(57)【要約】【課題】起動時のスタック昇温均熱性と発電時の良好な放熱性を保ちつつ、加熱源や冷却源からのガス流を妨げない構造を有する放熱部を備える固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。【解決手段】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックＳは、燃料極層と空気極層と固体電解質層とを含む単セルＣを積層して形成され、外周側面の全部又は一部に放熱部１０が形成された平板状の複数の金属部材を備えている。放熱部１０は、突出部１０ａと隙間１０ｂが交互に配置され、加熱源又は冷却源から供給されるガスが隙間１０ｂを経由して積層方向に流れる。これにより、複数の金属部材の放熱部１０は、燃料電池スタックＳの加熱時又は冷却時にガスの流れを妨げないとともに、発電時には良好な放熱性を保つことができる。【選択図】図１
2015032489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極層と、空気極層と、固体電解質層とを含む単セルを積層した固体酸化物形燃料電池スタックであって、
外周側面の全部又は一部に放熱部が形成された平板状の複数の金属部材を備え、
前記複数の金属部材のそれぞれの前記放熱部は、平面視で突出部と隙間が交互に配置され、
加熱源又は冷却源から供給されるガスが、前記複数の金属部材のそれぞれの前記隙間を経由して積層方向に流れることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
前記複数の金属部材は、それぞれの前記放熱部の前記隙間の位置が積層方向で互いに重なるように配置されてい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スタック。
【請求項３】
前記複数の金属部材には、隣接する前記単セルの間を電気的に接続するインターコネクタが含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
前記複数の金属部材には、前記単セルの積層構造の端部に配置された集電板が含まれることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項５】
前記複数の金属部材の各々は平面視で矩形に形成され、
前記放熱部は、発電時の前記矩形の面内の温度分布に応じて、前記矩形の少なくとも２辺で互いに異なる形状を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項６】
前記放熱部は、前記温度分布が高温となる辺における前記突出部が相対的に高い密度で配置されることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項７】
前記放熱部は、前記温度分布が高温となる辺にのみ形成されていることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項８】
前記放熱部は、積層方向の中央の領域に積層される前記金属部材にのみ形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料極層と空気極層と固体電解質層とを含む単セルを積層して形成され、所定の金属部材に放熱部が形成された固体酸化物形燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）は、複数の単セルを積層し、かつ隣接する単セル間にインターコネクタを配置した構造の固体酸化物形燃料電池スタック（以下、燃料電池スタックと呼ぶ）を備えている。この種の燃料電池スタックは、水素と酸素の電気化学的反応により発電を行うので、その損失分による発熱や、あるいは導電材料の電気抵抗で発生するジュール熱による温度上昇が避けられない。燃料電池スタックを構成する金属部材が高温になり過ぎると熱応力によるセル割れや発電効率の低下などの不具合を招く。そのため、燃料電池スタックを構成する金属部材に放熱構造を設けることにより、上述の温度上昇を抑制する種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。このような放熱構造は、例えば、金属部材の外周側面を部分的に延在させ、その部分からの放熱量を増加させることで発電時の温度上昇を抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８１０７９号公報
