(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス（Ｆ）が導入されるアノード（２１）と固体電解質層（２２）と酸化剤ガス（Ｏ）が導入されるカソード（２３）とを有する平板形の燃料電池単セル（２）がセパレータ（４）を介して複数枚積層されてなる電池構造（５）を有する燃料電池セルスタック（１）であって、
上記燃料電池単セル（２）のセル面内温度分布（２０）が設計上線対称とされており、
その対称軸（Ｌ）上に、上記電池構造（５）を上記燃料電池単セル（２）の積層方向（Ｓ）で機械的に拘束する拘束部材（３）が配置されており、
上記アノード（２１）の面に沿って流れる上記燃料ガス（Ｆ）と上記カソード（２３）の面に沿って流れる上記酸化剤ガス（Ｏ）とが一軸方向に流れるように構成されていることを特徴とする燃料電池セルスタック（１）。
【請求項２】
上記燃料ガス（Ｆ）と上記酸化剤ガス（Ｏ）とがセル面内で同方向に流れる並行流方式とされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルスタック（１）。
【請求項３】
上記燃料電池単セル（２）の積層方向に沿って貫通し、上記燃料ガス（Ｆ）を供給するための燃料ガス供給マニホルド（７）と、
上記燃料電池単セル（２）の積層方向に沿って貫通し、上記燃料ガス（Ｆ）を排出するための燃料ガス排出マニホルド（８）とを有しており、
上記燃料ガス供給マニホルド（７）および上記燃料ガス排出マニホルド（８）は、上記対称軸（Ｌ）上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セルスタック（１）。
【請求項４】
上記燃料ガス供給マニホルド（７）および上記燃料ガス排出マニホルド（８）内に、上記拘束部材（３）が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セルスタック（１）。
【請求項５】
上記拘束部材（３）は、所定枚数の上記燃料電池単セル（２）毎に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池セルスタック（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルスタックに関し、さらに詳しくは、電解質として固体電解質を利用する燃料電池セルスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アノードと固体電解質層とカソードとを有する平板形の燃料電池単セルがセパレータを介して複数枚積層されてなる燃料電池セルスタックが知られている。燃料電池セルスタックは、一般に、ガスシール性等を確保するため、ボルト、ナット等の拘束部材により、燃料電池単セルの積層方向に圧縮荷重が加えられる。
【０００３】
例えば、先行する特許文献１には、燃料電池単セルの周縁部に、積層方向に沿って多数の貫通孔が設けられ、これら貫通孔内にそれぞれ配置されたボルトがナットによって固定された燃料電池セルスタックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８０６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池セルスタックは、約７００℃〜８００℃の高温で作動させ、数万時間の長期耐久性が要求される場合がある。この場合、燃料電池セルスタックは、電池構成部材に使用される金属部材のクリープを考慮して設計される必要がある。具体的には、高温で長時間使用された場合であっても金属部材がクリープ破壊しないように、金属部材に作用する応力を大幅に抑制することが必要となる。
【０００６】
しかしながら、従来の燃料電池セルスタックは、直近のシール性を確保することが重要視されている。そのため、従来の燃料電池セルスタックは、燃料電池単セルの周縁部に多数の拘束部材が設けられている。その結果、従来の燃料電池セルスタックは、拘束部材によって強く拘束される強拘束点が多数存在し、セル面内方向の歪が解放されずに応力が残りやすい。それ故、従来の燃料電池セルスタックは、高温で長時間使用する場合の構造信頼性に懸念がある。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、高温で長時間使用する場合であっても、構造信頼性の高い燃料電池セルスタックを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、燃料ガスが導入されるアノードと固体電解質層と酸化剤ガスが導入されるカソードとを有する平板形の燃料電池単セルがセパレータを介して複数枚積層されてなる電池構造を有する燃料電池セルスタックであって、
