(57)【要約】【課題】簡素な構造で、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量を設定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】空気極ガスおよび燃料ガスＧ２のいずれか少なくとも一方は、複数の燃料電池単セルを含む燃料電池単セルユニット３および複数のセパレータ４を貫通する通気孔７，９が連通して構成された内部マニホールド２ａを介して、複数のセパレータのそれぞれに設けられた気体流通部に供給され、固体酸化物形燃料電池１はさらに、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６ｃを有する流量調節部材６を有し、流量調節部材は、仕切面に、内部マニホールド内のガスを気体流通部のそれぞれに流通可能な複数の開口６０を有しており、複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっている。【選択図】図１
2019175595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、が交互に積層されたセルスタックを有する固体酸化物形燃料電池において、
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、
前記固体酸化物形燃料電池はさらに、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する流量調節部材を有し、
前記流量調節部材は、前記仕切面に、前記内部マニホールド内のガスを前記気体流通部のそれぞれに流通可能な複数の開口を有しており、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
複数の前記セパレータのうち少なくとも一部は、前記気体流通部の形状および配置が同じであることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
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、前記内部マニホールドに挿入されており、
前記開口が設けられた前記仕切面は、前記気体流通部に対向する前記筒状体の外壁であり、前記内部マニホールドに供給されるガスが、前記中空部を流通して前記開口から前記気体流通部に流出することを特徴とする請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記流量調節部材は、前記内部マニホールドに挿入されて、前記燃料電池単セルおよび前記セパレータに対して固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記流量調節部材は、前記燃料極に導入する燃料ガスが流通する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請求項１から４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記流量調節部材は、前記仕切面に複数の開口が設けられており、複数の前記燃料電池単セルと、複数の前記セパレータと、が交互に積層された方向に沿って、中央部の前記開口の開口面積が、端部の前記開口の開口面積に比べて広く設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口において、複数の前記燃料電池単セルと、複数の前記セパレータと、が交互に積層された方向の寸法が、該方向に交差する方向に沿って、分布を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
前記固体酸化物形燃料電池は、複数の前記セルスタックを有し、各セルスタックの前記内部マニホールド内に配設された前記流量調節部材の開口の開口面積の総和が、相互に異なっていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項９】
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、が交互に積層された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を有しており、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっていることを特徴とする流量調節部材。
【請求項１０】
前記仕切面の長手方向に対して中央部の前記開口の開口面積が、前記仕切面の長手方向に対して端部の前記開口の開口面積に比べて広く設けられていることを特徴とする請求項９に記載の流量調節部材。
【請求項１１】
前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口において、前記仕切面の長手方向に対する方向の寸法が、該方向に交差する方向に沿って、分布を有していることを特徴とする請求項９または１０に記載の流量調節部材。
【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、ガス中の酸素およ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】
ＳＯＦＣは、所定の温度範囲で運転されることが好ましいが、ＳＯＦＣの運転時においては、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できる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、例えば特許文献１に開示されている。このように、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量を、各層で変化させることが可能ではある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
