JP6933040B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。

従来から、燃料電池スタックは、電解質を燃料極と酸化剤極とで挟んでなり供給されたガスによって発電する発電セルを備えた発電セルアッセンブリーと、発電セルアッセンブリーと積層するセパレータと、を備えた複数の接合体によって構成している（例えば、特許文献１を参照。）。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０７８２２６公報

燃料電池スタックにおいては、発電セルアッセンブリーやセパレータのような構成部材の組み付け性を維持しつつ相対的な位置ずれを防止することが要請されている。

本発明の目的は、構成部材の組み付け性を維持しつつ相対的な位置ずれを防止することができる燃料電池スタックを提供することである。

上記目的を達成するための本発明の燃料電池スタックは、複数の接合体と、規制部と、吸収部と、を有する。複数の前記接合体は、電解質を狭持する燃料極と酸化剤極とに一対のセパレータから燃料ガスと酸化剤ガスを供給する発電セルを含む。前記規制部は、発電セルの外方に位置する部分の縁から積層方向に沿って突出した第１リブと、セパレータの縁から積層方向に沿って突出した第２リブと、を積層方向に嵌合させて構成され、積層方向に沿って隣り合う接合体同士の積層方向と交差する方向への変位を規制する。前記吸収部は、接合体の短手方向に伸長し、接合体同士の積層方向に対して湾曲可能に構成され、前記セパレータの流路部よりも各ガスの流れの下流側で前記規制部と各ガスの流れの方向に沿って隔てて設けられ、積層方向に沿って隣り合う接合体同士の積層方向と交差する方向への変位を吸収する。ここで、前記規制部と前記吸収部とを供給されるガスの流れ方向に独立して配置した。

かかる燃料電池スタックによれば、構成部材の組み付け性を維持しつつ相対的な位置ずれを防止することができる。

実施形態の燃料電池スタックを示す斜視図である。 図１の燃料電池スタックをカバーとセルスタックアッセンブリーおよび外部マニホールドに分解した状態を示す斜視図である。 図２のセルスタックアッセンブリーをエアーシェルターと上部エンドプレートとスタックおよび下部エンドプレートに分解した状態を示す斜視図である。 図３のスタックを上部モジュールユニットと複数の中部モジュールユニットおよび下部モジュールユニットに分解した状態を示す斜視図である。 図４の上部モジュールユニットを分解して示す斜視図である。 図４の中部モジュールユニットを分解して示す斜視図である。 図４の下部モジュールユニットを分解して示す斜視図である。 図５〜図７のセルユニットをメタルサポートセルアッセンブリーおよびセパレータからなる接合体と集電補助層および封止部材に分解して３組示す斜視図である。 図５〜図７の一のセルユニットを分解し、かつ、その一のセルユニットの下方に位置する他のセルユニット（メタルサポートセルアッセンブリー以外の構成）を分解して示す斜視図である。 図９のメタルサポートセルアッセンブリーを分解して示す斜視図である。 図９のメタルサポートセルアッセンブリーを断面で示す側面図である。 図９のセパレータをカソード側（図９と同じくセパレータ１０２を上方から視認した側）から示す斜視図である。 図１２のセパレータを部分的（図１２中の領域１３）に示す斜視図である。 図９のセパレータをアノード側（図９と異なりセパレータ１０２を下方から視認した側）から示す斜視図である。 図１４のセパレータを部分的（図１４中の領域１５）に示す斜視図である。 図９のメタルサポートセルアッセンブリーとセパレータおよび集電補助層を積層した状態で部分的（図１２中の領域１６）に示す断面図である。 燃料電池スタックにおけるアノードガスおよびカソードガスの流れを模式的に示す斜視図である。 燃料電池スタックにおけるカソードガスの流れを模式的に示す斜視図である。 燃料電池スタックにおけるアノードガスの流れを模式的に示す斜視図である。 図８のセルユニットを示す上面図である。 図１８のセルユニット（図１８中の１９−１９線）の一部を模式的に示す断面図である。 図８の接合体の要部（円弧状の外縁の部分）を示す斜視図である。 図２０Ａを示す端面図である。 図８の接合体の要部（流路部の下流側において吸収部を含む部分）を模式的に示す側面図であって、メタルサポートセルアッセンブリーおよびセパレータの吸収部に撓みが発生していない状態を示している。 図８の接合体の要部（流路部の下流側において吸収部を含む部分）を模式的に示す側面図であって、メタルサポートセルアッセンブリーおよびセパレータの吸収部が同一の方向（積層方向Ｚの上方）に撓んでいる状態を示している。 図８の接合体の要部（流路部の下流側において吸収部を含む部分）を模式的に示す側面図であって、メタルサポートセルアッセンブリーおよびセパレータの吸収部が異なる方向（積層方向Ｚの上方と下方）に撓んでいる状態を示している。 図８の接合体の要部（流路部の下流側において吸収部を含む部分）を模式的に示す側面図であって、メタルサポートセルアッセンブリーの吸収部に撓みが発生せずセパレータの吸収部に撓みが発生している状態を示している。 図８の接合体の要部（流路部の下流側において吸収部を含む部分）を模式的に示す側面図であって、メタルサポートセルアッセンブリーの吸収部に撓みが発生しセパレータの吸収部に撓みが発生していない状態を示している。 実施形態の変形例１の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 図２２Ａを分解して示す側面図である。 実施形態の変形例２の第１例の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例２の第２例の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例２の第３例の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例３の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例４の第１例の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例４の第２例の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例４の第３例の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例５の燃料電池スタックにおける接合体の要部を模式的に示す側面図である。 実施形態の変形例６の燃料電池スタックにおける接合体の要部を模式的に示す上面図である。 実施形態の変形例７の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（流入口側の外縁の部分）を示す側面図である。 実施形態の変形例７の燃料電池スタックにおける接合体と封止部材の要部（流出口側の外縁の部分）を示す側面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態およびその変形例を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、実施形態およびその変形例の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

各図において、Ｘ、Ｙ、およびＺで表す矢印を用いて、燃料電池スタックを構成する部材の方位を示している。Ｘによって表す矢印の方向は、燃料電池スタックの短手方向Ｘを示している。Ｙによって表す矢印の方向は、燃料電池スタックの長手方向Ｙを示している。Ｚによって表す矢印の方向は、燃料電池スタックの積層方向Ｚを示している。

（実施形態）
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、実施形態の燃料電池スタック１００を示す斜視図である。図２は、図１の燃料電池スタック１００をカバー１１２とセルスタックアッセンブリー１００Ｍおよび外部マニホールド１１１に分解した状態を示す斜視図である。図３は、図２のセルスタックアッセンブリー１００Ｍをエアーシェルター１１０と上部エンドプレート１０９とスタック１００Ｓおよび下部エンドプレート１０８に分解した状態を示す斜視図である。図４は、図３のスタック１００Ｓを上部モジュールユニット１００Ｐと複数の中部モジュールユニット１００Ｑおよび下部モジュールユニット１００Ｒに分解した状態を示す斜視図である。図５は、図４の上部モジュールユニット１００Ｐを分解して示す斜視図である。図６は、図４の中部モジュールユニット１００Ｑを分解して示す斜視図である。図７は、図４の下部モジュールユニット１００Ｒを分解して示す斜視図である。