【特許文献２】特開２０１０−６１９８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２７３１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、燃料電池スタックの発電動作に先立つ起動時には、燃料電池スタックの一端に設けた加熱源により熱流（高温の空気）を発生させ、燃料電池スタックの周囲に沿って熱流を流すことで、燃料電池スタックを十分に昇温させる必要がある。しかしながら、上記従来の燃料電池スタックにおける放熱構造は、金属部材の外周側面で比較的広い領域に配置されるため、加熱源からの熱流が燃料電池スタックの外周を流れる際の妨げとなる。また、燃料電池スタックの発電動作中には、同様の経路で低温の空気を発生する冷却源により、燃料電池スタックの周囲に沿って空気を流すことで、燃料電池スタックを冷却させる場合もある。この場合においても、上記放熱構造は、冷却源からの空気が燃料電池スタックの外周を流れる際の妨げとなることは同様である。以上のように、上記従来の燃料電池スタックにおける放熱構造は、燃料電池スタックの通常の発電時には有効に機能したとしても、それ以外の状況では、加熱源による加熱や冷却源による冷却の際のガス流の抵抗体となるため、燃料電池スタックの起動時や発電動作中の冷却時において昇温や降温が遅くなるという問題がある。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、複数の金属部材に形成した放熱部に対し、発電時には良好な放熱性を保ちつつ、加熱源や冷却源からのガス流を妨げないような構造を付与した固体酸化物形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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料極層と、空気極層と、固体電解質層とを含む単セルを積層した固体酸化物形燃料電池スタックであって、外周側面の全部又は一部に放熱部が形成された平板状の複数の金属部材を備え、前記複数の金属部材のそれぞれの前記放熱部は、平面視で突出部と隙間が交互に配置され、加熱源又は冷却源から供給されるガスが、前記複数の金属部材のそれぞれの前記隙間を経由して積層方向に流れることを特徴としている。
【０００７】
本発明の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、複数の金属部材に形成された放熱部は、突出部と隙間を交互に配置して形成されるので、燃料電池スタックのサイズをそれほど拡大することなく発電時に高い放熱性を保つとともに、金属部材の各辺で突出部と隙間の形状を適宜に設定することで、金属部材の不均一な温度分布を緩和することができる。また、燃料電池スタックの複数の金属部材の放熱部は、それぞれの隙間が加熱源や冷却源からのガスの経路となるように配置され、起動時や発電中の冷却時においてガスの流れを妨げない構造であるため、燃料電池スタックの昇温や降温を速やかに行うことができる。
【０００８】
本発明において、前記複数の金属部材は放熱部の隙間の位置が積層方向で互いに重なるように配置することが望ましい。このような配置により、積層方向に隙間がつながって直線的な経路が形成されるので、加熱源や冷却源からのガスが一層流れやすくなる。
【０００９】
本発明において、燃料電池スタックに含まれる多様な金属部材に前述の放熱部を形成することができる。例えば、隣接する単セルの間を電気的に接続するインターコネクタや、単セルの積層構造の端部に配置された集電板を挙げることができる。それ以外にも、放熱の必要がある様々な金属部材に対し、本発明の放熱部を形成することができる。
【００１０】
本発明の放熱部は多様な形状で形成することができる。例えば、複数の金属部材の各々が平面視で矩形であるとき、発電時の前記矩形の面内の温度分布に応じて、少なくとも２辺で互いに異なる形状を有する放熱部を形成してもよい。この場合、温度分布が高温となる辺における突出部を相対的に高い密度で配置することが望ましい。このように配置することで、高温の領域の近傍の放熱部の表面積を相対的に増加させ、温度分布を均一化することができる。さらに、このような配置を極端にした例として、温度分布が高温となる辺にのみ放熱部を形成することもできる。