上記燃料電池単セルのセル面内温度分布が設計上線対称とされており、
その対称軸上に、上記電池構造を上記燃料電池単セルの積層方向で機械的に拘束する拘束部材が配置されており、
上記アノードの面に沿って流れる上記燃料ガスと上記カソードの面に沿って流れる上記酸化剤ガスとが一軸方向に流れるように構成されていることを特徴とする燃料電池セルスタックにある。
【発明の効果】
【０００９】
上記燃料電池セルスタックは、燃料電池単セルのセル面内温度分布が設計上線対称とされており、その対称軸上に、上記電池構造を上記燃料電池単セルの積層方向で機械的に拘束する拘束部材が配置されている。そのため、上記燃料電池セルスタックでは、高温作動時に、対称軸と平行な方向に燃料電池単セルが多少歪むものの、対象軸と垂直な方向には燃料電池単セルが自由に熱膨張することができる。そのため、全体として上記燃料電池セルスタックの歪が低減する。したがって、上記燃料電池セルスタックは、従来に比べ、内部応力を低減することができる。それ故、上記燃料電池セルスタックは、高温で長時間使用する場合であっても、金属部材がクリープ破壊し難くなる。
よって、本発明によれば、高温で長時間使用する場合であっても、構造信頼性の高い燃料電池セルスタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の燃料電池セルスタックの模式的な外観斜視図である。
【図２】実施例１の燃料電池セルスタックの平面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】実施例１の燃料電池セルスタックを発電させた場合における、燃料電池単セルの設計上のセル面内温度分布と、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れ方向と、拘束部材との関係を模式的に示した説明図である。
【図５】実施例１の燃料電池セルスタックにおける燃料電池単セルのセル面内温度分布のシミュレーション結果と、拘束部材の位置との関係を示した図である。
【図６】実施例１の燃料電池セルスタックを発電させた場合における、燃料電池単セルの変形推定図である。
【図７】実施例２の燃料電池セルスタックにおける燃料電池単セルのセル面内温度分布のシミュレーション結果と、拘束部材の位置との関係を示した図である。
【図８】実施例３の燃料電池セルスタックの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記燃料電池セルスタックにおいて、燃料電池単セルは、電解質として固体電解質を利用する固体電解質型の燃料電池単セルである。固体電解質層を構成する固体電解質としては、例えば、酸素イオン導電性を示す固体酸化物セラミックス等を用いることができる。なお、固体電解質として固体酸化物セラミックスを用いる燃料電池は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と称される。
【００１２】
上記燃料電池セルスタックは、燃料電池単セルのセル面内温度分布が設計上線対称とされている。つまり、上記燃料電池セルスタックは、燃料電池単セルの計算によるセル面内温度分布が線対称とされている。上記燃料電池セルスタックにおいて、燃料電池単セルのセル面内温度分布が設計上線対称とされているか否かは、燃料ガスの流れ方向および酸化剤ガスの流れ方向を加味し、燃料ガス利用率および酸化剤ガス利用率を一定として燃料電池単セルを発電させる計算を実施し、その結果得られる発電時のセル面内温度分布の計算結果より確認することができる。
【００１３】
上記燃料電池セルスタックは、拘束部材により、燃料電池単セルの積層方向で電池構造に対して圧縮荷重が負荷される。
【００１４】
上記燃料電池セルスタックは、アノードの面に沿って流れる燃料ガスとカソードの面に沿って流れる酸化剤ガスとが一軸方向に流れるように構成されている。この構成によれば、燃料電池単セルのセル面内温度分布を設計上線対称にしやすい。
【００１５】
