JP5712334B2 - 燃料電池 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本国際出願は、２０１３年３月２９日に日本国特許庁に出願した日本国特許出願第２０１３−７２９２２号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１３−７２９２２号の全内容を本国際出願に援用する。
本発明は燃料電池に関する。
従来、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも略す）が知られている。
このＳＯＦＣでは、発電単位として、例えば固体電解質膜の一方の側に燃料ガスに接する燃料極を設けるとともに、他方の側に酸化剤ガス（空気）と接する酸化剤極（空気極）を設けた燃料電池セル（発電セル）が使用されている。さらに、所望の電圧を得るために、インターコネクタを介して複数の発電セルを積層した燃料電池が開発されている。
この種の燃料電池では、通常、発電セルを積層した方向（積層方向）における中心側の発電セルの温度が、端部側の発電セルの温度よりも高くなってしまうという問題がある。
そこで、燃料電池に対し、積層方向の中心側における一方の側面に冷空気を供給するとともに、燃料電池における積層方向での端部に熱交換した温ガスを供給する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−５０７４号公報
上述した従来技術は、一方の側面から冷気を供給するものであるから、燃料電池の積層方向における中心側に位置する発電セルを十分に冷却することができない。また、従来技術では、燃料ガスの利用率を十分に高めることができない。
発電セルに対する冷却効果が高く、燃料ガスの利用率が高い燃料電池を提供することが本発明の一局面である。
本発明の第１の局面の燃料電池は、積層された複数の発電セルと、隣接する２つの前記発電セル間に設けられた熱交換部と、前記発電セルに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、前記発電セルに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路と、を備える。前記燃料ガス供給経路は、前記熱交換部内を通過する第１の経路、前記複数の発電セルのうちの一部の発電セル内を並列的に通過する第２の経路、及び前記複数の発電セルのうち、前記一部以外の複数の発電セル内を並列的に通過する第３の経路を直列的に含む経路である。前記第２の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記発電セルの一辺に沿った２箇所の第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢであるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記一辺と対向する辺側の１箇所の第３位置ＰＣである。前記第３の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記第３位置ＰＣに重なる位置であるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢの間の位置である。
本発明の第２の局面の燃料電池は、積層された複数の発電セルと、隣接する２つの前記発電セル間、及び前記複数の発電セルのうち前記積層の方向における端に位置する発電セルの外側の少なくとも一方に設けられた熱交換部と、前記発電セルに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、前記発電セルに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路と、を備える。前記燃料ガス供給経路は、前記熱交換部内を通過する第１の経路、前記複数の発電セルのうちの一部の発電セル内を並列的に通過する第２の経路、及び前記複数の発電セルのうち、前記一部以外の複数の発電セル内を並列的に通過する第３の経路を直列的に含む経路である。前記第２の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記発電セルの一辺に沿った２箇所の第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢであるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記一辺と対向する辺側の１箇所の第３位置ＰＣである。前記第３の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記第３位置ＰＣに重なる位置であるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢの間の位置である。
本発明の第１の局面の燃料電池は、２つの発電セル間に設けられた熱交換部を備え、その熱交換部に燃料ガスを流すことにより発電セルを効果的に冷却することができる。
本発明の第２の局面の燃料電池は、隣接する２つの発電セル間、及び複数の発電セルのうち積層の方向における端に位置する発電セルの外側の少なくとも一方に設けられた熱交換部を備え、その熱交換部に燃料ガスを流すことにより発電セルを効果的に冷却することができる。なお、熱交換部は、「隣接する２つの発電セル間」、「発電セルの積層方向における上端の外側」、「発電セルの積層方向における下端の外側」のうち、少なくとも一カ所に設けられている。あるいは、熱交換部は、上記の３カ所のうちいずれかの２カ所に設けられても良く、上記の３カ所の全てに設けられても良い。
また、本発明の第１の局面及び第２の局面の燃料電池において、燃料ガス供給経路は、第１の経路、燃料ガスが並列的に流れる第２の経路及び第３の経路を直列的に含む経路であるので、燃料利用率が高い。
また、本発明の第１の局面及び第２の局面の燃料電池において、第２の経路及び第３の経路における各発電セルでの燃料ガスの入口及び出口の位置を上記のように配置することにより、発電セルで燃料ガスを均一に流し、均一に発電することが可能になる。
特に、積層の方向から見たとき、第１位置ＰＡから第３位置ＰＣまでの距離と、第２位置ＰＢから第３位置ＰＣまでの距離とが略等しくてもより。この場合、発電セルでの燃料ガスの流れが一層均一になる。
本発明の第１の局面及び第２の局面の燃料電池では、例えば、燃料ガス供給経路を、燃料電池内を積層の方向に延びる複数の燃料ガス通路と、燃料ガス通路から複数の発電セルのうちの少なくとも一部の発電セルの内部又は前記熱交換部へ接続する接続口と、を備えるものとし、前記入口及び前記出口は前記接続口の一部とすることができる。この場合、マニホールドを共通化し、部品点数を抑えることができる。
更に、本発明の第１の局面及び第２の局面の燃料電池では、例えば、燃料電池を積層の方向に貫き、複数の発電セル及び熱交換部を固定する複数のボルトを備え、複数の燃料ガス通路は複数のボルトの内部に形成された空洞とすることができる。この場合、ボルトの内部に燃料ガス通路があるため、燃料電池全体の小型化を図ることができる。