図８は、図５〜図７のセルユニット１００Ｔをメタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２からなる接合体１００Ｕと集電補助層１０３および封止部材１０４に分解して３組示す斜視図である。図９は、図５〜図７の一のセルユニット１００Ｔを分解し、かつ、その一のセルユニット１００Ｔの下方に位置する他のセルユニット１００Ｔ（メタルサポートセルアッセンブリー１０１以外の構成）を分解して示す斜視図である。

図１０は、図９のメタルサポートセルアッセンブリー１０１を分解して示す斜視図である。図１１は、図９のメタルサポートセルアッセンブリー１０１を断面で示す側面図である。図１２は、図９のセパレータ１０２をカソード側（図９と同じくセパレータ１０２を上方から視認した側）から示す斜視図である。図１３は、図１２のセパレータ１０２を部分的（図１２中の領域１３）に示す斜視図である。図１４は、図９のセパレータ１０２をアノード側（図９と異なりセパレータ１０２を下方から視認した側）から示す斜視図である。図１５は、図１４のセパレータ１０２を部分的（図１４中の領域１５）に示す斜視図である。図１６は、図９のメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２および集電補助層１０３を積層した状態で部分的（図１２中の領域１５）に示す断面図である。

燃料電池スタック１００は、複数の接合体１００Ｕと、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫと、吸収部１０１ＢＢおよび１０２ＢＢと、を有する。複数の接合体１００Ｕは、それぞれ、電解質１０１Ｓを燃料極（アノード１０１Ｔ）と酸化剤極（カソード１０１Ｕ）とで挟んでなり供給されたガス（アノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧ）によって発電する発電セル１０１Ｍを備えた発電セルアッセンブリー（メタルサポートセルアッセンブリー１０１）と、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層するセパレータ１０２と、を備えた。規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、ガスの流れの方向に沿った上流側および下流側の少なくともいずれか一方（実施形態では両方）に設け、積層方向Ｚに沿って隣り合う第１の接合体１００Ｕ１と第２の接合体１００Ｕ２の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を規制する。吸収部１０１ＢＢおよび１０２ＢＢは、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫとガスの流れの方向に沿って隔てて設け、積層方向Ｚに沿って隣り合う第１の接合体１００Ｕ１と第２の接合体１００Ｕ２の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を吸収する。

燃料電池スタック１００は、図１および図２に示すように、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを、外部からガスを供給する外部マニホールド１１１と、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを保護するカバー１１２によって上下から挟み込んで、構成している。

セルスタックアッセンブリー１００Ｍは、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓを、下部エンドプレート１０８と上部エンドプレート１０９によって上下から挟み込み、カソードガスＣＧを封止するエアーシェルター１１０によって覆って、構成している。スタック１００Ｓは、図３および図４に示すように、上部モジュールユニット１００Ｐ、複数の中部モジュールユニット１００Ｑおよび下部モジュールユニット１００Ｒを積層して、構成している。

燃料電池スタック１００において、上部モジュールユニット１００Ｐは、図５に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力する上部集電板１０６と、エンドプレートに相当するモジュールエンド１０５によって上下から挟み込んで構成している。中部モジュールユニット１００Ｑは、図６に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、一対のモジュールエンド１０５によって上下から挟み込んで構成している。下部モジュールユニット１００Ｒは、図７に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、モジュールエンド１０５と下部集電板１０７によって上下から挟み込んで構成している。

燃料電池スタック１００のユニット構造において、セルユニット１００Ｔは、図８や図９に示すように、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍを設けたメタルサポートセルアッセンブリー１０１、積層方向Ｚに沿って隣り合うメタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍを隔てるセパレータ１０２、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間にガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にする集電補助層１０３、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２のマニホールドの部分の縁を封止してガスの流れを制限する封止部材１０４を含んでいる。集電補助層１０３および封止部材１０４は、その構造上、積層方向Ｚに沿って隣り合うメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との間に配置するものである。

ここで、燃料電池スタック１００の製造方法上、メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２は、図９の中央に示すように、各々の外縁を接合ラインＶに沿って環状に接合して接合体１００Ｕを構成する。このため、積層方向Ｚに沿って隣り合う接合体１００Ｕ（メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２）の間に、集電補助層１０３および封止部材１０４を配置する構成としている。すなわち、集電補助層１０３および封止部材１０４は、図９の下方に示すように、一の接合体１００Ｕのメタルサポートセルアッセンブリー１０１と、一の接合体１００Ｕと積層方向Ｚに沿って隣り合う他の接合体１００Ｕのセパレータ１０２との間に、配置している。

以下、燃料電池スタック１００を構成毎に説明する。

メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、図１０および図１１に示すように、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍを設けたものである。

メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、図１０に示すように、長手方向Ｙに沿って２つ並べて配置したメタルサポートセル１０１Ｎと、メタルサポートセル１０１Ｎを周囲から保持するセルフレーム１０１Ｗによって構成している。

メタルサポートセル１０１Ｎは、発電セル１０１Ｍと、発電セル１０１Ｍを一方から支持するサポートメタル１０１Ｖによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１において、発電セル１０１Ｍは、図１０および図１１に示すように、電解質１０１Ｓをアノード１０１Ｔとカソード１０１Ｕで挟み込んで構成している。

アノード１０１Ｔは、図１０および図１１に示すように、燃料極であって、アノードガスＡＧ（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスＡＧの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード１０１Ｔは、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスＡＧを透過させ、電気伝導度が高く、アノードガスＡＧを酸化物イオンと反応させる触媒作用を有する。アノード１０１Ｔは、電解質１０１Ｓよりも大きい長方体形状から形成されている。アノード１０１Ｔは、例えば、ニッケル等の金属、イットリア安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体を混在させた超硬合金からなる。アノード１０１Ｔは、図１０および図１１に示すように、薄板状であって長方形状からなる。

電解質１０１Ｓは、図１０および図１１に示すように、カソード１０１Ｕからアノード１０１Ｔに向かって酸化物イオンを透過させるものである。電解質１０１Ｓは、酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。電解質１０１Ｓは、長方体形状から形成されている。電解質１０１Ｓは、例えば、イットリア、酸化ネオジム、サマリア、ガドリア、スカンジア等を固溶した安定化ジルコニアなどの固体酸化物セラミックスからなる。電解質１０１Ｓは、図１０および図１１に示すように、薄板状であって、アノード１０１Ｔよりも若干大きい長方形状からなる。電解質１０１Ｓの外縁は、図２１に示すように、アノード１０１Ｔの側に向かって屈折して、アノード１０１Ｔの積層方向Ｚに沿った側面に接触している。電解質１０１Ｓの外縁の先端は、サポートメタル１０１Ｖに接触している。

カソード１０１Ｕは、図１０および図１１に示すように、酸化剤極であって、カソードガスＣＧ（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード１０１Ｕは、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスＣＧを透過させ、電気伝導度が高く、酸素分子を酸化物イオンに変換する触媒作用を有する。カソード１０１Ｕは、電解質１０１Ｓよりも小さい長方体形状から形成されている。カソード１０１Ｕは、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等の酸化物からなる。カソード１０１Ｕは、図１０および図１１に示すように、アノード１０１Ｔと同様に、薄板状であって長方形状からなる。カソード１０１Ｕは、電解質１０１Ｓを介して、アノード１０１Ｔと対向している。電解質１０１Ｓの外縁がアノード１０１Ｔ側に屈折していることから、カソード１０１Ｕの外縁は、アノード１０１Ｔの外縁と接触することがない。