【００１１】
また、本発明の放熱部は、積層方向の中央の領域に積層される金属部材にのみ形成することができる。これにより、一般に燃料電池スタックの積層方向に温度勾配があり、両端側に比べて中央側でより高温になるのに対し、上記構造を採用して中央側で十分に放熱することにより、積層方向の温度勾配を緩和することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、固体酸化物形燃料電池スタックの平板状の複数の金属部材に、突出部と隙間を交互に配置してなる放熱部を形成したので、スタックサイズを大きくすることなく発電時の放熱性を向上させることができるとともに、複数の金属部材のそれぞれの隙間が加熱源や冷却源からのガスの経路となるので、起動時や発電中の冷却時においてガスの流れを妨げることなく、燃料電池スタックの昇温や降温を短時間で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の固体酸化物形燃料電池としての燃料電池スタックの斜視図である。
【図２】図１の１個の単セルに関し、各構成要素を分解した状態の模式的な断面構造図である。
【図３】本実施形態の放熱部の第１の実施例を示す図である。
【図４】図３の放熱部の構造を部分的に拡大して示す図である。
【図５】本実施形態の放熱部の第２の実施例を示す図である。
【図６】本実施形態の放熱部の第３の実施例を示す図である。
【図７】本実施形態の放熱部の第４の実施例を示す図である。
【図８】本実施形態の放熱部の第５の実施例を示す図である。
【図９】本実施形態の燃料電池スタックを含む燃料電池システムの要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した固体酸化物形燃料電池の一実施形態について具体的に説明する。図１は、本実施形態の固体酸化物形燃料電池としての燃料電池スタックＳの斜視図を示している。本実施形態においては、基本的な構成単位である単セルＣを複数個積層した燃料電池スタックＳが構成される。図１では、燃料電池スタックＳが４つの単セルＣ（１）、Ｃ（２）、Ｃ（３）、Ｃ（４）を含む例を示しているが、一般には、より多数の単セルＣを積層して燃料電池スタックＳを構成することができる。燃料電池スタックＳは、それぞれの単セルＣを構成する複数の平板状の部材を積層して形成され、上下１対のエンドプレートＥＰによって４つの単セルＣが挟まれた状態で固定されている。
【００１５】
燃料電池スタックＳには、方形の各辺の中央近傍に４つの貫通孔Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄが形成されている。それぞれ、貫通孔Ｈａは燃料ガスの入口側の流路に連通し、貫通孔Ｈｂは空気の入口側の流路に連通し、貫通孔Ｈｃは燃料ガスの出口側の流路に連通し、貫通孔Ｈｄは空気の出口側の流路に連通する。なお、実際には、燃料電池スタックＳを一体的に固定するための複数のボルトや複数のナットが形成され、あるいは貫通孔Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄ以外にも複数のボルトの連結用の複数の貫通孔などが形成されているが、構造の簡略化のため、図１では省略している。
【００１６】
本実施形態の燃料電池スタックＳの構造上の特徴は、燃料電池スタックＳに含まれる所定の金属部材の外周側面に放熱部１０が形成されていることにある。この放熱部１０は、主に燃料電池スタックＳの発電時に金属部材の温度上昇を放熱によって抑制する役割がある。図１の例では、隣接する単セルＣの間の所定の金属部材としてのインターコネクタに対し、その４辺の外周側面に形成された複数の放熱部１０を示している。それぞれの放熱部１０は、各辺から突出する複数の突出部１０ａと複数の隙間１０ｂが交互に配置されてなる。複数の突出部１０ａは互いに同一のサイズであり、複数の隙間１０ｂも互いに同一のサイズである。なお、図１では、複数の突出部１０ａの各々が平面視で矩形状に形成される例を示しているが、突出部１０ａの形状は矩形には限られず、多様な形状で形成することができるが、詳しくは後述する。
【００１７】