しかしながら、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、ガス流路の断面積の異なるセパレータを、ＳＯＦＣの積層方向の配置箇所に応じて製造し、積層する必要がある。また、セパレータの製造時において、製造公差を低減することには限界があり、ガス流路の断面積の異なるセパレータを設計どおりのガス流路を有するように製造し、正確に積層することは困難となる場合が多い。そのため、製造公差の影響を受けにくい簡素な構造で、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量を設定できるＳＯＦＣを製造することが望まれる。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、簡素な構造で、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量を設定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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる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、が交互に積層されたセルスタックを有する固体酸化物形燃料電池において、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、前記固体酸化物形燃料電池はさらに、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する流量調節部材を有し、前記流量調節部材は、前記仕切面に、前記内部マニホールド内のガスを前記気体流通部のそれぞれに流通可能な複数の開口を有しており、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっていることを要旨とする。
【００１０】
また、複数の前記セパレータのうち少なくとも一部は、前記気体流通部の形状および配置が同じであるとよい。
【００１１】
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、前記内部マニホールドに挿入されており、前記開口が設けられた前記仕切面は、前記気体流通部に対向する前記筒状体の外壁であり、前記内部マニホールドに供給されるガスが、前記中空部を流通して前記開口から前記気体流通部に流出するとよい。
【００１２】
また、前記流量調節部材は、前記内部マニホールドに挿入されて、前記燃料電池単セルおよび前記セパレータに対して固定されているとよい。
【００１３】
また、前記流量調節部材は、前記燃料極に導入する燃料ガスが流通する前記内部マニホールド内に配設されているとよい。
【００１４】
また、前記流量調節部材は、前記仕切面に複数の開口が設けられており、複数の前記燃料電池単セルと、複数の前記セパレータと、が交互に積層された方向に沿って、中央部の前記開口の開口面積が、端部の前記開口の開口面積に比べて広く設けられているとよい。
【００１５】
また、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口において、複数の前記燃料電池単セルと、複数の前記セパレータと、が交互に積層された方向の寸法が、該方向に交差する方向に沿って、分布を有しているとよい。
【００１６】
また、前記固体酸化物形燃料電池は、複数の前記セルスタックを有し、各セルスタックの前記内部マニホールド内に配設された前記流量調節部材の開口の開口面積の総和が、相互に異なっているとよい。
【００１７】
ここで、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、が交互に積層された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を有しており、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっていることを要旨とする。
【００１８】
また、前記仕切面の長手方向に対して中央部の前記開口の開口面積が、前記仕切面の長手方向に対して端部の前記開口の開口面積に比べて広く設けられているとよい。
【００１９】
また、前記複数の開口のうち少なくとも一部の開口において、前記仕切面の長手方向に対する方向の寸法が、該方向に交差する方向に沿って、分布を有しているとよい。
【発明の効果】
【００２０】
上記発明にかかる固体酸化物形燃料電池は、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が設けられた流量調節部材を有し、流量調節部材は、仕切面に、内部マニホールド内のガスを気体流通部のそれぞれに流通可能な複数の開口を有しており、複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっている。そのため、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開口の開口面積によって規定され、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、層間で相互に異なったものとなる。
【００２１】
このように、流量調節部材の仕切面に設ける開口の開口面積を、対応するセパレータの位置に応じて調節することで、各セパレータを介して各単セルに供給するガスの分配量を、自由に設定することができる。その結果、発電に利用することができるガスの量、また、発電中の各単セルにガスが接触することによる燃料利用率や空気利用率を、積層構造における位置に応じて制御し、各単セルの発電時の状態を制御することができる。その結果、例えば、単セル間の発電時の状態のばらつきを抑制することや、単セル間の発電状態に意図的に分布を設けることが可能となる。これにより、固体酸化物形燃料電池の発電分布を均一化することができ、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００２２】
また、流量調節部材の仕切面に設けた開口の開口面積を調整するだけで、各セパレータに供給するガスの流量を調整できるので、ガス流量の調整を目的として、各セパレータの気体流通部を、精密に設計、製造する必要がなくなる。また、気体流通部の形状や配置の異なるセパレータを多数製造する必要もなくなる。よって、固体酸化物形燃料電池の構成を、簡素なものとすることができる。
【００２３】
また、複数のセパレータのうち少なくとも一部が、気体流通部の形状および配置が同じである場合には、気体流通部の形状および配置が同じである複数のセパレータにおいても、流量調節部材の仕切面に設けた開口の開口面積を調整することにより、ガスの流量を層間で相互に異ならせることができる。また、気体流通部の形状や配置が異なるセパレータを複数種製造する必要がなく、固体酸化物形燃料電池の製造コストを抑制できる。
