JP2011070782A - 燃料電池と燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】起動時や運転時において、セルユニットの平面内における温度分布の均一化を図ることができる燃料電池と燃料電池システムを提供する。
【解決手段】固体電解質型セルを有するセルユニットＤ１に加熱ガスを流接させることにより、そのセルユニットＤ１を昇温させるようにした燃料電池１０において、上記加熱ガスの流接に伴い、セルユニットＤ１に生じる温度差を緩和するための温度差緩和用ガスを、そのセルユニットＤ１に送給流接するための温度差緩和用ガス送給部Ｆ１を設けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体電解質型セルを用いた複数のセルユニットを有する燃料電池と燃料電池システムに関するものである。

従来、この種の燃料電池として、燃料電池スタック構造体とした名称において特許文献１に開示された構成のものがある。
特許文献１に開示された燃料電池スタック構造体は、金属薄板より成る円盤状のセパレータで囲まれた空間内に収容されて、一方の面を外部に露出させた単セルを備えるとともに中心部分に位置して発電用ガスを導入するガス流路を具備した固体電解質型燃料電池を複数積層して成り、その固体電解質型燃料電池の熱容量の大きい中心部分に、温度調節専用の加熱ガス又は冷却ガスを流す温度調節用ガス流路を設けたものである。

上記の構成により、熱容量の大きい部分と小さい部分との温度差を少なくして応力集中が生じるのを抑制し、昇降温時における耐久性の向上を実現させている。

特開２００６‐３２４０４０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発明では、所期の効果を得ることができるものの、起動時や運転時において、特に急速起動を行う場合や、急激に発電出力を変化させる負荷変動運転時の場合は、セルユニットの平面内における温度分布の所期の均一化を一層向上させることが必要となる。

そこで本発明は、起動時や運転時において、セルユニットの平面内におけるさらなる温度分布の均一化を図ることができる燃料電池と燃料電池システムの提供を目的としている。

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池は、固体電解質型セルを有するセルユニットに加熱ガスを流接させることによって、そのセルユニットを昇温させるようにしたものであり、上記加熱ガスの流接に伴い、セルユニットに生じる温度差を緩和するための温度差緩和用ガスを、そのセルユニットに送給流接するための温度差緩和用ガス送給部を設けたことを特徴としている。

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムは、上記した燃料電池を用いたものであり、温度差緩和用ガス送給部を介して、温度差緩和用ガスをセルユニットに送給流接させるガス送給手段を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、起動時や運転時において、セルユニットの平面内におけるさらなる温度分布の均一化を図ることができる。これにより、起動時間のさらなる短縮を図ることができるとともに、負荷変動運転の応答性を向上させることができる。

（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分の概略構造を示す拡大図である。 （Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす燃料電池の概略斜視図、（Ｂ）は、その燃料電池の平面図である。 図２（Ｂ）に示す断面ＩＩ‐ＩＩに沿うセルユニットの拡大断面図、（Ｂ）は、そのセルユニットに設けた流路形成体の拡大平面図である。 図２（Ｂ）に示す断面ＩＩＩ‐ＩＩＩに沿うセルユニットの拡大断面図である。 セルスタックをなす一例に係るセルユニットの分解斜視図である。 図２（Ｂ）に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う燃料電池の断面図である。 図２（Ｂ）に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う燃料電池の断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。 本発明に係る燃料電池システムの起動時における動作を示す一例に係るフローチャートである。 本発明に係る燃料電池システムの起動時における動作を示す他例に係るフローチャートである。 定格運転時の燃料ガスと空気の流通状態を示す説明図である。 負荷変動運転時の燃料ガスと空気の流通状態を示す説明図である。 （Ａ）は、流路形成体ＥＡに形成した温度差緩和用ガス送給部の第一の変形例、（Ｂ）は、流路形成体ＥＡに形成した第二の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部の説明図である。 （Ａ）〜（Ｈ）は、第三〜第五の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部を形成した流路形成体の説明図である。 他例に係るセルユニットを示しており、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。 他例に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。 は、本発明に係る燃料電池システムの運転モードにおける動作状態を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分の概略構造を示す部分拡大図である。また、図２（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす燃料電池の概略斜視図、（Ｂ）は、その燃料電池の平面図である。なお、図２（Ａ），（Ｂ）において示す矢印は、温度差緩和用ガスの流動方向を示している。

本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１は、図１に示すように、空気ブロワ１、アノードオフガス循環ブロワ２、空気供給装置３、燃料ポンプ４、流路切替え部９、温度センサＳ１〜Ｓ３を配設した燃料電池１０、起動用燃焼器３０、プレ改質器４０、プレ改質器加熱用熱交換器４５、燃料蒸発器５０、カソード空気予熱用熱交換器５５、アフターバーナ６０及び制御部Ｂを有して構成されている。
なお、図においてはプレ改質器加熱用熱交換器４５を、単に「熱交換器４５」と記している。

空気供給装置３は、新規の酸素含有ガス（以下、「空気」という。）を起動用燃焼器３０に送給するためのものであり、コンプレッサやブロワー等を有して構成されている。
この空気供給装置３と起動用燃焼器３０の受入側との間には、送給パイプ３ａが配設されている。
なお、図１において実線で示されている各種のパイプ類は、燃料電池１０の起動時において空気や燃料が流通することを示し、また、点線で示すパイプ類はそれら空気や燃料が流通していないことを示している。

燃料ポンプ４は、炭化水素燃料（以下、「燃料」という。）を起動用燃焼器３０に加圧送給するためのものであり、その燃料ポンプ４と起動用燃焼器３０の受入側との間には送給パイプ４ａが配設されている。
また、送給パイプ３ａには空気供給弁５が、また、送給パイプ４ａには燃料噴射弁６とともに、調圧用レギュレータ（図示しない）がそれぞれ配設されている。

起動用燃焼器３０は、燃料電池１０の起動時において、その燃料電池１０を加熱昇温させるための加熱ガスを生成するためのものであり、燃料に着火するための点火プラグあるいはグロープラグ等からなる点火装置（図示しない）が設けられている。なお、本実施形態において示す起動用燃焼器３０は、空燃比を任意に設定する機能を有している。

起動用燃焼器３０の送出側と流路切替え部９との間には、送給パイプ３０ａが配設されている。
流路切替え部９は、図１（Ｂ）に示すように、送給パイプ３０ａ、下記の送給パイプ５５ａ、その流路切替え部９から燃料電池１０のケース１４との間に配設した送給パイプ９ａ、この送給パイプ９ａと後述する一例に係る流路形成体ＥＡとの間に配設した分岐パイプ９ｂに、切替え弁７，８を配設した構成のものである。

切替え弁７は、送給パイプ３０ａと送給パイプ５５ａとを切り替えることにより、起動用燃料器３０から送給される加熱ガスと、カソード空気予熱用熱交換器５５から送給される新規の空気とを択一的に切り替えるものである。