第１の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、燃料ガスの流れを示した図面である。 第１の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、空気の流れを示した図面である。 第１の実施形態における燃料電池１の構成を表す平面図であって、燃料ガスの流れを示した図面である。 第１の実施形態における燃料電池１の構成を表す平面図であって、空気の流れを示した図面である。 図３及び図４のＶ−Ｖ断面での発電セル３の断面図である。 発電セル３Ｄ及び熱交換部７の構成を表す分解図である。 熱交換部７における燃料ガスの流れを表す平面図である。 熱交換部７における空気の流れを表す平面図である。 第２の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、燃料ガスの流れを示した図面である。 第２の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、空気の流れを示した図面である。 第２の実施形態における燃料電池１の構成を表す平面図であって、燃料ガスの流れを示した図面である。 第２の実施形態における燃料電池１の構成を表す平面図であって、空気の流れを示した図面である。 第３の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、燃料ガスの流れを示した図面である。 第３の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、空気の流れを示した図面である。 第４の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、燃料ガスの流れを示した図面である。 第４の実施形態における燃料電池１の構成を表す断面図であって、空気の流れを示した図面である。
１…燃料電池、１Ａ、１Ｂ…辺、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ…発電セル、７…熱交換部、８、９…エンドプレート、１１〜１８…孔、１９…ナット、２１〜２８…ボルト、３１〜３８…ガス通路、４１…燃料ガス流路、４３、５１、５３、５７、６３、６９…入口、４５、４７、５５、５７、５９、６５、７１…出口、４９…発電セル内燃料ガス流路、６１…空気流路、６７…発電セル内空気流路、１０１…固体電解質体、１０３…燃料極、１０５…空気極、１０７…セル本体、１０９、１１１…インターコネクタ、１１３、１１９…ガスシール部、１１５…セパレータ、１１７…燃料極フレーム、１２１…燃料極側集電体、１２３…空気極側集電体、１２５、１２９、１３５、１３９、１４２、１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ、１５７、１５７Ａ、１５７Ｂ、１５７Ｃ…孔、１２７、１３３、１３７、１４１…開口部、１３１、１４３、１５３、１５４、１５９、１６０、１６１…連通溝、１４５…空気極側部材、１４７…燃料極側部材、１４９、１５５…凹部、１６３、１６５、１８１…発熱器、１６７…筐体、１６９…燃焼触媒、１７１…空間、１７３…排気管、１７４、１７５、１７７、１７９…出口
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．燃料電池１の全体構成
燃料電池１の構成の構成を図１〜図８に基づいて説明する。燃料電池１は、固体酸化物形燃料電池であり、燃料ガス（例えば水素）と空気（酸化剤ガスの一例に相当）との供給を受けて発電を行う装置である。
燃料電池１は、図１、図２に示すように、発電単位である平板形の燃料電池セル（以下発電セルとする）３と、熱交換部７と、一対のエンドプレート８、９とを積層した構造を有する。発電セル３は８個存在し、それぞれを、図１、図２における上から順に、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈとする。
熱交換部７は、発電セル３Ｄと３Ｅとの間に位置し、それらと接触している。すなわち、発電セル３は、熱交換部７の上下にそれぞれ４個積層されている。
エンドプレート８は、発電セル３Ａの外側（図１、図２における上側）に位置し、発電セル３Ａに接触している。また、エンドプレート９は、発電セル３Ｈの外側（図１、図２における下側）に位置し、発電セル３Ｈに接触している。
図３、図４に示すように、燃料電池１は（すなわち発電セル３、熱交換部７、及びエンドプレート８、９は）、発電セル３の積層方向（図１、図２における上下方向、図３、図４における紙面に直交する方向）から見たとき、矩形の形状を有している。
燃料電池１は、それを積層方向に貫通する８本の孔１１〜１８を備えている。孔１１〜１８は、燃料電池１を構成する発電セル３、熱交換部７、及びエンドプレート８、９のそれぞれに設けた孔により形成される。燃料電池１を積層方向から見たとき、孔１１、１２、１３は、燃料電池１の外形を構成する一つの辺１Ａに沿って等間隔で形成されており、孔１２は辺１Ａの中間に位置する。また、孔１５、１６、１７は、辺１Ａと対向する辺１Ｂに沿って等間隔で形成されており、孔１６は孔１５、１７の中間に位置する。
孔１１には、ボルト２１が差し込まれ、その両端にナット１９が螺合している。ボルト２１は、積層方向において、燃料電池１の一方の端から、他方の端まで達する。同様に、孔１２〜１８には、それぞれ、ボルト２２〜２８が差し込まれ、それらの両端にナット１９が螺合している。発電セル３及び熱交換部７は、ボルト２１〜２８及びナット１９により固定される。
ボルト２１〜２８はそれぞれ、それらの内部に中空の（空洞から成る）ガス通路３１〜３８を備えている。ガス通路３１〜３８は、それぞれ、ボルト２１〜２８の軸方向に沿って延びており、それらの一方の端から、他方の端まで達している。なお、ガス通路３１，３２，３５，３６，３７は、燃料ガス通路の一例に相当する。
ボルト２１は、図１、図３、図７に示すように、ガス通路３１からボルト２１の外表面に至り、熱交換部７における後述する燃料ガス流路４１に接続する孔である入口４３を備えている。
また、ボルト２５は、ガス通路３５からボルト２５の外表面に至り、燃料ガス流路４１に接続する孔である出口４５を備えている。
また、ボルト２７は、ガス通路３７からボルト２７の外表面に至り、燃料ガス流路４１に接続する孔である出口４７を備えている。
また、ボルト２５は、図１、図３に示すように、ガス通路３５からボルト２５の外表面に至る孔である入口５１を５個備えている。５個の入口５１は、図１における上下方向に沿って等間隔に配置されており、それぞれ、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅにおける後述する発電セル内燃料ガス流路４９に連通している。
ボルト２７は、図１、図３に示すように、ガス通路３７からボルト２７の外表面に至る孔である入口５３を５個備えている。５個の入口５３は、図１における上下方向に沿って等間隔に配置されており、それぞれ、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅにおける発電セル内燃料ガス流路４９に連通している。
ボルト２２は、図１、図３に示すように、ガス通路３２からボルト２２の外表面に至る孔である出口５５を５個備えている。５個の出口５５は、図１における上下方向に沿って等間隔に配置されており、それぞれ、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅにおける後述する発電セル内燃料ガス流路４９に連通している。