サポートメタル１０１Ｖは、図１０および図１１に示すように、発電セル１０１Ｍをアノード１０１Ｔの側から支持するものである。サポートメタル１０１Ｖは、ガス透過性を有し、電気伝導度が高く、十分な強度を有する。サポートメタル１０１Ｖは、アノード１０１Ｔよりも十分に大きい長方体形状から形成されている。サポートメタル１０１Ｖは、例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼からなる。

セルフレーム１０１Ｗは、図１０および図１１に示すように、メタルサポートセル１０１Ｎを周囲から保持するものである。セルフレーム１０１Ｗは、薄い長方形状から形成している。セルフレーム１０１Ｗは、一対の開口部１０１ｋを、長手方向Ｙに沿って設けている。セルフレーム１０１Ｗの一対の開口部１０１ｋは、それぞれ長方形状の貫通口からなり、サポートメタル１０１Ｖの外形よりも小さい。セルフレーム１０１Ｗは、金属からなり、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、セルフレーム１０１Ｗに酸化アルミニウムを固着させて構成する。セルフレーム１０１Ｗの開口部１０１ｋの内縁に、サポートメタル１０１Ｖの外縁を接合することによって、セルフレーム１０１Ｗにメタルサポートセルアッセンブリー１０１を接合している。

セルフレーム１０１Ｗは、図１０および図１１に示すように、長手方向Ｙに沿った一辺の右端と中央と左端から、面方向に延ばした円形状の延在部（第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒ）を設けている。セルフレーム１０１Ｗは、長手方向Ｙに沿った他辺の中央から離間した２箇所から、面方向に延ばした円形状の延在部（第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔ）を設けている。セルフレーム１０１Ｗにおいて、第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒと、第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔは、一対の開口部１０１ｋを隔てて、長手方向Ｙに沿って交互に位置している。

セルフレーム１０１Ｗは、図１０および図１１に示すように、アノードガスＡＧを通過（流入）させるアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂ、アノード側第３流入口１０１ｃを、第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒに設けている。セルフレーム１０１Ｗは、アノードガスＡＧを通過（流出）させるアノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅを、第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔに設けている。アノードガスＡＧのアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂ、アノード側第３流入口１０１ｃ、アノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅは、いわゆる、マニホールドである。

セルフレーム１０１Ｗは、図１０に示すように、カソードガスＣＧを通過（流入）させるカソード側第１流入口１０１ｆを、第１延在部１０１ｐと第２延在部１０１ｑの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流入）させるカソード側第２流入口１０１ｇを、第２延在部１０１ｑと第３延在部１０１ｒの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第１流出口１０１ｈを、第４延在部１０１ｓよりも図１０中の右側に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第２流出口１０１ｉを、第４延在部１０１ｓと第５延在部１０１ｔの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第３流出口１０１ｊを、第５延在部１０１ｔよりも図１０中の左側に設けている。セルフレーム１０１Ｗにおいて、カソード側第１流入口１０１ｆ、カソード側第２流入口１０１ｇ、カソード側第１流出口１０１ｈ、カソード側第２流出口１０１ｉおよびカソード側第３流出口１０１ｊは、セルフレーム１０１Ｗの外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。

セパレータ１０２は、図９および図１２〜図１５に示すように、積層するメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の発電セル１０１Ｍと発電セル１０１Ｍとの間に設け、隣り合う発電セル１０１Ｍを隔てるものである。

セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と対向して配置している。セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と同様の外形形状からなる。セパレータ１０２は、金属からなり、発電セル１０１Ｍと対向する領域（流路部１０２Ｌ）を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、セパレータ１０２に酸化アルミニウムを固着させて構成する。セパレータ１０２は、流路部１０２Ｌを、発電セル１０１Ｍと対向するように長手方向Ｙに並べて設けている。

セパレータ１０２において、流路部１０２Ｌは、図９および図１２〜図１６に示すように、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延ばした流路を、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）と直交する方向（長手方向Ｙ）に並べることによって形成している。流路部１０２Ｌは、図１３、図１５および図１６に示すように、長手方向Ｙおよび短手方向Ｘの面内において平坦な伸長部１０２ｘから下方に突出するように、凸状のアノード側突起１０２ｙを一定の間隔で設けている。アノード側突起１０２ｙは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。アノード側突起１０２ｙは、セパレータ１０２の下端から下方に向かって突出している。流路部１０２Ｌは、図１３、図１５および図１６に示すように、伸長部１０２ｘから上方に突出するように、凸状のカソード側突起１０２ｚを一定の間隔で設けている。カソード側突起１０２ｚは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。カソード側突起１０２ｚは、セパレータ１０２の上端から上方に向かって突出している。流路部１０２Ｌは、アノード側突起１０２ｙと凸状のカソード側突起１０２ｚを、伸長部１０２ｘを隔てて、長手方向Ｙに沿って交互に設けている。

セパレータ１０２は、図１６に示すように、流路部１０２Ｌと、その下方（図１６中では右方）に位置するメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間を、アノードガスＡＧの流路として構成している。アノードガスＡＧは、図１４に示すセパレータ１０２のアノード側第２流入口１０２ｂ等から、図１４および図１５に示す複数の溝１０２ｑを通り、アノード側の流路部１０２Ｌに流入する。セパレータ１０２は、図１４および図１５に示すように、複数の溝１０２ｑを、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂ、アノード側第３流入口１０２ｃから、それぞれアノード側の流路部１０２Ｌに向かって放射状に形成している。セパレータ１０２は、図１３および図１６に示すように、流路部１０２Ｌと、その上方（図１６中では左方）に位置するメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間を、カソードガスＣＧの流路として構成している。カソードガスＣＧは、図１２に示すセパレータ１０２のカソード側第１流入口１０２ｆおよびカソード側第２流入口１０２ｇから、図１２および図１３に示すセパレータ１０２のカソード側の外縁１０２ｐを越えて、カソード側の流路部１０２Ｌに流入する。セパレータ１０２は、図１３に示すように、カソード側の外縁１０２ｐを、他の部分よりも肉薄に形成している。

セパレータ１０２は、図９、図１２および図１４に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂ、アノード側第３流入口１０２ｃ、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅを設けている。セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０２ｆ、カソード側第２流入口１０２ｇ、カソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊを設けている。セパレータ１０２において、カソードガスＣＧのカソード側第１流入口１０２ｆ、カソード側第２流入口１０２ｇ、カソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊは、セパレータ１０２の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。

集電補助層１０３は、図９に示すように、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間にガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との電気的な接触を補助するものである。

集電補助層１０３は、いわゆる、エキスパンドメタルである。集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２の流路部１０２Ｌとの間に配置している。集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍと同様の外形形状からなる。集電補助層１０３は、菱形等の開口を格子状に設けた金網状からなる。

封止部材１０４は、図９に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との隙間を部分的に封止してガスの流れを制限するものである。

封止部材１０４は、スペーサーとシールの機能を備え、いわゆるガスケットである。封止部材１０４は、セパレータ１０２のアノード側流入口（例えばアノード側第１流入口１０２ａ）およびアノード側流出口（例えばアノード側第１流出口１０２ｄ）から、セパレータ１０２のカソード側の流路に向かって、アノードガスＡＧが混入することを防止する。封止部材１０４は、リング状に形成している。封止部材１０４は、セパレータ１０２のカソード側の面に臨んでいるアノード側流入口（例えばアノード側第１流入口１０２ａ）、およびアノード側流出口（例えばアノード側第１流出口１０２ｄ）の内周縁に接合する。封止部材１０４は、例えば、耐熱性およびシール性を有するサーミキュライトからなる。

