JP6407069B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

本明細書によって開示される技術は、燃料電池スタックに関する。   The technology disclosed by the present specification relates to a fuel cell stack.

固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ともいう）は、一般に、所定の方向（以下、「配列方向」ともいう）に並べて配置された複数の発電単位を備える燃料電池スタックの形態で利用される。発電単位は、発電の最小単位であり、電解質層と、電解質層を挟んで上記配列方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルを備えている。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) is generally used in the form of a fuel cell stack including a plurality of power generation units arranged in a predetermined direction (hereinafter also referred to as “array direction”). Is done. The power generation unit is a minimum unit of power generation, and includes a single cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the arrangement direction with the electrolyte layer interposed therebetween.

燃料電池スタックは、複数のボルトにより締結されている。また、燃料電池スタックには、複数の発電単位にわたって延びる複数のガス流路（「マニホールド」とも呼ばれる）が形成されている。具体的には、燃料電池スタックには、燃料ガス供給用のガス流路や燃料ガス排出用のガス流路、酸化剤ガス供給用のガス流路、酸化剤ガス排出用のガス流路が形成されている。   The fuel cell stack is fastened by a plurality of bolts. The fuel cell stack has a plurality of gas flow paths (also referred to as “manifolds”) extending over a plurality of power generation units. Specifically, the fuel cell stack includes a gas flow path for supplying fuel gas, a gas flow path for discharging fuel gas, a gas flow path for supplying oxidant gas, and a gas flow path for discharging oxidant gas. Has been.

ここで、各発電単位における燃料極側の構成に注目すると、各発電単位は、燃料極に面する燃料室を構成する第１の貫通孔が形成されたフレーム部材を備える。また、このフレーム部材には、上述した燃料ガス供給用のガス流路の一部を構成する第２の貫通孔と、燃料室と燃料ガス供給用のガス流路とを連通する連通流路とが形成されている。燃料ガスは、燃料ガス供給用のガス流路から、各発電単位のフレーム部材により形成された連通流路を通って燃料室に供給され、各発電単位における発電に利用される（例えば特許文献１参照）。   Here, paying attention to the configuration on the fuel electrode side in each power generation unit, each power generation unit includes a frame member in which a first through-hole forming a fuel chamber facing the fuel electrode is formed. Further, the frame member includes a second through hole that constitutes a part of the above-described fuel gas supply gas flow path, and a communication flow path that connects the fuel chamber and the fuel gas supply gas flow path. Is formed. The fuel gas is supplied from the gas flow path for supplying fuel gas to the fuel chamber through the communication flow path formed by the frame member of each power generation unit, and is used for power generation in each power generation unit (for example, Patent Document 1). reference).

特開２０１４−１４９９３１号公報JP 2014-149931 A

燃料電池スタックの定格運転時には、各発電単位の温度が上昇し、各発電単位に含まれるフレーム部材が熱膨張する。燃料電池スタックは複数のボルトで締結されているため、フレーム部材の燃料電池スタック外周方向への膨張が規制されている。そのため、フレーム部材は、フレーム部材に形成された上述の第１の貫通孔や連通流路が縮小するように内側に熱膨張する。フレーム部材に形成された第１の貫通孔が縮小して燃料室の外周の位置が燃料ガス供給用のガス流路から遠ざかると、連通流路のガス流れ方向に沿った長さは長くなる。また、フレーム部材に形成された連通流路が縮小すると、連通流路のガス流れ方向に直交する断面の断面積は小さくなる。連通流路の長さが長くなったり断面積が小さくなったりすると、連通流路の圧損は増加する。   During rated operation of the fuel cell stack, the temperature of each power generation unit rises, and the frame member included in each power generation unit expands thermally. Since the fuel cell stack is fastened with a plurality of bolts, the expansion of the frame member in the outer peripheral direction of the fuel cell stack is restricted. Therefore, the frame member thermally expands inward so that the first through hole and the communication channel formed in the frame member are reduced. When the first through hole formed in the frame member is reduced and the position of the outer periphery of the fuel chamber is moved away from the fuel gas supply gas flow path, the length of the communication flow path along the gas flow direction becomes longer. Further, when the communication flow path formed in the frame member is reduced, the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the gas flow direction of the communication flow path is reduced. When the length of the communication channel is increased or the cross-sectional area is decreased, the pressure loss of the communication channel is increased.

燃料電池スタックの定格運転時における各発電単位の温度は互いに異なり得る。例えば、燃料電池スタックの配列方向中央付近に位置する発電単位は、燃料電池スタックの配列方向両端付近に位置する発電単位と比較して、定格運転時の温度が高くなりやすい。燃料電池スタックの定格運転時において、発電単位間に温度差が生ずると、発電単位間でフレーム部材の熱膨張量に差が生じ、連通流路の断面積や長さに差が生ずる。発電単位間で連通流路の断面積や長さに差が生ずると、連通流路の圧損に差が生じ、各発電単位の燃料室に供給される燃料ガスの流量に差が生ずる。その結果、燃料電池スタックの発電性能が低下するおそれがある。   The temperature of each power generation unit during rated operation of the fuel cell stack can be different from each other. For example, a power generation unit located near the center in the arrangement direction of the fuel cell stack tends to have a higher temperature during rated operation than a power generation unit located near both ends in the arrangement direction of the fuel cell stack. When a temperature difference occurs between the power generation units during rated operation of the fuel cell stack, a difference occurs in the amount of thermal expansion of the frame member between the power generation units, and a difference occurs in the cross-sectional area and length of the communication flow path. When there is a difference in the cross-sectional area or length of the communication channel between the power generation units, a difference occurs in the pressure loss of the communication channel, resulting in a difference in the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel chamber of each power generation unit. As a result, the power generation performance of the fuel cell stack may be reduced.

なお、定格運転時において各発電単位の連通流路の圧損に差が生ずるという問題は、燃料ガス供給側の連通流路に限らず、酸化剤ガス供給側の連通流路にも共通の問題である。また、このような問題は、ＳＯＦＣに限らず、他のタイプの燃料電池にも共通の問題である。   The problem that the pressure loss of the communication flow path of each power generation unit during rated operation is not limited to the communication flow path on the fuel gas supply side, but is also common to the communication flow path on the oxidant gas supply side. is there. Moreover, such a problem is not limited to SOFC, but is common to other types of fuel cells.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。   In this specification, the technique which can solve the subject mentioned above is disclosed.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized as, for example, the following forms.

（１）本明細書に開示される燃料電池スタックは、第１の方向に並べて配置された複数の発電単位と、前記第１の方向に延びる複数のボルトとを備え、各前記ボルトで締結され、前記複数の発電単位にわたって延びる複数のガス流路が形成された燃料電池スタックにおいて、各前記発電単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで前記第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、前記燃料極に面する燃料室と前記空気極に面する空気室との一方を構成する第１の貫通孔と、前記ガス流路を構成する第２の貫通孔と、前記燃料室と前記空気室との前記一方と前記ガス流路とを連通する少なくとも１つの連通流路と、が形成されたフレーム部材と、を備え、１つまたは複数の前記発電単位である基準発電単位が備える前記フレーム部材の熱膨張係数は、前記燃料電池スタックの定格運転時の温度が前記基準発電単位と比べて低い１つまたは複数の前記発電単位である低温部発電単位が備える前記フレーム部材の熱膨張係数より小さいことを特徴とする。本燃料電池スタックによれば、基準発電単位と低温部発電単位との間で、定格運転時におけるフレーム部材の熱膨張量の差を低減することができるため、定格運転時における連通流路の断面積や長さの差を低減することができ、連通流路の断面積や長さの差に起因する基準発電単位と低温部発電単位との間のガス流量の差を低減することができ、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (1) A fuel cell stack disclosed in the present specification includes a plurality of power generation units arranged side by side in a first direction and a plurality of bolts extending in the first direction, and is fastened by each of the bolts. In the fuel cell stack in which a plurality of gas flow paths extending over the plurality of power generation units are formed, each of the power generation units includes an air electrode and a fuel that face each other in the first direction with the electrolyte layer and the electrolyte layer interposed therebetween. A first through hole that constitutes one of a single cell including an electrode, a fuel chamber that faces the fuel electrode, and an air chamber that faces the air electrode, and a second through hole that constitutes the gas flow path And at least one communication channel that communicates the one of the fuel chamber and the air chamber with the gas channel, and a frame member formed by one or a plurality of the power generation units. The above-mentioned basic unit The thermal expansion coefficient of the frame member is such that the temperature of the fuel cell stack is lower than that of the reference power generation unit. It is characterized by being smaller than the coefficient. According to the present fuel cell stack, the difference in thermal expansion amount of the frame member during rated operation can be reduced between the reference power generation unit and the low-temperature power generation unit. The difference in area and length can be reduced, and the difference in gas flow rate between the reference power generation unit and the low temperature power generation unit due to the difference in cross-sectional area and length of the communication channel can be reduced. A decrease in power generation performance of the fuel cell stack can be suppressed.

（２）上記燃料電池スタックにおいて、常温時における前記連通流路のガス流れ方向に直交する断面の断面積について、前記基準発電単位における各前記連通流路の特定の位置における断面積は、前記低温部発電単位における対応する各前記連通流路の前記特定の位置に対応する位置における断面積より小さい構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、定格運転時において、基準発電単位における連通流路の断面積を低温部発電単位における連通流路の断面積に近づけることができるため、連通流路の断面積の差に起因する基準発電単位と低温部発電単位との間のガス流量の差を低減することができ、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (2) In the fuel cell stack, the cross-sectional area of the cross section orthogonal to the gas flow direction of the communication flow path at normal temperature is the cross-sectional area at a specific position of each communication flow path in the reference power generation unit. It is good also as a structure smaller than the cross-sectional area in the position corresponding to the said specific position of each said corresponding communication flow path in a partial power generation unit. According to the fuel cell stack, the cross-sectional area of the communication channel in the reference power generation unit can be brought close to the cross-sectional area of the communication channel in the low-temperature power generation unit during rated operation. Thus, the difference in gas flow rate between the reference power generation unit and the low-temperature power generation unit due to the above can be reduced, and a decrease in the power generation performance of the fuel cell stack can be suppressed.

（３）上記燃料電池スタックにおいて、常温時における前記連通流路のガス流れ方向に沿った長さについて、前記基準発電単位における各前記連通流路の長さは、前記低温部発電単位における対応する各前記連通流路の長さより長い構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、定格運転時において、基準発電単位における連通流路の長さを低温部発電単位における連通流路の長さに近づけることができるため、連通流路の長さの差に起因する基準発電単位と低温部発電単位との間のガス流量の差を低減することができ、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (3) In the fuel cell stack, for the length along the gas flow direction of the communication channel at normal temperature, the length of each communication channel in the reference power generation unit corresponds to the length in the low-temperature power generation unit. It is good also as a structure longer than the length of each said communicating flow path. According to this fuel cell stack, the length of the communication channel in the reference power generation unit can be brought close to the length of the communication channel in the low-temperature power generation unit during rated operation. Thus, the difference in gas flow rate between the reference power generation unit and the low-temperature power generation unit due to the above can be reduced, and a decrease in the power generation performance of the fuel cell stack can be suppressed.