また、ボルト２２は、図１、図３に示すように、ガス通路３２からボルト２２の外表面に至る孔である入口５７を３個備えている。３個の入口５７は、図１における上下方向に沿って等間隔に配置されており、それぞれ、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈにおける発電セル内燃料ガス流路４９に連通している。
また、ボルト２６は、図１、図３に示すように、ガス通路３６からボルト２６の外表面に至る孔である出口５９を３個備えている。３個の出口５９は、図１における上下方向に沿って等間隔に配置されており、それぞれ、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈにおける発電セル内燃料ガス流路４９に連通している。
また、ボルト２３は、図２、図４、図８に示すように、ガス通路３３からボルト２３の外表面に至り、熱交換部７における後述する空気流路６１に接続する孔である入口６３を備えている。また、ボルト２８は、ガス通路３８からボルト２８の外表面に至り、空気流路６１に接続する孔である出口６５を備えている。
また、ボルト２８は、図２、図４、図８に示すように、ガス通路３８からボルト２８の外表面に至る孔である入口６９を８個備えている。８個の入口６９は、図１における上下方向に沿って所定の間隔をおいて配置されており、それぞれ、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈにおける後述する発電セル内空気流路６７に連通している。
また、ボルト２４は、図２、図４、図８に示すように、ガス通路３４からボルト２４の外表面に至る孔である出口７１を８個備えている。８個の出口７１は、図２における上下方向に沿って所定の間隔をおいて配置されており、それぞれ、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈにおける発電セル内空気流路６７に連通している。なお、上述した各出口及び各入口は接続口の一例に相当する。
２．発電セル３の構成
発電セル３の構成を図５、図６に基づき説明する。図６は、発電セル３のうち、発電セル３Ｄの構成を表す。発電セル３は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの板状セルである。発電セル３は、薄膜の固体電解質体１０１と、その両側にそれぞれ形成された、燃料極（アノード）１０３、及び薄膜の空気極（カソード）１０５とを備える。以下では、固体電解質体１０１、燃料極１０３、及び空気極１０５をあわせてセル本体１０７とする。セル本体１０７の空気極１０５側には発電セル内空気流路６７が存在し、燃料極１０３側には発電セル内燃料ガス流路４９が存在する。
また、発電セル３は、上下一対のインターコネクタ１０９、１１１と、空気極１０５側の板形状のガスシール部１１３と、セル本体１０７の外縁部の上面に接合して発電セル内空気流路６７と発電セル内燃料ガス流路４９とを遮断するセパレータ１１５と、発電セル内燃料ガス流路４９側に配置された燃料極フレーム１１７と、燃料極１０３側のガスシール部１１９とを備えており、それらが積層されて一体に構成されている。
さらに、発電セル３内には、燃料極１０３とインターコネクタ１１１との間に燃料極側集電体１２１が配置され、インターコネクタ１０９の表面には空気極側集電体１２３が一体に形成されている。
ここで、固体電解質体１０１の材料としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また、燃料極１０３としては、Ｎ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用でき、空気極１０５としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。
インターコネクタ１０９、１１１はフェライト系ステンレスから成る板材であり、その外縁部には、孔１１〜１８に対応する８つの孔１２５が設けられている。
ガスシール部１１３は、マイカ又はバーミュライトから成り、中心に正方形の開口部１２７を有する枠状の板材であり、その外縁部には、孔１１〜１８に対応する８つの孔１２９が設けられている。孔１２９のうち、孔１４、１８に対応する２つと、開口部１２７とは、連通溝１３１により連通している。この連通溝１３１はガスシール部１１３を厚み方向に貫通する溝ではなく、ガスシール部１１３の一方の表面を掘って形成された溝であり、レーザやプレス加工によって形成することができる。
セパレータ１１５はフェライト系ステンレスから成る枠状の板材であり、その中央に正方形の開口部１３３を有する。その開口部１３３を閉塞するように、セパレータ１１５に対しセル本体１０７が接合されている。セパレータ１１５も、その外縁部に、孔１１〜１８に対応する８つの孔１３５を有している。
燃料極フレーム１１７は、その中心に開口部１３７を備えた、フェライト系ステンレスから成る枠状の板材である。燃料極フレーム１１７も、その外縁部に、孔１１〜１８に対応する８つの孔１３９を有している。
ガスシール部１１９は、マイカ又はバーミュライトから成り、中心に正方形の開口部１４１を有する枠状の板材であり、その外縁部には、孔１１〜１８に対応する８つの孔１４２が設けられている。発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅにおいては、孔１４２のうち、孔１２、１５、１７に対応する３つと、開口部１４１とは、連通溝１４３により連通している。また、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈにおいては、孔１４２のうち、孔１２、１６に対応する２つと、開口部１４１とは、連通溝１４３により連通している。この連通溝１４３はガスシール部１１９を厚み方向に貫通する溝ではなく、ガスシール部１１９の一方の表面を掘って形成された溝であり、レーザやプレス加工によって形成することができる。
３．熱交換部７の構成
熱交換部７の構成を図６〜図８に基づき説明する。熱交換部７は、空気極側部材１４５と、燃料極側部材１４７とから成る。空気極側部材１４５は、発電セル３Ｄに隣接する板状部材であって、発電セル３Ｄ側の面の中心に、正方向の凹部１４９を備える。また、空気極側部材１４５の外縁部に、孔１１〜１８に対応する８つの孔１５１が設けられている。孔１５１のうち、孔１３、１８に対応する２つの孔１５１Ａ、１５１Ｂと、凹部１４９とは、連通溝１５３、１５４により連通されている。なお、凹部１４９及び連通溝１５３、１５４は空気極側部材１４５を厚み方向に貫通するものではなく、発電セル３Ｄ側の面の表面を掘って形成されたものである。
燃料極側部材１４７は、一方の面で空気極側部材１４５に接し、他方の面で発電セル３Ｅに接する板状部材であって、空気極側部材１４５側の面の中心に、正方向の凹部１５５を備える。また、燃料極側部材１４７の外縁部に、孔１１〜１８に対応する８つの孔１５７が設けられている。孔１５７のうち、孔１１、１５、１７に対応する３つの孔１５７Ａ、１５７Ｂ、１５７Ｃと、凹部１５５とは、連通溝１５９、１６０、１６１により連通されている。なお、凹部１５５及び連通溝１５９、１６０、１６１は燃料極側部材１４７を厚み方向に貫通するものではなく、空気極側部材１４５側の面の表面を掘って形成されたものである。
