(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
内部空間を有するマニホールド本体と、
前記マニホールド本体内に配置された金属製の支持部材と、
を備え、
前記支持部材は、互いに間隔をあけて対向して配置されて上方に延びる一対の支持板を有し、
前記一対の支持板は、前記燃料電池セルの幅方向の両端部の下端面に当接して前記燃料電池セルを下方から支持し、前記マニホールド本体内においてガス流路を画定する、
マニホールド。
【請求項２】
前記支持部材は、前記各支持板の下端縁同士を接続する底板をさらに有する、
請求項１に記載のマニホールド。
【請求項３】
前記支持部材は、前記各支持板の上端縁同士を接続し且つ前記燃料電池セルの下端部を挟むように配置される複数の連結部をさらに有する、
請求項１又は２に記載のマニホールド。
【請求項４】
前記支持板は、２重に折り曲げられた一枚の金属板によって構成される、
請求項１から３のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項５】
前記支持部材は、一枚の金属板によって構成されている、
請求項１から４のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項６】
前記マニホールド本体は、前記支持部材と同じ材質である、
請求項１から５のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項７】
前記マニホールド本体は、
底壁と、
前記底壁の周縁から上方に延びる側壁と、
を有する、
請求項１から６のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項８】
前記側壁は、対向する一対の第１側壁と、対向する一対の第２側壁、を有する、
請求項７に記載のマニホールド。
【請求項９】
前記第１側壁と前記第２側壁との第１境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である、
請求項８に記載のマニホールド。
【請求項１０】
前記底壁と前記側壁との第２境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である、
請求項７から９のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項１１】
前記側壁は、上方に向かって外方に広がるように傾斜する、
請求項７から１０のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のマニホールドと、
前記支持板によって下方から支持される燃料電池セルと、
を備える、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、マニホールド、及び燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている（特許文献１）。各燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びるように、マニホールドに支持されている。マニホールドは、各燃料電池セルのガス流路に、予熱されたガスを分配するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池スタックにおいて、発電効率を向上させるために、各燃料電池セルに供給されるガスを予熱することが好ましい。
【０００５】
本発明の課題は、ガスを効率的に予熱することのできるマニホールド、及び燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係るマニホールドは、燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドである。このマニホールドは、マニホールド本体と、支持部材とを備えている。マニホールド本体は、内部空間を有する。支持部材は、金属製であって、マニホールド本体内に配置されている。支持部材は、一対の支持板を有している。各支持板は、互いに間隔をあけて対向して配置されており、上方に延びている。また、各支持板は、燃料電池セルの幅方向の両端部を下方から支持するように構成されている。各支持板は、マニホールド本体内においてガス流路を画定する。
【０００７】
一対の支持板は燃料電池セルを支持するため、発電時において燃料電池セルで発生した熱によって各支持板は加熱される。この結果、ガスが一対の支持板によって画定されたガス流路を通る間、各支持板によって予熱される。したがって、本発明に係るマニホールドを用いることによって、ガスを効率的に予熱することができる。また、各支持板によって燃料電池セルを支持するため、マニホールド本体の上壁の変形を抑制することができる。
【０００８】
支持部材は、各支持板の下端縁同士を接続する底板をさらに有していてもよい。この場合、各支持板と底板とは、一枚の金属板によって構成されることが好ましい。
【０００９】
支持部材は、複数の連結部をさらに有していてもよい。各連結部は、各支持板の上端縁同士を接続し、且つ燃料電池セルの下端部を挟むように配置される。この構成によれば、各連結部は、燃料電池セルの下端部の両面と接触する。この結果、燃料電池セルと支持部材との接触面積が増加するため、より効率的にガスを予熱することができる。なお、各支持板と各連結部とは、一枚の金属板によって構成されることが好ましい。
【００１０】
支持板は、２重に折り曲げられた一枚の金属板によって構成されてもよい。この構成によれば、金属板を２重に折り曲げることによって、実質的に２枚の金属板によって燃料電池セルを支持することとなる。
【００１１】
好ましくは、支持部材は、一枚の金属板によって構成されている。これによれば、燃料電池スタックの製造コストを低くすることができる。
【００１２】
好ましくは、マニホールド本体は、支持部材と同じ材質である。この構成によれば、支持部材とマニホールド本体との間で温度変化による膨張収縮の差が小さくなるため、マニホールド本体内での支持部材の位置ずれを抑制することができる。
【００１３】
好ましくは、マニホールド本体は、底壁と、底壁の周縁から上方に延びる側壁と、を有する。
【００１４】