燃料ガスと酸化剤ガスとが一軸方向に流れる構成としては、具体的には、燃料ガスと酸化剤ガスとがセル面内で同方向に流れる並行流方式、燃料ガスと酸化剤ガスとがセル面内で逆方向に流れる対向流方式などを例示することができる。上記燃料電池セルスタックは、発電分布の低減のしやすさ、ガスシール性、複数の燃料電池単セルを含むアセンブリの形成性等の観点から、より好ましくは、並行流方式とされているとよい。
【００１６】
上記燃料電池セルスタックは、燃料電池単セルの積層方向に沿って貫通し、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホルドと、燃料電池単セルの積層方向に沿って貫通し、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホルドとを有しており、燃料ガス供給マニホルドおよび燃料ガス排出マニホルドは、対称軸上に配置されている構成とすることができる。
【００１７】
この場合には、燃料電池単セルのセル面内温度分布を設計上線対称にしやすい。なお、燃料ガス供給マニホルドおよび燃料ガス排出マニホルドは、具体的には、燃料電池単セルを間に挟んだ状態で対向するように配置することができる。
【００１８】
上記燃料電池セルスタックは、燃料ガス供給マニホルドおよび燃料ガス排出マニホルド内に、拘束部材が配置されている構成とすることができる。
【００１９】
この場合には、燃料ガス供給マニホルドおよび燃料ガス排出マニホルドと別に拘束部材のための貫通孔を設ける必要がない。そのため、燃料電池セルスタックのシール性を確保しやすくなる。また、燃料電池セルスタックの製造性も向上する。なお、各マニホルドの中心軸と拘束部材の中心軸とは、同軸であってもよいし、同軸でなくてもよい。また、燃料ガスは、燃料ガス供給マニホルドの内壁面と拘束部材の外周面との間に形成された隙間、燃料ガス排出マニホルドと拘束部材の外周面との間に形成された隙間を流れることができる。
【００２０】
上記燃料電池セルスタックにおいて、拘束部材は、所定枚数の上記燃料電池単セル毎に設けられている構成とすることができる。なお、「所定枚数」は、積層方向に配置された燃料電池単セルの枚数を意味する。上記燃料電池セルスタックは、具体的には、複数枚の燃料電池単セルが上記複数枚よりも少ない所定枚数の燃料電池単セルからなる単位に分けられ、当該単位毎に、各単位の電池構造が、対称軸上に配置された複数の拘束部材によって機械的に拘束されている構成等とすることができる。上記各単位は、同じ枚数の燃料電池単セルを含んでいてもよいし、異なる枚数の燃料電池単セルを含んでいてもよい。
【００２１】
この場合には、燃料電池単セルの積層方向における燃料電池単セルの反りの影響等が緩和され、拘束部材による荷重のバラツキを低減しやすい燃料電池セルスタックが得られる。
【００２２】
なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例の燃料電池セルスタックについて、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
実施例１の燃料電池セルスタックについて、図１〜図６を用いて説明する。図１〜図６に示されるように、本例の燃料電池セルスタック１は、平板形の燃料電池単セル２がセパレータ４を介して複数枚積層されてなる電池構造５を有している。燃料電池単セル２は、燃料ガスＦが導入されるアノード２１と、固体電解質層２２と、酸化剤ガスＯが導入されるカソード２３とを有している。燃料電池セルスタック１は、燃料電池単セル２のセル面内温度分布２０が設計上線対称とされており、その対称軸Ｌ上に、拘束部材３が配置されている。拘束部材３は、電池構造５を、燃料電池単セル２の積層方向Ｓで機械的に拘束している。以下、詳説する。
【００２５】
燃料電池単セル２は、具体的には、固体電解質層２２と、固体電解質層２２の第１の面側に設けられたアノード２１と、固体電解質層２２における第１の面の反対側にある第２の面側に設けられたカソード２３とを有している。燃料電池単セル２は、アノード２１を支持体とする平板形の単セルであり、四角形状に形成されている。カソード２３の外形は、固体電解質層２２の外形よりも小さく形成されている。
【００２６】