また、切替え弁８は、送給パイプ９ａを流通する過熱ガス又は空気を分岐パイプ９ｂに分流／停止を行うように切り替えられるようになっている。
すなわち、燃料電池１０の起動時においては、その燃料電池１０のカソード１１に向かう加熱ガスの一部を、温度差緩和用ガスとして後述する流路形成体ＥＡに向けて分流させるように切り替えられる。

換言すると、本燃料電池システムＡ１の起動時には、起動燃焼器３０によって生成した加熱ガスをケース１４と、流路形成体ＥＡの双方からセルスタック１３に送給するようになっている。

空気ブロワ１は、カソード空気予熱用熱交換器５５を介して燃料電池１０のケース１４に新規の空気を送給するためのものであり、後述する制御部Ｂの出力側に接続されて、回転数を増減制御されるようになっている。
この空気ブロワ１とカソード空気予熱用熱交換器５５との間には、送給パイプ１ａが配設されており、その空気ブロワ１から送給される新規の空気を、カソード空気予熱用熱交換器５５に送給するようになっている。

カソード空気予熱用熱交換器５５は、空気ブロワ１から送給される新規の空気を加熱するものであり、そのカソード空気予熱用熱交換器５５とプレ改質器加熱用熱交換器４５との間に送給パイプ４５ａが、また、燃料電池１０のケース１４との間に送給パイプ５５ａがそれぞれ配設されている。
これにより、プレ改質器加熱用熱交換器４５から排出された高温ガスと新規の空気との熱交換を行わせることにより新規の空気を加熱して、ケース１４に送給できるようにしている。

プレ改質器加熱用熱交換器４５は、プレ改質器４０との間において熱交換を行えるように配設されており、これの出力側とカソード空気予熱用熱交換器５５の間に送給パイプ４５ａが連結されている。
また、上記送給パイプ４５ａとアフターバーナ６０の出力側との間には送給パイプ６０ａが配設されている。

アフターバーナ６０は、新規の燃料と空気又はカソードオフガスとアノードオフをそれぞれ混合燃焼することによって、加熱ガスを生成する機能を有するものであり、このアフターバーナ６０の入力側には、これに燃料を送給するための送給パイプ６０ｃと、新規の空気を送給するための送給パイプ６０ｄとが連結されている。

送給パイプ６０ｃと送給パイプ６０ｄには、切替え弁６０ｅ，６０ｆが配設されており、それらのうちの切替え弁６０ｅには下記の送給パイプ２ｃが連結され、また、切替え弁６０ｆには送給パイプ１１ｃが連結されている。

上記の切替え弁６０ｅ，６０ｆにより、新規の燃料と空気又はカソードオフガスとアノードオフをアフターバーナ６０に送給できるようにしている。
すなわち、アフターバーナ６０は、それら送給パイプ６０ｃ，６０ｄを通じて送給される燃料と新規の空気又はカソードオフガス（「排カソードガス」ともいう）とアノードオフガス（「排アノードガス」ともいう）を混合燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成するものである。

プレ改質器４０は、アノード１２に送給する燃料ガスを改質する機能を有するものであり、このプレ改質器４０の入力側には上記した送給パイプ６０ｂとともに、改質用の新規の空気を送給するための送給パイプ４０ｂが配設されている。
また、このプレ改質器４０の出力側とアノード１２との間には送給パイプ４０ａが配設されている。すなわち、改質した燃料ガスをアノード１２に送給できるようにしている。

アノードオフガス循環ブロワ２は、燃料電池１０のアノード１２から排出された排アノードガスをプレ改質器４０及び系外に向けて送給排出するためのものであり、アノード１２とアノードオフガス循環ブロワ２との間に排出パイプ１２ａが連結されている。
アノードオフガス循環ブロワ２の送出側には、排アノードガスを系外に導出するための導出パイプ２ａが配設されているとともに、その導出パイプ２ａと、燃料蒸発器５０とプレ改質器４０との間に配設された送給パイプ５０ａとの間に分岐パイプ２ｂが配設されている。

ケース１４のガス排出部１４ｅには、そのケース１４から排出される排ガスを系外に導出するための導出パイプ１１ａが配設されているとともに、その導出パイプ１１ａと燃料蒸発器５０の熱交換部(図示していない)との間には分岐パイプ１１ｂが連結されている。

燃料蒸発器５０は、新規に送給された燃料をガス化して予熱する機能を有するものであり、本実施形態においては、分岐パイプ１１ｂを通じてケース１４から排出された排ガスである高温ガスから熱交換してガス化する熱交換構造を具備している。
なお、導出パイプ２ａと送給パイプ６０ｃとの間、導出パイプ１１ａと送給パイプ６０ｄとの間にも分岐パイプ２ｃ，１１ｃが連結されて、それぞれの排ガスを送給できるようにしている。

本実施形態において示す燃料電池１０は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、セルスタック１３をケース１４に収容しているとともに、そのケース１４内に詳細を後述する一対のガス誘導部材１５，１５を配設した構成になっている。
なお、図１に示すセルスタック１３は、多数積層したセルユニットＤ１…のうちの、一つのもののみを示すことにより簡略化して示している。

ケース１４は、互いに所要の間隔にした上壁１４ａと底壁１４ｂの全周にわたり周壁１４ｃを囲繞形成した気密性を有する円筒形に形成されている。
周壁１４ｃには、軸線Ｏを通る直径線Ｏ１上であって、詳細を後述する流路形成体ＥＡを挟む両側位置に、上記した起動用燃焼器３０から送給される加熱ガスを導入するための起動用ガス導入部１４ｄと、ケース１４内に導入された加熱ガスを排出するためのガス排出部１４ｅが配設されている。
すなわち、加熱ガスは、流路形成体ＥＡを挟む一方の側から他方の側に流通するようになっている。

上記したケース１４は例えばフェライト系ＳＵＳで形成されており、底壁１４ｂ，上壁１４ａ及び周壁１４ｃの各外面を断熱材（図示しない）で被覆している。

起動用ガス導入部１４ｄは、周壁１４ｃに形成した側面視方形の導入側開口を囲繞する四角筒形に形成されている。
ガス排出部１４ｅは、周壁１４ｃに形成した方形の排出側開口の側縁に一致させ、かつ、上底壁１４ａ，１４ｂ間にわたる高さにした一対の仕切り板１４ｆ，１４ｆにより区画形成されている。
また、仕切り板１４ｆ，１４ｆの両側の周壁４２ｃには、空気を導入するための空気導入口１４ｇ，１４ｇが形成されている。

ガス誘導部材１５，１５は、一対の仕切り板１４ｆ，１４ｆの内縁に、厚さ０．１（ｍｍ）程度のセラミックスシート等の熱的な絶縁材（図示しない）を介して基端部を密着固定し、かつ、その基端部から先端部にかけてセルスタック１３の外周面に沿って曲成されている。
これにより、運転モードにおいて、空気導入口１４ｇ，１４ｇからケース１４内に導入した空気を、周壁１４ｃ内面に沿って周回させた後、セルスタック１３の間隙ｔを通じてガス排出部１４ｅに誘導排出するようにしている。