モジュールエンド１０５は、図５〜図７に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔの下端または上端を保持するプレートである。

モジュールエンド１０５は、複数積層したセルユニット１００Ｔの下端または上端に配置している。モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。モジュールエンド１０５は、ガスを透過させない導電性材料からなり、発電セル１０１Ｍおよび他のモジュールエンド１０５と対向する一部の領域を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、モジュールエンド１０５に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０５ａ、アノード側第２流入口１０５ｂ、アノード側第３流入口１０５ｃ、アノード側第１流出口１０５ｄおよびアノード側第２流出口１０５ｅを設けている。モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０５ｆ、カソード側第２流入口１０５ｇ、カソード側第１流出口１０５ｈ、カソード側第２流出口１０５ｉおよびカソード側第３流出口１０５ｊを設けている。モジュールエンド１０５において、カソード側第１流入口１０５ｆ、カソード側第２流入口１０５ｇ、カソード側第１流出口１０５ｈ、カソード側第２流出口１０５ｉおよびカソード側第３流出口１０５ｊは、モジュールエンド１０５の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。

上部集電板１０６は、図５に示し、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力するものである。

上部集電板１０６は、図５に示すように、上部モジュールユニット１００Ｐの上端に配置している。上部集電板１０６は、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。上部集電板１０６は、外部の通電部材と接続される端子（不図示）を設けている。上部集電板１０６は、ガスを透過させない導電性材料からなり、セルユニット１００Ｔの発電セル１０１Ｍと対向する領域および端子の部分を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、上部集電板１０６に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

下部集電板１０７は、図７に示し、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力するものである。

下部集電板１０７は、図７に示すように、下部モジュールユニット１００Ｒの下端に配置している。下部集電板１０７は、上部集電板１０６と同様の外形形状からなる。下部集電板１０７は、外部の通電部材と接続される端子（不図示）を設けている。下部集電板１０７は、ガスを透過させない導電性材料からなり、セルユニット１００Ｔの発電セル１０１Ｍと対向する領域および端子の部分を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、下部集電板１０７に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

下部集電板１０７は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０７ａ、アノード側第２流入口１０７ｂ、アノード側第３流入口１０７ｃ、アノード側第１流出口１０７ｄおよびアノード側第２流出口１０７ｅを設けている。下部集電板１０７は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０７ｆ、カソード側第２流入口１０７ｇ、カソード側第１流出口１０７ｈ、カソード側第２流出口１０７ｉおよびカソード側第３流出口１０７ｊを設けている。下部集電板１０７において、カソード側第１流入口１０７ｆ、カソード側第２流入口１０７ｇ、カソード側第１流出口１０７ｈ、カソード側第２流出口１０７ｉおよびカソード側第３流出口１０７ｊは、下部集電板１０７の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。

下部エンドプレート１０８は、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓを下方から保持するものである。

下部エンドプレート１０８は、スタック１００Ｓの下端に配置している。下部エンドプレート１０８は、一部を除いて、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。下部エンドプレート１０８は、カソードガスＣＧの流入口および排出口を形成するために、長手方向Ｙに沿った両端を直線状に伸長させて形成している。下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔよりも十分に厚く形成している。下部エンドプレート１０８は、例えば、金属からなり、下部集電板１０７と接触する上面を、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、下部エンドプレート１０８に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０８ａ、アノード側第２流入口１０８ｂ、アノード側第３流入口１０８ｃ、アノード側第１流出口１０８ｄおよびアノード側第２流出口１０８ｅを設けている。下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０８ｆ、カソード側第２流入口１０８ｇ、カソード側第１流出口１０８ｈ、カソード側第２流出口１０８ｉおよびカソード側第３流出口１０８ｊを設けている。

上部エンドプレート１０９は、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓを上方から保持するものである。

上部エンドプレート１０９は、スタック１００Ｓの上端に配置している。上部エンドプレート１０９は、下部エンドプレート１０８と同様の外形形状からなる。上部エンドプレート１０９は、下部エンドプレート１０８と異なり、ガスの流入口および排出口を設けていない。上部エンドプレート１０９は、例えば、金属からなり、上部集電板１０６と接触する下面を、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、上部エンドプレート１０９に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

エアーシェルター１１０は、図２および図３に示すように、スタック１００Ｓとの間において、カソードガスＣＧの流路を形成するものである。

エアーシェルター１１０は、図２および図３に示すように、下部エンドプレート１０８と上部エンドプレート１０９によって挟み込まれたスタック１００Ｓを上方から覆っている。エアーシェルター１１０は、エアーシェルター１１０の内側面とスタック１００Ｓの側面との隙間の部分によって、スタック１００Ｓの構成部材のカソードガスＣＧの流入口と流出口を形成する。エアーシェルター１１０は、箱形状からなり、下部の全てと側部の一部を開口している。エアーシェルター１１０は、例えば、金属からなり、内側面を絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、エアーシェルター１１０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

外部マニホールド１１１は、図１および図２に示すように、外部から複数のセルユニット１００Ｔにガスを供給するものである。

外部マニホールド１１１は、セルスタックアッセンブリー１００Ｍの下方に配置している。外部マニホールド１１１は、下部エンドプレート１０８の形状を単純化した外形形状からなる。外部マニホールド１１１は、下部エンドプレート１０８よりも十分に厚く形成している。外部マニホールド１１１は、例えば、金属からなる。

外部マニホールド１１１は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１１１ａ、アノード側第２流入口１１１ｂ、アノード側第３流入口１１１ｃ、アノード側第１流出口１１１ｄおよびアノード側第２流出口１１１ｅを設けている。外部マニホールド１１１は、カソードガスＣＧを通過させるセルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソード側第１流入口１１１ｆ、カソード側第２流入口１１１ｇ、カソード側第１流出口１１１ｈ、カソード側第２流出口１１１ｉおよびカソード側第３流出口１１１ｊを設けている。

カバー１１２は、図１および図２に示すように、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを被覆して保護するものである。

カバー１１２は、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを、外部マニホールド１１１とともに上下から挟み込んでいる。カバー１１２は、箱形状からなり、下部を開口させている。カバー１１２は、例えば、金属からなり、内側面を絶縁材によって絶縁している。

（燃料電池スタック１００におけるガスの流れ）
図１７Ａは、燃料電池スタック１００におけるアノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１７Ｂは、燃料電池スタック１００におけるカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１７Ｃは、燃料電池スタック１００におけるアノードガスＡＧの流れを模式的に示す斜視図である。

アノードガスＡＧは、外部マニホールド１１１、下部エンドプレート１０８、モジュールエンド１０５、セパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の流入口を通過して、各々の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに供給される。すなわち、アノードガスＡＧは、外部マニホールド１１１から終端の上部集電板１０６に至るまで、交互に積層されたセパレータ１０２とメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間に設けられたアノード側の流路に分配して供給される。その後、アノードガスＡＧは、発電セル１０１Ｍで反応し、上記の各構成部材の各々の流出口を通過して排ガスの状態で排出される。