【００２４】
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、内部マニホールドに挿入されており、開口が設けられた仕切面は、気体流通部に対向する筒状体の外壁であり、内部マニホールドに供給されるガスが、中空部を流通して開口から気体流通部に流出する場合には、筒状の部材の外壁に、所望の開口面積を有する開口を形成するだけの簡素な構成で、流量調節部材を形成することができる。また、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、各セパレータの気体流通部に、各開口の開口面積に応じた流量のガスを供給することが可能となる。また、燃料電池単セルとセパレータよりなる積層構造を組み上げるに際し、単セルおよびセパレータを１層ずつ順に、それぞれの通気孔に筒状の流量調節部材を挿通しながら配置することで、各単セルおよびセパレータの相互間の位置決め、また単セルとセパレータの積層構造と流量調節部材との間の位置決めを、簡便に達成することができる。
【００２５】
また、流量調節部材が内部マニホールドに挿入されて、燃料電池単セルおよびセパレータに対して固定されている場合には、流量調節部材を含む固体酸化物形燃料電池の構造を、強固なものとすることができる。また、各セパレータを介して各燃料電池単セルに供給するガスの分配量を、長期にわたり、設計通りに維持することができる。よって、経時変化によらない発電状態のばらつきを抑制する等の目的で、恒常的にガスの分配量に分布を形成する用途に、特に好適に適用することができる。
【００２６】
また、流量調節部材が、燃料極に導入する燃料ガスが流通する内部マニホールド内に配設されている場合には、燃料極に導入する燃料ガスの流量の分配量を設定することにより、燃料極における電極反応の状態を制御することで、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た各層のＳＯＦＣ単セルにおける発電状態を制御することができる。そのため、燃料ガスの利用率を改善して、発熱のインフレーションを抑制することができる。これにより、燃料電池単セルの劣化を抑制することができる。
【００２７】
また、流量調節部材が、仕切面に複数の開口が設けられており、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、中央部の開口の開口面積が、端部の開口の開口面積に比べて広く設けられている場合には、積層構造の中央部に供給するガスの流量の分配量を、積層構造の端部に供給するガスの流量の分配量に比べて、増やすことができる。
【００２８】
固体酸化物形燃料電池の積層方向の中央部の層は、端部の層に比べて、発電状態による発熱が層の内部に籠る傾向にある。そのため、積層構造の中央部に供給するガスの流量の分配量を、積層構造の端部に供給するガスの流量の分配量に比べて、増やすことにより、積層構造の中央部の層を、端部の層に比べて、燃料利用率や空気利用率を下げ、高温による負荷を低減して、固体酸化物形燃料電池の発電分布を均一化することができる。これらにより、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００２９】
また、複数の開口のうち少なくとも一部の開口において、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の寸法が、該方向に交差する方向に沿って、分布を有している場合には、固体酸化物形燃料電池の積層方向に沿った各層において、１つの燃料電池単セル内の場所ごとに、供給するガスの量を調節することができる。それにより、各単セル内の場所ごとの発電時の状態を制御することができる。その結果、例えば、単セル内の場所ごとの発電時の状態のばらつきを抑制することや、単セル内の場所ごとの発電状態に意図的に分布を設けることが可能となる。これにより、単セル内の場所ごとの発電分布を均一化することができ、単セルの発電効率を向上させることができる。
【００３０】
また、固体酸化物形燃料電池が、複数のセルスタックを有し、各セルスタックの内部マニホールド内に配設された流量調節部材の開口の開口面積の総和が、相互に異なっている場合には、セルスタックごとに、供給するガスの総量を調節することができる。例えば、ガスが容易に流通するセルスタックには開口面積の総和が小さい流量調節部材を配設し、ガスが流通することが困難であるセルスタックには開口面積の総和が大きい流量調節部材を配設することができる。これにより、多数のセルスタックにより発電モジュールを構成する場合において、複数のセルスタックの相互配置や、他の装置との配置関係、また、多数のセルスタックにガスを供給する供給路の構成等に起因して生じる可能性があるセルスタック間での発電状態や発熱量の差を、緩和することができる。
【００３１】
ここで、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池の流量調節部材は、ＳＯＦＣの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を有しており、複数の開口のうち少なくとも一部の開口面積は、相互に異なっている。そのため、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た際に、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や燃料ガスの流量は、開口の開口面積によって規定される。このように、流量調節部材の仕切面に設ける開口の開口面積を、対応するセパレータの位置に応じて調節することで、各セパレータを介して各単セルに供給するガスの分配量を、自由に設定することができる。その結果、発電に利用することができる空気極ガスおよび／または燃料ガスの量、また、発電中の各単セルにガスが接触することによる燃料利用率や空気利用率を、積層構造における位置に応じて制御し、各単セルの発電時の状態を制御して、固体酸化物形燃料電池の発電分布を均一化することができる。これらにより、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上させることができる。また、ガス分配量を積層構造において調整するために、内部マニホールドに配置する部材を用いることで、セパレータの流量の設計等による場合よりも、ガス分配量の調整を簡便に達成することができる。