固体電解質層２２を構成する固体電解質は、酸化ジルコニウム系酸化物である。酸化ジルコニウム系酸化物としては、例えば、８ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含むイットリア安定化ジルコニア（以下、８ＹＳＺ）等を用いることができる。固体電解質層２２の厚みは、１０μｍ程度とすることができる。アノード２１は、ＮｉまたはＮｉＯと固体電解質との混合物より層状に形成されている。アノード２１を構成する固体電解質としては、例えば、酸化ジルコニウム系酸化物である８ＹＳＺ等を用いることができる。アノード２１の厚みは、４００μｍ程度とすることができる。カソード２３は、ペロブスカイト型酸化物より層状に形成されている。カソード２３を構成するペロブスカイト型酸化物としては、例えば、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｙＯ３（ｘ＝０．４、ｙ＝０．８、以下、ＬＳＣＦ）等を用いることができる。カソード２３の厚みは、４０μｍ程度とすることができる。
【００２７】
燃料電池セルスタック１は、フレーム６を有している。フレーム６は、燃料電池単セル２におけるカソード２３側の外周縁を支持している。フレーム６は、ステンレス鋼等の金属材料より略板状に形成されており、燃料電池単セル２の外形よりも小さく形成された穴部６０を有している。本例では、フレーム６は、離間して配置された２つの穴部６０を有している。フレーム６は、穴部６０の外周縁により、燃料電池単セル２におけるカソード２３側の外周縁をガス密に支持可能とされている。
【００２８】
なお、本例では、図３のＡで示される範囲が１つのアセンブリとなる。一つのアセンブリは、２枚の燃料電池単セル２を含んでいる。燃料電池セルスタック１は、燃料電池単セル２の積層方向Ｓに複数のアセンブリを有している。なお、図３では、一部のアセンブリが省略されている。したがって、本例の燃料電池セルスタック１は、第１セル積層部５１と第２セル積層部５２とを備える電池構造５を有している。第１セル積層部５１は、例えば、数十枚程度の燃料電池単セル２を含むことができる。第２セル積層部５２は、第１セル積層部５１と同じ枚数の燃料電池単セル２を含むことができる。本例の燃料電池セルスタック１では、第１セル積層部５１および第２セル積層部５２は、例えば、いずれも１０枚の燃料電池単セル２を有している。
【００２９】
セパレータ４は、フェライト系耐熱クロム合金等の金属材料より略板状に形成されている。セパレータ４は、アノード２１側の面にて、アノード側集電体４１を介して燃料電池単セル２のアノード２１と電気的に接触している。アノード側集電体４１としては、例えば、ニッケルメッシュ等を用いることができる。一方、セパレータ４は、カソード２３側の面にて、カソード側集電体４２を介して燃料電池単セル２のカソード２３と電気的に接触している。カソード側集電体４２としては、例えば、ステンレスメッシュ等を用いることができる。
【００３０】
燃料電池単セル２を支持するフレーム６とアノード２１側に配置されるセパレータ４とは、内部空間を有するように、互いの外周縁が不図示のシール材によりシールされている。内部空間は、水素ガス等の燃料ガスＦを流すための燃料ガス流路６１とされる。また、燃料電池単セル２を支持するフレーム６とカソード２３側に配置されるセパレータ４とは、互いに離間された状態で配置されている。フレーム６とカソード２３側に配置されるセパレータ４との間に形成された隙間は、酸化剤ガス流路６２とされる。酸化剤ガス流路６２には、空気、酸素等の酸化剤ガスＯが流される。
【００３１】
燃料電池セルスタック１は、燃料ガス供給マニホルド７と、燃料ガス排出マニホルド８とを有している。本例では、燃料ガス供給マニホルド７は、第１燃料ガス供給マニホルド７１および第２燃料ガス供給マニホルド７２より構成されている。第１燃料ガス供給マニホルド７１および第２燃料ガス供給マニホルド７２は、アノード２１に導入する燃料ガスＦを供給するためのものである。第１燃料ガス供給マニホルド７１および第２燃料ガス供給マニホルド７２は、いずれも燃料電池単セル２の積層方向Ｓに沿って設けられている。燃料ガス排出マニホルド８は、主に発電に使用されなかった燃料ガスＦを排出するためのものである。燃料ガス排出マニホルド８も、燃料電池単セル２の積層方向Ｓに沿って設けられている。本例では、燃料ガス排出マニホルド８は、第１セル積層部５１と第２セル積層部５２との間に配置されており、セパレータ４、フレーム６を貫通して設けられている。第１燃料ガス供給ガスマニホルド７１は、第１セル積層部５１を間に挟んで、燃料ガス排出マニホルド８と対向するように配置されており、セパレータ４、フレーム６を貫通して設けられている。第２燃料ガス供給ガスマニホルド７２は、第２セル積層部５２を間に挟んで、燃料ガス排出マニホルド８と対向するように配置されており、セパレータ４、フレーム６を貫通して設けられている。