アノードガスＡＧは、図１７Ａに示すように、セパレータ１０２を隔てて、カソードガスＣＧと交差するように、流路部１０２Ｌに供給される。アノードガスＡＧは、図１７Ｃにおいて、図１７Ｃの下方に位置するセパレータ１０２のアノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃを通過し、メタルサポートセルアッセンブリー１０１のアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂおよびアノード側第３流入口１０１ｃを通過した後、図１７Ｃの上方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌに流入して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに供給される。アノード１０１Ｔで反応した後のアノードガスＡＧは、排気ガスの状態で、図１７Ｃの上方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌから流出して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１のアノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅを通過し、図１７Ｃ中の下方に位置するセパレータ１０２のアノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅを通過して外部に排出される。

カソードガスＣＧは、外部マニホールド１１１、下部エンドプレート１０８、モジュールエンド１０５、セパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の流入口を通過して、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給される。すなわち、カソードガスＣＧは、外部マニホールド１１１から終端の上部集電板１０６に至るまで、交互に積層されたメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との隙間に設けられたカソード側の流路に分配して供給される。その後、カソードガスＣＧは、発電セル１０１Ｍで反応し、上記の各構成部材の各々の流出口を通過して排ガスの状態で排出される。上記の各構成部材におけるカソードガスＣＧの流入口および流出口は、各々の構成部材の外周面と、エアーシェルター１１０の内側面との間の隙間によって、構成している。

カソードガスＣＧは、図１７Ｂにおいて、図１７Ｂの下方に位置するセパレータ１０２のカソード側第１流入口１０２ｆおよびカソード側第２流入口１０２ｇを通過し、そのセパレータ１０２の流路部１０２Ｌに流入して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給される。カソード１０１Ｕで反応した後のカソードガスＣＧは、排気ガスの状態で、図１７Ｂ中の下方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌから流出して、そのセパレータ１０２のカソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊを通過して外部に排出される。

（燃料電池スタック１００の規制部）
図１９に示す規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、積層方向Ｚに沿って隣り合う接合体１００Ｕ同士の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を規制する。具体的には、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、ガスの流れの方向に沿った上流側および下流側の両方に設け、積層方向Ｚに沿って隣り合う第１の接合体１００Ｕ１と第２の接合体１００Ｕ２の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を規制する。ガスの流れの方向に沿って加熱による膨張が発生することから、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、特にガスの流れの方向に沿った短手方向Ｘへの変位を規制する。

規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫの構成について、図１８〜図２０Ｂを参照して説明する。

図１８は、図８のセルユニット１００Ｔを示す上面図である。図１９は、図１８のセルユニット１００Ｔ（図１８中の１９−１９線）の一部を模式的に示す断面図である。図２０Ａは、図８の接合体１００Ｕの要部（円弧状の外縁の部分）を示す斜視図である。図２０Ｂは、図２０Ａを示す端面図である。

図１９に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、規制部１０１ＫＫを設けている。図１９に示す規制部１０１ＫＫは、図２０Ｂに示すメタルサポートセルアッセンブリー１０１の第１リブ１０１Ｘによって構成している。具体的には、図１９に示す規制部１０１ＫＫは、図１０等に示すセルフレーム１０１Ｗの外縁において、図２０Ｂに示すように積層方向Ｚに沿って上方に突出した中央部１０１ｘ１と、その中央部１０１ｘ１の両側から下方に突出した一対の端部１０１ｘ２を連ねた第１リブ１０１Ｘによって構成している。第１リブ１０１Ｘは、本来の機能であるメタルサポートセルアッセンブリー１０１の補強に加えて、後述する第２リブ１０２Ｓと共にメタルサポートセルアッセンブリー１０１の変位を規制する機能を有する。セパレータ１０２の規制部１０２ＫＫは、図２０Ｂに示すように、そのセパレータ１０２の外縁から積層方向Ｚに沿って上方に突出した第２リブ１０２Ｓによって構成している。第２リブ１０２Ｓは、本来の機能であるセパレータ１０２の補強に加えて、前述した第１リブ１０１Ｘと共にセパレータ１０２の変位を規制する機能を有する。すなわち、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の規制部１０１ＫＫ（第１リブ１０１Ｘ）は、図２０Ｂに示すように、セパレータ１０２の規制部１０２ＫＫ（第２リブ１０２Ｓ）と、積層方向Ｚに沿って嵌合することによって、互いに変位を規制している。

（燃料電池スタック１００の吸収部）
図１９に示す吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂは、積層方向Ｚに沿って隣り合う接合体１００Ｕ同士の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を吸収する。具体的には、吸収部１０１ＢＢおよび１０２ＢＢは、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫとガスの流れの方向（特に短手方向Ｘ）に沿って隔てて設け、積層方向Ｚに沿って隣り合う第１の接合体１００Ｕ１と第２の接合体１００Ｕ２の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を吸収するものである。ガスの流れの方向に沿って加熱による膨張が発生することから、吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂは、特にガスの流れの方向に沿った短手方向Ｘへの変位を吸収する。

吸収部１０１ＢＢおよび１０２ＢＢの構成について、図２１Ａ〜図２１Ｅを参照して説明する。

図２１Ａ〜図２１Ｅは、図８の接合体１００Ｕの要部（流路部１０２Ｌの下流側において吸収部１０１ＢＢおよび１０２ＢＢを含む部分）を模式的に示す側面図である。

図２１Ａは、図８の接合体１００Ｕの要部（流路部１０２Ｌの下流側において吸収部を含む部分）を模式的に示す側面図であって、メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２の吸収部に撓みが発生していない状態を示している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢ、およびセパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、セパレータ１０２の流路部１０２Ｌよりもガスの流れの下流側に設けている。具体的には、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢ、およびセパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、いわゆるアクティブエリアの下流側に位置する平板部分の一部に相当し、周囲よりも、弾性率が高くしたり、厚みを薄くしたり、接合強度を下げたりして、構成している。吸収部１０１ＢＢ、およびセパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、短手方向Ｘに沿って伸長している。

図２１Ｂは、図２１Ａに示す状態から短手方向Ｘに向かって応力が作用することによって、メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２の吸収部が同一の方向（積層方向Ｚの上方）に撓んでいる状態を示している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢ、およびセパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、それぞれ積層方向Ｚの上方に向かって湾曲している。

図２１Ｃは、図２１Ａに示す状態から短手方向Ｘに向かって応力が作用することによって、メタルサポートセルアッセンブリー１０１およびセパレータ１０２の吸収部が異なる方向（積層方向Ｚの上方と下方）に撓んでいる状態を示している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢは、積層方向Ｚの下方に向かって湾曲している。セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、積層方向Ｚの上方に向かって湾曲している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢは、予め、積層方向Ｚの下方に向かって若干湾曲させて形成している。セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、予め、積層方向Ｚの上方に向かって若干湾曲させて形成している。

図２１Ｄは、図２１Ａに示す状態から短手方向Ｘに向かって応力が作用することによって、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢに撓みが発生せずセパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢに撓みが発生している状態を示している。吸収部１０１ＢＢは、短手方向Ｘに沿って伸長している。セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、積層方向Ｚの上方に向かって湾曲している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢは、セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢよりも曲げ応力を大きく構成（例えば厚みを調整）している。セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、予め、積層方向Ｚの上方に向かって若干湾曲させて形成している。

図２１Ｅは、図２１Ａに示す状態から短手方向Ｘに向かって応力が作用することによって、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢに撓みが発生しセパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢに撓みが発生していない状態を示している。吸収部１０１ＢＢは、積層方向Ｚの下方に向かって湾曲している。セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢは、短手方向Ｘに沿って伸長している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢは、セパレータ１０２の吸収部１０２ＢＢよりも曲げ応力を小さく構成（例えば厚みを調整）している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１の吸収部１０１ＢＢは、予め、積層方向Ｚの下方に向かって若干湾曲させて形成している。