【００３２】
また、仕切面の長手方向に対して中央部の開口の開口面積が、仕切面の長手方向に対して端部の開口の開口面積に比べて広く設けられている場合には、仕切面の長手方向に対して中央部に供給するガスの分配量を、仕切面の長手方向に対して端部に供給するガスの分配量に比べて、増やすことができる。そのため、流量調節部材を内部マニホールド内に配設することにより、積層構造の中央部の層を、端部の層に比べて、燃料利用率や空気利用率を下げ、高温による負荷を低減して、固体酸化物形燃料電池の発電分布を均一化することができる。また、発電中の燃料電池単セルに低温のガスが接触することにより、積層構造の中央部の層を、端部の層に比べて、より冷却することができる。これらにより、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００３３】
また、複数の開口のうち少なくとも一部の開口において、仕切面の長手方向に対する方向の寸法が、該方向に交差する方向に沿って、分布を有している場合には、仕切面の長手方向に沿った各開口において、１つの燃料電池単セル内の場所ごとに、供給するガスの量を調節することができる。それにより、各単セル内の場所ごとの発電時の状態を制御することができる。その結果、例えば、単セル内の場所ごとの発電時の状態のばらつきを抑制することや、単セル内の場所ごとの発電状態に意図的に分布を設けることが可能となる。これにより、単セル内の場所ごとの発電分布を均一化することができ、単セルの発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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固体酸化物形燃料電池の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】
【００３５】
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。
【００３６】
［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。
【００３７】
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２ａ，２ｂが設けられており、流量調節部材６が供給路２ａ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に供給する燃料ガスＧ２の流量の分配量を設定す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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
セルスタック１を構成する全てのセパレータ４は、設計において、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となるように設けられている。また、燃料ガスＧ２が流通する燃料ガス流路７１の形状および配置が同じとなるように設けられている。つまり、同じ設計形状を有している。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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つの平行な経路を有しており、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。同様に、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つの平行な経路を有しており、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。
【００４５】
ここで、セルスタック１における燃料ガスＧ２および空気極ガスＧ１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、供給路２ａの内部空間に流量調節部材６が配置され、燃料ガスＧ２は流量調節部材６を介して導入されるが、まず、流量調節部材６を省略して燃料ガスＧ２の経路について説明する。
【００４６】
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。また、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。
【００４７】
燃料ガスＧ２は、図１の矢印Ａに示すように、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、単セル３０の燃料極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、矢印Ｂに示すように、供給路２ｂを通って、セルスタック１の外部に導かれる。図示は省略するが、空気極ガスＧ１も同様に、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、ＳＯＦＣ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、セルスタック１の外部に導かれる。
【００４８】
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。
【００４９】
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、燃料ガスＧ２が流通する供給路２ａ内に配設されており、セルスタック１に供給される燃料ガスＧ２は、直接、供給路２ａ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、燃料ガス流路７１に導入され、燃料極３３に供給される。なお、本実施形態においては、空気極ガスＧ１を導入する供給路１ａ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内に供給される空気極ガスＧ１は、図２に示す供給路１ａ内を直接、流通して、空気流路８１に導入され、空気極３２に供給される。
【００５０】
［流量調節部材］
次に、上記セルスタック１に配設する本発明の一実施形態にかかる流量調節部材６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。
