの長手方向の長さと同じ長さとしている。
【００５１】
翼部６１は、２つの略長方形状の板状部材６２，６３が、板状部材６２，６３の厚み方向ｚにおいて、圧接、溶接接着等によって接合されており、板状部材６２，６３の熱膨張率が互いに異なる材料よりなるバイメタル構造となっている。板状部材６２が、板状部材６３に比べて熱膨張率が高くなっている。翼部６１は、例えばＳＯＦＣの発電時の温度である６００℃前後から１０００℃前後の温度範囲において、板状部材６２，６３の熱膨張の差による形状変化が大きく起こるものであることが好ましい。好適には、板状部材６２の材料としてインバー合金、板状部材６３の材料として銅合金が使用される。
【００５２】
膨張率の高い板状部材６２は、裏面側、つまりスリット６０に臨む側にスリット６０に対向して、設けられており、膨張率の低い板状部材６３は、表面側、つまりスリット６０に対向するのと反対側の流量調節部材６の外部空間に臨む側に設けられている。
【００５３】
翼部６１は、板面の長手方向に直交する方向ｙの一端に根元部６１ａが設けられており、根元部６１ａは、流量調節部材６の仕切面６ｃに設けられたスリット６０の長手方向の縁部６ｄに、溶接または耐熱性接着剤によって、接合されている。また、翼部６１の板面の長手方向に沿って根元部６１ａと反対側の端部６１ｂが、スリット６０から離反するように屈曲部６１ｃにおいて折り曲げられており、翼部６１においては、根元部６１ａ以外は、仕切面６ｃに固定されておらず、端部６１ｂは自由端となっている。
【００５４】
これにより、翼部６１は、比較的低温の状態、例えば６００℃前後の状態において、図４（ａ）に示すように、スリット６０の開口面積の一部に重畳するように、自由端である先端部６１ｂが仕切面６ｃから所定の距離Ｃだけ離れて設けられている。また、Ｘ方向に沿ったスリット６０と翼部６１の重なりの長さは、Ｈ１となっている。このとき、翼部６１は、板状部材６２，６３に大きな熱膨張が起こるような熱が印加されないため、湾曲することはなく、屈曲部６２ｃから先端部６１ｂまで略平板状を維持している。
【００５５】
上記の翼部６１に熱が加わり、板状部材６２，６３の温度が高くなった場合、例えば１０００℃前後となった場合、翼部６１は、図４（ｂ）に示すように、板状部材６２，６３が異なる熱膨張率で熱膨張を起こすことにより、先端部６１ｂがスリット６０から離反するように湾曲する。このとき、先端部６１ｂは、仕切面６ｃから所定の距離Ｄだけ離れた状態となる。距離Ｄは、距離Ｃよりも大きくなっている。また、Ｘ方向に沿ったスリット６０と翼部６１の重なりの長さは、Ｈ２となっており、図４（ａ）に示す翼部６１の低温時の長さＨ１よりも短くなっている。これにより、低温時よりもスリット６０への重畳面積が狭くなる。
【００５６】
図４（ｂ）に示すような先端部６１ｂがスリット６０から離反するように湾曲した状態から、翼部６１が低温に戻り、板状部材６２，６３の温度が低下した場合、翼部６１は、図４（ａ）に示すような屈曲部６２ｃ，６３ｃから先端部６１ｂまで平板状を維持する状態に戻っていく。それにより、翼部６１のスリット６０に対する重畳面積が広くなっていく。つまり、翼部６１は、板状部材６２，６３の温度の変化に伴って、スリット６０への重畳面積を可逆的に変化させる。
【００５７】
［固体酸化物形燃料電池における流量調節部材の挙動］
図1に示すように、流量調節部材６は、セルスタック１において、空気極３２に導入する空気極ガスＧ１が流通する供給路１ａ内に配設される。この際、流量調節部材６は、セルスタック１の供給路１ａ内の空気極ガスＧ１の流通方向に長手方向を沿わせて挿入される。流量調節部材６を供給路１ａの内部空間に配置するに際し、流量調節部材６は、各スリット６０が図２に示す空気流路８１のそれぞれに対向するように、供給路１ａの内部空間への挿入位置が規定される。このとき、翼部６１が図４（b）のように変形した際にも、供給路１ａの内壁面やＳＯＦＣ単セルユニット３およびセパレータ４の面に接触しないように流量調節部材６の位置が規定される。また、流量調節部材６は、翼部６１以外の部位で耐熱性接着剤により、セルスタック１を構成する単セル３０およびセパレータ４に固定されており、セルスタック１は、流量調節部材６を固定した一体的な構造として設けられている。
【００５８】
このように、流量調節部材６を供給路１ａの内部空間に配置し、流量調節部材６の筒形状の中空部６ｂ内に、長手方向一端（図１，３の下端）から空気極ガスＧ１を導入すると、空気極ガスＧ１は、スリット６０を通って、中空部６ｂから各セパレータ４の空気流路８１に流出する。ここで、流量調節部材６を構成する角筒体の外壁面の内外で、気密性が確保されており、空気極ガスＧ１は、スリット６０のみからセパレータ４の空気流路８１に供給される。これにより、セルスタック１の複数の単セル３０と複数のセパレータ４とが交互に積層された方向Ｘに沿った上流から下流にわたる各層において、各セパレータ４の空気流路８１を介して、各単セル３０の空気極３２に空気極ガスＧ１が供給される。