空気極側部材１４５を発電セル３Ｄに接合すると、空気極側部材１４５における発電セル３Ｄ側の面のうち、凹部１４９、孔１５１、及び連通溝１５３、１５４以外の部分は発電セル３Ｄに密着する。その結果、空気極側部材１４５と発電セル３Ｄとの間には、孔１５１Ａから、連通溝１５３、凹部１４９、連通溝１５４を経て、孔１５１Ｂに至る閉空間である空気流路６１が形成される。なお、上述したように、空気流路６１は、孔１５１Ａ（孔１３）の側において、入口６３を介してガス通路３３と連通しており、孔１５１Ｂ（孔１８）の側において、出口６５を介してガス通路３８と連通している。
さらに、燃料極側部材１４７を空気極側部材１４５に接合すると、燃料極側部材１４７における空気極側部材１４５側の面のうち、凹部１５５、孔１５７、及び連通溝１５９、１６０、１６１以外の部分は空気極側部材１４５に密着する。その結果、燃料極側部材１４７と空気極側部材１４５との間には、孔１５７Ａから、連通溝１５９、凹部１５５、連通溝１６０を経て、孔１５７Ｂに至るか、孔１５７Ａから、連通溝１５９、凹部１５５、連通溝１６１を経て、孔１５７Ｃに至る閉空間である燃料ガス流路４１が形成される。なお、上述したように、燃料ガス流路４１は、孔１５７Ａ（孔１１）の側において、入口４３を介してガス通路３１と連通しており、孔１５７Ｂ（孔１５）の側、及び孔１５７Ｃ（孔１７）の側において、出口４５、４７を介してガス通路３５、３７と連通している。
４．燃料電池１の製造方法
燃料電池１の製造方法を説明する。まず、フェライト系ステンレスの板材から打ち抜く方法で、上述した形状のインターコネクタ１０９、１１１、セパレータ１１５、及び燃料極フレーム１１７を形成する。また、マイカ又はバーミュライトから成るシートから切り出す方法で、上述した形状のガスシール部１１３、１１９を形成する。
次に、周知の方法で、セル本体１０７を形成する。具体的には、燃料極１０３となるグリーンシート上に固体電解質体１０１となるグリーンシートを積層し、焼成する。さらに、固体電解質体１０１上に空気極１０５の形成材料を印刷した後、焼成することで、セル本体１０７を形成する。このセル本体１０７を、セパレータ１１５の開口部１３３を閉塞するように、セパレータ１１５に接合する。セル本体１０７とセパレータ１１５との接合はロウ付けにより行う。
次に、図６に示すように、インターコネクタ１０９、ガスシール部１１３、セル本体１０７を接合済みのセパレータ１１５、燃料極フレーム１１７、ガスシール部１１９、及びインターコネクタ１１１を積層して一体化することで、発電セル３が完成する。
そして、８個の発電セル３、熱交換部７、エンドプレート８、９を図１、図２に示す順番で積層し、孔１１〜１８にボルト２１〜２８を差し込み、ボルト２１〜２８の両端にナット１９を螺合することで、燃料電池１が完成する。
５．燃料ガス及び酸化剤ガスの流れ
まず、燃料ガスの流れを説明する。図１、図３、図７における矢印は燃料ガスの流れを表し、そのうち、実線の矢印は第１の経路での燃料ガスの流れを表し、点線の矢印は第２の経路での燃料ガスの流れを表し、一点鎖線の矢印は第３の経路での燃料ガスの流れを表す。
燃料ガスは、図１、図３に示すように、通路３１における発電セル３Ｈ側の端部（図１、図３においてＦ（ＩＮ）と表記）から導入され、通路３１を通り、入口４３を通って、熱交換部７の燃料ガス流路４１に入る。さらに、燃料ガスは、図７に示すように燃料ガス流路４１内を流れ、出口４５を通って通路３５に入るとともに、出口４７を通って通路３７に入る。
通路３５内に入った燃料ガスは、図１、図３に示すように、通路３５内を流れ、５箇所の入口５１を通り（分岐して）、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの発電セル内燃料ガス流路４９に入る。また、通路３７に入った燃料ガスは、５箇所の入口５３を通り（分岐して）、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの発電セル内燃料ガス流路４９に入る。
さらに、燃料ガスは、図３に示すように、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅそれぞれの発電セル内燃料ガス流路４９内を並列的に流れ、５箇所の出口５５を通って、通路３２に入る。
さらに、燃料ガスは、通路３２を通り、３箇所の入口５７を通って（分岐して）、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈの発電セル内燃料ガス流路４９に入る。燃料ガスは、図３に示すように、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈの発電セル内燃料ガス流路４９内を並列的に流れ、３箇所の出口５９を通って、通路３６に入る。
その後、燃料ガスは、通路３６における発電セル３Ｈ側の端部（図１、図３においてＦ（ＯＵＴ）と表記）から排出される。
なお、上述した燃料ガスの流れの経路は、燃料ガス供給経路の一例に相当する。また、上述した燃料ガスの流れの経路のうち、熱交換部７の燃料ガス流路４１内を流れる部分が、第１の経路の一例に相当する。また、上述した燃料ガスの流れの経路のうち、通路３５、３７から発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの発電セル内燃料ガス流路４９内に入り、発電セル内燃料ガス流路４９内を流れて、通路３２に至る部分が第２の経路の一例に相当する。また、上述した燃料ガスの流れの経路のうち、通路３２から、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈの発電セル内燃料ガス流路４９内に入り、発電セル内燃料ガス流路４９内を流れて、通路３６に至る部分が第３の経路の一例に相当する。
上述したように、図１、図３、図７における矢印は燃料ガスの流れを表し、そのうち、実線の矢印は第１の経路での燃料ガスの流れを表し、点線の矢印は第２の経路での燃料ガスの流れを表し、一点鎖線の矢印は第３の経路での燃料ガスの流れを表す。
すなわち、上述した燃料ガスの流れの経路は、第１の経路、第２の経路、及び第３の経路を直列的に含むものである。ここで、直列的にとは、燃料ガスが、第１の経路、第２の経路、及び第３の経路の順番で流れることを意味する。
次に、空気の流れを説明する。空気は、図２、図４に示すように、通路３３における発電セル３Ａ側の端部（図２、図４においてＯ（ＩＮ）と表記）から導入され、通路３３を通り、入口６３を通って、熱交換部７の空気流路６１に入る。さらに、空気は、図８に示すように、空気流路６１内を流れ、出口６５を通ってガス通路３８に入る。
ガス通路３８内に入った空気は、図２、図４に示すように、ガス通路３８内を流れ、８箇所の入口６９を通り各発電セル３の発電セル内空気流路６７に入る。さらに、空気は、図２、図４に示すように、各発電セル３の発電セル内空気流路６７内を並列的に流れ、８箇所の出口７１を通って、ガス通路３４に入る。その後、空気は、ガス通路３４における発電セル３Ｈ側の端部（図２、図４においてＯ（ＯＵＴ）と表記）から排出される。なお、上述した空気の流れの経路は、酸化剤ガス供給経路の一例に相当する。図２、図４、図８における矢印は空気の流れを表す。
６．燃料電池１が奏する効果
（１）燃料電池１は、隣接する２つの発電セル３Ｄ、３Ｅ間に熱交換部７を備え、その熱交換部７に燃料ガスを流すことができる。このことにより、発電セル３を効率的に冷却することができる。特に、熱交換部７を、熱が蓄積しやすい燃料電池１の略中央付近に設けることにより、発電セル３を冷却する効果が一層高い。