【００５１】
流量調節部材６は、セルスタック１において、燃料ガスＧ２を導入する供給路２ａ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の燃料極３３に供給する燃料ガスＧ２の流量を、規定できる部材である。
【００５２】
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２ａ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２ａ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の燃料ガス流路７１に面する面となる。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６０，６０ａが設けられている。複数のスリット６０，６０ａ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２ａ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の燃料ガス流路７１の数および位置に対応するものとなっている。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。
【００５３】
また、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（高さｈ）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。なお、スリット６０の開口面積は、最も広いものでも、セパレータ４の燃料ガス流路７１の溝部が走る方向に直交する断面積よりも、小さくなっている。
【００５４】
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、燃料極３３に導入する燃料ガスＧ２が流通する供給路２ａ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２ａの燃料ガスＧ２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２ａ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に示す燃料ガス流路７１のそれぞれに対向するように、供給路２ａの内部空間への挿入位置が規定される。流量調節部材６は、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。
【００５５】
このように、流量調節部材６を供給路２ａ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）から燃料ガスＧ２を導入すると、燃料ガスＧ２は、スリット６０を通って、中空部６ｂから各セパレータ４の燃料ガス流路７１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、燃料ガスＧ２は、スリット６０のみからセパレータ４の燃料ガス流路７１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の燃料ガス流路７１を介して、各単セル３０の燃料極３３に燃料ガスＧ２が供給される。
【００５６】
この際、上記のように、各スリット６０の開口面積が、セパレータ４の燃料ガス流路７１の断面積よりも小さく設定されていることにより、各セパレータ４の燃料ガス流路７１に供給される燃料ガスＧ２の流量は、対応する各スリット６０の開口面積に応じて規定される。つまり、各スリット６０の開口面積が大きいほど、対応するセパレータ４の燃料ガス流路７１に供給される燃料ガスＧ２の流量が大きくなり、燃料ガスＧ２の流量は、スリット６０の開口面積に略比例する。上記のように、流量調節部材６の仕切面６ｃに設けられたスリット６０の開口面積は、相互に異なっている。そのため、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の燃料ガス流路７１に、スリット６０を介して供給される燃料ガスＧ２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の燃料ガス流路７１に導入される燃料ガスＧ２の流量が大きくなる。
【００５７】
このように、セルスタック１において、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の分配量を、流量調節部材６に設けたスリット６０の開口面積に応じて、設定することができる。そして、各スリット６０の開口面積を異ならせることで、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量に、単セル３０ごとの分布を形成することができる。図３に示したような、仕切面６ｃの長手方向に対して中央部のスリット６０ａの開口面積が、仕切面６ｃの長手方向に対して上方のスリット６０および下方のスリット６０の開口面積に比べて、広く設けられている流量調節部材６を用いることにより、積層方向Ｘに沿って、供給路２ａの流路の中央部に供給する燃料ガスＧ２の流量の分配量が、供給路２ａの流路の上方および下方に供給する燃料ガスＧ２の流量の分配量に比べて、大きくなる。
【００５８】
各単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量を調整することで、各単セル３０の発電時の状態を制御することができる。よって、流量調節部材６に設ける各スリット６０の開口面積を異ならせることで、単セル３０ごとに、発電時の状態を制御することが可能となる。例えば、各単セル３０への燃料ガスＧ２の供給量に分布を形成することで、単セル３０間に発電時に発生する意図しない状態のばらつき、例えば、発電量のばらつきや温度のばらつき等を抑制することにより、セルスタック１の発電効率を高めることができる。あるいは、単セル３０間の発電時の状態に、意図的に不均等な分布を形成することもできる。
【００５９】