【００５９】
流量調節部材６は、スリット６０の縁部６ｄに固定された翼部６１を有しており、空気極ガスＧ１は、翼部６１がスリット６０の開口に重畳した状態で、スリット６０からセパレータ４の空気流路８１に供給される。翼部６１がスリット６０の開口に重畳する重畳面積が広くなるほど、スリット６０において、気体が通過できる実質的な開口面積が小さくなるため、空気極ガスＧ１の流量は、少なくなる。上記のように翼部６１のスリット６０への重畳面積は温度によって可逆的に変化するので、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各層の温度変化に応じて、各層のセパレータ４を介して各層の単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量は、可逆的に変化するものとなる。
【００６０】
具体的には、低温の状態では、図４（ａ）のように、翼部６１は、屈曲部６２ｃから先端部６１ｂまで平板状を維持する状態にある。それにより、重畳面積が広くなっている。このとき、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量は比較的少ない状態にある。翼部６１に熱が加わり、板状部材６２，６３の温度が高くなる場合、翼部６１は、図４（ｂ）のように、先端部６１ｂがスリット６０から離反するように湾曲する。このとき、重畳面積は、狭くなる。そのため、空気極ガスＧ１が通過できる実質的なスリット６０の開口面積が、広くなる。これにより、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量は多くなる。また、翼部６１が低温に戻り、板状部材６２，６３の温度が低下する場合、再度、図４（ａ）のように重畳面積が広く、単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量が小さい状態に戻る。
【００６１】
このように、流量調節部材６は、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量を、各層の温度の変化に対応して、可逆的に調節することができる。具体的には、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各単セル３０の温度が高くなるほど、各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量を多くすることができる。これにより、各単セル３０の発電時の温度分布によってセルスタック１の発電状態に生じる影響を緩和することができる。また、高温になりやすい単セル３０において、単セル３０の劣化を抑制できる。
【００６２】
セルスタック１に流量調節部材６を設けないとすれば、供給路１ａに導入された空気極ガスＧ１は、供給路１ａの開口を流通して空気流路８１に流通した後、単セル３０の空気極３２に供給される。このとき、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った中央部においては、積層方向Ｘに沿った上方および下方の単セル３０の位置に比べて、発電による発熱が内部に籠る。よって、積層方向Ｘに沿って中央部の単セル３０の温度は、上方および下方の単セル３０の温度よりも高くなりやすい。発電時の単セル３０の温度が高くなると、単セル３０の劣化につながる。
【００６３】
ここで、セルスタック１において、単セル３０に供給する空気極ガスＧ１は、空気極３２における反応ガスとして発電に寄与するとともに、発電によって高温になった単セル３０（例えば１０００℃前後）に比べて低温の状態（例えば６００℃前後）で導入されることにより、セルスタック１を冷却する冷媒の役割を果たす。セパレータ4を介して単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量が大きいほど、その冷却効果は大きくなる。流量調節部材６は、翼部６１が設けられており、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各単セル３０の温度が高くなるほど、スリット６０への重畳面積が小さくなり、スリット６０から供給される空気極ガスＧ１の流量が大きくなる。これにより、流量調節部材６において、長手方向の中央部の翼部６１が、長手方向の端部の翼部６１に比べて、スリット６０への重畳面積が小さくなり、大流量の空気極ガスＧ１を単セル３０に供給する状態となる。