（燃料電池スタック１００の規制部と吸収部の配置）
図１８および図１９に示すように、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫと吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂとを供給されるガス（アノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧ）の流れ方向に独立して配置している。このような構成によって、ガス（アノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧ）の流れ方向に沿って、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、第１の接合体１００Ｕ１と第２の接合体１００Ｕ２の変位を規制する。さらに、吸収部１０１ＢＢおよび１０２ＢＢは、第１の接合体１００Ｕ１と第２の接合体１００Ｕ２の短手方向Ｘ等に対する変位を吸収する。

以上説明した実施形態の作用効果を説明する。

燃料電池スタック１００は、複数の接合体１００Ｕと、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫと、吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂと、を有する。複数の接合体１００Ｕは、電解質１０１Ｓを狭持する燃料極（アノード１０１Ｔ）と酸化剤極（カソード１０１Ｕ）とに一対のセパレータ１０２から燃料ガス（アノードガスＡＧ）と酸化剤ガス（カソードガスＣＧ）を供給する発電セル１０１Ｍを含む。規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、積層方向Ｚに沿って隣り合う接合体１００Ｕ同士の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を規制する。吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂは、積層方向Ｚに沿って隣り合う接合体１００Ｕ同士の積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）への変位を吸収する。ここで、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫと吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂとを供給されるガス（アノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧ）の流れ方向に独立して配置した。

かかる燃料電池スタック１００によれば、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫが接合体１００Ｕ同士の変位を規制するとともに、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫと独立した配置した吸収部１０１ＢＢおよび１０２Ｂが接合体１００Ｕ同士の変位を吸収する。したがって、燃料電池スタック１００は、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２）の組み付け性を維持しつつ相対的な位置ずれを防止することができる。

また、かかる燃料電池スタック１００によれば、構成部材は、必要とされる公差を緩和させて、相対的に廉価に製造することができる。

燃料電池スタック１００において、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、少なくともガスの流れの方向に沿った上流側に設けた。

かかる燃料電池スタック１００によれば、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２）の組み付け性が向上することから、必要とされる公差を緩和させて、相対的に廉価に製造することができる。

燃料電池スタック１００において、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、発電セル１０１Ｍの外方に位置する部分（メタルサポートセルアッセンブリー１０１の外周の）縁とセパレータ１０２の外周の縁に設けた。

かかる燃料電池スタック１００によれば、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫを構成部材（メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２）の広範囲に設けることによって、組み付け性を十分に維持しつつ相対的な位置ずれを効果的に防止することができる。

燃料電池スタック１００において、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫは、発電セル１０１Ｍの外方に位置する部分（メタルサポートセルアッセンブリー１０１の）縁から積層方向Ｚに沿って突出した第１リブと、セパレータ１０２の縁から積層方向Ｚに沿って突出した第２リブと、を積層方向Ｚに嵌合させて構成した。

かかる燃料電池スタック１００によれば、規制部１０１ＫＫおよび１０２ＫＫを、設計の自由度が高く、製造コストが特段増加しない構成によって、具現化することができる。

（実施形態の変形例）
規制部または吸収部の構成を異ならせた実施形態の変形例１〜７の燃料電池スタックを順に説明する。

（実施形態の変形例１）
図２２Ａは、実施形態の変形例１の燃料電池スタックにおける接合体２００Ｕ（第１の接合体２００Ｕ１と第２の接合体２００Ｕ２）と封止部材２０３の要部（外縁の部分）を示す側面図である。図２２Ｂは、図２２Ａを分解して示す側面図である。

メタルサポートセルアッセンブリー２０１の吸収部は、セルフレーム２０１Ｗの外縁から積層方向Ｚに沿って上方に突出した中央部２０１ｘ１と、その中央部２０１ｘ１の両側から下方に突出した一対の端部２０１ｘ２を連ねた第１リブ２０１Ｘによって構成している。セパレータ２０２の吸収部は、そのセパレータ２０２の外縁から積層方向Ｚに沿って上方に突出した第２リブ２０２Ｓによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー２０１の吸収部（第１リブ２０１Ｘ）は、封止部材２０３を介して、セパレータ２０２の吸収部（第２リブ２０２Ｓ）と、積層方向Ｚに沿って嵌合している。

以上説明した実施形態の変形例１の作用効果を説明する。

燃料電池スタックは、第１リブ２０１Ｘと第２リブ２０２Ｓとの間を封止する封止部材２０３を、さらに有する。

かかる燃料電池スタックによれば、封止部材２０３に対して、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリー２０１とセパレータ２０２）に起因する応力が掛かっても、歪み等の変形の発生を防止できる。

（実施形態の変形例２）
図２３Ａは、実施形態の変形例２の第１例の燃料電池スタックにおける接合体３１０Ｕ（第１の接合体３１０Ｕ１と第２の接合体３１０Ｕ２）と封止部材２０３の要部（外縁の部分）を示す側面図である。図２３Ｂは、実施形態の変形例２の第２例の燃料電池スタックにおける接合体３２０Ｕ（第１の接合体３２０Ｕ１と第２の接合体３２０Ｕ２）と封止部材２０３の要部（外縁の部分）を示す側面図である。図２３Ｃは、実施形態の変形例２の第３例の燃料電池スタックにおける接合体３３０Ｕ（第１の接合体３３０Ｕ１と第２の接合体３３０Ｕ２）と封止部材２０３の要部（外縁の部分）を示す側面図である。

例えば、図２３Ａにおいて、メタルサポートセルアッセンブリー３１１の伸長部３１１Ｙと、セパレータ３１２の第３リブ３１２Ｔが、積層方向Ｚに沿って当接している。

以上説明した実施形態の変形例２の作用効果を説明する。

燃料電池スタックにおいて、吸収部は、発電セル１０１Ｍの外方に位置する部分（メタルサポートセルアッセンブリー）から積層方向Ｚに沿って突出した第３リブと、セパレータの積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）に伸長させた伸長部と、を積層方向Ｚに沿って当接させて構成した。

かかる燃料電池スタックによれば、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリー３１１等とセパレータ３１２等）の積層方向に沿った変形を抑制して、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリー３１１等とセパレータ３１２等）の組み付け性を維持することができる。特に、かかる燃料電池スタックによれば、封止部材への応力の入力を緩和して、変形等の発生を抑制できる。

（実施形態の変形例３）
図２４は、実施形態の変形例３の燃料電池スタックにおける接合体４００Ｕ（第１の接合体４００Ｕ１と第２の接合体４００Ｕ２）と封止部材２０３の要部（外縁の部分）を示す側面図である。

メタルサポートセルアッセンブリー４０１の吸収部は、セルフレーム４０１Ｗに形成している。メタルサポートセルアッセンブリー４０１の吸収部は、セルフレーム４０１Ｗの外縁から積層方向Ｚに沿って上方に突出した中央部４０１ｘ１と、その中央部４０１ｘ１の両側から下方に突出した一対の端部４０１ｘ２を連ねた第３リブ４０１Ｘによって構成している。セパレータ４０２の吸収部は、上方に突出した中央部４０２ｓ１と、その中央部４０２ｓ１の両側から上方に突出した一対の端部４０２ｓ２を連ねた第４リブ４０２Ｓによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー４０１の吸収部（第３リブ４０１Ｘ）は、セパレータ４０２の吸収部（第４リブ４０２Ｓ）と、積層方向Ｚに沿って嵌合している。第３リブ４０１Ｘの端部４０１ｘ２と第４リブ４０２Ｓの端部４０２ｓ２とは、積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）に沿って接近離間自在に構成している。