具体的には、セルスタック１３の外周面のそれぞれ約２／３を覆う長さにした横長方形の板材を、当該外周面に沿う一円周をなすように曲成したものである。このようなガス誘導部材１５，１５は、例えば０．１（ｍｍ）ほどの肉厚にしたフェライト系ＳＵＳにより形成することができる。

すなわち、起動用ガス導入部１４ｄに対向する位置には、ガス誘導部材１５，１５の開放端により区画形成された開口域が区画形成され、ケース１４内に導入された空気をセルスタック１３内に誘うようにしている。
換言すると、ガス誘導部材１５，１５は、平面視において直径線Ｏ１を中心とした線対称に曲成されており、ガス誘導部材１５，１５とケース１４の周壁１４ｃ内面との間に、空気を流通させるための予熱流路α，α（図２（Ｂ）に示す）が区画形成されている。

なお、ガス誘導部材１５，１５としては、上記したフェライト系ＳＵＳの他、良伝導伝熱性を有しかつ耐熱性を有するとともに耐酸化性又は耐還元性を有する材料を使用することができる。
例えばＦｅ‐Ｃｒ含有ステンレス、Ｃｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵ、Ｎｉ系のステンレス、インコネル（登録商標）等を採用することができるが、セルユニット積層体と接触させる場合は、接触面にセラミックスペーパを挟持したり、絶縁皮膜を形成するなど絶縁材で形成すればよいものである。

ガス誘導部材１５，１５とセルスタック１３との間には、それらを電気的絶縁性を有しかつ熱伝導性を有する絶縁層（図示しない）が介設されている。
絶縁層は、ガラスコート，ガラスウール，セラミックシートにより形成され若しくはセルスタック１３とガス誘導部材１５，１５とユニット外集電体２０との間に充填することにより形成されている。

図３（Ａ）は、図２（Ｂ）に示す断面ＩＩ‐ＩＩに沿うセルユニットの拡大断面図、（Ｂ）は、そのセルユニットに設けた流路形成体の拡大平面図、図４は、図２（Ｂ）に示す断面ＩＩＩ‐ＩＩＩに沿うセルユニットの拡大断面図である。また、図５は、セルスタックをなす一例に係るセルユニットの分解斜視図である。

上記したセルスタック１３は、固体電解質型セル１６を用いた一例に係るセルユニットＤ１を互いに所要の間隙ｔ（図３（Ａ）参照）をもって複数積層してなるものである。
セルユニットＤ１は、図３（Ａ）に示すように、固体電解質型セル１６の上側にユニット内集電体１７とセパレータ１８を、下側にセル板１９とユニット外集電体２０とを軸線Ｏを中心とした同軸的に整列積層させた円盤形のものであり、また、その軸線Ｏに一致して詳細を後述する流路形成体ＥＡが配設されている。

なお、密封部材２１は、セル板１９とセパレータ１８の外周を密封するためのものであり、これにより、内部に燃料ガスの流路となる空隙ｕが区画形成されている。
すなわち、当接させた密封部材２１とセル板１９及び密封部材２１とセパレータ１８とは、全周にわたり気密的（ガス密的）にレーザ溶接等により接合されてセルユニットＤ１を構成している。

固体電解質型セル１６は、中心に円形開口１６ａを形成した円盤形のものであり、アノード１２に電解質及びカソード１１を印刷・焼成法により成膜した燃料極支持型のものである。
電解質としては、例えば８モルパーセントイットリア安定化ジルコニアを使用しているが、ペロブスカイト型酸化物系、リン酸塩系やホウ酸塩系等の固体酸を採用することもできる。
また、アノード１２としては、ニッケル＋イットリア安定化ジルコニアのサーメット、また、カソード１１としてはランタンストロンチュウムマンガナイトを使用することができる。

セパレータ１８は、詳細を後述する流路部品Ｅ２を中央部に一体に形成した円板形のものである。
セル板１９は、ＳＵＳ４３０のリング形状圧延板からなり、リング内周側で円盤形セルの外周部と接合されている。

ユニット内集電体１７は上記した空隙ｕ内に配置されており、それは、インコネル（登録商標）製の金属メッシュを円環形に成形したものであり、これの周縁部をセル板１９及びセパレータ１８にレーザ溶接等により接合している。

本実施形態において示す流路形成体ＥＡは、燃料ガスをセルユニットＤ１内に送給するとともに、加熱ガスの流接に伴ってセルユニットＤ１に生じる温度差を緩和するための温度差緩和用ガスを、そのセルユニットＤ１に送給流接させるための温度差緩和用ガス送給部Ｆ１を形成したものである。

すなわち、本実施形態において示す流路形成体ＥＡは、ＳＵＳ４３０等により形成された六つの流路部品Ｅ１〜Ｅ６を互いに積層させて接着した構成になっている。

流路部品Ｅ１は円板形のものであり、これの中心には、ボルト挿入孔９０（図３，５参照）が形成されているとともに、軸心Ｏを挟む図示前後両側に、後述する温度差緩和用ガスを流通させるための流通路の一部をなす流通孔９１，９１が平面視において長方形にして形成されている。

また、軸心Ｏを中心とする９０度の角度間隔で四つのアノードガス流入孔９２…が形成されているとともに、それらアノードガス流入孔９２…と４５度の角度差をつけ、かつ、同じ９０度の角度間隔で四つのアノードガス流出孔９３…が形成されている。

流路部品Ｅ２は、セパレータ１８の中央部に一体に形成されており、そのセパレータ１８の中央部にボルト挿入孔９０、温度差緩和用ガスを流通させるための流通路の一部をなす流通孔９１，９１、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３を配設したものである。
なお、流通孔９１，９１、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３は、上記した流路部品Ｅ１の流通孔９１，９１等と互いに積層したときにそれぞれ一連の流通路をなすように配設されている。

流路部品Ｅ３は、ユニット内流路厚さを確保するとともに、セル部へアノードガスを流入あるいは流出させる機能を有するものである。
この流路部品Ｅ３には、上記したものと同等のボルト挿入孔９０、温度差緩和用ガスを流通させるための流通路の一部をなす流通孔９１，９１、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３が配設されており、それらは、上記した流路部品Ｅ１，Ｅ２に形成したものとそれぞれ一連の流通路をなすように配設されている。

流路部品Ｅ３には、さらに、アノードガス流入孔９２…、アノードガス流出孔９３…にそれぞれ連通し、かつ、周面に開口した流出入路１０１，１０１（図４等参照）が形成されており、それらの流出入路１０１，１０１を通じてアノードガスをセルユニットＤ１内に流出入させられるようにしている。
なお、上記した流路部品Ｅ３は、ユニット内流路の厚みを確保できればよく、円盤形セルの寸法が不均一となりやすいため、その外径はセルから離れた外径とすることが好ましい。