上記で説明した本実施形態にかかるセルスタック１においては、セルスタック１におけるＸ方向に沿った位置の差によって生じうる発電時の発熱量の差を、単セル３０への燃料ガスＧ２の分配量に分布を形成することで、緩和するものである。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２ａに導入された燃料ガスＧ２は、供給路２ａから直接、燃料ガス流路７１に流通して、単セル３０の燃料極３３に供給される。セルスタック１において、単セル３０に供給する燃料ガスＧ２を、燃料極３３における反応ガスとして用い、セルスタック１を構成する各単セル３０において、発電が行われる。このとき、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った中央部の単セル３０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。
【００６０】
また、単セル３０やセパレータ4の温度が高くなると、燃料ガス流路７１を流れる燃料ガスＧ２の気体粘性が高くなり、燃料極３３に燃料ガスＧ２が供給されにくくなる。すると、燃料ガスＧ２の量が少ない状態で単セル３０が発電を行わなければならなくなる。各単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量が、発電量との比において小さくなると、燃料利用率が低下するが、燃料利用率が低い条件で発電を行うほど、単セル３０が過酷な環境にさらされることになり、劣化が起こりやすくなる。加えて、ある単セル３０が、燃料ガスＧ２の少ない状態で発電を行うと、その単セル３０の内部抵抗が上昇し、発電量が低下することになる。セルスタック１を構成する各単セル３０は、直列に電気接続されており、全単セル３０を流れる電気量が同じになっているため、一部の単セル３０において内部抵抗の増大が起こり、発電量が小さくなると、全単セル３０の発電量が、その単セル３０に合わせて制限されてしまうことになる。よって、発熱による燃料ガスＧ２の気体粘性の増大の結果として、積層構造の中央部の単セル３０の内部抵抗が上昇すると、その単セル３０だけでなく、セルスタック１を構成する全単セル３０の発電量が制限されてしまうことになり、セルスタック１全体で、発電量が低下してしまう。
【００６１】
さらに、単セル３０の内部抵抗の高くなった状態で発電を行うと、単セル３０の発熱量はますます増加する。その結果、セルスタック１の中央部の温度がますます高くなり、気体粘性の上昇と、それに伴う単セル３０の内部抵抗の増大や劣化、セルスタック１全体における発電量の低下が、加速的に進行する可能性もある。
【００６２】
そこで、スリット６０の開口面積が、長手方向中央部において大きく、端部において小さくなった流量調節部材６を、セルスタック１の供給路２ａに挿入することで、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に供給する燃料ガスＧ２の流量の分配量を、上方および下方の単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量の分配量に比べて、増やすことにより、高温によって気体粘性の上昇しやすい、積層方向Ｘに沿った中央部の単セル３０にも、燃料ガスＧ２が供給されやすくなり、実質的な燃料ガスＧ２の流量（実際に燃料ガス流路７１を流れて発電に利用できる燃料ガスＧ２の量）の均一性を、積層構造全体において、高めることができる。これにより、セルスタック１を構成する各単セル３０の発電量のばらつきを低減することができ、高温による気体粘性上昇が起こりやすい積層方向Ｘの中央部の単セル３０によって、直列に電気接続された各単セル３０の発電量が制限される事態を、緩和することができる。その結果、セルスタック１全体として、発電効率を上昇させることができる。
【００６３】
また、中央部の単セル３０において、燃料極３３に供給される燃料ガスＧ２の量を増やし、燃料利用率を下げることで、中央部の単セル３０において、内部抵抗を低減し、発熱を抑制することができる。その結果、中央部での温度上昇自体を抑え、高温による気体粘性の上昇を起こりにくくすることができる。すると、積層構造中央部の単セル３０に制限されて、積層構造全体の発電量が制限されるという事態が発生しにくくなる。また、発熱によって過酷な環境にさらされやすい積層方向の中央部の単セル３０において、燃料利用率の高さによって劣化が促進されるのを抑制することができ、セルスタック１の発電効率を長期にわたって維持しやすくなる。
【００６４】
このように、セルスタック１の積層構造の中央部での発熱によって生じうる、中央部の単セル３０の劣化や、セルスタック１全体の発熱効率の低下を、中央部でスリット６０の開口面積の大きくなった流量調節部材６を燃料ガスＧ２の供給路２ａに配置することで、緩和し、セルスタック１の耐久性および発電効率を向上させることができる。なお、積層構造中央部の単セル３０の燃料極３３に供給する燃料ガスＧ２の量を多くしすぎても、発電量の増大によって、単セル３０の発熱がかえって促進される場合がある。よって、中央部のスリット６０ａの開口面積は、そのような発電量の増大による発熱の促進を起こすことなく、実質的な燃料ガスＧ２の流量の均一化の効果や、燃料利用率の上昇による内部抵抗の低減の効果が得られる範囲に、とどめておくことが好ましい。
【００６５】
セルスタック１における位置に応じて生じうる単セル３０の発電時の状態の差を、開口面積の異なるスリット６０を有する流量調節部材６を用いて緩和する他の形態として、後にも「その他の実施形態」として説明するように、供給路２ａを流れる燃料ガスＧ２の圧力の分布に起因する発電状態を緩和する形態を挙げることができる。単セル３０の発電時の状態は、発熱量と、供給路２ａにおける燃料ガスＧ２の圧力の両方に依存し、いずれによる影響の緩和に着目するかによって、流量調節部材６のスリット６０の開口面積を位置に応じてどのように設定すべきかは変化しうる。セルスタック１の具体的な構成や具体的な発電条件に応じて、いずれか大きい方の影響を緩和できるように、あるいは両方の影響を緩和できるように、各スリット６０の開口面積を設定すればよい。
【００６６】