また、図１に示すように、上述の放熱部１０が形成される複数の金属部材は、それぞれの複数の突出部１０ａ及び複数の隙間１０ｂの位置が積層方向で互いに重なっている。燃料電池スタックＳの下部には、例えば、運転開始時に燃料電池スタックＳを昇温するためのバーナー（加熱源）や、あるいは発電中の燃料電池スタックＳを冷却するための空気ブロア（冷却源）が配置される構造となっている。よって、本実施形態における上述の複数の隙間１０ｂの配置により、加熱源や冷却源から上方に流れるガス（空気など）の流路Ｆが形成されるので、複数の突出部１０ａによって加熱源や冷却源からのガスの流れが妨げられることがない。なお、流路Ｆと加熱源又は冷却源の関係について詳しくは後述する。
【００１８】
次に図２は、図１の１個の単セルＣに関し、各構成要素を分解した状態の模式的な断面構造を示している。なお、図２においては、図１の流路構造（貫通孔Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄに連通する流路）については省略している。図２に示す単セルＣは、発電機能を担うセル本体２０を備えている。セル本体２０は、下層側から順に、燃料極層２１と、固体電解質層２２と、空気極層２３とが積層形成されてなる。また、単セルＣは、上下１対のインターコネクタ３０、３１と、下側のインターコネクタ３０と燃料極層２１との間に配置された燃料極側集電体３２と、上側のインターコネクタ３１と空気極層２３との間に配置された空気極側集電体３３と、セル本体２０の側面を取り囲む枠体部３４と、燃料極層２１の側の燃料ガスと空気極層２３の側の酸化剤ガスとを隔離するセパレータ３５と、枠体部３４と上下のインターコネクタ３０、３１との間にそれぞれ配置された１対のガスシール部３６、３７とを備えている。
【００１９】
セル本体２０のうち、燃料極層２１は、水素源となる燃料ガスに接触するアノードとして機能し、空気極層２３は、酸素源となる空気ガスに接触するカソードとして機能し、固体電解質層２２は、イオン導電性を有する各種の固体電解質からなる。インターコネクタ３０、３１は、それぞれの上下に隣接する単セルＣとの電気的接続を担う平板状の金属部材である。燃料極側集電体３２は、燃料極層２１と下側のインターコネクタ３０との間の導通を確保する役割があり、空気極側集電体３３は、空気極層２３と上側のインターコネクタ３１との間の導通を確保する役割がある。枠体部３４は、セル本体２０及びセパレータ３５を単セルＣに固定するための金属部材である。セパレータ３５は、可撓性を有する金属製の薄板であり、中央の開口部を取り囲む接合部を介してセル本体２０と接合されている。ガスシール部３６、３７は絶縁材料からなり、単セルＣにおける燃料ガス及び酸化剤ガスのそれぞれの流路をシールする役割がある。
【００２０】
図２に示すように、単セルＣの構成要素のうち、上下のインターコネクタ３０、３１の外周側面に、上述の放熱部１０としての複数の突出部１０ａが形成されている。インターコネクタ３０、３１のうち、複数の突出部１０ａを除いた部分は、平面視で他の板状部材と同じサイズとなっている。各々の突出部１０ａの形状及びサイズについては後述する。
【００２１】
本実施形態の放熱部１０は、インターコネクタ３０、３１以外の金属部材に形成してもよい。例えば、図２の枠体部３４に対して同様の放熱部１０を形成することも可能である。インターコネクタ３０、３１及び枠体部３４の両方に放熱部１０を形成する場合は、図１で説明した流路Ｆを形成するために、それぞれの複数の隙間１０ｂの位置が積層方向で互いに重なる配置にする必要がある。なお、燃料電池スタックＳの上下のエンドプレートＥＰ（図１）に対して同様の放熱部１０を形成することも可能である。このように、燃料電池スタックＳにおいて、発電時に放熱効果を付与すべき所定の金属部材に対し、本実施形態の放熱部１０を形成可能である。ただし、例えば、ガスシール部３６、３７のように非金属の部材に対して放熱部１０を形成することは放熱効果の観点から好ましくない。
【００２２】
以下、本実施形態の放熱部１０の具体例について、図３〜図７を参照して説明する。ここでは、図２のインターコネクタ３０に対して放熱部１０を形成する場合を例にとり、構造が異なる５つの実施例を順次説明する。ただし、以下の説明は、インターコネクタ３０に限らず、図２のインターコネクタ３１、枠体部３４、図１の上下のエンドプレートＥＰ、その他の平板状の金属部材等に対して放熱部１０を形成する場合であっても同様に適用することができる。