流路部品Ｅ４は、固体電解質型セル１６と同じ厚みにした円板形のものであり、これには、上記したものと同等のボルト挿入孔９０、温度差緩和用ガスを流通させるための流通路の一部をなす流通孔９１，９１、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３が配設されており、それらは、上記した流路部品Ｅ１〜Ｅ３に形成したものと一連の流通路をなすように配設されている。
なお、ボルト挿入孔９０、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３等の一部のものは図示していない。

流路部品Ｅ５は、所要の板厚にした円板形のものであり、これには、上記したものと同等のボルト挿入孔９０、温度差緩和用ガスを流通させるための流通路の一部をなす流通孔９１，９１、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３が配設されており、それらは、上記した流路部品Ｅ１〜Ｅ４に形成したものとそれぞれ一連の流通路をなすように配設されている。
なお、上記の流路部品Ｅ５はその外周部で円盤形セルの内周部と接合されることとなり、セル板１９と同じ機能を果たすこととなる。よって、流路部品Ｅ５の板厚は、セパレータが電解質と接合する面と高さが合う厚みにしている。

流路部品Ｅ６は、流路部品Ｅ１とほぼ同じ外径にしかつ所要の板厚にした円板形のものであり、これには、上記したものと同等のボルト挿入孔９０、温度差緩和用ガスを流通させるための流通路の一部をなす流通孔９１，９１、アノードガス流入孔９２及びアノードガス流出孔９３が配設されており、それらは、上記した流路部品Ｅ１〜Ｅ５に形成したものとそれぞれ一連の流通路をなすように配設されている。

また、図３（Ｂ）に示すように、下面には、流通孔９１，９１に内端部を連通し、かつ、ガス噴出用開口を周面に臨ませた断面コ字形のガス送出用溝１００，１００一方は図示していない）が直径線Ｏ２に一致して形成されている。

上記した各流路部品Ｅ１〜Ｅ６を、セパレータ１８とセル板１９との間に挟持して互いに積層させることにより、一連の流通路β，β、アノードガス流入路γ…及びアノードガス流出路δ…を連設した流路形成体ＥＡが形成される。

組み立て工順の一例を示すと次の通りである。
（１） 流路部品Ｅ１とセパレータ１８とは、ロウ付け、溶接、拡散接合などで予め接合する。
（２） 同様に流路部品Ｅ３，Ｅ４を予め接合したセル板内周側の流路部品Ｅ５と、セル 板１９とをセルに接合（ロウ材やガラス接合材、セラミックス接合材を用いて接合することができる。）する。
（３） セパレータ１８とセル板１９の外周に密封部材２１を挟んで接合する。
（４） セルユニットＤ１どうしを積層し、隣り合うセルユニットＤ１，Ｄ１の流露部品Ｅ１とＥ６との間は絶縁性のガラス接合材で接合するか、一方の面を絶縁性のセラミックス層表面処理してロウ付け等、電気的絶縁性の接合を行うことにより、電気的な絶縁を図るとともにガスタイトな接合を行っている。

また、上記した各流路部品Ｅ１〜Ｅ６を積層させてなる流路形成体ＥＡを配設したセルユニットＤ１どうしを互いに積層することにより、下側のセルユニットＤ１の流路部品Ｅ１の上面に、上側のものの流路部品Ｅ６の下面が当接することにより、ガス流出用溝１００，１００の開口が下側のセルユニットＤ１の流路部品Ｅ１の上面によって閉塞されてガス噴出口１００ａ，１００ａ（図３参照）が区画形成されるとともに、セルユニットＤ１，Ｄ１間に流路部品Ｅ６の板厚分の間隙ｔが形成される。

換言すると、流通路β，β内を流通する温度差緩和用ガスを、ガス流出用溝１００，１００、ガス噴出口１００ａ，１００ａを通じて、上下に隣接して積層されたセルユニットＤ１，Ｄ１の間隙ｔに噴出させられるようにしているのである。

図６は、図２（Ｂ）に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う燃料電池の断面図、図７は、図２（Ｂ）に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う燃料電池の断面図である。
上記の構成からなる燃料電池１０の製造工程は、概ね次のとおりである。
まず、上下隣接するセルユニットＤ１の流路形成体ＥＡ…どうしをセラミックス系接着材によって接着して順次重ね合わせると、全てのセルユニットＤ１…の流路形成体ＥＡ…が連なった流通路β，β（図６参照）等が形成される。
これらのセルユニットＤ１…をケース１４の上壁１４ａと底壁１４ｂとの間に挟み込んでボルト１２０，ナット１２１によって挟持固定する。
これにより、上下隣接する二つのセルユニットＤ１，Ｄ１間に、それぞれ流路部品Ｅ６の板厚分の間隙ｔが形成されるとともに、その間隙ｔにガス噴出口１００ａ，１００ａ…を臨ませた状態になる。

本実施形態において示す温度差緩和用ガス送給部Ｆ１は、図６に示すように、上記流通路β，βと、ガス噴出口１００ａ，１００ａ…とにより構成している。
本実施形態においては、図２（Ｂ）に示すように、ガス噴出口１００ａ，１００ａを起動用ガス導入部１４ｄから流入する温度差緩和用ガスの流れ方向ａに直交する方向に向けた状態にしている。

換言すると、本実施形態においては、温度差緩和用ガスの流れ方向ａが、軸線Ｏを通る直径線Ｏ１に一致しているとすると、ガス流出用溝１００，１００を、その直径線Ｏ１に直交する直径線Ｏ２に一致させて配置している。
次に、セルスタック１３の外周に対し、絶縁層を介してガス誘導部材１５，１５が密着させるとともに、例えば上壁１４ａと底壁１４ｂに設けた溝部（図示しない）に嵌め込むことにより固定している。
以上のようにして、燃料電池１０が組み立てられる。

図８は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部Ｂが有する機能を示すブロック図である。
上記した温度センサＳ１〜Ｓ３のうち、温度センサＳ１が上述した起動用ガス導入部１４ｄ、温度センサＳ２がガス排出部１４ｅ、また、温度センサＳ３がセルユニットＤ１にそれぞれ配設されており、それら温度センサＳ１〜Ｓ３が制御部Ｂの入力側に接続されている。
温度センサＳ３のセルユニットＤ１への配設は、例えば積層段中段のＩＩ‐ＩＩ線上のセルユニットＤ１外周部や中心流路部ＥＡに埋設するとよい。
また、制御部Ｂの出力側には、空気供給装置３、燃料ポンプ４、空気供給弁５、起動用燃焼器３０、燃料噴射弁６、切替え弁７，８、空気ブロワ１，２等が接続されている。

制御部Ｂは、本燃料電池システムＡ１に用いるプログラムの実行により、下記の各機能を発揮する。
（１）加熱ガスをセルユニットＤ１に向けて送給するとともに、温度差緩和用ガス送給部Ｆ１を介して、温度差緩和用ガスをセルユニットＤ１に送給流接させる機能。この機能を「ガス送給手段Ｂ１」という。
本実施形態においては、空気供給装置３、燃料ポンプ４、起動用燃焼器３０、空気供給弁５、燃料噴射弁６及び切替え弁７，８によって温度差緩和用ガスを温度差緩和用ガス送給部Ｆ１に送給している。
ケース１４と流路形成体ＥＡにそれぞれ送給される加熱ガスと温度差緩和用ガスの流量比率は、セルスタック１３や流路形成体ＥＡの熱容量に依存して決定する。