（２）第２の経路において、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅでの燃料ガスの入口は、ボルト２５、２７に設けられた入口５１、５３であり、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅでの燃料ガスの出口は、ボルト２２に設けられた出口５５である。
また、第３の経路において、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈでの燃料ガスの入口は、ボルト２２に設けられた入口５７であり、発電セル３Ｆ、３Ｇ、３Ｈでの燃料ガスの出口は、ボルト２６に設けられた出口５９である。
入口５１、５３は、積層方向から見たとき、発電セル３の辺１Ｂに沿った２箇所であり、出口５５は辺１Ｂと対向する辺１Ａ側に位置する。また、入口５７は、積層方向から見たとき、出口５５と重なる位置であり、出口５９は入口５１、５３の中間に位置する。なお、入口５１、５３の位置は第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢの一例に相当し、出口５５及び入口５７の位置は第３位置ＰＣの一例に相当する。辺１Ｂが第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢを有する一辺の一例に相当し、辺１Ａが「一辺と対向する辺」の一例に相当する。
入口５１、５３、５７、出口５５、５９を上記のように配置することにより、各発電セルで燃料ガスを均一に流し、均一に発電することが可能になる。特に、積層の方向から見たとき、第１位置ＰＡから第３位置ＰＣまでの距離と、第２位置ＰＢから第３位置ＰＣまでの距離とが等しいことにより、各発電セルでの燃料ガスの流れが一層均一になる。
また、各発電セル３内における燃料ガスの滞留を抑制することができる。また、燃料ガスの通路を備えるボルトの数を低減することができる。
（３）燃料電池１は、第１の経路、燃料ガスが並列的に流れる第２の経路及び第３の経路を直列的に含む燃料ガス供給経路を有するので、燃料利用率が高い。
（４）燃料電池１では、燃料ガス供給経路が、燃料電池１内を積層の方向に延びる複数のガス通路３１、３２、３５、３６、３７と、ガス通路３１、３２、３５、３６から各発電セルの内部又は熱交換部７へ接続する接続口（入口４３、５１、５３、出口４５、４７、５５、５７、５９）とから成るものである。このため、マニホールドを共通化し、部品点数を抑えることができる。
＜第２の実施形態＞
１．燃料電池１の構成
燃料電池１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では図９〜図１２に基づき、その相違点を中心に説明し、前記第１の実施形態と同様の部分の説明は省略乃至簡略化する。
燃料電池１は、図９、図１０に示すように、発電セル３の数が７個であり、熱交換部７の数が２個である。２個の熱交換部７は、発電セル３Ｂ、３Ｃの間と、発電セル３Ｅ、３Ｆの間とにそれぞれ設けられている。
２．燃料ガス及び酸化剤ガスの流れ
まず、燃料ガスの流れを説明する。燃料ガスは、図９、図１１に示すように、通路３１における発電セル３Ｇ側の端部（図９、図１１においてＦ（ＩＮ）と表記）から導入され、通路３１を通り、入口４３を通って、２個の熱交換部７それぞれの燃料ガス流路４１に入る。さらに、燃料ガスは、２個の熱交換部７それぞれにおいて、図９に示すように燃料ガス流路４１内を流れ、出口４５を通って通路３５に入るとともに、出口４７を通って通路３７に入る。なお、入口４３、出口４５、４７は、２個の熱交換部７のそれぞれに対応して設けられている。
通路３５内に入った燃料ガスは、図９、図１１に示すように、通路３５内を流れ、５箇所の入口５１を通り（分岐して）、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの発電セル内燃料ガス流路４９に入る。また、通路３７に入った燃料ガスは、５箇所の入口５３を通り、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの発電セル内燃料ガス流路４９に入る。
さらに、燃料ガスは、図９、図１１に示すように、発電セル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅにおける発電セル内燃料ガス流路４９内を並列的に流れ、出口５５を通って、通路３２に入る。
さらに、燃料ガスは、通路３２を通り、２箇所の入口５７を通って、発電セル３Ｆ、３Ｇの発電セル内燃料ガス流路４９に入る。燃料ガスは、図９、図１１に示すように、発電セル３Ｆ、３Ｇにおける発電セル内燃料ガス流路４９内を並列的に流れ、出口５９を通って、通路３６に入る。
その後、燃料ガスは、通路３６における発電セル３Ｈ側の端部（図９、図１１においてＦ（ＯＵＴ）と表記）から排出される。
次に、空気の流れを説明する。空気は、図１０、図１２に示すように、通路３３における発電セル３Ａ側の端部（図１０、図１２においてＯ（ＩＮ）と表記）から導入され、通路３３を通り、２箇所の入口６３を通って、２個の熱交換部７それぞれの空気流路６１に入る。さらに、空気は、２個の熱交換部７それぞれにおいて、図１０に示すように、空気流路６１内を流れ、２箇所の出口６５を通ってガス通路３８に入る。
ガス通路３８内に入った空気は、図１０、図１２に示すように、ガス通路３８内を流れ、入口６９を通り各発電セル３の発電セル内空気流路６７に入る。さらに、空気は、図１０、図１２に示すように、発電セル内空気流路６７内を並列的に流れ、出口７１を通って、通路３４に入る。その後、空気は、ガス通路３４における発電セル３Ｇ側の端部（図１０、図１２においてＯ（ＯＵＴ）と表記）から排出される。
３．燃料電池１が奏する効果
燃料電池１は、前記第１の実施形態と略同様の効果を奏することができる。また、熱交換部７を２個備えることにより、発電セル３を冷却する効果が一層高い。
＜第３の実施形態＞
１．燃料電池１の構成
本実施形態における燃料電池１の構成は基本的には前記第２の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では図１３、図１４に基づき、その相違点を中心に説明し、前記第２の実施形態と同様の部分の説明は省略乃至簡略化する。
燃料電池１は、図１３、図１４に示すように、発電セル３の数が７個であり、熱交換部７の数が２個である。２個の熱交換部７のうちの一方は、エンドプレート８と発電セル３Ａとの間に設けられている。また、２個の熱交換部７のうちの他方は、エンドプレート９と発電セル３Ｇとの間に設けられている。すなわち、２個の熱交換部７は、いずれも、発電セル３のスタックのうち、発電セル３の積層方向における端に位置する発電セル３の外側に設けられ、その端部の発電セル３に接している。
また、燃料電池１は、発熱器１６３、１６５を備えている。発熱器１６３は、エンドプレート８の外側（図１３、図１４における上側）に設けられており、エンドプレート８に接している。また、発熱器１６５は、エンドプレート９の外側（図１３、図１４における下側）に設けられており、エンドプレート９に接している。
発熱器１６３、１６５は、いずれも、金属から成る中空箱型の筐体１６７と、その内部に収容された燃焼触媒１６９とを備える。
孔１１〜１８は、発熱器１６３、１６５も含め、燃料電池１を貫通している。ボルト２１〜２８は、孔１１〜１８を通り、発熱器１６３、１６５も含め、燃料電池１の一方の端から、他方の端まで達する。ボルト２１〜２８の一部は、筐体１６７の内部の空間１７１に存在する。
ナット１９は、発熱器１６３、１６５の外側からボルト２１〜２８に螺合し、発電セル３、熱交換部７、エンドプレート８、９、及び発熱器１６３、１６５を相互に固定している。