【００２３】
図３は、本実施形態の放熱部１０の第１の実施例を示す図である。図３に示すインターコネクタ３０は、例えば、フェライト系ステンレスからなる薄型の金属部材に対し、その４辺４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのそれぞれに放熱部１０が形成されるとともに、図１の貫通孔Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄに対応する４つの開口部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが形成されている。第１の実施例では、４つの辺４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにそれぞれ同じ構造の放熱部１０が形成されている。すなわち、矩形状の複数の突出部１０ａ及び複数の隙間１０ｂが同一のサイズで配置されている。これにより、インターコネクタ３０の放熱部１０による放熱効果は各方向に対して均等になる。
【００２４】
ここで、図４には、図３の放熱部１０の構造を部分的に拡大して示している。図４に示すように、各々の突出部１０ａは、平面視で長さＬ及び幅Ｗ１の矩形状であり、積層方向でインターコネクタ３０の板厚に依存する高さＨに形成される。放熱部１０の放熱効果は、突出部１０ａの個数が多く、かつ各々の突出部１０ａの表面積が大きいほど高くなる傾向がある。図３の例では、各辺に１４個の突出部１０ａが配置されるとともに、各々の突出部１０ａの面積は、
２×Ｗ１×Ｌ＋２×Ｌ×Ｈ＋Ｗ１×Ｈ
として算出されることがわかる。なお、突出部１０ａの長さＬを大きくすれば放熱効果は高くなるが、その分だけ燃料電池スタックＳの全体のサイズが大きくなるので、その制約を受ける。
【００２５】
また、図４に示すように、各々の隙間１０ｂは、平面視で長さＬ及び幅Ｗ２の矩形状である。隙間１０ｂの幅Ｗ２は、図１に示す流路Ｆに沿うガスの流れを妨げない程度に設定することが望ましい。隙間１０ｂの幅Ｗ２が小さ過ぎると、流路Ｆに沿って円滑にガスが流れなくなるし、隙間１０ｂの幅Ｗ２が大き過ぎると、各辺の突出部１０ａの個数が少なくなって、放熱効果が低下する。なお、突出部１０ａの幅Ｗ１と隙間１０ｂの幅Ｗ２がそれぞれ適切に設定されていれば、それらの幅Ｗ１、Ｗ２の大小関係は問わない。また、突出部１０ａ及び隙間１０ｂの各寸法パラメータは特に制約されないが、長さＬや幅Ｗ１、Ｗ２としては、例えば、５〜１０ｍｍ程度の範囲内に設定することができる。
【００２６】
図５は、本実施形態の放熱部１０の第２の実施例を示す図である。第２の実施例に係る放熱部１０は、インターコネクタ３０の４辺に対して非対称に形成されている。すなわち、図５に示すように、２つの辺４０ｃ、４０ｄの側には図３と同様の放熱部１０の構造が形成され、他の２つの辺４０ａ、４０ｂには図３とは異なる放熱部１０の構造が形成されている。このうち、２つの辺４０ａ、４０ｂの側では、複数の突出部１０ａの配置密度が、２つの辺４０ｃ、４０ｄの側に比べて小さくなっており、各々の突出部１０ａは同じサイズであるが、隙間１０ｂの幅Ｗ２（図４）が拡大していることがわかる。
【００２７】
第２の実施例は、例えば、インターコネクタ３０の表面の温度分布が不均一である場合に適用される。ここで、開口部４１ａが燃料ガスの入口側に連通し、開口部４１ｂが空気の入口側に連通するので、それぞれに対応する２辺４０ａ、４０ｂの近傍の領域は比較的低温となる。これに対し、開口部４１ｃが燃料ガスの出口側に連通し、開口部４１ｄが空気の出口側に連通するので、高温になったガスが流れ、それぞれに対応する２辺４０ｃ、４０ｄの近傍の領域は、上記２辺４０ａ、４０ｂの近傍の領域に比べて高温となる。つまり、図５のインターコネクタ３０の平面内の温度分布は、図５の右上から左下に向かって高温になっていく。そのため、放熱部１０の構造は、高温領域の２辺４０ｃ、４０ｄにおいて、低温領域の２辺４０ａ、４０ｂよりも高い密度で突出部１０ａを配置し、前者の放熱量を相対的に高めることで温度分布の均一化を図っている。なお、高温領域の２辺４０ｃ、４０ｄの隙間１０ｂの幅Ｗ２（図４）が流路Ｆに沿うガスの流れを妨げないことを前提とすれば、低温領域の２辺４０ａ、４０ｂの隙間１０ｂの幅Ｗ２はより広いため、流路Ｆに沿うガスの流れを妨げないことは当然である。
【００２８】