（２）燃料電池１０の温度が設定値以上であるか否かを判定する機能。この機能を「温度判定手段Ｂ２」という。
具体的には、温度センサＳ３によってセルユニットＤ１の温度を測定している。
「設定値」は、燃料電池１０が発電できる温度帯域のことをいう。
セルスタック１３に配設した温度センサＳ３によって、そのセルスタック１３の温度を取得するとともに、その取得した温度が予め設定した規定値に達したか否かを判定し、その規定値に達したと判定されたときに、起動モードから通常運転モードに移行させている。

（３）燃料電池１０の温度が設定値以上であると判定されたときには、加熱ガスと温度差緩和用ガスの送給を停止する機能。この機能を「ガス停止手段Ｂ３」という。
（４）セルユニットＤ１の上流側と下流側との温度差を測定する機能。この機能を「温度差測定手段Ｂ４」という。
セルユニットＤ１の上流側の温度は温度センサＳ１、セルユニットＤ１の下流側の温度は温度センサＳ２によって取得している。

（５）セルユニットＤ１の下流側の温度が設定値以上となったか否かを判定する機能。この機能を「上流側温度判定手段Ｂ５」という。
（６）セルユニットＤ１の下流側の温度が設定値以上となったと判定したときには、セルユニットに流接させていた加熱ガスに替えて冷却ガスを送給流接させる機能。この機能を「冷却ガス送給手段Ｂ６」という。
すなわち、冷却ガスを導入する場合は、発電していて要求発電出力が大きくなり、発電電流を上昇させた場合を想定することができる。その場合は、起動加熱時とは異なり、セルユニット下流側で温度が上昇するため、これを冷却する目的で温度差緩和用ガスを導入すると、セル部温度分布を緩和する効果が大きい。発電時は、カソード空気はガス導入部１４ｇから導入され、ガス誘導部材１５の外周の予熱流路で予熱されるとともに、ガス誘導部材１５の開端部で折り返してセルユニットＤ１間に導入されます。

温度センサＳ３で測定した温度が設定値以上に上がってしまう場合は、ガス導入部１４ｇから導入するカソード用空気の導入温度を下げるか流量を増加して冷却をする。大負荷（大電流発電）運転を開始して、温度センサＳ３と温度センサＳ２で測定した温度の差分が設定値以上になる場合は、流路Ｆ２（図１３参照）から温度差緩和用ガスを導入して下流部を冷却するようにしてもよい。
冷却を目的として、カソード用空気や温度差緩和用ガスとして空気を導入する場合、セルが熱衝撃で破損しないように、あらかじめ破損しない温度範囲で温調できる流量・温度のマップを作成し、これにしたがって温調して導入するようにしてもよい。

次に、本燃料電池システムＡ１の起動時における動作の一例について説明する。図９は、本発明に係る燃料電池システムの起動時における動作を示す一例に係るフローチャートである。

ステップ１：本燃料電池システムＡ１を始動する。
なお、図９においてはステップ１を「ＳТ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。

ステップ２：燃料ポンプ４を起動する。
ステップ３：空気供給装置３を起動する。
ステップ４：空気供給弁５、燃料噴射弁６を開駆動して、起動用燃焼器３０に燃料と空気の送給を開始する。

ステップ５：本発明に係る燃料電池システムＡ１の起動時には、流路切替え部９の切替え弁７が閉駆動され、かつ、切替え弁８が開駆動される。
これにより、起動燃焼器３２により生成された加熱ガスがケース１４の起動用ガス導入部１４ｄに、また、その加熱ガスの一部が温度差緩和用ガスとして上述した流路形成体ＥＡにそれぞれ送給される。
温度センサＳ３によって温度を検知し、起動用燃焼器３０への導入燃料流量を制御する等して燃焼リーン度を制御することにより、加熱ガス及び温度差緩和用ガスの温度を徐々に上昇させながら導入する。
燃料電池１０のアノード流路側は、セルユニットＤ１の起動昇温に伴うアノード１２の酸化を防止するため、プレ改質器４０とアノード１２間にリッチ燃焼ガスを循環させることができる。
具体的には、燃料電池１０を加熱したオフガスで、燃料蒸発器５０を加熱してプレ改質器４０へ燃料と空気を導入し、リッチ燃焼あるいは自己発熱型の部分酸化反応モードで運転し、プレ改質オフガスをアノード１２へ導入する。アノードオフガスの大部分はプレ改質器４０に返戻して再昇温し、アノード１２に送るようにする。

ステップ６：温度センサＳ３によって測定したセルユニットＤ１の温度が規定値に達したか否かを判定し、当該温度が規定値に達していると判定されればステップ７に進み、そうでなければステップ５に戻る。

ステップ７：空気供給弁５、燃料噴射弁６を閉駆動して、起動用燃焼器３０に送給していた燃料と空気を停止する。
ステップ８：流路切替え部９の切替え弁７が開駆動され、かつ、切替え弁８を閉駆動して、燃料電池１０に燃料と空気の送給を開始する。
ステップ９：燃料電池１０の起動モードから通常運転モードに切り替える。

通常運転モードにおける空気の流動状態は、以下の通りである。
ガス導入部１４ｇ，１４ｇを通じてケース１４内に流入した空気は、ガス誘導部材１５，１５と周壁内面で区画形成される予熱流路α，αを流通して、ガス誘導部材１５，１５の各開放端に向けて流動する。

ガス誘導部材１５，１５の各開放端に到達した空気は、当該開放端においてセルスタック１３に向けてそれぞれ回り込んだ後、そのセルスタック１３の各間隙ｔを通じてガス排出部１４ｅに向けて流動し、そのガス排出部１４ｅを通じてケース１４外に排出される。

次に、本燃料電池システムＡ１の起動時における動作の他例について説明する。図１０は、本発明に係る燃料電池システムの起動時における動作を示す他例に係るフローチャートである。

ステップ１：本燃料電池システムＡ１を始動する。
なお、図９においてはステップ１を「ＳТ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。

ステップ２：燃料ポンプ４を起動する。
ステップ３：空気供給装置３を起動する。
ステップ４：空気供給弁５、燃料噴射弁６を開駆動して、起動用燃焼器３０に燃料と空気の送給を開始する。

ステップ５：本発明に係る燃料電池システムＡ１の起動時には、流路切替え部９の切替え弁７が閉駆動され、かつ、切替え弁８が開駆動される。
これにより、起動燃焼器３２により生成された加熱ガスがケース１４の起動用ガス導入部１４ｄに、また、その加熱ガスの一部が温度差緩和用ガスとして上述した流路形成体ＥＡにそれぞれ送給される。
ケース１４と流路形成体ＥＡにそれぞれ送給される加熱ガスと温度差緩和用ガスの流量比率は、セルスタック１３や流路形成体ＥＡの熱容量に依存して決めていることは、上記と同様である。