以上説明した実施形態の変形例３の作用効果を説明する。

燃料電池スタックにおいて、吸収部は、発電セル１０１Ｍの外方に位置する部分（メタルサポートセルアッセンブリー４０１）から積層方向Ｚに沿って突出した第３リブ４０１Ｘと、セパレータ４０２から積層方向Ｚに沿って突出した第４リブ４０２Ｓと、を積層方向Ｚに当接させて構成し、第３リブ４０１Ｘと第４リブ４０２Ｓとは、積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）に沿って接近離間自在に構成した。

かかる燃料電池スタックによれば、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリーとセパレータ１０２）の積層方向と交差する方向（特に短手方向Ｘ）に沿った一定以上の変形を抑制して、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリーとセパレータ１０２）の組み付け性を維持することができる。特に、かかる燃料電池スタックによれば、封止部材への一定以上の応力の入力を緩和して、変形等の発生を抑制できる。

（実施形態の変形例４）
図２５Ａは、実施形態の変形例４の第１例の燃料電池スタックにおける接合体５１０Ｕ（第１の接合体５１０Ｕ１と第２の接合体５１０Ｕ２）と封止部材２１０の要部（外縁の部分）を示す側面図である。図２５Ｂは、実施形態の変形例４の第２例の燃料電池スタックにおける接合体５２０Ｕ（第１の接合体５２０Ｕ１と第２の接合体５２０Ｕ２）と封止部材２１０の要部（外縁の部分）を示す側面図である。図２５Ｃは、実施形態の変形例４の第３例の燃料電池スタックにおける接合体５３０Ｕ（第１の接合体５３０Ｕ１と第２の接合体５３０Ｕ２）と封止部材２１０の要部（外縁の部分）を示す側面図である。

図２５Ａにおいて、メタルサポートセルアッセンブリー５１１の規制部は、セルフレームに形成している。メタルサポートセルアッセンブリー５１１の規制部は、セルフレームの外縁から積層方向Ｚに沿って上方に突出した中央部５１１ｘ１と、その中央部５１１ｘ１の両側から下方に突出した一対の端部５１１ｘ２を連ねた第１リブ５１１Ｘによって構成している。セパレータ５１２の規制部は、上方に突出した中央部５１２ｓ１と、その中央部５１２ｓ１の両側から上方に突出した一対の端部５１２ｓ２を連ねた第２リブ５１２Ｓによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー５１１の規制部（第１リブ５１１Ｘ）は、セパレータ５１２の規制部（第２リブ５１２Ｓ）と、積層方向Ｚに沿って嵌合している。

図２５Ａに示すように、第１の接合体５１０Ｕ１のメタルサポートセルアッセンブリー５１１と、第２の接合体５１０Ｕ２のセパレータ５１２の中央部５１２ｓ１によって突き当て部５１０Ｍを形成している。さらに、第１の接合体５１０Ｕ１のメタルサポートセルアッセンブリー５１１の端部５１１ｘ２と、第２の接合体５１０Ｕ２のセパレータ５１２の中央部５１２ｓ１において、短手方向Ｘに沿った隙間に相当するクリアランス部５１０Ｎを設けている。このような構成によって、突き当て部５１０Ｍを用いて積層方向Ｚの高さを保ちつつ、クリアランス部５１０Ｎによって積層方向Ｚと交差する短手方向Ｘ等における部品の組み付け性を維持して、シール部材等の破損を防止することができる。

以上説明した実施形態の変形例４の作用効果を説明する。

燃料電池スタックにおいて、規制部の第１リブ５１１Ｘおよび第２リブ５１２Ｓは、封止部材と積層方向Ｚと交差する方向（特に短手方向Ｘ）に沿って折り返した凹凸形状から構成した。

かかる燃料電池スタックによれば、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリーとセパレータ１０２）を嵌合させるときの相対的な位置ずれを吸収して、組み付け性を維持することができる。かかる燃料電池スタックによれば、封止部材を含む構成部材（メタルサポートセルアッセンブリーとセパレータ１０２）の変形等の発生を抑制できる。

（実施形態の変形例５）
図２６は、実施形態の変形例５の燃料電池スタックにおける接合体６００Ｕの要部を模式的に示す側面図である。

燃料電池スタックにおいて、規制部は、メタルサポートセルアッセンブリー６０１およびセパレータ６０２を互いに接合して嵌合するときに、縁を積層方向Ｚに沿って屈折させることによって構成している。

以上説明した実施形態の変形例５の作用効果を説明する。

燃料電池スタックにおいて、規制部は、発電セル１０１Ｍの外方に位置する部分（メタルサポートセルアッセンブリー６０１）およびセパレータ６０２は、縁を積層方向Ｚに沿って屈折させて構成した。

かかる燃料電池スタックによれば、構成部材（メタルサポートセルアッセンブリーとセパレータ１０２）を接合した後に嵌合できることから、嵌合させる部分の公差を緩和することによって、廉価に構成できる。

（実施形態の変形例６）
図２７は、実施形態の変形例６の燃料電池スタックにおける接合体７００Ｕの要部を模式的に示す上面図である。

燃料電池スタックにおいて、規制部は、メタルサポートセルアッセンブリー７０１およびセパレータ７０２は、積層方向Ｚと交差する方向（短手方向Ｘおよび長手方向Ｙ）の縁に沿って断続的に構成している。すなわち、規制部は、メタルサポートセルアッセンブリー７０１およびセパレータ７０２は、縁を積層方向Ｚに沿ってフィンのように一定の間隔で折り曲げて構成している。

以上説明した実施形態の変形例６の作用効果を説明する。

燃料電池スタックにおいて、規制部は、積層方向Ｚと交差する方向（短手方向Ｘおよび長手方向Ｙ）に沿って断続的に構成した。

かかる燃料電池スタックによれば、発電セル１０１Ｍに供給するガスをスムーズに流通させることができる。

（実施形態の変形例７）
図２８Ａは、実施形態の変形例７の燃料電池スタックにおける接合体８１０Ｕ（第１の接合体８１０Ｕ１と第２の接合体８１０Ｕ２）と封止部材８１１の要部（流入口側の外縁の部分）を示す側面図である。図２８Ｂは、実施形態の変形例７の燃料電池スタックにおける接合体８１０Ｕ（第１の接合体８１０Ｕ１と第２の接合体８１０Ｕ２）と封止部材８１２の要部（流出口側の外縁の部分）を示す側面図である。

メタルサポートセルアッセンブリー８０１の規制部は、セルフレーム８０１Ｗの外縁から積層方向Ｚに沿って上方に突出した中央部８０１ｘ１と、その中央部８０１ｘ１の両側から下方に突出した一対の端部８０１ｘ２を連ねた第１リブ８０１Ｘによって構成している。セパレータ８０２の規制部は、上方に突出した中央部８０２ｓ１と、その中央部８０２ｓ１の両側から上方に突出した一対の端部８０２ｓ２を連ねた第２リブ８０２Ｓによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー８０１の規制部（第１リブ８０１Ｘ）は、封止部材２０３を介して、セパレータ８０２の規制部（第２リブ８０２Ｓ）と、積層方向Ｚに沿って嵌合している。ガスの流れの方向に沿った下流側に配置した封止部材２０３Ｎの幅Ｗ２は、ガスの流れの方向に沿った上流側に配置した封止部材２０３Ｍの幅Ｗ１よりも、ガスの流れの方向に沿って広く構成している。