図６は、本実施形態の放熱部１０の第３の実施例を示す図である。第３の実施例に係る放熱部１０は、インターコネクタ３０の４辺のうち２辺にのみに形成されている。すなわち、図６に示すように、燃料ガス及び空気の各出口側の近傍における２つの辺４０ｃ、４０ｄの側には図３と同様の放熱部１０が形成されているが、他の２つの辺４０ａ、４０ｂには放熱部１０が存在せず、それぞれの突出部１０ａの配置密度が最小（ゼロ）となる場合に相当する。第３の実施例についても、第２の実施例と同様、例えば、インターコネクタ３０の表面の温度分布が不均一である場合に適用され、インターコネクタ３０の平面内の温度分布が図６の右上から左下に向かって高温になっていく場合に有効である。ただし、第３の実施例は、高温領域の２辺４０ｃ、４０ｄと低温領域の２辺４０ａ、４０ｂのそれぞれの放熱効果は顕著な差があるので、第２の実施例に比べて温度分布がより不均一である場合に適用することが望ましい。
【００２９】
図７は、本実施形態の放熱部１０の第４の実施例を示す図である。第４の実施例に係る放熱部１０は、２つの辺４０ｃ、４０ｄの側にのみ放熱部１０を形成した点は第３の実施例と同様であるが、それぞれの複数の突出部１０ａの配置領域が限定されている点が異なる。すなわち、図７に示すように、辺４０ｃの左半分と辺４０ｄの下半分とを含む局所的な領域に複数の突出部１０ａが配置され、図６と比べると突出部１０ａの個数が半減している。第４の実施例は、インターコネクタ３０の表面の温度分布が不均一であって、特に、燃料ガス及び空気の両方の出口側の近傍における局所的な領域（図７の左下の領域）のみに放熱効果を集中させる場合に適用することができる。
【００３０】
図８は、本実施形態の放熱部１０の第５の実施例を示す図である。第５の実施例に係る放熱部１０は、上述の第１〜第４の実施例（図３〜図７）に係る放熱部１０のうち各々の突出部１０ａの形状を変更した変形例である。すなわち、図３〜図７に示す突出部１０ａの形状は平面視で矩形であるの対し、図８に示すように、第５の実施例では、各々の突出部１０ａが平面視で三角形状に形成されている。第５の実施例の基本的な作用効果は、第１の実施例（図３）と共通である。ただし、図８の突出部１０ａが図３の突出部１０ａよりも表面積が小さい分だけ若干放熱効果が小さくなる一方、隙間１０ｂが外側の部分で幅が広くなるので流路Ｆ（図１）に沿ってガスが若干流れやすくなる。なお第２〜第４実施例における複数の突出部１０ａを、それぞれ図８の突出部１０ａに置き換えることも可能である。
【００３１】
なお、本実施形態の放熱部１０としては、上述の各実施例以外にも多様な構造を採用することができる。例えば、第２〜第４の実施例（図５〜図７）では、４辺の放熱部１０の構造が２パターン存在するが、発熱量の特性などに応じて、４辺の全てでパターンが異なる放熱部１０を採用してもよい。あるいは、放熱部１０における突出部１０ａの構造は、図３のような四角形状や図８のような三角形状には限らず、放熱効果を有する多様な形状で形成することができる。
【００３２】
次に、本実施形態の燃料電池スタックＳの全体構造の変形例について説明する。図１では、燃料電池スタックＳにおいて積層される全ての単セルＣの所定の金属部材（例えば、インターコネクタ３０、３１）に放熱部１０を形成する例を説明したが、本変形例では、積層方向の中央の領域の金属部材に対して選択的に放熱部１０を形成するものである。具体例としては、仮に、図１の燃料電池スタックＳに９個の単セルＣ（１）〜Ｃ（９）がこの順に積層されているとすると、そのうちの中央の３個の単セルＣ（４）、Ｃ（５）、Ｃ（６）の所定の金属部材（例えば、３つの単セルＣ（４）〜Ｃ（６）に対応する４つのインターコネクタ３０、３１）に対してのみ放熱部１０を形成することができる。一般に、燃料電池スタックＳは積層方向の温度勾配があり、上端及び下端では相対的に低温であるのに対し、中央側では相対的に高温となる。よって、燃料電池スタックＳの積層方向の中央の領域で放熱部１０を形成することにより、上述の温度勾配を緩和することができる。この場合も、中央の領域における放熱部１０は、加熱源又は冷却源からのガス流の妨げにならないことは既に説明した通りである。
【００３３】