ステップ６：加熱ガスが流通する燃料電池１０の上流側における温度が設定値以上になったか否かを判定し、当該温度が設定値以上になっていると判定したときには、ステップ７に進み、そうでなければステップ５に戻る。
本実施形態における「燃料電池１０の上流側の温度」とは、セルスタック１３の軸線Ｏよりも上流側の温度の意味であり、具体的には、起動用ガス導入部１４ｄに配置した温度センサＳ１によって測定した温度である。

ステップ７：燃料電池１０のカソード１１に空気を送給する。
ステップ８：流路形成体ＥＡに温度差緩和用ガスを送給する。
ステップ９：加熱ガスが流通する燃料電池１０の下流側における温度が設定値以上になったか否かを判定し、当該温度が設定値以上になっていると判定したときには、ステップ１０に進み、そうでなければステップ７に戻る。

本実施形態における「燃料電池１０の下流側の温度」とは、セルスタック１３の軸線Ｏよりも下流側の温度の意味であり、具体的には、ガス排出部１４ｅに配置した温度センサＳ２によって測定した温度である。
これにより、ケース導入部側が発電可能な温度に達し、下流側が当該温度に達していない場合であっても、ケース導入部から空気を送給するとともに、流路形成体ＥＡから温度差緩和用ガスを流通させることで、ケース１４の導入側を過昇温させることなく、下流部を昇温させるべく対処することができる。

ステップ１０：空気供給弁５、燃料噴射弁６を閉駆動して、起動用燃焼器３０に送給していた燃料と空気を停止する。
ステップ１１：流路切替え部９の切替え弁７が開駆動され、かつ、切替え弁８を閉駆動して、燃料電池１０に燃料と空気の送給を開始する。
ステップ１２：燃料電池１０の起動モードから通常運転モードに切り替える。

上記した構成から燃料電池システムＡ１の運転モードにおける動作は、次のとおりである。図１１は、定格運転時の燃料ガスと空気の流通状態を示す説明図、図１２は、負荷変動運転時の燃料ガスと空気の流通状態を示す説明図である。

＜定格運転時＞
なお、図１１において実線で示されている各種のパイプ類は、燃料電池１０の定格運転時において空気や燃料が流通することを表している。また、温度センサや制御部等については省略して示している。

プレ改質器４０へは、高温水蒸気を含むアノードオフガスの一部と、燃料蒸発器５０で気化した燃料ガスと、改質用の少量の空気を導入し、吸熱モードの改質反応を行い、アノード１２に送給する。
カソード空気は、カソード空気予熱用熱交換器５５で予熱した後、カソード１１に向けて送給流接させて発電を行う。
アノード１２から排出されたアノードオフガスは、これの一部を分岐してプレ改質器４０に、また、残部をアフターバーナ６０に送給する。
セルスタック１３の排カソードオフガスは分岐し、一部をアフターバーナ６０に、残部は燃料蒸発器５０の熱交換流路に送給する。
アフターバーナ６０は、これの燃焼排気温度が一定値（例えば８００℃）になるように、燃焼用の空気を追加する。また、燃焼ガスは熱交換器４５に送給して、プレ改質器４０を加熱し、その後、カソード空気の予熱に利用した後に排気される。

＜負荷変動運転時＞
なお、図１２において実線で示されている各種のパイプ類は、燃料電池１０の負荷変動運転時において空気や燃料が流通することを表している。また、温度センサや制御部等については省略して示している。

部分負荷運転（例えば定格時の２０％出力のとき）時、発電出力低下に伴いセル発熱量が減少しセルスタック１３の温度が低下する場合は、アフターバーナ６０に送給する燃料を追加することにより、カソード予熱用熱交換器５５に送給する燃焼ガスの熱量を増加させて、セルスタック１３に送給するカソード空気温度を上昇させる。

高温のカソード空気をケース１４及び流路形成体ＥＡの２箇所から導入することにより、セルスタック１３内の温度分布を小さくしつつ、そのセルスタック１３の昇温やセル温度の低下を防止することができる。
プレ改質器４０が要求する熱量に対して、カソード空気予熱用熱交換器５５が要求する熱量が大きい場合は、送給パイプ６０ａ，６０ｂの各流量を調整して、カソード空気の温度を上昇させるようにしてもよい。

一方、部分負荷運転から１００％出力へ移行した場合、発電反応に伴う発熱増加に対しカソードガスの供給量切り替えの遅れ等でセルスタック１３の温度が上昇してしまう場合、定格運転条件より、カソード流量を増加するかあるいは温度を低下して導入する。この場合も、高温のカソード空気をケース１４及び流路形成体ＥＡの２箇所から導入することにより、セルスタック１３内の温度分布を小さくし、セルの破損を防止して温度制御することができる。また、多くの接合部や締結ボルトを具備している中心流路部を冷却する効果も期待できるので、耐久性が向上する。

敷衍すると、発電出力が増加すると発熱量もこれに伴い増加する。すなわち、ガス誘導部材１５の開端部で折り返してセル部に入ってきたカソードガスは、セルから熱を奪いながら昇温し、下流になるに従いガス、セルともに温度が上昇する。
そこで、流路形成体ＥＡから低温のガスを導入することにより、下流側の温度を下げることができ、セル全体の温度分布を小さくすることができる。

以上の構成からなる本燃料電池システムＡ１によれば、起動時において加熱ガスをセルスタック１２の上流側から、また、流路形成体ＥＡから分割して送給することにより、セルユニットＤ１の温度分布を均一化することができる。これにより、セルや接合部等の破損を防止して起動速度を向上させることができる。
具体的には、加熱ガスをセルスタック１３の上流部のみから送給する場合に比較して、セルユニットＤ１の温度差を約半分程度にすることができる。

図１３（Ａ）は、流路形成体ＥＡに形成した第一の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部、（Ｂ）は、流路形成体ＥＡに形成した第二の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部の各説明図である。
なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

第一の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ２は、（Ａ）に示すように、上記した流通路β，βを流通する温度差緩和用ガスをセルユニットＤ１，Ｄ１間の間隙（図示しない）に噴出させるためのガス噴出口の構成が異なっている。

すなわち、上記したガス流出溝１００ａ，１００ａに加えて、二つのガス流出溝１００ｂ，１００ｂを配設した構成になっている。
ガス流出溝１００ｂ，１００ｂは、加熱ガスの下流側に向け、かつ、軸線Ｏ１に対してそれそれ約４５度の角度をもって形成されたものである。
すなわち、ガス噴出口１００ａ´，１００ａ´を直径線Ｏ２に一致させ、かつ、ガス噴出口１００ｂ´，１００ｂ´を直径線Ｏ１（直径線Ｏ２）と約４５°の角度に形成している。