以上説明した実施形態の変形例７の作用効果を説明する。

燃料電池スタックにおいて、封止部材は、ガスの流れの方向に沿った上流側よりも下流側の方が幅が広い。

かかる燃料電池スタックによれば、封止部材の構成部材（メタルサポートセルアッセンブリーとセパレータ１０２）へのせん断力に関する接合強度を向上させることができる。せん断力は、吸収部に発生する座屈荷重よりも大きい値を基準にして規定する。

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

実施形態において、燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）として説明したが、固体高分子膜形燃料電池（ＰＥＭＦＣ、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ、Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）または溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ、Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）として構成してもよい。すなわち、燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に加えて、固体高分子膜形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）または溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）に適用することができる。

燃料電池スタック１００において、基本的に、規制部は、メタルサポートセルアッセンブリーの外周の縁とセパレータ１０２の外周の縁に設ける構成としたが、メタルサポートセルアッセンブリーにガスを流通させるマニホールド孔の内周の縁とセパレータ１０２にガスを流通させるマニホールド穴の内周の縁に設ける構成としてもよい。

燃料電池スタックは、実施形態の各々の変形例１〜７の仕様を適宜組み合わせて構成してもよい。

１００ 燃料電池スタック、
１００Ｍ セルスタックアッセンブリー、
１００Ｓ スタック、
１００Ｔ セルユニット、
１００Ｕ 接合体、
１００Ｐ 上部モジュールユニット、
１００Ｑ 中部モジュールユニット、
１００Ｒ 下部モジュールユニット、
１０１ メタルサポートセルアッセンブリー、
１０１ＢＢ 吸収部、
１０１ＫＫ 規制部、
１０１Ｍ 発電セル、
１０１Ｎ メタルサポートセル、
１０１Ｓ 電解質、
１０１Ｔ アノード（燃料極）、
１０１Ｕ カソード（酸化剤極）、
１０１Ｖ サポートメタル、
１０１Ｗ セルフレーム、
１０１ｋ 開口部、
１０２ セパレータ、
１０２ＢＢ 吸収部、
１０２ＫＫ 規制部、
１０２Ｌ 流路部、
１０２ｐ 外縁、
１０２ｑ 溝、
１０２ｘ 伸長部、
１０２ｙ アノード側突起、
１０２ｚ カソード側突起、
１０３ 集電補助層、
１０４ 封止部材、
１０５ モジュールエンド、
１０６ 上部集電板、
１０７ 下部集電板、
１０８ 下部エンドプレート、
１０９ 上部エンドプレート、
１１０ エアーシェルター、
１１１ 外部マニホールド、
１０１ａ，１０２ａ，１０５ａ，１０７ａ，１０８ａ，１１１ａ アノード側第１流入口、
１０１ｂ，１０２ｂ，１０５ｂ，１０７ｂ，１１１ｂ，１０８ｂ アノード側第２流入口、
１０１ｃ，１０２ｃ，１０５ｃ，１０７ｃ，１１１ｃ，１０８ｃ アノード側第３流入口、
１０１ｄ，１０２ｄ，１０８ｄ，１０７ｄ，１１１ｄ，１０５ｄ アノード側第１流出口、
１０１ｅ，１０２ｅ，１０５ｅ，１０７ｅ，１１１ｅ，１０８ｅ アノード側第２流出口、
１０１ｆ，１０８ｆ，１０２ｆ，１０５ｆ，１０７ｆ，１１１ｆ カソード側第１流入口、
１０１ｇ，１０２ｇ，１０５ｇ，１０７ｇ，１０８ｇ，１１１ｇ カソード側第２流入口、
１０１ｈ，１０２ｈ，１１１ｈ，１０５ｈ，１０７ｈ，１０８ｈ カソード側第１流出口、
１０１ｉ，１０２ｉ，１０５ｉ，１０７ｉ，１０８ｉ，１１１ｉ カソード側第２流出口、
１０１ｊ，１０２ｊ，１０５ｊ，１０７ｊ，１０８ｊ，１１１ｊ カソード側第３流出口、
１１２ カバー、
１１４ シール材、
Ｖ 接合ライン、
ＡＧ アノードガス、
ＣＧ カソードガス、
Ｘ （燃料電池スタックの）短手方向、
Ｙ （燃料電池スタックの）長手方向、
Ｚ （燃料電池スタックの）積層方向。

Claims (10)

1. 電解質を狭持する燃料極と酸化剤極とに一対のセパレータから燃料ガスと酸化剤ガスを供給する発電セルを含む複数の接合体と、
   前記発電セルの外方に位置する部分の縁から積層方向に沿って突出した第１リブと、前記セパレータの縁から積層方向に沿って突出した第２リブと、を積層方向に嵌合させて構成され、積層方向に沿って隣り合う接合体同士の積層方向と交差する方向への変位を規制する規制部と、
   接合体の短手方向に伸長し、接合体同士の積層方向に対して湾曲可能に構成され、前記セパレータの流路部より各ガスの流れの下流側で前記規制部とガスの流れの方向に沿って隔てて設けられ、積層方向に沿って隣り合う接合体同士の積層方向と交差する方向への変位を吸収する吸収部と、を有し、
   前記規制部と前記吸収部とを供給されるガスの流れ方向に独立して配置した、燃料電池スタック。
2. 前記規制部は、少なくともガスの流れの方向に沿った上流側に設けた、請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記規制部は、前記発電セルの外方に位置する部分の縁と前記セパレータの外周の縁、および前記発電セルにガスを流通させるマニホールド孔の内周の縁と前記セパレータにガスを流通させるマニホールド穴の内周の縁の少なくともいずれか一方に設けた、請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記第１リブと前記第２リブとの間を封止する封止部材を、さらに有する、請求項１に記載の燃料電池スタック。
5. 前記吸収部は、前記発電セルの外方に位置する部分から積層方向に沿って突出した第３リブと、前記セパレータの積層方向と交差する方向に伸長させた伸長部と、を積層方向に沿って当接させて構成した、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
6. 前記吸収部は、前記発電セルの外方に位置する部分から積層方向に沿って突出した第３リブと、前記セパレータから積層方向に沿って突出した第４リブと、を積層方向に当接させて構成し、前記第３リブと前記第４リブとは、積層方向と交差する方向に沿って接近離間自在に構成した、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
7. 前記規制部の前記第１リブおよび前記第２リブの少なくともいずれか一方は、前記封止部材と積層方向と交差する方向に沿って折り返した凹凸形状から構成した、請求項４に記載の燃料電池スタック。
8. 前記規制部は、前記発電セルの外方に位置する部分および前記セパレータの少なくともいずれか一方は、縁を積層方向に沿って屈折させて構成した、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
9. 前記規制部は、積層方向と交差する方向（短手方向Ｘおよび長手方向Ｙ）に沿って断続的に構成した、請求項８に記載の燃料電池スタック。
10. 前記封止部材は、ガスの流れの方向に沿った上流側よりも下流側の方が幅が広い、請求項４または７に記載の燃料電池スタック。

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