次に、図９を参照して、本実施形態の燃料電池スタックＳを含む燃料電池システム５０について説明する。図９においては、燃料電池システム５０を構成する要部として、本実施形態の燃料電池スタックＳに加えて、改質器５１、バーナー５２、原燃料ガス供給部５３、バーナー用空気ポンプ５４、発電用空気ポンプ５５、ガス管路５６、５７、弁５８をそれぞれ示している。なお、実際の燃料電池システム５０には、他にも多くの構成要素が含まれるが、図９では省略している。
【００３４】
図９において、燃料電池スタックＳと、改質器５１と、バーナー５２は一体的に断熱容器５９の内部に収容されている。改質器５１は、原燃料ガスを水蒸気により改質し、改質後の燃料ガスを燃料電池スタックＳに送り出す。バーナー５２は、燃料電池スタックＳの起動時に原燃料ガスと空気を燃焼させることにより、改質器５１及び燃料電池スタックＳを発電動作に必要な温度まで加熱する役割がある。バーナー５２の燃焼により加熱された高温の空気は、燃料電池スタックＳの外周側面の流路Ｆを経由して流れるので、これにより燃料電池スタックＳが所定の温度まで昇温する。原燃料ガス供給部５３は、改質器５１及びバーナー５２において用いる原燃料ガス（例えば、都市ガス）を供給する。バーナー用空気ポンプ５４は、バーナー５２において用いる空気を供給し、発電用空気ポンプ５５は、燃料電池スタックＳの発電時に用いる空気を供給する。
【００３５】
また、図９においては、原燃料ガス供給部５３から改質器５１への原燃料ガスが流れるガス管路５７と、原燃料ガス供給部５３からバーナー５２への原燃料ガスが流れるガス管路５６を示すとともに、ガス管路５６に設けられた弁５８を示している。まず、燃料電池スタックＳの起動時には、弁５８を開くことにより、ガス管路５６を経由してバーナー５２に原燃料ガスが送られるので、これによりバーナー５２における燃焼が可能となる。一方、燃料電池スタックＳの発電時に、燃料電池スタックＳの発熱が大きくなったときは、燃料電池スタックＳは熱自立が可能となり、バーナー５２で燃焼加熱の必要はなくなるため、弁５８は閉じられ、バーナー５２に原燃料ガスが送られなくなる。また、発電中、燃料電池スタックＳの発熱が大きすぎる場合は、燃料電池スタックＳの冷却を行うため、バーナー用空気ポンプ５４からバーナー５２を経由して空気が送られる。このとき、燃料電池スタックＳの外周側面の流路Ｆを経由して空気が流れるので、これにより燃料電池スタックＳが冷却される。
【００３６】
以上のように、燃料電池スタックＳの外周側面の流路Ｆは、起動時にバーナー５２が加熱源となる場合、あるいは発電時にバーナー５２が冷却源となる場合のいずれであっても、流れを妨げないことが重要である。よって、本実施形態の放熱部１０の構造を採用することにより、燃料電池スタックＳの放熱部１０としての本来の機能を維持しつつ、バーナー５２を加熱源又は冷却源として用いる際のガス（空気）の流れを妨げることを防止することで、短時間で燃料電池スタックＳの昇温又は冷却を行うことができる。
【００３７】
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、燃料電池スタックＳを構成する各部材の構造、形状、材料、形成方法等については、本発明の作用効果を得られる限り、本実施形態の内容に限定されることなく、適宜に変更することができる。
【符号の説明】
【００３８】
Ｓ…燃料電池スタック
Ｃ…単セル
１０…放熱部
１０ａ…突出部
１０ｂ…隙間
２０…セル本体
２１…燃料極層
２２…固体電解質層
２３…空気極層
３０、３１…インターコネクタ
３２…燃料極側集電体
３３…空気極側集電体
３４…枠体部
３５…セパレータ
３６、３７…ガスシール部
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…辺（インターコネクタ）
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…開口部（インターコネクタ）
５０…燃料電池システム
５１…改質器
５２…バーナー
５３…原燃料ガス供給部
５４…バーナー用空気ポンプ
５５…発電用空気ポンプ
５６、５７…ガス管路
５８…弁
５９…断熱容器
Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄ…貫通孔
ＥＰ…エンドプレート
【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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