よって、セルスタック１の供給路１ａに、翼部６１を有する流量調節部材６を挿入することで、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った中央部の単セル３０を、上方および下方の単セル３０に比べて、より冷却することができる。その結果、高温になりやすい積層方向中央部の単セル３０を効果的に冷却し、昇温を抑えることで、積層方向中央部の単セル３０の高温による劣化を抑制することができる。また、高温になった積層方向中央部の単セル３０においては、内部抵抗が上昇し、また、燃料ガスＧ２の粘性抵抗が上昇して、燃料ガスＧ２の供給量が低下することで、発電効率が低下する。しかし、上記のように、積層方向中央部での単セル３０の昇温を抑えることで、そのように発電効率が低下するのを抑制し、各単セル３０における発電状態のばらつきを緩和することで、セルスタック１全体として、発電効率を高めることができる。
【００６４】
［他の実施形態］
次に、他の実施形態について説明する。以下、上記実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００６５】
（１）重畳部材の温度応答の変化
他の実施形態の流量調節部材６は、翼部６１の温度に対するスリット６０への重畳面積の変化の挙動（温度応答）が、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った位置により異なるように構成することができる。ここで、翼部６１の温度に対するスリット６０への重畳面積の変化の挙動（温度応答）とは、翼部６１の温度に対して重畳面積がどのように変化するかということであり、例えば、温度が高くなった場合に、翼部６１のスリット６０への重畳面積が広くなるか、あるいは狭くなるかということや、所定の温度変化値に対する重畳面積の変化量を指す。この場合には、複数の単セル３０および複数のセパレータ４の積層方向に沿った各層の温度が変化したときの重畳面積の変化の挙動を、層によって異ならせることで、層ごとに流量制御の形態を異ならせることができる。
【００６６】
セルスタック１の積層方向Ｘに沿って中央部の層は、上方や下方の層に比べて、発電による発熱が層の内部に籠る傾向にある。そのため、温度が高くなったときにスリット６０への重畳面積が狭くなる翼部６１として、中央部の層に、上方および下方の層に比べて、翼部６１の温度に対するスリット６０への重畳面積の変化量が大きい翼部６１を用いることにより、温度が上昇した際の、積層方向Ｘ中央部に供給する空気極ガスＧ１の流量の増加量を、上方および下方に供給する空気極ガスＧ１の流量の増加量に比べて、大きくすることができる。これにより、中央部の層を、上方および下方の層に比べて、とりわけ効率的に冷却し、高温による負荷を低減することができる。そのため、中央部の単セル３０の発熱に起因する発電量の低下やばらつきを抑制することで、セルスタック１全体の発電効率を高めることができる。また、高温になりやすい中央部の単セル３０の劣化を特に抑制しやすくなる。
【００６７】
翼部６１の温度に対するスリット６０への重畳面積の変化の形態を異ならせる具体的な手段としては、翼部６１を構成する２層の板状部材６２，６３の構成材料を異ならせることや、板状部材６２，６３のそれぞれの厚みを異ならせることが例示できる。
【００６８】
（２）開口面積の変化
次に、他の実施形態について説明する。図５は、本発明の他の実施形態にかかる流量調節部材を示す斜視図である。
【００６９】
他の実施形態の流量調節部材６は、複数のスリット６０の開口面積が、流量調節部材６の長手方向に沿った位置により、相互に異なる。また、各スリット６０の縁部６ｄに固定された翼部６１は、方向ｙの辺の長さをスリット６０の開口面積に対応させて異ならせている。つまり、スリット６０の開口面積が大きいほど、そのスリット６０に重畳する翼部６１のｙの長さを長くしている。各層の翼部６１は全て同じ材料および厚さを有しており、ｙの長さのみにおいて異なる。つまり、各層の翼部６１の温度が同じであれば、開口面積に対する重畳面積の割合（重畳面積／開口面積）は各層で同じとなる。
【００７０】
上記のように、流量調節部材６は、複数のスリット６０の開口面積が、流量調節部材６の長手方向に沿った位置により、相互に異なる。具体的には、流量調節部材６は、仕切面６ｃの長手方向に沿って中央部のスリット６０ａの開口面積が、仕切面６ｃの長手方向に沿って一方端側のスリット６０および他方端側のスリット６０の開口面積に比べて、広く設けられている。ここでは、仕切面６ｃの長手方向に沿った各スリット６０の辺の長さを異ならせることで、各スリット６０の開口面積を変化させている。図示した形態では、長手方向の中央のスリット６０ａの開口面積が最も大きく、長手方向の両端に向かうに従って、漸次、スリット６０の開口面積が小さくなっている。各スリット６０の開口面積は、中央のスリット６０ａから両端部に向かって対称となっている。