（４）上記燃料電池スタックにおいて、前記連通流路の特定の位置におけるガス流れ方向に直交する断面の断面積に対する前記連通流路のガス流れ方向に沿った長さの比を断面積長さ比とし、前記基準発電単位の各前記連通流路の前記断面積長さ比と前記低温部発電単位における対応する各前記連通流路の前記断面積長さ比との差の絶対値について、定格運転時における前記差の絶対値は、常温時における前記差の絶対値より小さいことを特徴とする構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、連通流路の圧損の大きさに相関する指標である連通流路の断面積長さ比に関し、基準発電単位の各連通流路の断面積長さ比と低温部発電単位における対応する各連通流路の断面積長さ比との差の絶対値について、定格運転時における差の絶対値を常温時における差の絶対値より小さくすることができるため、連通流路の圧損の差に起因する基準発電単位と低温部発電単位との間のガス流量の差を低減することができ、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (4) In the fuel cell stack, the ratio of the length along the gas flow direction of the communication flow path to the cross sectional area of the cross section perpendicular to the gas flow direction at a specific position of the communication flow path is a cross-sectional area length ratio. The absolute value of the difference between the cross-sectional area length ratio of each communication channel of the reference power generation unit and the cross-sectional area length ratio of each communication channel corresponding to the low-temperature power generation unit is rated operation. The absolute value of the difference at the time may be smaller than the absolute value of the difference at normal temperature. According to this fuel cell stack, regarding the cross-sectional area length ratio of the communication flow path, which is an index correlated with the magnitude of the pressure loss of the communication flow path, the cross-sectional area length ratio of each communication flow path of the reference power generation unit and the low temperature part The absolute value of the difference between the cross-sectional area length ratios of the corresponding communication channels in the power generation unit can be made smaller than the absolute value of the difference at normal temperature because the absolute value of the difference during rated operation can be made smaller. The difference in gas flow rate between the reference power generation unit and the low-temperature power generation unit due to the difference in pressure loss can be reduced, and the decrease in power generation performance of the fuel cell stack can be suppressed.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタック、燃料電池スタックを備える発電モジュール、発電モジュールを備える燃料電池システム等の形態で実現することが可能である。   The technology disclosed in this specification can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell stack, a power generation module including the fuel cell stack, a fuel cell system including the power generation module, and the like. Is possible.

第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in a first embodiment. FIG. 第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in a first embodiment. FIG. 第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in a first embodiment. FIG. 第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in a first embodiment. FIG. 第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in a first embodiment. FIG. 第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in a first embodiment. FIG. 発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a power generation unit 102. FIG. 発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a power generation unit 102. FIG. 発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a power generation unit 102. FIG. 発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a power generation unit 102. FIG. 熱交換部１０３の上側の平面構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the planar structure of the upper side of the heat exchange part 103. FIG. 燃料電池スタック１００の定格運転時における温度分布の一例を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing an example of a temperature distribution during rated operation of the fuel cell stack 100. FIG. 各発電単位１０２における燃料極側フレーム１４０の構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel electrode side frame 140 in each power generation unit 102. 各発電単位１０２における燃料極側フレーム１４０の構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel electrode side frame 140 in each power generation unit 102. 第２実施形態における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematically the structure of the fuel cell stack 100a in 2nd Embodiment. 第２実施形態における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematically the structure of the fuel cell stack 100a in 2nd Embodiment. 第２実施形態の燃料電池スタック１００ａの定格運転時における温度分布の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the temperature distribution at the time of the rated driving | operation of the fuel cell stack 100a of 2nd Embodiment. 第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂの定格運転時における温度分布の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the temperature distribution at the time of the rated driving | operation of the fuel cell stack 100b of 3rd Embodiment.

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１から図６は、第１実施形態における燃料電池スタック１００の構成を概略的に示す説明図である。図１には、燃料電池スタック１００の外観構成が示されており、図２には、燃料電池スタック１００の上側の平面構成が示されており、図３には、燃料電池スタック１００の下側の平面構成が示されており、図４には、図１から図３のＩＶ−ＩＶの位置における燃料電池スタック１００の断面構成が示されており、図５には、図１から図３のＶ−Ｖの位置における燃料電池スタック１００の断面構成が示されており、図６には、図１から図３のＶＩ−ＶＩの位置における燃料電池スタック１００の断面構成が示されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図７以降についても同様である。 A. First embodiment:
A-1. Constitution:
(Configuration of fuel cell stack 100)
1 to 6 are explanatory views schematically showing the configuration of the fuel cell stack 100 in the first embodiment. FIG. 1 shows an external configuration of the fuel cell stack 100, FIG. 2 shows a planar configuration of the upper side of the fuel cell stack 100, and FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position IV-IV in FIGS. 1 to 3, and FIG. 5 shows a plan configuration in FIGS. A cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at a position VV is shown, and FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at a position VI-VI in FIGS. 1 to 3. In each figure, XYZ axes orthogonal to each other for specifying the direction are shown. In this specification, for the sake of convenience, the positive direction of the Z axis is referred to as the upward direction, and the negative direction of the Z axis is referred to as the downward direction. However, the fuel cell stack 100 is actually different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIG.

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では６つの）発電単位１０２と、熱交換部１０３と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。６つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。ただし、６つの発電単位１０２の内、３つの発電単位１０２は互いに隣接するように配置され、残りの３つの発電単位１０２も互いに隣接するように配置され、上記３つの発電単位１０２と上記残りの３つの発電単位１０２との間に熱交換部１０３が配置されている。すなわち、熱交換部１０３は、６つの発電単位１０２と熱交換部１０３とから構成される集合体における上下方向の中央付近に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、６つの発電単位１０２と熱交換部１０３とから構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は第１の方向に相当する。   The fuel cell stack 100 includes a plurality of (six in this embodiment) power generation units 102, a heat exchange unit 103, and a pair of end plates 104 and 106. The six power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). However, among the six power generation units 102, the three power generation units 102 are arranged adjacent to each other, and the remaining three power generation units 102 are also arranged adjacent to each other, so that the three power generation units 102 and the remaining power generation units 102 are arranged. A heat exchanging unit 103 is disposed between the three power generation units 102. That is, the heat exchanging unit 103 is arranged near the center in the vertical direction in the assembly composed of the six power generation units 102 and the heat exchanging unit 103. The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an assembly composed of the six power generation units 102 and the heat exchange unit 103 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction.

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、熱交換部１０３、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。   A plurality of (eight in this embodiment) holes penetrating in the vertical direction are formed in the peripheral portions around the Z direction of each layer (power generation unit 102, heat exchange unit 103, end plates 104, 106) constituting the fuel cell stack 100. The corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106.

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図４から図６に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。   Bolts 22 extending in the vertical direction are inserted into the communication holes 108, and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolts 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolts 22. 4 to 6, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100, and the bolt An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted on the other side (lower side) of 22 and the lower surface of the end plate 106 constituting the lower end of the fuel cell stack 100. However, in a place where a gas passage member 27 described later is provided, an insulating sheet disposed between the nut 24 and the surface of the end plate 106 on the upper and lower sides of the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 is interposed. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass ceramic composite agent, or the like.

各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図２から図４に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの頂点（Ｙ軸負方向側およびＸ軸負方向側の頂点）付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）により形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入されるガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｃ）により形成された空間は、熱交換部１０３から排出された酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に向けて運ぶガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６３として機能する。また、図２、図３および図５に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）により形成された空間は、各発電単位１０２から排出された未反応の酸化剤ガスＯＧである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。また、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。   The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108. Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108. As shown in FIGS. 2 to 4, a bolt 22 (bolt 22 </ b> A) is located near one vertex (vertex on the Y-axis negative direction side and X-axis negative direction side) on the outer periphery around the Z direction of the fuel cell stack 100. The formed space functions as an oxidant gas introduction manifold 161 that is a gas flow path into which the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and one side on the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z direction. The space formed by the bolt 22 (bolt 22C) located near the midpoint of the two sides parallel to the Y-axis (the side on the X-axis positive direction side) is an oxidant discharged from the heat exchange unit 103. It functions as an oxidant gas supply manifold 163 that is a gas flow path that carries the gas OG toward each power generation unit 102. As shown in FIGS. 2, 3, and 5, one side of the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z direction (the side on the negative X-axis side of the two sides parallel to the Y axis) The space formed by the bolts 22 (bolts 22B) located near the midpoint discharges the oxidant off-gas OOG, which is an unreacted oxidant gas OG discharged from each power generation unit 102, to the outside of the fuel cell stack 100. Functions as an oxidant gas discharge manifold 162. In the present embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図２、図３および図６に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）により形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）により形成された空間は、各発電単位１０２から排出された未反応の燃料ガスＦＧである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。また、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。   2, 3, and 6, one side of the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z direction (the side on the Y axis positive direction side of the two sides parallel to the X axis) In the space formed by the bolts 22 (bolts 22D) located near the midpoint, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and the fuel gas FG is supplied to each power generation unit 102. The space formed by the bolt 22 (bolt 22E) located near the midpoint of the opposite side of the side (the side on the Y axis negative direction side of the two sides parallel to the X axis) is The fuel gas discharge manifold 172 discharges the fuel off-gas FOG, which is an unreacted fuel gas FG discharged from each power generation unit 102, to the outside of the fuel cell stack 100. In the present embodiment, for example, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used as the fuel gas FG.

図４から図６に示すように、燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通している。また、図５に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図６に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。   As shown in FIGS. 4 to 6, the fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 has a hollow cylindrical main body portion 28 and a hollow cylindrical branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. The hole of the branch part 29 communicates with the hole of the main body part 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. As shown in FIG. 4, the hole of the main body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22 </ b> A that forms the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161. As shown in FIG. 5, the hole of the main body portion 28 of the gas passage member 27 disposed at the position of the bolt 22 </ b> B that forms the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162. Further, as shown in FIG. 6, the hole of the main body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas The hole of the main body portion 28 of the gas passage member 27 disposed at the position of the bolt 22 </ b> E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172.

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２と熱交換部１０３とが押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。 (Configuration of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are rectangular flat plate-shaped conductive members, and are formed of, for example, stainless steel. One end plate 104 is disposed on the upper side of the power generation unit 102 located on the uppermost side, and the other end plate 106 is disposed on the lower side of the power generation unit 102 located on the lowermost side. The plurality of power generation units 102 and the heat exchange unit 103 are held in a pressed state by a pair of end plates 104 and 106. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100.

（発電単位１０２の構成）
図７から図１０は、発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。図７には、図５に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２の断面構成が示されており、図８には、図６に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２の断面構成が示されており、図９には、図７のＩＸ−ＩＸの位置における発電単位１０２の断面構成が示されており、図１０には、図７のＸ−Ｘの位置における発電単位１０２の断面構成が示されている。 (Configuration of power generation unit 102)
7 to 10 are explanatory diagrams showing the detailed configuration of the power generation unit 102. FIG. FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 5, and FIG. 8 shows adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of the two power generation units 102. FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position IX-IX in FIG. 7, and FIG. A cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position X is shown.

図７および図８に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿入される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。   As shown in FIGS. 7 and 8, the power generation unit 102 that is the minimum unit of power generation includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, and a fuel electrode side frame. 140, a fuel electrode side current collector 144, and a pair of interconnectors 150 constituting the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. A hole corresponding to the above-described communication hole 108 into which the bolt 22 is inserted is formed in the peripheral portion around the Z direction in the separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150.