第二の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ３は、（Ｂ）に示すように、上記したガス流出溝１００ａ，１００ａ、二つのガス流出溝１００ｂ，１００ｂに加えて、二つのガス流出溝１００ｃ，１００ｃを配設した構成になっている。
ガス流出溝１００ｃ，１００ｃは、加熱ガスの上流側に向け、かつ、軸線Ｏ１に対してそれそれ約４５度の角度をもって形成されたものである。
すなわち、ガス噴出口１００ｃ´，１００ｃ´を直径線Ｏ１（直径線Ｏ２）と約４５°の角度に形成している。

上記図１３（Ｂ）に示す構成によれば、セル部に対する中心流路部（流路形成体）の熱容量が比較的大きいセルスタックを起動する場合や、発電に伴う発熱分布が燃料流れに大きく依存するセル特性であるために、高負荷運転時に中心流路部で昇温する特性のセルスタックの場合、起動時の昇温分布や発電時のセル温度分布を緩和することができる。

図１４（Ａ）〜（Ｈ）は、第三〜第五の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部を形成した流路形成体ＥＡの説明図である。
なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

図１４（Ａ）に示す流路形成体ＥＡには、第三の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ４が形成されている。
第三の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ４は、断面円形にした温度差緩和用ガスを流通させるための流通路１３１，１３１に、直径線Ｏ１に直交する直径線Ｏ２に一致したガス流出用溝１３１ａ，１３１ａを形成したものである。
すなわち、ガス噴出口１３１ａ´，１３１ａ´を直径線Ｏ２に一致させて形成している。
また、軸線Ｏに一致したボルト孔を兼ねるアノードガス排出路１３２と、その軸線Ｏを中心とした所定の角度間隔でアノードガス流入路１３３…を配設している。

図１４（Ｂ）に示す流路形成体ＥＡには、上記した第三の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ４が形成されているとともに、軸線Ｏに一致して配設したボルト孔１３４と、その軸線Ｏを中心としたそれぞれ所定の角度間隔で上記したものと同等のアノードガス流入路１３３とアノード排出路１３５…を配設している。

図１４（Ｃ）に示す流路形成体ＥＡには、第四の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ５が形成されている。
第四の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ５は、軸線Ｏに一致して形成した断面円形にした温度差緩和用ガスを流通させるための流通路１３６に、直径線Ｏ１に直交する直径線Ｏ２に一致したガス流出用溝１３６ａ，１３６ａを形成した構成ものである。
すなわち、本変形例においてはガス噴出口１３６ａ´，１３６ａ´を直径線Ｏ２に一致させて形成している。
また、軸線Ｏを中心としたそれぞれ所定の角度間隔でアノードガス流入路１３３と、ボルト孔を兼ねるアノード排出路１３７とを形成したものである。

図１４（Ｄ）に示す流路形成体ＥＡには、上記した第三の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ４が形成されているとともに、軸線Ｏを挟む両側対称位置に配設されたボルト孔１３８，１３８、軸線Ｏに一致して配設したアノードガス流出路１３９、及びその軸線Ｏを中心とした所定の角度間隔で配設したアノードガス流入路１３３を形成したものである。

図１４（Ｅ）に示す流路形成体ＥＡは、上記した第三の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ４が形成されているとともに、軸線Ｏを中心としたそれぞれ所定の角度間隔で上記したものと同等のアノードガス流入路１３３と、ボルト孔を兼ねるアノード排出路１４０…を配設した構成のものである。

図１４（Ｆ）に示す流路形成体ＥＡは、上記した第四の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ５が形成されているとともに、軸線Ｏを中心としたそれぞれ所定の角度間隔で上記したものと同等のアノードガス流入路１４１とアノード排出路１４２…とを配設した構成のものである。

図１４（Ｇ）に示すに示す流路形成体ＥＡは、第五の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ６が形成されている。
第五の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ６は、軸線Ｏに一致して形成した断面円形の流通路１３６に、直径線Ｏ１に直交する直径線Ｏ２に一致したガス流出用溝１３６ａ，１３６ａと、直径線Ｏ１と所要の角度をなして形成したガス流出用溝１３６ｂ，１３６ｂとを形成したものである。
すなわち、ガス噴出口１３６ａ´，１３６ａ´を直径線Ｏ２に一致させて、また、ガス噴出口１３６ｂ´，１３６ｂ´を直径線Ｏ１と所要の角度をなして形成している。
また、軸線Ｏを中心としたそれぞれ所定の角度間隔で上記したものと同等のアノードガス流入路１４１とアノード排出路１４２…とを配設した構成のものである。

図１４（Ｈ）に示す流路形成体ＥＡには、第三の変形例に係る温度差緩和用ガス送給部Ｆ４が形成されているとともに、軸線Ｏに一致したアノードガス排出路１３３と、その軸線Ｏを中心とした所定の角度間隔でアノードガス流入路１４３…を配設した構成のものである。
上記した図１４に示す流路形成体ＥＡは、温度緩和用ガス流路孔、アノード流出孔、アノード流入孔を円形や長方形に示しているが、それら円形等に限定されるものではなく、楕円形、多角形等に形成してもよいことは勿論である。

図２等に示す上記した流路形成体ＥＡは、温度差緩和用ガス送給部を複数設け易い構成である。
また、図１４（Ｆ）と（Ｇ）に示すものは配置構成として最も良く、流路形成体ＥＡを複数設け易く、また、そのサイズを小さくできるため、セル部に対する流路形成体ＥＡの熱容量差を小さくすることができるため、破損を防止して急速起動を行うことができる。
さらに、発電時に締結ボルトを冷却ガスが効率よく冷却できるので、耐久性が向上する。
さらにまた、図１４（Ａ），（Ｄ），（Ｈ）に示す流路形成体ＥＡは、アノードガスの排口を１箇所に集約できるために配管の取り合いをし易く、アノードガス排出側のマニホルドの形状を簡素化できる。

図１５は他例に係るセルユニットを示しており、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

他例に係るセルユニットＤ２は、流路形成体ＥＡのガス噴出口１００ａ，１００ａに対向して、メッシュ状の補強材１４４，１４４を配設した構成のものである。これにより、加熱ガスあるいは冷却ガスが直接セルに当たることを防止して熱衝撃を緩和できるとともに、局所的な温度差を小さくできる。これによりセルの劣化や破損を防止し、発電出力の均等化を図ることができる。また、セルユニットＤ２自体の強度を向上させられる。

図１６は、他例に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。なお、上述した第一の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

他例に係る燃料電池１０Ａは、軸線Ｏを挟むケース１４の両側対向位置であって各間隙ｔに対向させて配置したガス噴射ノズル１５０，１５０を配設し、これらに温度差緩和用ガスを送給するための流路１５１，１５１をケース１４の周壁１４ｃの外側に配置した構成のものである。
ガス噴射ノズル１５０，１５０の先端部は、周壁１４ｃ、ガス誘導部材１５を貫通して各間隙ｔに臨ませている。