発熱器１６３、１６５は、それぞれ、その側面に排気管１７３を備えている。発熱器１６３内の空間１７１と、発熱器１６３の外部とは、排気管１７３を介して連通している。また、発熱器１６５内の空間１７１と、発熱器１６５の外部とは、排気管１７３を介して連通している。
ボルト２６は、発熱器１６３内の空間１７１と、通路３６とを接続する孔である出口１７４を備えている。また、ボルト２６は、発熱器１６５内の空間１７１と、通路３６とを接続する孔である出口１７５を備えている。なお、ボルト２６は、発熱器１６３、１６５より外側においては、通路３６と外部とを接続する孔を備えていない。
ボルト２４は、発熱器１６３内の空間１７１と、通路３４とを接続する孔である出口１７７を備えている。また、ボルト２４は、発熱器１６５内の空間１７１と、通路３４とを接続する孔である出口１７９を備えている。なお、ボルト２４は、発熱器１６３、１６５より外側においては、通路３４と外部とを接続する孔を備えていない。
２．燃料ガス及び酸化剤ガスの流れ
本実施形態における燃料ガス及び酸化剤ガスの流れは、基本的には前記第２の実施形態と同様である。ただし、発電セル３Ｆ、３Ｇを通り、通路３６に入った燃料ガスは、出口１７４を通って、発熱器１６３内に入るとともに、出口１７５を通って、発熱器１６５内に入る。
また、各発電セルを通り、通路３４に入った空気は、出口１７７を通って、発熱器１６３内に入るとともに、出口１７９を通って、発熱器１６５内に入る。
発熱器１６３内では、出口１７４から導入された燃料ガスと、出口１７７から導入された空気とが、燃焼触媒１６９の作用、もしくは接触燃焼（高温状態で燃料ガスと酸化剤ガスとが出会うことで起こる燃焼）の作用により燃焼する。燃焼後の排ガスは、排気管１７３から外部に排出される。発熱器１６３における燃焼で生じた熱は、エンドプレート８を介して、発電セル３に供給される。
また、発熱器１６５内では、出口１７５から導入された燃料ガスと、出口１７９から導入された空気とが、燃焼触媒１６９の作用、もしくは接触燃焼（高温状態で燃料ガスと酸化剤ガスとが出会うことで起こる燃焼）の作用により燃焼する。燃焼後の排ガスは、排気管１７３から外部に排出される。発熱器１６５における燃焼で生じた熱は、エンドプレート９を介して、発電セル３に供給される。
３．燃料電池１が奏する効果
（１）燃料電池１は、前記第２の実施形態と略同様の効果を奏することができる。
（２）燃料電池１は、発電セル３のスタックにおける端部に発熱器１６３、１６５を備えているので、発電セル３のスタックにおける端部と中央との温度差を低減することができる。
（３）燃料電池１は、２個の熱交換部７を、発電セル３のスタックにおける端部に備えているので、発熱器１６３，１６５によって、スタックの端部に位置する発電セル３の温度が過度に上昇してしまうことを抑制できる。
＜第４の実施形態＞
１．燃料電池１の構成
本実施形態における燃料電池１の構成は基本的には前記第２の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では図１５、図１６に基づき、その相違点を中心に説明し、前記第２の実施形態と同様の部分の説明は省略乃至簡略化する。
燃料電池１は、図１５、図１６に示すように、発電セル３の数が７個であり、熱交換部７の数が２個である。２個の熱交換部７のうちの一方は、発電セル３Ｄと発電セル３Ｅとの間に設けられている。また、２個の熱交換部７のうちの他方は、エンドプレート９と発電セル３Ｇとの間に設けられている。すなわち、２個の熱交換部７のうち一方は、発電セル３のスタックにおける中央付近に設けられ、他方は、発電セル３のスタックのうち、積層方向の端に位置する発電セル３の外側に設けられ、その端の発電セル３に接している。
また、燃料電池１は、発熱器１８１を備えている。発熱器１８１は、エンドプレート９の外側（図１５、図１６における下側）に設けられており、エンドプレート９に接している。
発熱器１８１は、金属から成る中空箱型の筐体１６７と、その内部に収容された燃焼触媒１６９とを備える。
孔１１〜１８は、発熱器１８１も含め、燃料電池１を貫通している。ボルト２１〜２８は、孔１１〜１８を通り、発熱器１８１も含め、燃料電池１の一方の端から、他方の端まで達する。ボルト２１〜２８の一部は、筐体１８１の内部の空間１７１に存在する。
ナット１９は、発熱器１８１の外側、及びエンドプレート８の外側からボルト２１〜２８に螺合し、発電セル３、熱交換部７、エンドプレート８、９、及び発熱器１８１を相互に固定している。
発熱器１８１は、その側面に排気管１７３を備えている。発熱器１８１内の空間１７１と、発熱器１８１の外部とは、排気管１７３を介して連通している。
ボルト２６は、発熱器１８１内の空間１７１と、通路３６とを接続する孔である出口１７５を備えている。なお、ボルト２６は、発熱器１８１より外側においては、通路３６と外部とを接続する孔を備えていない。
ボルト２４は、発熱器１８１内の空間１７１と、通路３４とを接続する孔である出口１７９を備えている。なお、ボルト２４は、発熱器１８１より外側においては、通路３４と外部とを接続する孔を備えていない。
２．燃料ガス及び酸化剤ガスの流れ
本実施形態における燃料ガス及び酸化剤ガスの流れは、基本的には前記第２の実施形態と同様である。ただし、発電セル３Ｆ、３Ｇを通り、通路３６に入った燃料ガスは、出口１７５を通って、発熱器１８１内に入る。また、各発電セルを通り、通路３４に入った空気は、出口１７９を通って、発熱器１８１内に入る。
発熱器１８１内では、出口１７５から導入された燃料ガスと、出口１７９から導入された空気とが、燃焼触媒１６９の作用、もしくは接触燃焼（高温状態で燃料ガスと酸化剤ガスとが出会うことで起こる燃焼）の作用により燃焼する。燃焼後の排ガスは、排気管１７３から外部に排出される。発熱器１８１における燃焼で生じた熱は、エンドプレート９を介して、発電セル３に供給される。
３．燃料電池１が奏する効果
（１）燃料電池１は、前記第２の実施形態と略同様の効果を奏することができる。
（２）燃料電池１は、発電セル３のスタックにおける端部に発熱器１８１を備えているので、発電セル３のスタックにおける端部と中央との温度差を低減することができる。
（３）燃料電池１は、１個の熱交換部７を、発電セル３のスタックのうち、発熱器１８１側の端部に備えているので、発熱器１８１により、スタックの端部に位置する発電セル３の温度が過度に上昇してしまうことを抑制できる。
（４）燃料電池１は、１個の熱交換部７を、発電セル３のスタックにおける中央付近に備える。そのため、発電セル３を効果的に冷却することができる。
＜その他の実施形態＞
（１）前記第１〜第４の実施形態の燃料電池１が備える発電セル３の数は７個又は８個に限定されず、適宜設定することができる。また、燃料電池１が備える熱交換部７の数は１個又は２個に限定されず、適宜設定することができる。
（２）前記第１〜第４の実施形態の燃料電池１において、熱交換部７の積層方向における位置は、燃料電池１の中央であってもよいし、端部寄りであってもよい。
（３）前記第１〜第４の実施形態の燃料電池１において、入口５１、５３、出口５９の位置関係は上述したものには限定されない。例えば、積層方向から見たとき、出口５９の位置は、入口５１、５３から等距離であってもよいし、入口５１、５３のうちの一方寄りであってもよい。また、出口５９の位置は、入口５１、５３を結ぶ直線上にあってもよいし、その直線から外れた位置にあってもよい。