インターコネクタ１５０は、矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図４から図６参照）。   The interconnector 150 is a rectangular flat plate-shaped conductive member, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents reaction gas from being mixed between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes the pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 4 to 6).

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。   The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 that face each other in the vertical direction (the arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel electrode-supported single cell that supports the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 with the fuel electrode 116.

電解質層１１２は、矩形の平板形状部材であり、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。   The electrolyte layer 112 is a rectangular flat plate-like member, such as YSZ (yttria stabilized zirconia), ScSZ (scandia stabilized zirconia), SDC (samarium doped ceria), GDC (gadolinium doped ceria), perovskite oxide, etc. The solid oxide is formed. The air electrode 114 is a rectangular flat plate-shaped member, and is formed of, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). ing. The fuel electrode 116 is a rectangular flat plate-like member, and is formed of, for example, Ni (nickel), cermet made of Ni and ceramic particles, Ni-based alloy, or the like. Thus, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、セパレータ１２０が接合された単セル１１０をセパレータ付き単セルという。   The separator 120 is a frame-like member in which a rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of, for example, metal. The peripheral part of the hole 121 in the separator 120 is opposed to the peripheral part of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) disposed in the facing portion. The separator 120 divides the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and gas leaks from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the single cell 110. It is suppressed. The single cell 110 to which the separator 120 is joined is referred to as a single cell with a separator.

空気極側フレーム１３０は、図７から図９に示すように、中央付近に上下方向に貫通する矩形の貫通孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム１３０の貫通孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。   As shown in FIGS. 7 to 9, the air electrode side frame 130 is a frame-like member in which a rectangular through hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center. For example, the air electrode side frame 130 is formed of an insulator such as mica. Has been. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. . The through hole 131 of the air electrode side frame 130 forms an air chamber 166 that faces the air electrode 114. The pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 is electrically insulated by the air electrode side frame 130.

また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６３を構成する貫通孔からＹ軸正方向およびＹ軸負方向に延びる第１酸化剤ガス供給連通孔１９１と、第１酸化剤ガス供給連通孔１９１と貫通孔１３１とを連通させるようにＸ軸方向に延びる複数の第２酸化剤ガス供給連通孔１９２とが形成されている。第１酸化剤ガス供給連通孔１９１と第２酸化剤ガス供給連通孔１９２とにより、酸化剤ガス供給マニホールド１６３と空気室１６６とを連通する複数の連通流路が形成される。同様に、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する貫通孔からＹ軸正方向およびＹ軸負方向に延びる第１酸化剤ガス排出連通孔１９３と、１９３と貫通孔１３１とを連通させるようにＸ軸方向に延びる複数の第２酸化剤ガス排出連通孔１９４とが形成されている。第１酸化剤ガス排出連通孔１９３と第２酸化剤ガス排出連通孔１９４とにより、酸化剤ガス排出マニホールド１６２と空気室１６６とを連通する複数の連通流路が形成される。   Further, the air electrode side frame 130 includes a first oxidant gas supply communication hole 191 extending from a through hole constituting the oxidant gas supply manifold 163 in the Y-axis positive direction and the Y-axis negative direction, and a first oxidant gas supply. A plurality of second oxidant gas supply communication holes 192 extending in the X-axis direction are formed so as to connect the communication holes 191 and the through holes 131. The first oxidant gas supply communication hole 191 and the second oxidant gas supply communication hole 192 form a plurality of communication channels that connect the oxidant gas supply manifold 163 and the air chamber 166. Similarly, in the air electrode side frame 130, first oxidant gas discharge communication holes 193, 193, and through holes 131 extending from the through holes constituting the oxidant gas discharge manifold 162 in the Y axis positive direction and the Y axis negative direction. A plurality of second oxidant gas discharge communication holes 194 extending in the X-axis direction are formed so as to communicate with each other. The first oxidant gas discharge communication hole 193 and the second oxidant gas discharge communication hole 194 form a plurality of communication channels that connect the oxidant gas discharge manifold 162 and the air chamber 166.

燃料極側フレーム１４０は、図７、図８および図１０に示すように、中央付近に上下方向に貫通する矩形の貫通孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。なお、本実施形態では、燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０とに溶接されている。燃料極側フレーム１４０の貫通孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。   As shown in FIGS. 7, 8 and 10, the fuel electrode side frame 140 is a frame-like member in which a rectangular through hole 141 penetrating in the vertical direction is formed in the vicinity of the center. ing. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. In the present embodiment, the fuel electrode side frame 140 is welded to the separator 120 and the interconnector 150. The through hole 141 of the fuel electrode side frame 140 forms a fuel chamber 176 that faces the fuel electrode 116.

また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する貫通孔からＸ軸正方向およびＸ軸負方向に延びる第１燃料ガス供給連通孔１９５と、第１燃料ガス供給連通孔１９５と貫通孔１４１とを連通させるようにＹ軸方向に延びる複数の第２燃料ガス供給連通孔１９６とが形成されている。第１燃料ガス供給連通孔１９５と各第２燃料ガス供給連通孔１９６とにより、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する複数の連通流路が形成される。同様に、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する貫通孔からＸ軸正方向およびＸ軸負方向に延びる第１燃料ガス排出連通孔１９７と、第１燃料ガス排出連通孔１９７と貫通孔１４１とを連通させるようにＹ軸方向に延びる複数の第２燃料ガス排出連通孔１９８とが形成されている。第１燃料ガス排出連通孔１９７と各第２燃料ガス排出連通孔１９８とにより、燃料ガス排出マニホールド１７２と燃料室１７６とを連通する複数の連通流路が形成される。   Further, the fuel electrode side frame 140 includes a first fuel gas supply communication hole 195 extending from the through hole constituting the fuel gas introduction manifold 171 in the X-axis positive direction and the X-axis negative direction, and the first fuel gas supply communication hole 195. A plurality of second fuel gas supply communication holes 196 extending in the Y-axis direction are formed so as to communicate with the through hole 141. The first fuel gas supply communication hole 195 and each second fuel gas supply communication hole 196 form a plurality of communication flow paths that connect the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176. Similarly, the fuel electrode side frame 140 includes a first fuel gas discharge communication hole 197 extending from the through hole constituting the fuel gas discharge manifold 172 in the X-axis positive direction and the X-axis negative direction, and the first fuel gas discharge communication hole. A plurality of second fuel gas discharge communication holes 198 extending in the Y-axis direction are formed so as to allow communication between 197 and the through holes 141. The first fuel gas discharge communication hole 197 and the respective second fuel gas discharge communication holes 198 form a plurality of communication flow paths that connect the fuel gas discharge manifold 172 and the fuel chamber 176.

空気極側集電体１３４は、図７から図９に示すように、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、所定の間隔をあけて並べられた複数の略四角柱状の導電性部材から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触することにより、空気極１１４とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とが一体の部材として形成されていてもよい。   The air electrode side current collector 134 is disposed in the air chamber 166 as shown in FIGS. 7 to 9. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of substantially quadrangular columnar conductive members arranged at predetermined intervals, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode side current collector 134 is brought into contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114, whereby the air electrode 114 and the interconnector 150 are electrically connected. The air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be formed as an integral member.

燃料極側集電体１４４は、図７、図８および図１０に示すように、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、複数の電極対向部１４５と、各電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。具体的には、燃料極側集電体１４４は、図１０における部分拡大図に示すように、矩形の平板形状部材に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。曲げ起こされた矩形部分が電極対向部１４５となり、曲げ起こされた部分以外の穴あき状態の平板部分がインターコネクタ対向部１４６となり、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ部分が連接部１４７となる。なお、図１０における部分拡大図では、燃料極側集電体１４４の製造方法を示すため、複数の矩形部分の一部の曲げ起こし加工が完了する前の状態を示している。各電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触し、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触する。そのため、燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０との電気的接続が良好に維持される。   The fuel electrode side current collector 144 is disposed in the fuel chamber 176 as shown in FIGS. 7, 8 and 10. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing portion 146, a plurality of electrode facing portions 145, and a connecting portion 147 that connects each electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Or nickel alloy, stainless steel or the like. Specifically, as shown in the partially enlarged view in FIG. 10, the fuel electrode side current collector 144 is manufactured by cutting a rectangular flat plate-shaped member and bending the plurality of rectangular portions. The The bent rectangular portion becomes the electrode facing portion 145, the flat plate portion other than the bent raised portion becomes the interconnector facing portion 146, and the portion connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 is connected. Part 147. In addition, in the partial enlarged view in FIG. 10, in order to show the manufacturing method of the fuel electrode side collector 144, the state before the bending raising process of a part of several rectangular part is shown. Each electrode facing portion 145 contacts the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 contacts the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. To do. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150. Note that a spacer 149 made of, for example, mica is disposed between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle or reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 are electrically connected via the fuel electrode side current collector 144. Maintained well.

（熱交換部１０３の構成）
図１１は、熱交換部１０３の上側の平面構成を概略的に示す説明図である。図４から図６および図１１に示すように、熱交換部１０３は、矩形の平板形状部材であり、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。上述したように、熱交換部１０３のＺ方向回りの周縁部には、ボルト２２が挿入される連通孔１０８を構成する８つの孔が形成されている。また、熱交換部１０３の中央付近には、上下方向に貫通する孔１８２が形成されている。さらに、熱交換部１０３には、中央の孔１８２と酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成する連通孔１０８とを連通する連通孔１８４と、中央の孔１８２と酸化剤ガス供給マニホールド１６３を形成する連通孔１０８とを連通する連通孔１８６とが形成されている。熱交換部１０３は、熱交換部１０３の上側に隣接する発電単位１０２に含まれる下側のインターコネクタ１５０と、熱交換部１０３の下側に隣接する発電単位１０２に含まれる上側のインターコネクタ１５０とに挟持されている。これらのインターコネクタ１５０間において、孔１８２と連通孔１８４と連通孔１８６とにより形成される空間は、後述する熱交換のために酸化剤ガスＯＧを流す熱交換流路１８８として機能する。 (Configuration of heat exchange unit 103)
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing a planar configuration on the upper side of the heat exchange unit 103. As shown in FIGS. 4 to 6 and FIG. 11, the heat exchanging portion 103 is a rectangular flat plate-like member, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. As described above, eight holes constituting the communication hole 108 into which the bolt 22 is inserted are formed in the peripheral portion around the Z direction of the heat exchanging portion 103. Further, a hole 182 penetrating in the vertical direction is formed near the center of the heat exchanging portion 103. Further, the heat exchange unit 103 has a communication hole 184 communicating with the central hole 182 and the communication hole 108 forming the oxidant gas introduction manifold 161, and a communication forming the central hole 182 and the oxidant gas supply manifold 163. A communication hole 186 that communicates with the hole 108 is formed. The heat exchange unit 103 includes a lower interconnector 150 included in the power generation unit 102 adjacent to the upper side of the heat exchange unit 103 and an upper interconnector 150 included in the power generation unit 102 adjacent to the lower side of the heat exchange unit 103. And is sandwiched between. A space formed by the holes 182, the communication holes 184, and the communication holes 186 between these interconnectors 150 functions as a heat exchange channel 188 through which the oxidant gas OG flows for heat exchange described later.