【００３２】
本例では、図２に示されるように、第１燃料ガス供給マニホルド７１の軸心と燃料ガス排出マニホルド８の軸心とを含む面上に、第１セル積層部５１に含まれる各燃料電池単セル２の中心部が配置されている。また、第２燃料ガス供給マニホルド７２の軸心と燃料ガス排出マニホルド８の軸心とを含む面上に、第２セル積層部５２に含まれる各燃料電池単セル２の中心部が配置されている。
【００３３】
なお、各燃料ガス供給マニホルド７１、７２のうち、燃料ガス流路６１内に配置された部分の外周全体を取り囲むように、アノードリング６１０が設けられている。アノードリング６１０は、ステンレス鋼等の金属材料より形成されており、各燃料ガス供給マニホルド７１、７２と燃料ガス流路６１とを連通させる不図示のスリットを有している。各燃料ガス供給マニホルド７１、７２から供給される燃料ガスＦは、スリットを通じて燃料ガス流路６１に流される。また、各燃料ガス供給マニホルド７１、７２のうち、酸化剤ガス流路６２内に配置された部分の外周全体を取り囲むように、ガラスシール材による第１シール部６２１が設けられている。第１シール部６２１は、酸化剤ガス流路６２内に流れ込む燃料ガスＦを封止するためのものである。また、燃料ガス排出マニホルド８のうち、酸化剤ガス流路６２内に配置された部分の外周全体を取り囲むようにガラスシール材による第２シール部６２２が設けられている。
【００３４】
燃料電池セルスタック１は、不図示の酸化剤ガス供給マニホルドと、酸化剤ガス排出マニホルド９とを有している。本例では、酸化剤ガス供給マニホルドは、第１酸化剤ガス供給マニホルドおよび第２酸化剤ガス供給マニホルドより構成されている。また、酸化剤ガス排出マニホルド９は、第１酸化剤ガス排出マニホルド９１と、第２酸化剤ガス排出マニホルド９２とを有している。第１酸化剤ガス供給マニホルドおよび第２酸化剤ガス燃料ガス供給マニホルドは、カソード２３に導入する酸化剤ガスＯを酸化剤ガス流路６２に供給するためのものである。本例では、第１酸化剤ガス供給マニホルドは、第１セル積層部５１側のスタック端面に設けられる。第２酸化剤ガス供給マニホルドは、第２セル積層部５２側のスタック端面に設けられる。
【００３５】
また、第１酸化剤ガス排出マニホルド９１および第２酸化剤ガス排出マニホルド９２は、いずれも、主に発電に使用されなかった酸化剤ガスＯを排出するためのものである。本例では、第１酸化剤ガス排出マニホルド９１および第２酸化剤ガス排出マニホルド９２は、いずれも、第１セル積層部５１と第２セル積層部５２との間に配置されており、セパレータ４、フレーム６を貫通して設けられている。第１酸化剤ガス排出マニホルド９１および第２酸化剤ガス排出マニホルド９２は、燃料ガス排出マニホルド８を間に挟んで、互いに対向するように配置されている。第１酸化剤ガス排出マニホルド９１と燃料ガス排出マニホルド８との間の距離、第２酸化剤ガス排出マニホルド９２と燃料ガス排出マニホルド８との間の距離は、いずれも同距離に設定されている。なお、第１酸化剤ガス排出マニホルド９１および燃料ガス排出マニホルド８を流れる酸化剤ガスＯが燃料ガス流路６１内に流れ込むのを防止するため、適宜シール部材（不図示）が設けられている。
【００３６】
本例では、図３、図４に示されるように、第１燃料ガス供給マニホルド７１から供給される燃料ガスＦは、第１セル積層部５１における燃料ガス流路６１内を流れ、燃料ガス排出マニホルド８より排出される。また、第２燃料ガス供給マニホルド７２より供給される燃料ガスＦは、第２セル積層部５２における燃料ガス流路６１内を流れ、燃料ガス排出マニホルド８より排出される。一方、第１酸化剤ガス供給マニホルドから供給される酸化剤ガスＯは、第１セル積層部５１における酸化剤ガス流路６２内を流れ、第１酸化剤ガス排出マニホルド９１および第２酸化剤ガス排出マニホルド９２より排出される。また、第２酸化剤ガス供給マニホルドから供給される酸化剤ガスＯは、第２セル積層部５２における酸化剤ガス流路６２内を流れ、第１酸化剤ガス排出マニホルド９１および第２酸化剤ガス排出マニホルド９２より排出される。つまり、本例の燃料電池セルスタック１は、燃料ガスＦとカソード酸化剤ガスＯとが一軸方向に流れる、より具体的には、燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとがセル面内で同方向に流れる並行流方式（コフロー方式）とされている。
【００３７】