好ましくは、側壁は、対向する一対の第１側壁と、対向する一対の第２側壁、を有する。
【００１５】
好ましくは、第１側壁と第２側壁との第１境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である。
【００１６】
好ましくは、底壁と側壁との第２境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である。
【００１７】
好ましくは、側壁は、上方に向かって外方に広がるように傾斜する。
【００１８】
本発明の第２側面に係る燃料電池スタックは、上述したいずれかのマニホールドと、燃料電池セルとを備えている。燃料電池セルは、支持板によって下方から支持される。好ましくは、燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びる支持基板と、支持基板上に配置される発電素子部と、を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガスを効率的に予熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池スタックの斜視図。
【図２】燃料電池セルの斜視図。
【図３】燃料電池セルの拡大断面図。
【図４】燃料電池スタックの断面図。
【図５】燃料電池スタックの断面図。
【図６】上壁の平面図。
【図７】変形例１に係る燃料電池スタックの断面図。
【図８】変形例２に係る燃料電池スタックの断面図。
【図９】変形例２に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１０】変形例３に係る上壁の平面図。
【図１１】変形例４に係る年慮電池スタックの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池セル１０と、マニホールド２０と、を備えている。各燃料電池セル１０は、マニホールド２０によって支持されている。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを分配する。
【００２３】
［燃料電池セル］
各燃料電池セル１０は、マニホールド２０から上方に延びている。燃料電池セル１０の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。各燃料電池セル１０は、集電部材（図示省略）を介して互いに電気的に接続されている。集電部材は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。
【００２４】
図２に示すように、燃料電池セル１０は、複数の発電素子部１１と、支持基板１２とを備えている。各発電素子部１１は、支持基板１２の両面に配置されている。なお、各発電素子部１１は、支持基板１２の片面のみに配置されていてもよい。各発電素子部１１は、燃料電池セル１０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル１０は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図３参照）によって互いに電気的に接続されている。
【００２５】
支持基板１２は、燃料電池セル１０の長手方向に延びる複数のガス流路１２１を内部に有している。なお、支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１０の長手方向と同じ方向である。各ガス流路１２１は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１０の長手方向の両端部において開口している。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部に形成されていないことが好ましい。この燃料電池セル１０の幅方向の両端部の下端面１２２は、後述する支持板４１上に載置されている。
【００２６】
図３に示すように、支持基板１２は、複数の第１凹部１２３を有している。各第１凹部１２３は、支持基板１２の両面に形成されている。各第１凹部１２３は支持基板１２の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【００２７】
支持基板１２は、絶縁性である。すなわち、支持基板１２は、電子伝導性を有していない。支持基板１２は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板１２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１２は、多孔質である。支持基板１２の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００２８】
各発電素子部１１は、燃料極１３、電解質１４、及び空気極１５を有している。また、各発電素子部１１は、反応防止膜１６をさらに有している。燃料極１３は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極１３は、燃料極集電部１３１と燃料極活性部１３２とを有する。
【００２９】
燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に配置されている。詳細には、燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に充填されており、第１凹部１２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部１３１は、第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂを有している。燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に充填されている。
【００３０】
燃料極集電部１３１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部１３１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部１３１の厚さ、並びに第１凹部１２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００３１】