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給される。酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給された酸化剤ガスＯＧは、図４および図１１に示すように、熱交換部１０３内に形成された熱交換流路１８８内に流入し、熱交換流路１８８を通って酸化剤ガス供給マニホールド１６３へと排出される。なお、酸化剤ガス導入マニホールド１６１は、各発電単位１０２の空気室１６６には連通していないため、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給されることはない。酸化剤ガス供給マニホールド１６３へと排出された酸化剤ガスＯＧは、図４、図５、図７および図９に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６３から各発電単位１０２の第１酸化剤ガス供給連通孔１９１および第２酸化剤ガス供給連通孔１９２を介して、空気室１６６に供給される。 A-2. Operation of the fuel cell stack 100:
As shown in FIG. 4, when the oxidant gas OG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. The oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28. As shown in FIGS. 4 and 11, the oxidant gas OG supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 flows into the heat exchange channel 188 formed in the heat exchange unit 103, and the heat exchange channel 188. And is discharged to the oxidant gas supply manifold 163. Since the oxidant gas introduction manifold 161 is not in communication with the air chamber 166 of each power generation unit 102, the oxidant gas OG is supplied from the oxidant gas introduction manifold 161 to the air chamber 166 of each power generation unit 102. There is nothing. The oxidant gas OG discharged to the oxidant gas supply manifold 163 is supplied from the oxidant gas supply manifold 163 to the first oxidant gas of each power generation unit 102 as shown in FIGS. 4, 5, 7 and 9. The air is supplied to the air chamber 166 through the supply communication hole 191 and the second oxidant gas supply communication hole 192.

また、図６、図８および図１０に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の第１燃料ガス供給連通孔１９５および第２燃料ガス供給連通孔１９６を介して、燃料室１７６に供給される。   Further, as shown in FIGS. 6, 8, and 10, the fuel gas is connected via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. When the FG is supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and from the fuel gas introduction manifold 171, The fuel is supplied to the fuel chamber 176 through the first fuel gas supply communication hole 195 and the second fuel gas supply communication hole 196.

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、熱交換部１０３を介しているものの、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。   When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, power is generated by an electrochemical reaction between the oxidant gas OG and the fuel gas FG in the single cell 110. Is called. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 via the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is connected via the fuel electrode side current collector 144. The other interconnector 150 is electrically connected. In addition, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series although the heat exchange unit 103 is interposed therebetween. Therefore, electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100. Since SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is heated by a heater (after the startup until the high temperature can be maintained by heat generated by power generation (Not shown).

各発電単位１０２において発電反応に利用されなかった酸化剤ガスＯＧである酸化剤オフガスＯＯＧは、図５、図７および図９に示すように、空気室１６６から第２酸化剤ガス排出連通孔１９４および第１酸化剤ガス排出連通孔１９３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２において発電反応に利用されなかった燃料ガスＦＧである燃料オフガスＦＯＧは、図６、図８および図１０に示すように、燃料室１７６から第２燃料ガス排出連通孔１９８および第１燃料ガス排出連通孔１９７を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。   As shown in FIGS. 5, 7, and 9, the oxidant off-gas OOG that is the oxidant gas OG that has not been used for the power generation reaction in each power generation unit 102 is discharged from the air chamber 166 to the second oxidant gas discharge passage 194. And the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 that are discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the first oxidant gas discharge communication hole 193 and further provided at the position of the oxidant gas discharge manifold 162. Then, the gas is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Further, as shown in FIGS. 6, 8, and 10, the fuel off-gas FOG that is the fuel gas FG that has not been used for the power generation reaction in each power generation unit 102 is supplied from the fuel chamber 176 to the second fuel gas discharge communication hole 198 and It is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the first fuel gas discharge communication hole 197, and further through the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas discharge manifold 172. The gas is discharged outside the fuel cell stack 100 through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29.

Ａ−３．燃料極側フレーム１４０の詳細構成：
燃料電池スタック１００の定格運転時において、各発電単位１０２の温度Ｔｒは、燃料電池スタック１００における発電単位１０２の位置に応じて異なり得る。本実施形態の燃料電池スタック１００では、定格運転時における各発電単位１０２の温度に応じて、各発電単位１０２における燃料極側フレーム１４０の構成が互いに異なる。 A-3. Detailed configuration of fuel electrode side frame 140:
During the rated operation of the fuel cell stack 100, the temperature Tr of each power generation unit 102 may vary depending on the position of the power generation unit 102 in the fuel cell stack 100. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the configuration of the fuel electrode side frame 140 in each power generation unit 102 differs depending on the temperature of each power generation unit 102 during rated operation.

図１２は、燃料電池スタック１００の定格運転時における温度分布の一例を示す説明図である。図１２には、燃料電池スタック１００の上下方向（Ｚ軸方向）に沿った模式的な構成と、定格運転時における各発電単位１０２の温度Ｔｒの一例とが示されている。発電単位１０２における発電反応は発熱反応であるため、定格運転時には、発電単位１０２が高い密度で配置されている箇所では温度Ｔｒが高くなりやすく、反対に発電単位１０２が低い密度で配置されている箇所では温度Ｔｒが低くなりやすい。また、上述したように、熱交換部１０３には、燃料電池スタック１００の外部から導入された比較的低温の酸化剤ガスが流入するため、熱交換部１０３に近い発電単位１０２では温度Ｔｒが低くなりやすい。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００のように、６つの発電単位１０２の内、３つの発電単位１０２が互いに隣接するように配置され、残りの３つの発電単位１０２も互いに隣接するように配置され、上記３つの発電単位１０２と上記残りの３つの発電単位１０２との間に熱交換部１０３が配置された構成では、例えば、それぞれ発電単位１０２の間に挟まれるように配置された２つの発電単位１０２（以下、「高温部発電単位１０２Ｈ」という）が最も高温となり、エンドプレート１０４，１０６に隣接する２つの発電単位１０２（以下、「低温部発電単位１０２Ｌ」という）が最も低温となり、熱交換部１０３に隣接する２つの発電単位１０２（以下、「中温部発電単位１０２Ｍ」という）が両者の中間程度の温度となる。定格運転時の温度Ｔｒは、例えば、高温部発電単位１０２Ｈでは７５０℃であり、中温部発電単位１０２Ｍでは６８０℃であり、低温部発電単位１０２Ｌでは６２０℃である。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a temperature distribution during rated operation of the fuel cell stack 100. FIG. 12 shows a schematic configuration along the vertical direction (Z-axis direction) of the fuel cell stack 100 and an example of the temperature Tr of each power generation unit 102 during rated operation. Since the power generation reaction in the power generation unit 102 is an exothermic reaction, during rated operation, the temperature Tr tends to be high at locations where the power generation units 102 are arranged at a high density, and conversely, the power generation units 102 are arranged at a low density. The temperature Tr tends to be low at the location. As described above, since the relatively low-temperature oxidant gas introduced from the outside of the fuel cell stack 100 flows into the heat exchange unit 103, the temperature Tr is low in the power generation unit 102 close to the heat exchange unit 103. Prone. Therefore, like the fuel cell stack 100 of the present embodiment, among the six power generation units 102, the three power generation units 102 are arranged adjacent to each other, and the remaining three power generation units 102 are also arranged adjacent to each other. In the configuration in which the heat exchanging unit 103 is disposed between the three power generation units 102 and the remaining three power generation units 102, for example, the two power generation units 102 are disposed so as to be sandwiched between the power generation units 102, respectively. The power generation unit 102 (hereinafter referred to as “high temperature power generation unit 102H”) has the highest temperature, and the two power generation units 102 adjacent to the end plates 104 and 106 (hereinafter referred to as “low temperature power generation unit 102L”) have the lowest temperature. Two power generation units 102 adjacent to the heat exchanging unit 103 (hereinafter referred to as “medium temperature unit power generation unit 102M”) have an intermediate temperature between them. The temperature Tr during the rated operation is, for example, 750 ° C. in the high temperature power generation unit 102H, 680 ° C. in the medium temperature power generation unit 102M, and 620 ° C. in the low temperature power generation unit 102L.

なお、中温部発電単位１０２Ｍが特許請求の範囲における「基準発電単位」に相当するとした場合には、低温部発電単位１０２Ｌが特許請求の範囲における「低温部発電単位」に相当する。また、高温部発電単位１０２Ｈが特許請求の範囲における「基準発電単位」に相当するとした場合には、中温部発電単位１０２Ｍおよび低温部発電単位１０２Ｌが特許請求の範囲における「低温部発電単位」に相当する。   When the intermediate temperature power generation unit 102M corresponds to the “reference power generation unit” in the claims, the low temperature power generation unit 102L corresponds to the “low temperature power generation unit” in the claims. Further, when the high temperature power generation unit 102H corresponds to the “reference power generation unit” in the claims, the middle temperature power generation unit 102M and the low temperature power generation unit 102L are the “low temperature power generation units” in the claims. Equivalent to.

図１３および図１４は、各発電単位１０２における燃料極側フレーム１４０の構成を示す説明図である。本実施形態では、高温部発電単位１０２Ｈに含まれる燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃ（Ｈ）と、中温部発電単位１０２Ｍに含まれる燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃ（Ｍ）と、低温部発電単位１０２Ｌに含まれる燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃ（Ｌ）との関係は、以下の式（１）に示す関係となっている。
Ｃ（Ｈ）＜Ｃ（Ｍ）＜Ｃ（Ｌ） ・・・（１） FIGS. 13 and 14 are explanatory views showing the configuration of the fuel electrode side frame 140 in each power generation unit 102. In the present embodiment, the thermal expansion coefficient C (H) of the fuel electrode side frame 140 included in the high temperature power generation unit 102H, and the thermal expansion coefficient C (M) of the fuel electrode side frame 140 included in the intermediate temperature power generation unit 102M. The relationship with the thermal expansion coefficient C (L) of the fuel electrode side frame 140 included in the low temperature power generation unit 102L is the relationship shown in the following equation (1).
C (H) <C (M) <C (L) (1)

例えば、高温部発電単位１０２Ｈに含まれる燃料極側フレーム１４０をＳＵＳ４３０（熱膨張係数Ｃ（Ｈ）：１２．８×１０−６（／℃））により形成し、中温部発電単位１０２Ｍに含まれる燃料極側フレーム１４０をＳＵＳ３１０（熱膨張係数Ｃ（Ｍ）：１７．５×１０−６（／℃））により形成し、低温部発電単位１０２Ｌに含まれる燃料極側フレーム１４０をＳＵＳ３０４（熱膨張係数Ｃ（Ｌ）：１８．７×１０−６（／℃））により形成すれば、上記式（１）が満たされる。 For example, the fuel electrode side frame 140 included in the high temperature power generation unit 102H is formed of SUS430 (thermal expansion coefficient C (H): 12.8 × 10 −6 (/ ° C.)) and included in the intermediate temperature power generation unit 102M. The fuel electrode side frame 140 is formed of SUS310 (thermal expansion coefficient C (M): 17.5 × 10 −6 (/ ° C.)), and the fuel electrode side frame 140 included in the low temperature part power generation unit 102L is formed of SUS304 (thermal expansion). If formed by the coefficient C (L): 18.7 × 10 −6 (/ ° C.), the above formula (1) is satisfied.