以上のように、開口面積の異なるスリット６０を有する流量調節部材６を用いて、各セパレータ４を介して各単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量を調節することにより、特許文献1に記載されるように、セパレータ４における燃料ガス流路７１の設計によらなくても、燃料ガスＧ２の流量を調節することができる。また、セルスタック１を構成するセパレータ４の少なくとも一部、好ましくは全てを、同じ形状および配置の燃料ガス流路７１を有する、同じ設計のセパレータ４として構成することができる。よって、燃料ガス流路７１の形状や配置の異なる多数のセパレータ４を高精度で設計し製造するようなことを行わなくても、各セパレータ４の燃料ガス流路７１を介して単セル３０に供給する燃料ガスＧ２の流量を、多様に調節することが可能となる。また、筒状体の壁面にスリット６０を有する簡素な構成の流量調節部材６を、セルスタック１の供給路２ａの内部空間に挿入するだけで、そのような流量調整を達成することができる。よって、燃料ガスＧ２の流量の分配の自由な設定を行えるセルスタック１を、簡素な構成により、また、低コストで、製造することができる。
【００６７】
以上で説明した形態においては、流量調節部材６は、燃料極３３に導入する燃料ガスＧ２が流通する供給路２ａの内壁面２０に固定されている。よって、流量調節部材６およびセルスタック１の設計時に設定した各単セル３０への燃料ガスＧ２の流量配分の比率は、時間を経ても維持される。これにより、上記で説明した積層構造のＸ方向の中央部において両端部よりも大きくなる発熱量の分布のように、経時変化の少ない発電状態の分布の影響を定常的に緩和することができる。
【００６８】
流量調節部材６は、供給路２ａと各セパレータ４の燃料ガス流路７１の間を区画し、両者の間の燃料ガスＧ２の流通を遮断する仕切面６ｃを有し、その仕切面６ｃに開口面積の異なるスリット６０を複数有するものであれば、具体的な構造は特に限定されない。しかし、上記で説明したように、筒状体の壁面の一部として仕切面６ｃを構成することで、簡素な構成を有し、簡便に製造でき、また簡便にセルスタック１の供給路２ａの内部空間に挿入して、配置することができる流量調節部材６とすることができる。そして、流量調節部材６の内部空間に対する供給路２ａの中空部内の気密性を確保しながら、各セパレータ４の燃料ガス流路７１に、各スリット６０の開口面積に応じた流量の燃料ガスＧ２を供給することが可能となる。また、そのように、筒状部材として流量調節部材６を構成することで、セルスタック１の組み付けの精度および簡便性を高めることができる。つまり、ＳＯＦＣ単セルユニット３とセパレータ４よりなる積層構造を組み上げるに際し、ＳＯＦＣ単セルユニット３およびセパレータ４を１層ずつ順に、燃料ガス通過孔７，９に筒状の流量調節部材６を挿通しながら配置することで、各単セル３０およびセパレータ４の相互間の位置決め、またＳＯＦＣ単セルユニット３とセパレータ４の積層構造と流量調節部材６との間の位置決めを、簡便に達成することができる。
【００６９】
なお、上記の実施形態においては、流量調節部材６は、供給路２ａに配置しているが、供給路２ａの代わりに、あるいは供給路２ａに加えて、供給路２ｂに配置することもできる。また、セルスタック１に燃料ガスＧ２を供給する供給路２ａ，２ｂの代わりに、あるいは燃料ガスＧ２を供給する供給路２ａ，２ｂに加えて、流量調節部材６を空気極ガスＧ１を供給する供給路１ａ，１ｂに配設することもできる。流量調節部材６を空気極ガスＧ１を供給する供給路１ａ，１ｂ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の空気流路８１を介して各単セル３０の空気極３２に供給すべき空気極ガスＧ１の流量に応じて、流量調節部材６のスリット６０の開口面積を設定することにより、セルスタック１の積層方向Ｘに沿って、各層のセパレータ４を介して各単セル３０に供給する空気極ガスＧ１の流量の分配量を設定することができる。これにより、各層単セル３０における温度分布や空気極ガスＧ１の圧力分布等に起因する発電状態を、制御することができる。
【００７０】
特に、空気極ガスＧ１は、発電中の単セル３０の冷却に、効果的に用いることができる。つまり、上記のセルスタック１の積層方向Ｘの中央部の単セル３０のように、高温になりやすい箇所に、空気極ガスＧ１を多量に供給できるように、空気極ガスＧ１の供給路１ａ，１ｂに設ける流量調節部材６のスリット６０の開口面積を設定しておくことで、そのような箇所の高温化を抑制することができる。ただし、上記のように、セルスタック１の積層方向Ｘに沿って中央部で大きくなる発熱量の分布を緩和する目的に、流量調節部材６を設ける場合には、燃料ガスＧ２が流通する供給路２ａ，２ｂに流量調節部材６を設ける方が、空気極ガスＧ１が流通する供給路１ａ，１ｂに設けるよりも、発熱量の分布を緩和する効果に優れる。
【００７１】
［その他の実施形態］
上記の実施形態以外にも、セルスタック１の具体的な構成や配置、使用条件に応じて、流量調節部材６のスリット６０の開口面積の設定により、単セル３０の発電状態のばらつきによる影響を緩和することができる。以下、複数の形態について簡単に説明する。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。
【００７２】
（１）圧損による影響の緩和
細長い供給路２ａの一端から燃料ガスＧ２を導入し、他端に到達させる場合に、動圧および／または静圧により、供給路２ａの上流と下流を結ぶ方向に沿った位置に応じて、燃料ガスＧ２の圧力に不均一な分布が生じる。もし、流量調節部材６を用いず、全て同じ断面積を有する各セパレータ４の燃料ガス流路７１に供給路２ａから直接燃料ガスＧ２を供給するとすれば、供給路２ａ内の燃料ガスＧ２の圧力が高い位置において、燃料ガス流路７１に流出し、単セル３０での発電に用いられる燃料ガスＧ２の流量が大きくなる。そこで、上記のように、スリット６０の開口面積を、長手方向に沿って、供給路２ａ，２ｂ内の燃料ガスＧ２の圧力が高くなる位置において小さく、圧力が低くなる位置において大きくなった流量調節部材６を用いればよい。これにより、供給路２ａの上流と下流を結ぶ位置に応じた燃料ガスＧ２の圧力の不均一な分布を緩和することができ、セルスタック１において、燃料ガスＧ２の圧力の分布に起因する発電時の単セル３０の状態における差を緩和することができる。
【００７３】
例えば、セルスタック１が、セルスタック１の積層方向Ｘに沿って上方に比べて下方になる層ほど燃料ガスＧ２が流通しにくい高圧損の状態となっている場合には、流量調節部材６のスリット６０の開口面積を、スリット６０の長手方向に沿った上方に比べて下方になるほど広く設けることが考えられる。つまり、圧損が低い上方の層に流通する流量調節部材６のスリット６０の開口面積を狭く設け、圧損が高い下方の層に流通するスリット６０の開口面積を広く設けることになる。このように、スリット６０の開口面積を、セルスタック１の積層方向Ｘに沿って下方になる層ほど広く設けることにより、セルスタック１の積層方向Ｘに沿って下方の単セル３０においても、上方の単セル３０と同様に、燃料極３３に実質的に供給される燃料ガスＧ２の量を確保し、セルスタック１全体において、燃料ガスＧ２の供給量の均一性を高めることができる。空気極ガスＧ１についても、同様にして、圧損による各単セル３０への供給量の不均一性を緩和することができる。