図５に、本例の燃料電池セルスタック１における燃料電池単セル２のセル面内温度分布２０のシミュレーション結果を示す。本例では、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯがセル面内を並行流方式にて均一に流れるものと仮定し、燃料ガスＦの利用率を７５％、酸化剤ガスＯとしての空気ガスの利用率を２５％として、３０Ａの発電を行った場合のセル面内温度分布２０を計算により求めている。
【００３８】
図５に示されるように、燃料電池セルスタック１において、燃料電池単セル２のセル面内温度分布２０は、設計上、符号Ｌを対称軸とする線対称になっている。なお、図５では、セル面内温度分布２０は、第１温度領域２０１〜第５温度領域２０５より構成されている例が示されている。本例では、第１温度領域２０１が最も温度が高く、９５０〜９５４℃、第２温度領域２０２は９４５〜９５０℃、第３温度領域２０３は９４１〜９４５℃、第４温度領域２０４は９３６〜９４１℃、第５温度領域２０５は９３２〜９３５℃の温度範囲とされている。また、セル面内温度分布２０は、燃料電池単セル２のアノード２１側を示している。
【００３９】
燃料電池セルスタック１は、対称軸Ｌ上に、拘束部材３が配置されている。本例では、拘束部材３により、電池構造５における第１セル積層部５１と第２セル積層部５２との両方が機械的に拘束されている。より具体的には、本例では、第１燃料ガス供給マニホルド７１、第２燃料ガス供給マニホルド７２、および、燃料ガス排出マニホルド８が、対称軸Ｌ上に配置されている。そして、第１燃料ガス供給マニホルド７１内、第２燃料ガス供給マニホルド７２内、および、燃料ガス排出マニホルド８内に、それぞれ拘束部材３が配置されている。なお、各マニホルド７１、７２、８の内周壁と各拘束部材３の外周面との間には、隙間が形成されており、燃料ガスＦが流通可能とされている。
【００４０】
燃料電池セルスタック１は、第１プレート６３１と、第２プレート６３２とを有している。燃料電池セルスタック１は、第１プレート６３１と第２プレート６３２との間に、電池構造５を有している。拘束部材３は、具体的には、例えば、ボルト形状等の形状を呈することができる。本例では、拘束部材３は、その頭部が第１プレート６３１に固定されており、先端部が第２プレート６３２に固定されている。燃料電池セルスタック１は、拘束部材３により、燃料電池単セル２の積層方向Ｓで電池構造５に対して圧縮荷重が負荷されている。
【００４１】
次に、本例の燃料電池セルスタックの作用効果について説明する。
【００４２】
本例の燃料電池セルスタック１は、燃料電池単セル２のセル面内温度分布２０が設計上線対称とされており、その対称軸上に、電池構造５を燃料電池単セル２の積層方向Ｓで機械的に拘束する拘束部材３が配置されている。そのため、本例の燃料電池セルスタック１では、高温作動時に、対称軸Ｌと平行な方向に燃料電池単セル２が多少歪むものの、対象軸Ｌと垂直な方向には燃料電池単セル２が自由に熱膨張することができる。本例の場合、具体的には、図６に示されるように、比較的温度が高い燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯの出口側では、対象軸Ｌと垂直な方向に、自由膨張により矢印Ｆｏのように燃料電池単セル２が変形すると推定される。また、比較的温度が低い燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯの入口側では、矢印Ｆｏほどの大きさではないものの、対象軸Ｌと垂直な方向に、自由膨張により矢印Ｆｉのように燃料電池単セル２が変形すると推定される。なお、対称軸Ｌと平行な方向では、矢印Ｆｓで示されるように燃料電池単セル２の側面が多少変形するものと推定される。このようにして、本例の燃料電池セルスタック１は、内部応力を低減することができる。それ故、本例の燃料電池セルスタック１は、高温で長時間使用する場合であっても、金属部材がクリープ破壊し難い。よって、本例によれば、高温で長時間使用する場合であっても、構造信頼性の高い燃料電池セルスタック１が得られる。
【００４３】
（実施例２）
実施例２の燃料電池セルスタック１について、図７を用いて説明する。
【００４４】