また、図１３には、常温（例えば２５℃）時および定格運転時のそれぞれにおける、各発電単位１０２の燃料極側フレーム１４０に形成された１つの第２燃料ガス供給連通孔１９６（図１０参照）のガス流れ方向に直交する断面（同図のＸＩIＩ−ＸＩIＩの位置の断面）を示している。以下の説明では、第２燃料ガス供給連通孔１９６のガス流れ方向に直交する断面の断面積Ａの内、常温時における断面積Ａを常温時断面積Ａｎと表し、定格運転時における断面積Ａを定格運転時断面積Ａｒと表わす。図１０に示すように、第１燃料ガス供給連通孔１９５と各第２燃料ガス供給連通孔１９６とにより、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する複数の連通流路が形成されるため、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａは、当該連通流路の特定の位置における断面積であると言える。   Further, FIG. 13 shows one second fuel gas supply communication hole 196 (see FIG. 10) formed in the fuel electrode side frame 140 of each power generation unit 102 at normal temperature (for example, 25 ° C.) and during rated operation. ) Is a cross section perpendicular to the gas flow direction (cross section at the position of XIII-XIII in the same figure). In the following description, among the cross-sectional area A of the cross section orthogonal to the gas flow direction of the second fuel gas supply communication hole 196, the cross-sectional area A at normal temperature is represented as the cross-sectional area An at normal temperature, and the cross-sectional area A at rated operation. Is represented as a sectional area Ar during rated operation. As shown in FIG. 10, the first fuel gas supply communication hole 195 and the second fuel gas supply communication holes 196 form a plurality of communication flow paths that connect the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176. Therefore, it can be said that the cross-sectional area A of the second fuel gas supply communication hole 196 is a cross-sectional area at a specific position of the communication flow path.

図１３に示すように、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎは、発電単位１０２毎に異なっている。具体的には、高温部発電単位１０２Ｈにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎ（Ｈ）と、中温部発電単位１０２Ｍにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎ（Ｍ）と、低温部発電単位１０２Ｌにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎ（Ｌ）との関係は、以下の式（２）に示す関係となっている。なお、この式（２）は、高温部発電単位１０２Ｈと中温部発電単位１０２Ｍと低温部発電単位１０２Ｌとのそれぞれにおいて、対応する（同じ位置の）第２燃料ガス供給連通孔１９６についての関係を示したものである。高温部発電単位１０２Ｈと中温部発電単位１０２Ｍと低温部発電単位１０２Ｌとのそれぞれにおいて、互いに異なる位置の第２燃料ガス供給連通孔１９６については、必ずしも式（２）の関係を満たしている必要は無い。後述の式（３）についても同様である。
Ａｎ（Ｈ）＜Ａｎ（Ｍ）＜Ａｎ（Ｌ） ・・・（２） As shown in FIG. 13, the cross-sectional area An at normal temperature of the second fuel gas supply communication hole 196 is different for each power generation unit 102. Specifically, the room temperature sectional area An (H) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the high temperature power generation unit 102H and the room temperature sectional area An of the second fuel gas supply communication hole 196 in the middle temperature power generation unit 102M. The relationship between (M) and the cross-sectional area An (L) at the normal temperature of the second fuel gas supply communication hole 196 in the low temperature power generation unit 102L is a relationship represented by the following equation (2). Note that this equation (2) indicates the relationship with respect to the corresponding second fuel gas supply communication hole 196 (at the same position) in each of the high temperature section power generation unit 102H, the middle temperature section power generation unit 102M, and the low temperature section power generation unit 102L. It is shown. In each of the high temperature section power generation unit 102H, the middle temperature section power generation unit 102M, and the low temperature section power generation unit 102L, the second fuel gas supply communication holes 196 at different positions do not necessarily have to satisfy the relationship of Expression (2). No. The same applies to formula (3) described later.
An (H) <An (M) <An (L) (2)

また、図１４には、常温時および定格運転時のそれぞれにおける、各発電単位１０２の燃料極側フレーム１４０に形成された１つの第２燃料ガス供給連通孔１９６のガス流れ方向に平行な断面（図１０のＰｘ部の拡大図）を示している。以下の説明では、第２燃料ガス供給連通孔１９６のガス流れ方向に沿った長さＬ（第１燃料ガス供給連通孔１９５との接続位置から貫通孔１４１との接続位置までの距離）の内、常温時における長さＬを常温時長さＬｎと表し、定格運転時における長さＬを定格運転時長さＬｒと表わす。上述したように、第１燃料ガス供給連通孔１９５と各第２燃料ガス供給連通孔１９６とにより、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する複数の連通流路が形成されるため、第２燃料ガス供給連通孔１９６の長さＬが長いと、当該連通流路の長さも長くなる。   FIG. 14 shows a cross section parallel to the gas flow direction of one second fuel gas supply communication hole 196 formed in the fuel electrode side frame 140 of each power generation unit 102 at normal temperature and during rated operation, respectively. The enlarged view of the Px part of FIG. 10 is shown. In the following description, the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 in the gas flow direction (the distance from the connection position with the first fuel gas supply communication hole 195 to the connection position with the through hole 141) is within. The length L at normal temperature is expressed as a length Ln at normal temperature, and the length L at rated operation is expressed as a length Lr during rated operation. As described above, the first fuel gas supply communication hole 195 and each of the second fuel gas supply communication holes 196 form a plurality of communication flow paths that connect the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176. When the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 is long, the length of the communication flow path is also long.

図１４に示すように、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎは、発電単位１０２毎に異なっている。具体的には、高温部発電単位１０２Ｈにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎ（Ｈ）と、中温部発電単位１０２Ｍにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎ（Ｍ）と、低温部発電単位１０２Ｌにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎ（Ｌ）との関係は、以下の式（３）に示す関係となっている。
Ｌｎ（Ｈ）＞Ｌｎ（Ｍ）＞Ｌｎ（Ｌ） ・・・（３） As shown in FIG. 14, the normal temperature length Ln of the second fuel gas supply communication hole 196 is different for each power generation unit 102. Specifically, the normal temperature length Ln (H) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the high temperature power generation unit 102H and the normal temperature length Ln of the second fuel gas supply communication hole 196 in the medium temperature power generation unit 102M. The relationship between (M) and the length Ln (L) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the low temperature power generation unit 102L at normal temperature is a relationship represented by the following expression (3).
Ln (H)> Ln (M)> Ln (L) (3)

上述したように、定格運転時には、各発電単位１０２の温度は常温よりも高くなるため、各発電単位１０２に含まれる燃料極側フレーム１４０は常温時の状態と比べて熱膨張した状態となる。燃料電池スタック１００はボルト２２により締結されているため、燃料電池スタック１００を構成する各層が外周方向に膨張することが規制されている。そのため、定格運転時には、燃料極側フレーム１４０は、燃料極側フレーム１４０に形成された各種孔（第２燃料ガス供給連通孔１９６や燃料室１７６を構成する貫通孔１４１）が縮小するように内側に熱膨張する。従って、図１３および図１４に示すように、高温部発電単位１０２Ｈ、中温部発電単位１０２Ｍ、低温部発電単位１０２Ｌのいずれについても、第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒは常温時断面積Ａｎより小さくなり、定格運転時長さＬｒは常温時長さＬｎより長くなる。なお、図１３および図１４の「常温時」の欄に示す一点鎖線は、定格運転時における第２燃料ガス供給連通孔１９６の形状を示している。   As described above, during the rated operation, the temperature of each power generation unit 102 is higher than the normal temperature, and thus the fuel electrode side frame 140 included in each power generation unit 102 is in a state of thermal expansion as compared with the normal temperature state. Since the fuel cell stack 100 is fastened by the bolts 22, each layer constituting the fuel cell stack 100 is restricted from expanding in the outer peripheral direction. Therefore, during rated operation, the fuel electrode side frame 140 is arranged so that various holes (the second fuel gas supply communication hole 196 and the through hole 141 constituting the fuel chamber 176) formed in the fuel electrode side frame 140 are reduced. Thermal expansion. Therefore, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the rated operating cross-sectional area Ar of the second fuel gas supply communication hole 196 is any of the high temperature power generation unit 102H, the intermediate temperature power generation unit 102M, and the low temperature power generation unit 102L. The sectional area An becomes smaller than the room temperature An at normal temperature, and the length Lr during rated operation becomes longer than the length Ln at normal temperature. 13 and 14 indicate the shape of the second fuel gas supply communication hole 196 at the rated operation.

ここで、定格運転時の燃料極側フレーム１４０の熱膨張量が相対的に大きいと、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａの縮小量や長さＬの伸張量は相対的に大きくなる。本実施形態では、上記式（１）に示すように、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃが小さい。そのため、定格運転時における各発電単位１０２の温度差による燃料極側フレーム１４０の熱膨張量の差が低減される。その結果、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａの縮小量の差や長さＬの伸張量の差が低減される。   Here, if the amount of thermal expansion of the fuel electrode side frame 140 during rated operation is relatively large, the reduction amount of the cross-sectional area A and the extension amount of the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 are relatively large. Become. In the present embodiment, as shown in the above equation (1), the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 is smaller in the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation. Therefore, the difference in the thermal expansion amount of the fuel electrode side frame 140 due to the temperature difference of each power generation unit 102 during rated operation is reduced. As a result, the difference in the reduction amount of the cross-sectional area A of the second fuel gas supply communication hole 196 and the difference in the extension amount of the length L are reduced.

なお、各発電単位１０２の燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃは、燃料極側フレーム１４０の形成に使用する材料に応じて具体的に定まる。また、定格運転時における各発電単位１０２の温度Ｔｒは、燃料電池スタック１００の構成や運転方法に応じて具体的に定まる。そのため、高温部発電単位１０２Ｈと中温部発電単位１０２Ｍと低温部発電単位１０２Ｌとの間で、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃの差に起因する熱膨張量の差と、定格運転時の温度Ｔｒの差に起因する熱膨張量の差とは、必ずしも同程度となる訳ではない。例えば、本実施形態では、定格運転時の温度Ｔｒの差に起因する熱膨張量の差に比べて、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃの差に起因する熱膨張量の差が大きくなっている。そのため、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、燃料極側フレーム１４０の熱膨張量は小さい。しかし、本実施形態では、上記式（２）に示すように、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎを小さくしているため（図１３参照）、結果的に、高温部発電単位１０２Ｈにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒ（Ｈ）と、中温部発電単位１０２Ｍにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒ（Ｍ）と、低温部発電単位１０２Ｌにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒ（Ｌ）とがほぼ等しくなる。同様に、本実施形態では、上記式（３）に示すように、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎを長くしているため（図１４参照）、結果的に、高温部発電単位１０２Ｈにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒ（Ｈ）と、中温部発電単位１０２Ｍにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒ（Ｍ）と、低温部発電単位１０２Ｌにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒ（Ｌ）とがほぼ等しくなる。   The thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 of each power generation unit 102 is specifically determined according to the material used for forming the fuel electrode side frame 140. Further, the temperature Tr of each power generation unit 102 during rated operation is specifically determined according to the configuration and operation method of the fuel cell stack 100. Therefore, the difference in thermal expansion amount due to the difference in the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 between the high temperature section power generation unit 102H, the middle temperature section power generation unit 102M, and the low temperature section power generation unit 102L, and the rated operation The difference in the amount of thermal expansion caused by the difference in temperature Tr is not necessarily the same level. For example, in this embodiment, the difference in thermal expansion due to the difference in thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 is larger than the difference in thermal expansion due to the difference in temperature Tr during rated operation. ing. Therefore, the amount of thermal expansion of the fuel electrode side frame 140 is smaller as the power generation unit 102 has a higher temperature during rated operation. However, in the present embodiment, as shown in the above formula (2), the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation has a smaller cross-sectional area An at normal temperature of the second fuel gas supply communication hole 196 ( As a result, as a result, the rated operation sectional area Ar (H) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the high temperature power generation unit 102H and the second fuel gas supply communication hole 196 in the intermediate temperature power generation unit 102M are obtained. The rated operation sectional area Ar (M) and the rated operation sectional area Ar (L) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the low temperature power generation unit 102L are substantially equal. Similarly, in the present embodiment, as shown in the above formula (3), the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation has a longer normal temperature length Ln of the second fuel gas supply communication hole 196. (See FIG. 14) As a result, the rated operating length Lr (H) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the high temperature power generation unit 102H and the second fuel gas supply communication hole 196 in the intermediate temperature power generation unit 102M are obtained. The rated operating length Lr (M) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the low temperature power generation unit 102L is substantially equal to the rated operating length Lr (L).