また、出口５５、入口５７の位置も、上述したものには限定されない。例えば、積層方向から見たとき、出口５５、入口５７は、ボルト２１、２３から等距離であってもよいし、ボルト２１、２３のうちの一方寄りであってもよい。また、出口５５、入口５７の位置は、ボルト２１、２３を結ぶ直線上にあってもよいし、その直線から外れた位置にあってもよい。
（４）前記第１、第２の実施形態の燃料電池１は、前記第３、第４の実施形態と同様の発熱器を備えてもよい。この場合、発熱器は、発電セル３のスタックにおける片側に設けてもよいし、両側に設けてもよい。また、前記第４の実施形態の燃料電池１は、前記第３の実施形態と同様に、発電セル３のスタックにおける両側に発熱器を備えてもよい。
（５）前記第３、第４の実施形態の燃料電池１は、発熱器を備えないものであってもよい。また、前記第３の実施形態の燃料電池１は、発熱器を１個だけ備えるものであってもよい。
（６）前記第３、第４の実施形態の燃料電池１は、熱交換部７を１個だけ備えるものであってもよい。その熱交換部７の位置は、発電セル３のスタックにおける端部（エンドプレート８と発電セル３Ａとの間、又は、エンドプレート９と発電セル３Ｇとの間）であってもよいし、発電セル３のスタックにおける中央付近であってもよい。
（７）前記第１の実施形態の燃料電池１における熱交換部７の位置は、発電セル３のスタックにおける端部（エンドプレート８と発電セル３Ａとの間、又は、エンドプレート９と発電セル３Ｈとの間）であってもよい。
（８）前記第２の実施形態の燃料電池１における一方又は両方の熱交換部７の位置は、発電セル３のスタックにおける端部（エンドプレート８と発電セル３Ａとの間、又は、エンドプレート９と発電セル３Ｇとの間）であってもよい。
（９）前記各実施形態では、燃料電池の燃料ガス通路は、ボルトの内部に形成された空洞（中空ボルト）としたが、これに限ることはない。燃料ガス通路は、中実ボルト（内部に空洞が無いボルト）の外表面の外側に形成してもよい。尚、燃料電池に中実ボルトと、中空ボルトとを、併設してもよい。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

Claims (6)

  1. 積層された複数の発電セルと、
    隣接する２つの前記発電セル間に設けられた熱交換部と、
    前記発電セルに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
    前記発電セルに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路と、
    を備え、
    前記燃料ガス供給経路は、前記熱交換部内を通過する第１の経路、前記複数の発電セルのうちの一部の発電セル内を並列的に通過する第２の経路、及び前記複数の発電セルのうち、前記一部以外の複数の発電セル内を並列的に通過する第３の経路を直列的に含む経路であり、
    前記第２の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記発電セルの一辺に沿った２箇所の第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢであるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記一辺と対向する辺側の１箇所の第３位置ＰＣであり、
    前記第３の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記第３位置ＰＣに重なる位置であるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記第１位置ＰＡ、前記第２位置ＰＢの間の位置である、
    燃料電池。
  2. 積層された複数の発電セルと、
    隣接する２つの前記発電セル間、及び前記複数の発電セルのうち前記積層の方向における端に位置する発電セルの外側の少なくとも一方に設けられた熱交換部と、
    前記発電セルに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
    前記発電セルに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路と、
    を備え、
    前記燃料ガス供給経路は、前記熱交換部内を通過する第１の経路、前記複数の発電セルのうちの一部の発電セル内を並列的に通過する第２の経路、及び前記複数の発電セルのうち、前記一部以外の複数の発電セル内を並列的に通過する第３の経路を直列的に含む経路であり、
    前記第２の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記発電セルの一辺に沿った２箇所の第１位置ＰＡ、第２位置ＰＢであるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記一辺と対向する辺側の１箇所の第３位置ＰＣであり、
    前記第３の経路において、各発電セルでの前記燃料ガスの入口の位置は、前記積層の方向から見たとき、前記第３位置ＰＣに重なる位置であるとともに、前記燃料ガスの出口の位置は、前記第１位置ＰＡ、前記第２位置ＰＢの間の位置である、
    燃料電池。
  3. 前記熱交換部を複数備え、
    前記第１の経路は、前記燃料ガスが、前記複数の熱交換部を並列的に流れる経路である請求項１又は２に記載の燃料電池。
  4. 前記燃料ガス供給経路は、前記燃料電池内を前記積層の方向に延びる複数の燃料ガス通路と、前記燃料ガス通路から前記複数の発電セルのうちの少なくとも一部の発電セルの内部又は前記熱交換部へ接続する接続口と、を備え、
    前記入口及び前記出口は前記接続口の一部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
  5. 前記燃料電池を前記積層の方向に貫き、前記複数の発電セル及び前記熱交換部を固定する複数のボルトを備え、
    前記複数の燃料ガス通路は前記複数のボルトの内部に形成された空洞である請求項４に記載の燃料電池。
  6. 前記積層の方向から見たとき、前記第１位置ＰＡから前記第３位置ＰＣまでの距離と、
    前記第２位置ＰＢから前記第３位置ＰＣまでの距離とが略等しい請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140118802A (ko) * 2013-03-29 2014-10-08 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 연료 전지

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170031220A (ko) * 2014-07-17 2017-03-20 에프씨오 파워 가부시키가이샤 평판형 고체 산화물형 연료 전지의 스택 구조체 및 고체 산화물형 연료 전지 시스템
FR3038916B1 (fr) * 2015-07-16 2017-07-28 Commissariat Energie Atomique Procedes d' (de co) electrolyse de l'eau (soec) ou de production d'electricite a haute temperature a echangeurs integres en tant qu'etages d'un empilement de reacteur (eht) ou d'une pile a combustible (sofc)