【００７１】
流量調節部材６の仕切面６ｃに設けられたスリット６０の開口面積が、相互に異なるため、各単セル３０の温度が同じで、開口面積に対する翼部６１の重畳面積の比が同じになっていれば、単セル３０とセパレータ４が積層された方向Ｘに沿って、各層のセパレータ４の空気流路８１に、スリット６０を介して供給される空気極ガスＧ１の流量は、各層において異なることになる。つまり、方向Ｘに沿って、開口面積の大きいスリット６０が設けられた位置ほど、対応するセパレータ４の空気流路８１に供給される空気極ガスＧ１の流量が大きくなる。
【００７２】
このように、流量調節部材６の仕切面６ｃに設けるスリット６０の開口面積を、対応するセパレータ４の位置に応じて調節することで、スリット６０の開口面積により、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の定常的な流量調整をすることができる。加えて、温度変化があった場合に、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量は、流量調節部材６の仕切面６ｃに設ける翼部６１によるスリット６０への重畳面積によって変化する。このように、各層の温度に依存しない流量分布を設けておいたうえで、さらに温度をパラメータとした流量調整を併用することができる。その結果、発電に利用することができる空気極ガスＧ１の量、また、発電中の各単セル３０に低温の空気極ガスＧ１が接触することによる冷却効果の程度を、セルスタック１の積層構造における位置に応じて、また実際の温度変化に即して、制御し、各単セル３０の発電時の状態を高度に制御することができる。
【００７３】
具体的には、発電状態による発熱が層の内部に籠る傾向にある積層方向Ｘの中央部は、積層方向Ｘの上方および下方に比べて、単セル３０の温度がより高温になる。流量調節部材６が、同一の開口面積のスリット６０を有し、翼部６１が、それら同一の開口面積を有する全てのスリット６０ａ，６０に重畳する場合には、翼部６１による単セル３０の温度に応じた流量調整のみがなされる。これに対し、上記のように、中央部のスリット６０ａの開口面積が上方のスリット６０および下方のスリット６０の開口面積に比べて広く設けられており、翼部６１がそれら開口面積の異なる全てのスリット６０ａ，６０に重畳して設けられていることで、セルスタック１の運転条件によらず常に高温になりやすい中央部で、常に多量の空気極ガスＧ１を利用できるように確保しておいたうえで、さらに実際の単セル３０の温度に応じた流量調整をすることができる。これにより、同一の開口面積のスリット６０と翼部６１を有する流量調節部材６に比べて、より高度に局所的な発熱およびそれに伴う発電状態のばらつきを抑制し、セルスタック１の発電効率および耐久性を高めることができる。
【００７４】
ここでは、複数のスリット６０の開口面積が流量調節部材６の長手方向に沿った位置により相互に異なり、かつ各翼部６１のｙの長さが、重畳するスリット６０の開口面積に対応して異なるように構成する形態について説明したが、複数のスリット６０の開口面積が流量調節部材６の長手方向に沿った位置により相互に異なるのみで、各翼部６１のｙの長さを同じとしてもよい。あるいは、各スリット６０の開口面積は同じとし、翼部６１のｙの長さのみを、長手方向に沿った位置により相互に異なるようにしてもよい。これらの場合に、例えば、長手方向中央部のスリット６０においては、翼部６１の面が仕切面６ｃに平行になり、翼部６１がスリット６０に完全に重なったとしても、スリット６０の下方部に、翼部６１が重畳しない開口が残るように構成しておく一方、長手方向端部に向かうほど、そのように翼部６１がスリット６０に完全に重なった際に残る開口が小さくなるか、あるいはそのような開口が残らなくなるように構成しておく形態が考えられる。また、これらのように、流量調節部材６の長手方向に沿って、複数のスリット６０の開口面積および／または翼部６１のｙの長さを、異ならせる形態に、上述したように、翼部６１のスリット６０に対する重畳面積の温度変化に対する挙動を異ならせる形態を、組み合わせることも可能である。
【００７５】
（３）流量調節部材の配置の変更