発電単位１０２間で、第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒや定格運転時断面積Ａｒに差があると、第２燃料ガス供給連通孔１９６により形成される連通流路（燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する流路）の圧損に差が生じ、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量に差が生じて燃料電池スタック１００の発電性能が低下するおそれがある。本実施形態の燃料電池スタック１００では、高温部発電単位１０２Ｈにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒ（Ｈ）と中温部発電単位１０２Ｍにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒ（Ｍ）と低温部発電単位１０２Ｌにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時断面積Ａｒ（Ｌ）とがほぼ等しい。また、高温部発電単位１０２Ｈにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒ（Ｈ）と中温部発電単位１０２Ｍにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒ（Ｍ）と低温部発電単位１０２Ｌにおける第２燃料ガス供給連通孔１９６の定格運転時長さＬｒ（Ｌ）とがほぼ等しい。そのため、発電単位１０２間で、第２燃料ガス供給連通孔１９６により形成される連通流路の圧損はほぼ等しくなり、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制される。その結果、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差に起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下が抑制される。   If there is a difference in the rated operation length Lr and the rated operation cross-sectional area Ar of the second fuel gas supply communication hole 196 between the power generation units 102, the communication flow path formed by the second fuel gas supply communication hole 196 ( There is a difference in pressure loss between the fuel gas introduction manifold 171 and the flow path connecting the fuel chambers 176, and a difference occurs in the flow rate of the fuel gas supplied to each power generation unit 102, thereby reducing the power generation performance of the fuel cell stack 100. There is a fear. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the rated operation cross-sectional area Ar (H) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the high temperature power generation unit 102H and the second fuel gas supply communication hole 196 of the intermediate temperature power generation unit 102M. The rated operation sectional area Ar (M) is substantially equal to the rated operation sectional area Ar (L) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the low temperature power generation unit 102L. Further, the rated operation length Lr (H) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the high temperature section power generation unit 102H and the rated operation length Lr (M) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the medium temperature section power generation unit 102M. ) And the rated operating length Lr (L) of the second fuel gas supply communication hole 196 in the low temperature power generation unit 102L are substantially equal. Therefore, the pressure loss of the communication flow path formed by the second fuel gas supply communication hole 196 between the power generation units 102 becomes substantially equal, and the flow rate difference of the fuel gas supplied to each power generation unit 102 is suppressed. As a result, a decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100 due to the difference in flow rate of the fuel gas supplied to each power generation unit 102 is suppressed.

なお、第２燃料ガス供給連通孔１９６により形成される上記連通流路の圧損は、第２燃料ガス供給連通孔１９６の長さＬが長いほど大きくなり、かつ、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａが大きいほど小さくなる。そのため、本明細書では、連通流路の圧損の大きさに相関する指標として、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａに対する長さＬの比である「断面積長さ比Ｒ」を用いる。高温部発電単位１０２Ｈと中温部発電単位１０２Ｍと低温部発電単位１０２Ｌとのそれぞれの間で、断面積長さ比Ｒの差の絶対値が小さいほど連通流路の圧損の差が小さいと言える。本実施形態の燃料電池スタック１００では、上記式（１）−（３）が満たされているため、定格運転時における断面積長さ比Ｒの差の絶対値は、常温時における断面積長さ比Ｒの差の絶対値より小さくなり、その結果、連通流路の圧損差に起因する燃料ガスの流量差が抑制され、燃料電池スタック１００の発電性能の低下が抑制される。   Note that the pressure loss of the communication flow path formed by the second fuel gas supply communication hole 196 increases as the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 increases, and the second fuel gas supply communication hole 196 increases. The smaller the cross-sectional area A, the smaller. Therefore, in this specification, as an index correlating with the magnitude of the pressure loss of the communication flow path, the “cross-sectional area length ratio R”, which is the ratio of the length L to the cross-sectional area A of the second fuel gas supply communication hole 196, is used. Use. It can be said that the smaller the absolute value of the difference in the cross-sectional area length ratio R, the smaller the difference in pressure loss of the communication flow path among the high temperature section power generation unit 102H, the middle temperature section power generation unit 102M, and the low temperature section power generation unit 102L. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, since the above formulas (1) to (3) are satisfied, the absolute value of the difference in the cross-sectional area length ratio R during rated operation is the cross-sectional area length at normal temperature. The difference R becomes smaller than the absolute value of the difference, and as a result, the flow rate difference of the fuel gas due to the pressure loss difference of the communication flow path is suppressed, and the power generation performance of the fuel cell stack 100 is prevented from being lowered.

Ｂ．第２実施形態：
Ｂ−１．構成：
図１５および図１６は、第２実施形態における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図である。図１５には、燃料電池スタック１００ａの外観構成が示されており、図１６には、第１実施形態の図５に示す断面の位置に対応する位置（図１５のＸＶＩ−ＸＶＩの位置）における燃料電池スタック１００ａの断面構成が示されている。第２実施形態における燃料電池スタック１００ａの構成の内、上述した第１実施形態の燃料電池スタック１００の構成と同一構成については、同一の符号を付すことによって、その説明を省略する。 B. Second embodiment:
B-1. Constitution:
15 and 16 are explanatory views schematically showing the configuration of the fuel cell stack 100a in the second embodiment. FIG. 15 shows an external configuration of the fuel cell stack 100a. FIG. 16 shows a position corresponding to the position of the cross section shown in FIG. 5 of the first embodiment (position XVI-XVI in FIG. 15). A cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100a is shown. Among the configurations of the fuel cell stack 100a in the second embodiment, the same configurations as those of the fuel cell stack 100 of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第２実施形態における燃料電池スタック１００ａは、熱交換部１０３を備えていない点が、上述した第１実施形態の燃料電池スタック１００と異なる。また、この点に関連し、酸化剤ガスＯＧの流路構成も異なっている。すなわち、第２実施形態では、燃料電池スタック１００ａのＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）により形成された空間が、燃料電池スタック１００ａの外部から酸化剤ガスＯＧが導入されるガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能する。   The fuel cell stack 100a in the second embodiment is different from the fuel cell stack 100 of the first embodiment described above in that the heat exchange unit 103 is not provided. In this regard, the flow path configuration of the oxidant gas OG is also different. That is, in the second embodiment, the bolt located near the midpoint of one side (the X-axis positive direction side of the two sides parallel to the Y-axis) on the outer periphery around the Z-direction of the fuel cell stack 100a. A space formed by 22 (bolt 22A) functions as an oxidant gas introduction manifold 161 that is a gas flow path into which the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100a.

Ｂ−２．燃料電池スタック１００ａの動作：
酸化剤ガスＯＧは、第１実施形態と同様に、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給される。酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給された酸化剤ガスＯＧは、各発電単位１０２の空気室１６６に供給される。その後の酸化剤ガスＯＧの流れは、第１実施形態と同様である。また、燃料ガスＦＧの流れは、第１実施形態と同様である。第２実施形態の燃料電池スタック１００ａにおいても、第１実施形態と同様に、各発電単位１０２において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧを利用した発電が行われ、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧが燃料電池スタック１００ａの外部に排出される。 B-2. Operation of the fuel cell stack 100a:
As in the first embodiment, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 via the branch part 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161 and the hole of the main body part 28. Supplied. The oxidant gas OG supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102. The subsequent flow of the oxidant gas OG is the same as in the first embodiment. Further, the flow of the fuel gas FG is the same as in the first embodiment. Also in the fuel cell stack 100a of the second embodiment, similarly to the first embodiment, power generation using the oxidant gas OG and the fuel gas FG is performed in each power generation unit 102, and the oxidant offgas OOG and the fuel offgas FOG are generated. It is discharged outside the fuel cell stack 100a.

Ｂ−３．燃料極側フレーム１４０の詳細構成：
第２実施形態の燃料電池スタック１００ａでは、定格運転時における各発電単位１０２の温度Ｔｒが第１実施形態と異なる。図１７は、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａの定格運転時における温度分布の一例を示す説明図である。図１７に示すように、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａは熱交換部１０３を備えていないため、例えば、上下方向（Ｚ軸方向）の中央付近の２つの発電単位１０２（以下、「高温部発電単位１０２Ｈ」という）が最も高温となり、エンドプレート１０４，１０６に隣接する２つの発電単位１０２（以下、「低温部発電単位１０２Ｌ」という）が最も低温となり、残りの２つの発電単位１０２（以下、「中温部発電単位１０２Ｍ」という）が両者の中間程度の温度となる。 B-3. Detailed configuration of fuel electrode side frame 140:
In the fuel cell stack 100a of the second embodiment, the temperature Tr of each power generation unit 102 during rated operation is different from that of the first embodiment. FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a temperature distribution during rated operation of the fuel cell stack 100a of the second embodiment. As shown in FIG. 17, since the fuel cell stack 100a of the second embodiment does not include the heat exchange unit 103, for example, two power generation units 102 (hereinafter referred to as “high temperature”) near the center in the vertical direction (Z-axis direction). The power generation unit 102H ”is the highest temperature, the two power generation units 102 adjacent to the end plates 104 and 106 (hereinafter referred to as“ low temperature power generation unit 102L ”) are the lowest temperature, and the remaining two power generation units 102 ( Hereinafter, “medium temperature power generation unit 102M”) is an intermediate temperature between them.

第２実施形態の燃料電池スタック１００ａは、高温部発電単位１０２Ｈ、中温部発電単位１０２Ｍ、低温部発電単位１０２Ｌの位置について第１実施形態の燃料電池スタック１００とは異なるが、高温部発電単位１０２Ｈ、中温部発電単位１０２Ｍ、低温部発電単位１０２のそれぞれに含まれる燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃの大小関係や、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａおよび長さＬの大小関係は、第１実施形態と同様である。そのため、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａにおいても、発電単位１０２間で、第２燃料ガス供給連通孔１９６により形成される連通流路の圧損がほぼ等しくなり、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制され、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差に起因する燃料電池スタック１００ａの発電性能の低下が抑制される。   The fuel cell stack 100a of the second embodiment differs from the fuel cell stack 100 of the first embodiment in the positions of the high-temperature power generation unit 102H, the intermediate-temperature power generation unit 102M, and the low-temperature power generation unit 102L, but the high-temperature power generation unit 102H. The relationship between the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 included in each of the intermediate temperature power generation unit 102M and the low temperature power generation unit 102 and the cross sectional area A and the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 The relationship is the same as in the first embodiment. Therefore, also in the fuel cell stack 100a of the second embodiment, the pressure loss of the communication flow path formed by the second fuel gas supply communication hole 196 is substantially equal between the power generation units 102 and is supplied to each power generation unit 102. The difference in the flow rate of the fuel gas is suppressed, and the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100a due to the difference in the flow rate of the fuel gas supplied to each power generation unit 102 is suppressed.