KR102371046B1 (ko) * 2016-07-15 2022-03-07 현대자동차주식회사 연료전지용 엔드셀 히터
EP3537526B1 (en) * 2016-11-04 2023-08-02 Morimura Sofc Technology Co., Ltd. Electrochemical cell stack
WO2018083911A1 (ja) * 2016-11-04 2018-05-11 日本特殊陶業株式会社 電気化学反応セルスタック
JP6284662B1 (ja) * 2017-02-02 2018-02-28 日本特殊陶業株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
GB2566334B (en) * 2017-09-12 2022-11-23 Ceres Ip Co Ltd A stack of intermediate temperature, metal-supported, solid oxide fuel cell units
FR3073092B1 (fr) * 2017-10-26 2022-03-18 Commissariat Energie Atomique Ensemble d'un empilement a oxydes solides de type soec/sofc et d'un systeme de serrage integrant un systeme d'echange thermique
FR3087951B1 (fr) * 2018-10-26 2021-12-03 Commissariat Energie Atomique Procede de regulation thermique d'un systeme electrochimique a oxydes solides a moyens de chauffage integres
JP7203668B2 (ja) * 2019-03-29 2023-01-13 大阪瓦斯株式会社 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7203669B2 (ja) * 2019-03-29 2023-01-13 大阪瓦斯株式会社 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
KR20210133538A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
FR3112656B1 (fr) * 2020-07-16 2022-12-02 Commissariat Energie Atomique Dispositif electrochimique

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6149382A (ja) 1984-08-17 1986-03-11 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池装置
JPH09326259A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Fujikura Ltd 固体電解質燃料電池
DE50204776D1 (de) * 2001-03-17 2005-12-08 Bayerische Motoren Werke Ag Brennstoffzelle mit integriertem wärmetauscher
US6932771B2 (en) * 2001-07-09 2005-08-23 Civco Medical Instruments Co., Inc. Tissue warming device and method
US20040081872A1 (en) * 2002-10-28 2004-04-29 Herman Gregory S. Fuel cell stack with heat exchanger
DE10310642A1 (de) * 2003-03-12 2004-09-23 Forschungszentrum Jülich GmbH Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem
JP4389493B2 (ja) 2003-06-11 2009-12-24 三菱マテリアル株式会社 燃料電池
US7422821B2 (en) * 2005-08-19 2008-09-09 Institute Of Nuclear Energy Research On the uniformity of fluid flow rate for interconnecting plate for planar solid oxide fuel cell
US8142943B2 (en) * 2005-11-16 2012-03-27 Bloom Energy Corporation Solid oxide fuel cell column temperature equalization by internal reforming and fuel cascading
US7858258B2 (en) * 2006-03-03 2010-12-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Cascaded fuel cell stack operation with anode gas recirculation
DE102006058296A1 (de) 2006-12-11 2008-06-12 Staxera Gmbh Bipolarplatte und Wiederholeinheit für einen Brennstoffzellenstapel
WO2008153073A1 (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Ngk Spark Plug Co., Ltd. 固体電解質形燃料電池
EP2291878A2 (en) * 2008-05-30 2011-03-09 Corning Incorporated Solid oxide fuel cell systems
US9385381B2 (en) 2011-09-16 2016-07-05 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Fuel cell stack
WO2013065757A1 (ja) * 2011-11-02 2013-05-10 日本特殊陶業株式会社 燃料電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140118802A (ko) * 2013-03-29 2014-10-08 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 연료 전지
JP2014197492A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 日本特殊陶業株式会社 燃料電池

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