【００７４】
（２）燃料電池単セル内での不均一性の緩和
ここまでは、多数の単セル３０が積層されたセルスタック１において、積層方向Ｘに沿った各層の間で生じうる発電状態や発熱量の不均一性を、流量調節部材６のスリット６０の開口面積の設定によって燃料ガスＧ２や空気極ガスＧ１の流量配分を調整することで緩和する形態について説明した。そのような層間の不均一性に加え、セルスタック１の各層を構成する各単セル３０の中でも、発電状態や発熱量に場所ごとの不均一性が生じる可能性があり、そのような層内の不均一性も、スリット６０を有する流量調節部材６によって、緩和することが可能である。このような、層内の発電状態の不均一性の緩和は、流量調節部材６のそれぞれのスリット６０の開口形状を、上記実施形態のような長方形から変更し、層内の各部位における開口寸法に分布を設けることで、達成することができる。例えば、それぞれのスリット６０の中で、位置ごとに高さｈに変化を設ければよい。
【００７５】
セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各層において、平行に並んだ多数の溝状の燃料ガス流路７１のうち、単セル３０の中央部の燃料ガス流路７１ばかりを燃料ガスＧ２が流通して、単セル３０の端部の燃料ガス流路７１には燃料ガスＧ２が流通することが困難になる場合が起こりうる。この場合には、各スリット６０の開口の形状を、長方形ではなく、スリット６０の幅方向（高さ方向ｈに直交する方向）に沿って、中央部に比べて、幅方向に沿って両端部になるほど開口高さｈが大きくなるように設けることができる。つまり、スリット６０の高さｈが、スリット６０の幅方向に沿った両端部に比べて中央部に近づくほど低くなった略鼓型の開口形状を設けることができる。これにより、単セル３０の中央部に比べて、単セル３０の端部に多量の燃料ガスＧ２を供給することができる。そのため、セルスタック１の積層方向Ｘに沿った各層において、単セル３０内の場所ごとの燃料ガスＧ２の流量分布を緩和することができる。
【００７６】
空気極ガスＧ１についても、空気極ガスＧ１の供給路１ａ，１ｂに配置する流量調節部材６の各スリット６０の開口形状によって、各層の単セル３０の空気極３２への供給量を、単セル３０内の位置に応じて調整することができる。例えば、上記のように、セルスタック１の積層構造の中央部が高温化しやすいのと同様に、１つの単セル３０の中でも、単セル３０の面の端部（外周部）よりも、中央部において、熱を発散しにくく、高温になりやすい。そこで、単セル３０の中央部に、端部よりも多量の空気極ガスＧ１を供給するようにし、単セル３０の中央部において、端部よりも、空気極ガスＧ１による冷却効果を大きく得られるようにすることが、考えられる。この場合には、空気極ガスＧ１の供給路１ａ，１ｂに配置する流量調節部材６のスリット６０のそれぞれの開口形状を、幅方向に沿った中央部で、端部よりも高さｈが大きくなるようにしておけばよい。つまり、各スリット６０を、幅方向に沿って両端部から中央部に近づくほど高さｈが大きくなった、両凸レンズのような形状に形成しておけばよい。これにより、単セル３０に端部に比べて、中央部に多量の空気極ガスＧ１が流通され、発熱しやすい単セル３０中央部を効率的に冷却することができる。
【００７７】
（３）複数の燃料電池単セル間での発電状態等の不均一性の緩和
また、多数のセルスタック１、改質器、燃料器等の高温制御部を断熱材で覆った発電モジュールを構成する場合がある。この際に、複数のセルスタック１の相互配置や、他の装置との配置関係、また、多数のセルスタック１に燃料ガスＧ２や空気極ガスＧ１を供給する供給路の構成等に起因して、セルスタック１間で、発電状態や発熱量に差が生じる可能性がある。このようなセルスタック１間での発電状態や発熱量の差も、各セルスタック１に設ける流量調節部材６によって、緩和することができる。
【００７８】
例えば、発電モジュール内で、各セルスタック１に燃料ガスＧ２を供給する供給路２ａ，２ｂの配管構成等に起因して、発電モジュール内の複数のセルスタック１において、燃料ガスＧ２が容易に流通するセルスタック１と、燃料ガスＧ２が流通することが困難であるセルスタック１が出現する場合がある。具体的には、燃料ガスＧ２の供給路２ａ，２ｂの入口側に近いセルスタック１ほど燃料ガスＧ２が入り易く、燃料ガスＧ２の出口側に近いセルスタック１ほど燃料ガスＧ２が入りにくいケースが考えられる。この場合には、各スリット６０の開口面積の総和が異なる複数種類の流量調節部材６を用いて、燃料ガスＧ２が容易に流通するセルスタック１には開口面積の総和が小さい流量調節部材６を配設し、燃料ガスＧ２が流通することが困難であるセルスタック１には開口面積の総和が大きい流量調節部材６を配設することができる。これにより、発電モジュールを構成する各セルスタック１間における燃料ガスＧ２の流通分布を緩和し、各セルスタック１の発電効率を均一化させて、発電モジュール全体としての発電効率を向上することができる。
【００７９】
また、複数のセルスタック１のうち、他のセルスタック１に周囲を囲まれたセルスタック１や、改質器等、他の発熱する構成部材の近傍に配置されたセルスタック１は、その他のセルスタック１よりも、熱を発散しにくく、高温になりやすい。そこで、そのような高温になりやすいセルスタック１において、高温になりにくいセルスタック１よりも、スリット６０の開口面積の総和を大きくした流量調節部材６を、空気極ガスＧ１の供給路１ａ，１ｂに配置するようにすればよい。これにより、配置に起因して高温になりやすいセルスタック１を、効率的に冷却することができる。
【００８０】
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】
【００８１】
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）
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】
2019175595.tif 000003
【図２】
2019175595.tif 000004
【図３】
2019175595.tif 000005