Ｃ．第３実施形態：
図１８は、第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂの定格運転時における温度分布の一例を示す説明図である。第３実施形態における燃料電池スタック１００ｂの構成は、上述した第２実施形態の燃料電池スタック１００ａの構成と同一である。ただし、第３実施形態では、燃料電池スタック１００ｂの定格運転時に、燃料電池スタック１００ｂの下方に配置された熱源ＨＳにより燃料電池スタック１００ｂが加熱される。熱源ＨＳとしては、例えば、ガスバーナーや、燃料電池スタック１００ｂから排出された酸化剤オフガスおよび燃料オフガスを燃焼する燃焼装置が挙げられる。これらの熱源ＨＳの構成は、例えば特開２０１３−１７５３５４号公報に記載されているように公知であるため、ここでは詳述しない。第３実施形態では、燃料電池スタック１００ｂが熱源ＨＳによる加熱されるため、定格運転時における各発電単位１０２の温度Ｔｒが第２実施形態と異なる。図１８に示すように、第３実施形態では、例えば、６つの発電単位１０２の内、下から３つ目および２つ目の発電単位１０２（以下、「高温部発電単位１０２Ｈ」という）が最も高温となり、上から１つ目および２つ目の発電単位１０２（以下、「低温部発電単位１０２Ｌ」という）が最も低温となり、残りの２つの発電単位１０２（以下、「中温部発電単位１０２Ｍ」という）が両者の中間程度の温度となる。 C. Third embodiment:
FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of a temperature distribution during rated operation of the fuel cell stack 100b of the third embodiment. The configuration of the fuel cell stack 100b in the third embodiment is the same as the configuration of the fuel cell stack 100a of the second embodiment described above. However, in the third embodiment, during rated operation of the fuel cell stack 100b, the fuel cell stack 100b is heated by the heat source HS disposed below the fuel cell stack 100b. Examples of the heat source HS include a gas burner and a combustion device that burns the oxidant off-gas and fuel off-gas discharged from the fuel cell stack 100b. The configuration of these heat sources HS is well known as described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2013-175354, and will not be described in detail here. In the third embodiment, since the fuel cell stack 100b is heated by the heat source HS, the temperature Tr of each power generation unit 102 during rated operation is different from that in the second embodiment. As shown in FIG. 18, in the third embodiment, for example, among the six power generation units 102, the third and second power generation units 102 from the bottom (hereinafter referred to as “high temperature power generation unit 102H”) are the most. The first and second power generation units 102 (hereinafter referred to as “low temperature power generation units 102L”) from the top become the lowest temperature, and the remaining two power generation units 102 (hereinafter referred to as “medium temperature power generation units 102M”). Temperature) is intermediate between the two.

第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂは、高温部発電単位１０２Ｈ、中温部発電単位１０２Ｍ、低温部発電単位１０２Ｌの位置について第２実施形態の燃料電池スタック１００ａとは異なるが、高温部発電単位１０２Ｈ、中温部発電単位１０２Ｍ、低温部発電単位１０２のそれぞれに含まれる燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃの大小関係や、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａおよび長さＬの大小関係は、第２実施形態と同様である。そのため、第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂにおいても、発電単位１０２間で、第２燃料ガス供給連通孔１９６により形成される連通流路の圧損がほぼ等しくなり、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制され、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差に起因する燃料電池スタック１００ｂの発電性能の低下が抑制される。   The fuel cell stack 100b of the third embodiment is different from the fuel cell stack 100a of the second embodiment in the positions of the high temperature power generation unit 102H, the intermediate temperature power generation unit 102M, and the low temperature power generation unit 102L, but the high temperature power generation unit 102H. The relationship between the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 included in each of the intermediate temperature power generation unit 102M and the low temperature power generation unit 102 and the cross sectional area A and the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 The relationship is the same as in the second embodiment. Therefore, also in the fuel cell stack 100b of the third embodiment, the pressure loss of the communication flow path formed by the second fuel gas supply communication hole 196 is substantially equal between the power generation units 102 and is supplied to each power generation unit 102. The difference in the flow rate of the fuel gas is suppressed, and the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100b due to the difference in the flow rate of the fuel gas supplied to each power generation unit 102 is suppressed.

Ｄ．変形例：
上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２の内、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎを小さくしているが、必ずしもこのような構成とする必要はなく、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時断面積Ａｎは、定格運転時の温度に関わらず任意に設定できる。このような場合でも、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃが小さい構成とすれば、定格運転時における各発電単位１０２の温度差による燃料極側フレーム１４０の熱膨張量の差が低減され、その結果、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａの縮小量の差が低減され、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制される。 D. Variation:
In the above-described embodiment, the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation among the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 is reduced in the normal temperature cross-sectional area An of the second fuel gas supply communication hole 196. However, such a configuration is not necessarily required, and the cross-sectional area An at normal temperature of the second fuel gas supply communication hole 196 can be arbitrarily set regardless of the temperature at the rated operation. Even in such a case, if the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation is configured to have a smaller thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140, the fuel electrode side due to the temperature difference of each power generation unit 102 during rated operation. The difference in thermal expansion amount of the frame 140 is reduced. As a result, the difference in reduction amount of the cross-sectional area A of the second fuel gas supply communication hole 196 is reduced, and the flow rate difference of the fuel gas supplied to each power generation unit 102 is reduced. Be suppressed.

同様に、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２の内、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎを長くしているが、必ずしもこのような構成とする必要はなく、第２燃料ガス供給連通孔１９６の常温時長さＬｎは、定格運転時の温度に関わらず任意に設定できる。このような場合でも、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃが小さい構成とすれば、定格運転時における各発電単位１０２の温度差による燃料極側フレーム１４０の熱膨張量の差が低減され、その結果、第２燃料ガス供給連通孔１９６の長さＬの伸張量の差が低減され、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制される。   Similarly, in the above-described embodiment, among the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100, the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation has the second fuel gas supply communication hole 196 at the normal temperature length Ln. Although it is long, it is not always necessary to have such a configuration, and the normal temperature length Ln of the second fuel gas supply communication hole 196 can be arbitrarily set regardless of the temperature during rated operation. Even in such a case, if the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation is configured to have a smaller thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140, the fuel electrode side due to the temperature difference of each power generation unit 102 during rated operation. The difference in the thermal expansion amount of the frame 140 is reduced. As a result, the difference in the extension amount of the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 is reduced, and the flow rate difference of the fuel gas supplied to each power generation unit 102 is reduced. It is suppressed.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２を、定格運転時の温度Ｔｒに応じて３種類（高温部発電単位１０２Ｈ、中温部発電単位１０２Ｍ、低温部発電単位１０２Ｌ）に分類しているが、複数の発電単位１０２を、２種類または４種類以上に分類してもよい。いずれの場合にも、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃが小さい構成とすれば、定格運転時における各発電単位１０２の温度差による燃料極側フレーム１４０の熱膨張量の差が低減され、その結果、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａの縮小量の差や長さＬの伸張量の差が低減され、各発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制される。   Further, in the above embodiment, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are classified into three types (a high temperature part power generation unit 102H, a medium temperature part power generation unit 102M, and a low temperature part power generation unit 102L) according to the temperature Tr during rated operation. However, the plurality of power generation units 102 may be classified into two types or four or more types. In any case, if the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation is configured to have a smaller thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140, the fuel electrode side due to the temperature difference of each power generation unit 102 during rated operation. The difference in the thermal expansion amount of the frame 140 is reduced. As a result, the difference in the reduction amount of the cross-sectional area A and the difference in the extension amount of the length L of the second fuel gas supply communication hole 196 are reduced. The flow rate difference of the supplied fuel gas is suppressed.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２について、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃが小さいとしているが、必ずしもこのような構成とする必要はない。燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２の内、１つまたは複数の発電単位１０２である基準発電単位が備える燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃが、定格運転時の温度Ｔｒが基準発電単位と比べて低い１つまたは複数の発電単位１０２である低温部発電単位が備える燃料極側フレーム１４０の熱膨張係数Ｃより小さい構成とすれば、少なくとも基準発電単位と低温部発電単位との間で、定格運転時の温度差による燃料極側フレーム１４０の熱膨張量の差が低減され、その結果、第２燃料ガス供給連通孔１９６の断面積Ａの縮小量の差や長さＬの伸張量の差が低減され、それらの発電単位１０２に供給される燃料ガスの流量差が抑制される。   Further, in the above embodiment, the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 is smaller for all the power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 as the power generation unit 102 has a higher temperature during rated operation. There is no need for such a configuration. Among the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100, the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 included in the reference power generation unit which is one or a plurality of power generation units 102 is based on the temperature Tr during rated operation. If the configuration is smaller than the thermal expansion coefficient C of the fuel electrode side frame 140 included in the low-temperature power generation unit that is one or a plurality of power generation units 102 lower than the power generation unit, at least the reference power generation unit and the low-temperature power generation unit The difference in the thermal expansion amount of the fuel electrode side frame 140 due to the temperature difference during rated operation is reduced. As a result, the difference in the reduction amount of the cross-sectional area A of the second fuel gas supply communication hole 196 and the length L The difference in extension amount is reduced, and the flow rate difference of the fuel gas supplied to the power generation units 102 is suppressed.

また、上記実施形態では、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する連通流路が形成された燃料極側フレーム１４０の特徴的な構成について説明したが、本発明は、酸化剤ガス供給マニホールド１６３（第２，３実施形態では酸化剤ガス導入マニホールド１６１）と空気室１６６とを連通する連通流路が形成された空気極側フレーム１３０についても、同様に適用可能である。例えば、定格運転時の温度が高い発電単位１０２ほど、空気極側フレーム１３０の熱膨張係数Ｃが小さいとすれば、定格運転時における各発電単位１０２の温度差による空気極側フレーム１３０の熱膨張量の差が低減され、その結果、第２酸化剤ガス供給連通孔１９２の長さＬの伸張量の差が低減され、各発電単位１０２に供給される酸化剤ガスの流量差が抑制される。   In the above-described embodiment, the characteristic configuration of the fuel electrode side frame 140 in which the communication flow path that connects the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176 is formed has been described. The present invention can be similarly applied to the air electrode side frame 130 in which a communication channel that connects the manifold 163 (the oxidizing gas introduction manifold 161 in the second and third embodiments) and the air chamber 166 is formed. For example, if the thermal expansion coefficient C of the air electrode side frame 130 is smaller for the power generation unit 102 having a higher temperature during rated operation, the thermal expansion of the air electrode side frame 130 due to the temperature difference of each power generation unit 102 during rated operation. As a result, the difference in the extension amount of the length L of the second oxidant gas supply communication hole 192 is reduced, and the difference in the flow rate of the oxidant gas supplied to each power generation unit 102 is suppressed. .

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。   In the above embodiment, the number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of power generation units 102 is appropriately determined according to the output voltage required for the fuel cell stack 100 or the like.