燃料極活性部１３２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部１３２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部１３２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００３２】
電解質１４は、燃料極１３上を覆うように配置されている。詳細には、電解質１４は、あるインターコネクタ１７１から他のインターコネクタ１７１まで燃料電池セル１０の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１０の長手方向において、電解質１４とインターコネクタ１７１とが交互に配置されている。
【００３３】
電解質１４は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質１４は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質１４は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質１４の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３４】
反応防止膜１６は、緻密な材料から構成される焼成体であり、平面視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部１３２と略同一の形状であり、燃料極活性部１３２と略同じ位置に配置されている。反応防止膜１６は、電解質１４内のＹＳＺと空気極１５内のＳｒとが反応して電解質１４と空気極１５との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１６の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３５】
空気極１５は、反応防止膜１６上に配置されている。空気極１５は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極１５は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極１５は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極１５は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極１５の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３６】
電気的接続部１７は、隣り合う発電素子部１１を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部１７は、インターコネクタ１７１及び空気極集電膜１７２を有する。インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に配置されている。詳細には、インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に埋設（充填）されている。インターコネクタ１７１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ１７１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ１７１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ１７１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３７】
空気極集電膜１７２は、隣り合う発電素子部１１のインターコネクタ１７１と空気極１５との間を延びるように配置される。例えば、図３の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、図３の右側に配置された発電素子部１１のインターコネクタ１７１とを電気的に接続するように、空気極集電膜１７２が配置されている。空気極集電膜１７２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。
【００３８】
空気極集電膜１７２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電膜１７２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電膜１７２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜１７２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００３９】
［マニホールド］
図４は、マニホールド本体３の上壁３４及び一方の第２側壁３３の記載を省略した燃料電池スタック１００の斜視図である。図４及び図５に示すように、マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを供給するように構成されている。燃料ガスなどのガスが、導入配管２０１を介して、マニホールド２０の内部空間に供給される。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０を支持している。マニホールド２０は、マニホールド本体３と、支持部材４とを有する。
【００４０】
マニホールド本体３は、直方体状であって、内部空間を有している。マニホールド本体３は、底壁３１、一対の第１側壁３２、一対の第２側壁３３、及び上壁３４を有している。なお、底壁３１、一対の第１側壁３２、及び一対の第２側壁３３は、１つの部材によって構成されている。マニホールド本体３は、例えば、耐熱性を有するような金属によって形成される。より具体的には、マニホールド本体３は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。
【００４１】