本例の燃料電池セルスタック１は、一つのアセンブリが１枚の燃料電池単セル２を含んでいる。つまり、本例の燃料電池セルスタック１の電池構造５は、詳細は図示されないが、第２セル積層部５２を備えておらず、第１セル積層部５１より構成されている。また、本例の燃料電池セルスタック１は、セパレータ４、フレーム６を貫通する酸化剤ガス排出マニホルド９を備えていない。本例では、酸化剤ガス供給マニホルド（不図示）は、第１セル積層部５１における燃料ガスＦの出口側のスタック端面に設けられる。酸化剤ガス排出マニホルド（不図示）は、第１セル積層部５１における燃料ガスＦの入口側のスタック端面に設けられる。
【００４５】
図７に示されるように、本例の燃料電池セルスタック１は、実施例１と同様、燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとが一軸方向に流れる構成とされている。しかし、燃料電池セルスタック１は、燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとがセル面内で逆方向に流れる対向流方式（カウンターフロー方式）とされている。なお、図７における、燃料電池単セル２のセル面内温度分布２０のシミュレーション結果は、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯがセル面内を対向流方式にて均一に流れるものと仮定し、燃料ガスＦの利用率を７５％、酸化剤ガスＯとしての空気ガスの利用率を２５％として、３０Ａの発電を行った場合のものである。また、セル面内温度分布２０は、燃料電池単セル２のアノード２１側を示している。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４６】
本例によっても、実施例１と同様に、高温で長時間使用する場合であっても、構造信頼性の高い燃料電池セルスタック１が得られる。但し、本例の燃料電池セルスタック１は、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯの流れが実施例１の燃料電池セルスタック１と異なっている。そのため、燃料電池単セル２の変形の仕方が異なっている。本例の燃料電池セルスタック１では、図示はされないが、比較的温度が高い燃料ガスＦの入口側では、対象軸Ｌと垂直な方向に、自由膨張により燃料電池単セル２が変形すると推定される。また、比較的温度が低い燃料ガスＦの出口側では、燃料ガスＦの入口側ほどではないものの、対象軸Ｌと垂直な方向に、自由膨張により燃料電池単セル２が変形すると推定される。なお、対称軸Ｌと平行な方向では、燃料電池単セル２の側面が多少変形するものと推定される。
【００４７】
（実施例３）
実施例３の燃料電池セルスタック１について、図８を用いて説明する。
【００４８】
本例の燃料電池セルスタック１は、拘束部材３が、所定枚数の燃料電池単セル２毎に設けられている構成を有している。具体的には、本例の燃料電池セルスタック１は、基本的には、実施例１の燃料電池セルスタック１と同構成の燃料電池セルスタックが積層方向Ｓに積み上げられ、互いに固定されている。但し、本例では、第１セル積層部５１および第２セル積層部５２における燃料電池単セル２の枚数が実施例１よりも少ない枚数とされている。具体的には、第１セル積層部５１および第２セル積層部５２は、いずれも数枚程度の燃料電池単セル２を有している。第１セル積層部５１および第２セル積層部５２は、例えば、いずれも６枚の燃料電池単セル２を有している。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４９】
本例の燃料電池セルスタック１は、所定枚数の燃料電池単セル２からなる単位に分けられており、当該単位毎に、各単位の電池構造５が、対称軸Ｌ上に配置された複数の拘束部材３によって機械的に拘束されている。それ故、本例によれば、燃料電池単セル２の積層方向Ｓにおける燃料電池単セル２の反りの影響等が緩和され、拘束部材３による荷重のバラツキを低減しやすい燃料電池セルスタック１が得られる。
【００５０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  燃料電池セルスタック
２  燃料電池単セル
２０  セル面内温度分布
Ｌ  対称軸
２１  アノード
２２  固体電解質層
２３  カソード
３  拘束部材
４  セパレータ
５  電池構造
Ｆ  燃料ガス
Ｏ  酸化剤ガス
Ｓ  積層方向
【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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