上記の各実施形態においては、流量調節部材６は、空気極ガスＧ１の往路である供給路１ａに配置しているが、供給路１ａの代わりに、空気極ガスＧ１の復路である供給路１ｂに配置することもできる。また、セルスタック１に空気極ガスＧ１を供給する供給路１ａの代わりに、あるいはセルスタック１に空気極ガスＧ１を供給する供給路１ａに加えて、流量調節部材６を、燃料ガスＧ２をセルスタック１に供給する供給路２ａに配設することもできる。流量調節部材６を、燃料ガスＧ２をセルスタック１に供給する供給路２ａに配設する場合には、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各層のセパレータ４を介して各単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量を、各層の温度の変化に対応して、可逆的に変化させることができる。この場合には、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各単セル３０における発電状態の変化やばらつきの緩和を、温度に応じた燃料ガスＧ２の流量の調節によって、図ることができる。例えば、図３に示した流量調節部材６と同様、高温ほどスリット６０への重畳面積が狭くなる翼部６１を備えた流量調節部材６を、燃料ガスＧ２をセルスタック１に供給する供給路２ａに配置すれば、単セル３０が高温になるほど、供給路２ａから各セパレータ４の燃料ガス流路７１に供給する燃料ガスＧ２の流量を大きくすることができる。
【００７６】
単セル３０が高温になるほど、燃料ガスＧ２の粘性が上昇し、燃料極３３に燃料ガスＧ２が供給されにくくなる。上記のように、翼部６１を備えた流量調節部材６の使用により、高温で燃料ガスＧ２の供給流量を大きくすることで、高温に発熱した単セル３０の燃料極３３にも、十分な燃料ガスＧ２を供給し、燃料ガスＧ２の不足による発電量の低下を抑制するとともに、内部抵抗の上昇による発熱の加速を回避することが可能となる。その結果、セルスタック１において、高い発電効率を確保するとともに、さらなる発熱を抑制することができる。
【００７７】
なお、以上で説明した形態では、流量調節部材６に設ける重畳部材が、熱膨張率の異なる複数の材料が厚み方向に接合された、バイメタル構造よりなる翼部６１として構成されているが、重畳部材としては、そのような翼部６１に限らず、流量調節部材６のスリット６０に重畳可能であり、温度に応じてスリット６０に重畳する重畳面積が可逆的に変化するものであれば、どのようなものを用いてもよい。また、上記の翼部６１は、温度が高くなるほど、スリット６０への重畳面積が狭くなるものであったが、セルスタック１の具体的な構成や配置、運転状況によっては、温度が高くなるほど、スリット６０への重畳面積が広くなるように重畳部材を設け、高温ほど、空気極ガスＧ１や燃料ガスＧ２の流量が小さくなるようにしてもよい。さらに、上記の翼部６１は、温度の変化に対して、スリット６０への重畳面積を連続的に変化させるものであったが、重畳部材として、温度の変化に対して、スリット６０への重畳面積を離散的に変化させるもの、つまり、ある温度を境として重畳面積が不連続に変化するものを用いてもよい。
【００７８】
本発明は上記実施形態および実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１                セルスタック（固体酸化物形燃料電池）
１ａ，１ｂ        供給路（内部マニホールド）
２ａ，２ｂ        供給路（内部マニホールド）
３                ＳＯＦＣ単セルユニット（燃料電池単セルユニット）
４                セパレータ
６                流量調節部材
６ｂ              流量調節部材６の中空部
６ｃ              流量調節部材６の仕切面
７                燃料ガス通過孔（通気孔）
８                空気通過孔（通気孔）
９                燃料ガス通過孔（通気孔）
１０              空気通過孔（通気孔）
２０              内壁面
３０              単セル（燃料電池単セル）
３１              電解質層（固体酸化物電解質）
３２              空気極
３３              燃料極
６０，６０ａ      スリット（開口）
６１              翼部（重畳部材）
７１              燃料ガス流路（気体流通部）
８１              空気流路（気体流通部）
Ｇ１              空気極ガス
Ｇ２              燃料ガス
【図１】
2019175596.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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