底壁３１は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。底壁３１は、平面視において、長手方向（ｚ軸方向）と幅方向（ｙ軸方向）を有している。
【００４２】
一対の第１側壁３２は、底壁３１の対向する一対の縁部のそれぞれから上方に延びている。詳細には、各第１側壁３２は、底壁３１の縁部のうち、長手方向（ｚ軸方向）に延びる一対の縁部から上方に延びている。第１側壁３２は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びている。すなわち、複数の燃料電池セル１０の並ぶ方向に延びている。一対の第１側壁３２は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに対向している。
【００４３】
一対の第２側壁３３は、底壁３１の残りの対向する縁部から上方に延びている。詳細には、各第２側壁３３は、底壁３１の縁部のうち、幅方向（ｙ軸方向）に延びる一対の縁部から上方に延びている。また、各第２側壁３３は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。すなわち、各第２側壁３３は、燃料電池セル１０の幅方向に延びている。各第２側壁３３は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに対向している。一対の第２側壁３３のうち、一方の第２側壁３３に導入配管２０１が接続されている。このため、一方の第２側壁３３は、貫通孔３３１を有している。
【００４４】
第１側壁３２と、第２側壁３３との第１境界部３０ａの内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第１境界部３０ａの内側面及び外側面の曲率半径は、３〜３０ｍｍ程度とすることができる。なお、第１境界部３０ａの内側面とは、マニホールド２０の内部空間を臨む面であり、第１境界部３０ａの外側面とは、マニホールド２０の外側を臨む面である。
【００４５】
底壁３１と、第１側壁３２及び第２側壁３３との第２境界部３０ｂの内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第２境界部３０ｂの内側面の曲率半径は、２〜２０ｍｍ程度とすることができる。なお、第２境界部３０ｂの内側面とは、マニホールド２０の内部空間を臨む面であり、第２境界部３０ｂの外側面とは、マニホールド２０の外部を臨む面である。
【００４６】
上壁３４は、マニホールド本体３の上面を塞ぐように構成されている。上壁３４の外周縁部は、第１側壁３２及び第２側壁３３上に配置されており、第１側壁３２及び第２側壁３３に接合されている。上壁３４は、例えば、溶接などによって、第１側壁３２及び第２側壁３３に接合されている。
【００４７】
図６に示すように、上壁３４は、複数の挿入孔３４１を有している。各挿入孔３４１には、各燃料電池セル１０の下端部が挿入される。各挿入孔３４１は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各挿入孔３４１は、マニホールド２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。
【００４８】
図４及び図５に示すように、支持部材４は、マニホールド本体３内に配置されている。支持部材４は、金属製である。例えば、支持部材４は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。支持部材４の材質とマニホールド本体３の材質とを同じにすることによって、支持部材４とマニホールド本体３との間で温度変化による膨張収縮の差が小さくなるため、マニホールド本体３内での支持部材４の位置ずれを抑制することができる。
【００４９】
支持部材４は、一対の支持板４１と、底板４２とを有している。一対の支持板４１は、燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。各支持板４１は、上方に延びている。また、各支持板４１は、燃料電池セル１０の並ぶ方向（ｚ軸方向）に延びている。すなわち、各支持板４１は、マニホールド２０の長手方向に延びている。詳細には、各支持板４１は、一方の第２側壁３３から他方の第２側壁３３まで延びている。各支持板４１は、第１側壁３２と間隔をあけて配置されている。
【００５０】
一対の支持板４１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部を下方から支持している。すなわち、一対の支持板４１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部の下端面１２２と当接している。このため、発電時において各燃料電池セル１０の各発電素子部１１が発熱すると、その熱が各支持板４１に伝わって各支持板４１が加熱される。なお、各支持板４１は、燃料電池セル１０の支持基板１２と当接している。
【００５１】
一対の支持板４１の間隔ｄ１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部に位置する各ガス流路１２１の端と端との距離ｄ２よりも大きい。この一対の支持板４１は、マニホールド本体３内において、ガス流路を画定している。詳細には、一対の支持板４１は、ガスの供給方向（ｚ軸方向）に延びており、ガス流路の両側面を画定している。
【００５２】
底板４２は、各支持板４１の下端縁同士を接続している。底板４２は、マニホールド本体３の底壁３１と接合している。なお、底板４２は、一方の第２側壁３３から他方の第２側壁３３まで延びている。各支持板４１と底板４２とは１つの金属板によって構成されていることが好ましい。例えば、金属板を折り曲げることによって、一対の支持板４１と底板４２とが形成される。この底板４２は、ガス流路の底面を画定している。
【００５３】
以上のように構成されたマニホールド２０に、各燃料電池セル１０が支持されている。詳細には、各燃料電池セル１０の下端部が、上壁３４の各挿入孔３４１に挿入されている。各燃料電池セル１０の幅方向の両端部の下端面１２２は、支持部材４の一対の支持板４１の上端面に載っている。すなわち、各燃料電池セル１０は、一対の支持板４１と接触している。そして、燃料電池セル１０が挿入された状態の挿入孔３４１内には、接合材１０１が充填されている。なお、複数ある燃料電池セル１０のうち、一部の燃料電池セル１０は、一対の支持板４１と接触していなくてもよい。