この構成により、セルスタック１３内部の構成を簡素化することができるとともに、セルスタック１３の中心部分のサイズを小さくすることができる。
また、セルスタック１３内に搭載できるセル面積率を向上することができ、セルスタック１３の発電出力の容量密度を向上することができる。
さらに、セル部と中心流路部の熱容量差を小さくすることができるので起動が早く、また、負荷変動に対する応答性にすぐれた燃料電池とすることができる。
なお、図中ＥＢで示すものは、温度差緩和用ガス送給部を形成していない流路形成体である。

ところで、上述した実施形態においては、所謂起動時における動作について説明したが、低電圧や高電圧運転時の温度調節にも適用することができる。図１７は、本発明に係る燃料電池システムＡ１の運転モードにおける動作状態を示すフローチャートである。

ステップ１：本システムＡ１を始動する。
なお、図１６においてはステップ１を「ＳТ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。

ステップ２：セルユニットＤ１の温度が低下したか否かを判定し、セルユニットＤ１の温度が低下したと判定されればステップ３に進み、そうでなければステップ４に進む。
ステップ３：流路形成体ＥＡに冷却ガスである新規の空気を送給して、処理を終了する。
ステップ４：セルユニットＤ１の温度が上昇したか否かを判定し、当該温度が上昇したと判定されればステップ５に進み、そうでなければ処理を終了する。
ステップ５：流路形成体ＥＡに高温ガスを送給して処理を終了する。

以上の構成によれば、低電圧運転を行うときのようにセルスタック１３の温度が上昇する場合には、流路形成体ＥＡから冷却ガスを導入して冷却することができる。一方、高電圧運転を行うときのようにセルスタック１３の温度が低下する場合には、加熱ガスを導入して昇温することができる。

上述した実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
・まず、起動用燃焼器から送出された燃焼ガスを、アノード１２と流路形成体ＥＡへ分配送給し、熱容量の大きい流路形成体ＥＡの昇温遅れを防止することができる。
・起動時の加熱ガスを流路形成体ＥＡからセルユニットＤ１間の間隙ｔに噴出して流接させているので、熱容量の大きい流路形成体ＥＡの昇温遅れを防止することができることに加えて、セルユニットＤ１の流接方向下流側の昇温遅れもあわせて改善することができる。

・また、例えば４００℃以上に昇温した後も加熱ガスを送給して昇温を続けることができる。
すなわち、高い温度に昇温した後、アノードは燃料ガスで酸化劣化する場合があるが、酸化に弱いアノードを採用したセルスタックにおいても、劣化を防止して急速起動することができる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図１８は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
また、図１５において実線で示されている各種のパイプ類は、燃料電池１０の起動時において空気や燃料が流通することを示していることは、上述したとおりである。

本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムＡ２は、補助燃焼器１６０を設けた点が、上述した第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１と相違している。
補助燃焼器１６０は、燃料電池１０を起動させるときに、その燃料電池１０を加熱昇温させるための加熱ガスを生成するためのものであり、流路形成体ＥＡに加熱ガスを送給するようになっている。

すなわち、補助燃焼器１６０と流路形成体ＥＡとの間には、加熱ガスを送給するための送給パイプ１６０ａが配設されている。
また、送給パイプ１６０ａとカソード予熱用熱交換器５５との間には、分岐パイプ１６０ｂが連結されており、空気ブロワ１によって送給される新規の空気を運転モード等において加熱昇温させることができる。

このような補助燃焼器１６０を設けることにより、起動時のセルスタック１３の温度調整の制御性が向上するため、起動時間をより短縮できる。特に、上流側と下流側において、起動用の加熱ガスから発電用のカソード空気に切り替える過渡の制御を安定して行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上述した実施形態においては、セルユニット間の間隙に配設したガス噴出口を、積層したセルユニットの位置に関わらずに同数のものを例として説明したが、各セルユニットに生じる温度差を勘案して増減設定してもよい。
・また、各セルユニットに生じる温度差を勘案して、ガス噴出口の向き、ガス噴出口の断面積の変更等をすることができ、さらには、それらを適宜組み合わせることができる。これにより、セルユニットに生じる温度差をさらに小さくすることができる。

・上述した実施形態においては、ガス導入部から加熱ガスを導入して、ガス排出部から排出させる構成のものを例として説明したが、ガス導入部からケース内に送給するようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、ガス誘導部材を配設した構成のものを例示したが、必ずしも配設する必要はない。

１０，１０Ａ 燃料電池
１３ セルスタック
１６ 固体電解質型セル
１８ セパレータ
１９ セル板
１００ａ ガス噴出口
１３６ 流通路
１５０ ガス噴出ノズル
１５１ 送給パイプ
Ｂ１ ガス送給手段
Ｂ２ 温度差測定手段
Ｂ３ ガス停止手段
Ｂ４ 温度差測定手段
Ｂ５ ガス温度調整手段
Ｄ１，Ｄ２ セルユニット
ＥＡ，ＥＢ 流路形成体
Ｆ１〜Ｆ６ 温度差緩和用ガス送給部
ｔ 間隙
ｕ 空隙
β 流通路

Claims (7)

1. 固体電解質型セルを有するセルユニットに加熱ガスを流接させることにより、そのセルユニットを昇温させるようにした燃料電池において、
   上記加熱ガスの流接に伴い、セルユニットに生じる温度差を緩和するための温度差緩和用ガスを、そのセルユニットに送給流接するための温度差緩和用ガス送給部を設けたことを特徴とする燃料電池。
2. セルユニットは、固体電解質型セルを配設したセル板とセパレータとの間に水素含有ガス又は酸素含有ガスを流通させるための空隙が形成されているとともに、その空隙に酸素含有ガス又は水素含有ガスを送給するための流路形成体が配設されており、
   その流路形成体に、温度差緩和用ガス送給部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. セルユニットを互いに間隙をおいて積層したセルスタックを有しており、
   温度差緩和用ガス送給部は、温度差緩和用ガスを流通させるための流通路と、この流通路を流通する温度差緩和用ガスをセルユニット間の間隙に噴出させるためのガス噴出口とを有していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. セルユニットを互いに間隙をおいて積層したセルスタックをケースに収容しており、
   温度差緩和用ガス送給部は、セルユニット間の各間隙に臨むようにケース外からケース内に突入させた複数のガス噴出ノズルと、
   ケース外に配設され、各ガス噴出ノズルに温度差緩和用ガスを送給するための送給パイプを有していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
5. ガス噴出口を、加熱ガスの流接方向に交差する向きに配していることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載した燃料電池を用いた燃料電池システムであって、
   温度差緩和用ガス送給部を介して、温度差緩和用ガスをセルユニットに送給流接させるガス送給手段を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
7. セルユニットの上流側における加熱ガスと、そのセルユニットの下流側における加熱ガスの温度差を測定する温度差測定手段と、
   上記セルユニットの下流側の温度が設定値以上となったか否かを判定する上流側温度判定手段と、
   セルユニットの下流側の温度が設定値以上となったと判定したときには、セルユニットに流接させていた加熱ガスに替えて冷却ガスを送給流接させる冷却ガス送給手段とを設けたことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。

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