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００の配列方向における熱交換部１０３の位置はあくまで一例であり、熱交換部１０３の位置は任意の位置に変更可能である。ただし、熱交換部１０３の位置は、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２の内、より高温になる発電単位１０２に隣接する位置であることが、燃料電池スタック１００の配列方向における熱分布の緩和のために好ましい。例えば、燃料電池スタック１００の配列方向中央付近の発電単位１０２がより高温になりやすい場合には、上記実施形態のように、燃料電池スタック１００の配列方向中央付近に熱交換部１０３を設けることが好ましい。また、燃料電池スタック１００が２つ以上の熱交換部１０３を備えていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, the position of the heat exchange part 103 in the arrangement direction of the fuel cell stack 100 is an example to the last, and the position of the heat exchange part 103 can be changed to arbitrary positions. However, the position of the heat exchanging unit 103 is a position adjacent to the power generation unit 102 having a higher temperature among the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100, so that the heat in the arrangement direction of the fuel cell stack 100 is determined. It is preferable for the relaxation of the distribution. For example, when the power generation unit 102 near the center in the arrangement direction of the fuel cell stack 100 is likely to be hotter, the heat exchange unit 103 is provided near the center in the arrangement direction of the fuel cell stack 100 as in the above embodiment. preferable. Further, the fuel cell stack 100 may include two or more heat exchange units 103.

また、上記実施形態では、熱交換部１０３が酸化剤ガスＯＧの温度を上昇させるように構成されているが、熱交換部１０３が、酸化剤ガスＯＧに代えて燃料ガスＦＧの温度を上昇させるように構成されてもよいし、酸化剤ガスＯＧと共に燃料ガスＦＧの温度を上昇させるように構成されてもよい。   In the above embodiment, the heat exchange unit 103 is configured to increase the temperature of the oxidant gas OG. However, the heat exchange unit 103 increases the temperature of the fuel gas FG instead of the oxidant gas OG. Alternatively, the temperature of the fuel gas FG may be increased together with the oxidant gas OG.

また、上記実施形態では、エンドプレート１０４，１０６が出力端子として機能するとしているが、エンドプレート１０４，１０６の代わりに、エンドプレート１０４，１０６のそれぞれと接続された別部材（例えば、エンドプレート１０４，１０６のそれぞれと発電単位１０２との間に配置された導電板）が出力端子として機能するとしてもよい。   In the above embodiment, the end plates 104 and 106 function as output terminals. However, instead of the end plates 104 and 106, separate members (for example, the end plate 104) connected to the end plates 104 and 106, respectively. , 106 and the power generation unit 102) may function as output terminals.

また、上記実施形態では、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間の空間を各マニホールドとして利用しているが、これに代えて、各ボルト２２の軸部に軸方向の孔を形成し、その孔を各マニホールドとして利用してもよい。いずれの場合であっても、各マニホールドは、各ボルト２２により形成されることとなる。   Moreover, in the said embodiment, although the space between the outer peripheral surface of the axial part of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communicating hole 108 is utilized as each manifold, it replaces with this and the axis | shaft of each bolt 22 is used. An axial hole may be formed in the part, and the hole may be used as each manifold. In either case, each manifold is formed by each bolt 22.

また、上記実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合には、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されるとしているが、このような場合でも、２つの発電単位１０２がそれぞれのインターコネクタ１５０を備えてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１５０や、最も下に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１５０は省略されているが、これらのインターコネクタ１５０を省略せずに設けてもよい。   In the above embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. Two power generation units 102 may be provided with respective interconnectors 150. In the above embodiment, the upper interconnector 150 of the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 and the lower interconnector 150 of the lowermost power generation unit 102 are omitted. These interconnectors 150 may be provided without being omitted.

また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４は、空気極側集電体１３４と同様の構成であってもよく、燃料極側集電体１４４と隣接するインターコネクタ１５０とが一体部材であってもよい。また、空気極側フレーム１３０ではなく燃料極側フレーム１４０が絶縁体であってもよい。また、空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０は、多層構成であってもよい。   Further, in the above embodiment, the fuel electrode side current collector 144 may have the same configuration as the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode side current collector 144 and the adjacent interconnector 150 are an integral member. It may be. Further, the fuel electrode side frame 140 instead of the air electrode side frame 130 may be an insulator. The air electrode side frame 130 and the fuel electrode side frame 140 may have a multilayer structure.

また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。   Moreover, the material which forms each member in the said embodiment is an illustration to the last, and each member may be formed with another material.

また、上記実施形態において、都市ガスを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを得るとしているが、ＬＰガスや灯油、メタノール、ガソリン等の他の原料から燃料ガスＦＧを得るとしてもよいし、燃料ガスＦＧとして純水素を利用してもよい。   In the above embodiment, the city gas is reformed to obtain the hydrogen-rich fuel gas FG, but the fuel gas FG may be obtained from other raw materials such as LP gas, kerosene, methanol, gasoline, Pure hydrogen may be used as the fuel gas FG.

また、上記実施形態において、電解質層１１２と空気極１１４との間に、例えばセリアを含む反応防止層を設け、電解質層１１２内のジルコニウム等と空気極１１４内のストロンチウム等とが反応することによる電解質層１１２と空気極１１４との間の電気抵抗の増大を抑制するとしてもよい。   Further, in the above embodiment, a reaction preventing layer containing, for example, ceria is provided between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 so that zirconium or the like in the electrolyte layer 112 reacts with strontium or the like in the air electrode 114. An increase in electrical resistance between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 may be suppressed.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池にも適用可能である。なお、本発明は、ＳＯＦＣやＭＣＦＣ等の、定格運転時の温度が比較的高温となって燃料極側フレーム１４０や空気極側フレーム１３０の熱膨張量が比較的大きくなるタイプの燃料電池において、より好適である。  In the above embodiment, the solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example. However, the present invention can be applied to a solid polymer fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate type. It can be applied to other types of fuel cells such as fuel cells (MCFC). The present invention is a fuel cell of a type such as SOFC or MCFC in which the temperature during rated operation is relatively high and the amount of thermal expansion of the fuel electrode side frame 140 and the air electrode side frame 130 is relatively large. More preferred.

２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：熱交換部 １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム １３１：貫通孔 １３４：空気極側集電体 １４０：燃料極側フレーム １４１：貫通孔 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６３：酸化剤ガス供給マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １８２：孔 １８４：連通孔 １８６：連通孔 １８８：熱交換流路 １９１：第１酸化剤ガス供給連通孔 １９２：第２酸化剤ガス供給連通孔 １９３：第１酸化剤ガス排出連通孔 １９４：第２酸化剤ガス排出連通孔 １９５：第１燃料ガス供給連通孔 １９６：第２燃料ガス供給連通孔 １９７：第１燃料ガス排出連通孔 １９８：第２燃料ガス排出連通孔 22: Bolt 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Body portion 29: Branch portion 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 103: Heat exchange portion 104: End plate 106: End plate 108: Communication hole 110 : Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 121: Hole 124: Joint part 130: Air electrode side frame 131: Through hole 134: Air electrode side current collector 140: Fuel electrode side frame 141 : Through hole 144: Fuel electrode side current collector 145: Electrode facing portion 146: Interconnector facing portion 147: Connecting portion 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidant gas introduction manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 163: Oxidation Agent gas supply manifold 66: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 182: Hole 184: Communication hole 186: Communication hole 188: Heat exchange channel 191: First oxidant gas supply communication hole 192: First Oxidant gas supply communication hole 193: first oxidant gas discharge communication hole 194: second oxidant gas discharge communication hole 195: first fuel gas supply communication hole 196: second fuel gas supply communication hole 197: first fuel Gas discharge communication hole 198: Second fuel gas discharge communication hole

Claims (4)

第１の方向に並べて配置された複数の発電単位と、前記第１の方向に延びる複数のボルトとを備え、各前記ボルトで締結され、前記複数の発電単位にわたって延びる複数のガス流路が形成された燃料電池スタックにおいて、
各前記発電単位は、
電解質層と前記電解質層を挟んで前記第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
前記燃料極に面する燃料室と前記空気極に面する空気室との一方を構成する第１の貫通孔と、前記ガス流路を構成する第２の貫通孔と、前記燃料室と前記空気室との前記一方と前記ガス流路とを連通する少なくとも１つの連通流路と、が形成されたフレーム部材と、を備え、
１つまたは複数の前記発電単位である基準発電単位が備える前記フレーム部材の熱膨張係数は、前記燃料電池スタックの定格運転時の温度が前記基準発電単位と比べて低い１つまたは複数の前記発電単位である低温部発電単位が備える前記フレーム部材の熱膨張係数より小さいことを特徴とする、燃料電池スタック。 A plurality of power generation units arranged side by side in a first direction and a plurality of bolts extending in the first direction are formed, and a plurality of gas flow paths are formed that are fastened by the bolts and extend over the plurality of power generation units. Fuel cell stack,
Each said power generation unit is
A single cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction across the electrolyte layer;
A first through hole constituting one of a fuel chamber facing the fuel electrode and an air chamber facing the air electrode, a second through hole constituting the gas flow path, the fuel chamber and the air A frame member formed with at least one communication channel that communicates the one of the chambers and the gas channel,
The thermal expansion coefficient of the frame member included in the reference power generation unit that is one or more of the power generation units is such that the temperature during rated operation of the fuel cell stack is lower than that of the reference power generation unit. The fuel cell stack is characterized by being smaller than the thermal expansion coefficient of the frame member included in the low-temperature power generation unit as a unit. 請求項１に記載の燃料電池スタックにおいて、
常温時における前記連通流路のガス流れ方向に直交する断面の断面積について、前記基準発電単位における各前記連通流路の特定の位置における断面積は、前記低温部発電単位における対応する各前記連通流路の前記特定の位置に対応する位置における断面積より小さいことを特徴とする、燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein
Regarding the cross-sectional area of the cross section orthogonal to the gas flow direction of the communication flow path at normal temperature, the cross-sectional area at a specific position of each communication flow path in the reference power generation unit is the corresponding communication in the low-temperature power generation unit. A fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is smaller than a cross-sectional area at a position corresponding to the specific position of the flow path. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタックにおいて、
常温時における前記連通流路のガス流れ方向に沿った長さについて、前記基準発電単位における各前記連通流路の長さは、前記低温部発電単位における対応する各前記連通流路の長さより長いことを特徴とする、燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1 or 2,
Regarding the length along the gas flow direction of the communication channel at normal temperature, the length of each communication channel in the reference power generation unit is longer than the length of the corresponding communication channel in the low temperature power generation unit. A fuel cell stack characterized by that. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記連通流路の特定の位置におけるガス流れ方向に直交する断面の断面積に対する前記連通流路のガス流れ方向に沿った長さの比を断面積長さ比とし、前記基準発電単位の各前記連通流路の前記断面積長さ比と前記低温部発電単位における対応する各前記連通流路の前記断面積長さ比との差の絶対値について、定格運転時における前記差の絶対値は、常温時における前記差の絶対値より小さいことを特徴とする、燃料電池スタック。 In the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3,
The ratio of the length along the gas flow direction of the communication flow path to the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the gas flow direction at a specific position of the communication flow path is defined as a cross-sectional area length ratio, and each of the reference power generation units Regarding the absolute value of the difference between the cross-sectional area length ratio of the communication flow path and the cross-sectional area length ratio of each of the communication flow paths corresponding to the low-temperature power generation unit, the absolute value of the difference during rated operation is: A fuel cell stack characterized by being smaller than the absolute value of the difference at room temperature.
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