【００５４】
接合材１０１は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、接合材１０１の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、接合材１０１は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【００５５】
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。導入配管２０１を介してマニホールド２０内に供給された燃料ガス（水素ガス等）は、一対の支持板４１の間を通った後、各燃料電池セル１０の各ガス流路１２１内に供給される。ここで、各支持板４１は、各燃料電池セル１０からの熱によって加熱されているため、燃料ガスは、一対の支持板４１の間を通っている間に各支持板４１によって予熱される。なお、燃料ガスは、マニホールド２０内に供給される前に既に予熱されており、マニホールド２０内において各支持板４１によってさらに予熱される。
【００５６】
このように、各燃料電池セル１０の各ガス流路１２１内に燃料ガスを供給するとともに、支持基板１２の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質１４の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極１５において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００５７】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００５８】
変形例１
上記実施形態では、支持部材４は、一対の支持板４１と、底板４２とを有していたが、支持部材４は底板４２を有していなくてもよい。
【００５９】
図７は、マニホールド本体３の上壁３４、一方の第1側壁３２、及び一方の第２側壁３３の記載を省略した燃料電池スタック１００の斜視図である。例えば、図７に示すように、支持部材４は、一対の支持板４１と、複数の連結部４３とを有している。一対の支持板４１は、上記実施形態と同様の構成である。なお、一対の支持板４１と複数の連結部４３とは、一枚の金属板によって構成されていることが好ましい。
【００６０】
各連結部４３は、一方の支持板４１から他方の支持板４１まで延びており、各支持板４１の上端縁同士を接続している。また、各連結部４３は、各支持板４１の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。そして、この各連結部４３の間に、燃料電池セル１０の下端部が配置されている。すなわち、各連結部４３は、燃料電池セル１０の下端部を挟むように配置されている。具体的には、各連結部４３の両端部は、各支持板４１から上方に延びている。そして、各連結部４３の両端部間を延びる中央部は、水平方向に延びている。
【００６１】
この構成によれば、各連結部４３によって燃料電池セル１０をより安定して支持できるとともに、各連結部４３によって、支持部材４と各燃料電池セル１０との接触面積を増やすことができる。すなわち、一対の支持板４１が燃料電池セル１０の下端面と接するだけでなく、各連結部４３が燃料電池セル１０の下端部の両面と接することができる。この結果、燃料電池セル１０からの熱が支持部材４により多く伝わり、ガスをより効率的に予熱することができる。
【００６２】
変形例２
上記実施形態では、各支持板４１は、一枚の金属板によって構成されていたが、各支持板４１の構成は特にこれに限定されない。例えば、図８及び図９に示すように、各支持板４１は、２重に折り曲げられた一枚の金属板によって構成されていてもよい。この構成によれば、各支持板４１は、実質的に２枚の金属板で各燃料電池セル１０を支持するため、より安定して燃料電池セル１０を支持することができる。なお、図８は、マニホールド本体３の上壁３４及び一方の第２側壁３３の記載を省略した燃料電池スタック１００の斜視図である。
【００６３】
変形例３
上記実施形態では、マニホールド本体３の上壁３４は、複数の挿入孔３４１を有しているが、これに限定されない。例えば、図１０に示すように、マニホールド本体３の上壁３４は、１つの挿入孔３４１を有していてもよい。そして、複数の燃料電池セル１０の下端部が、１つの挿入孔３４１内に挿入されていてもよい。
【００６４】
変形例４
上記実施形態では、第１側壁３２及び第２側壁３３は底壁３１から略垂直に上方に延びているが、マニホールド本体３の構成はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、第１側壁３２及び第２側壁３３は、上方に向かって外方に広がるように傾斜している。特に限定されるものではないが、例えば、第１側壁３２及び第２側壁３３と、底壁３１とがなす角度αは、９０．１〜１３５°程度とすることができる。このように第１側壁３２及び第２側壁３３が傾斜しているため、マニホールド２０の内部空間を底壁３１と平行な面（ｙｚ平面）で切断した断面積は、上方にいくにつれて大きくなる。また、マニホールド２０の内部空間を、底壁３１に垂直で幅方向（ｙ軸方向）に延びる面（ｘｙ平面）で切断した断面は、台形状となっている。また、マニホールド２０の内部空間を、底壁３１に垂直で奥行方向（ｚ軸方向）に延びる面（ｘｚ平面）で切断した断面は、台形状となっている。
【符号の説明】
【００６５】
３        ：マニホールド本体
４        ：支持部材
４１      ：支持板
４２      ：底板
４３      ：連結部
１０      ：燃料電池セル
１１      ：発電素子部
１２      ：支持基板
１２１    ：ガス流路
２０      ：マニホールド
１００    ：燃料電池スタック
【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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