WO2019058901A1 - バネ部材、燃料電池ユニットおよび燃料電池スタック - Google Patents

バネ部材、燃料電池ユニットおよび燃料電池スタック Download PDF

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fuel cell
spring
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基 柳沼
明 安武
典拓 田島
公一 川崎
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日産自動車株式会社
日本発條株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a spring member for use in a fuel cell stack, a fuel cell unit, and a fuel cell stack.
  • an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes from both sides, and a flow path portion, which is a flow path of gas, is partitioned between a power generation cell that generates electric power by supplied gas and the power generation cell.
  • a plurality of fuel cell units each having a separator which is formed and in conductive contact with the power generation cell are stacked (see, for example, Patent Document 1).
  • the fuel cell stack has a spring member that generates a resilient force that presses the separator toward the power generation cell.
  • the spring member presses the separator toward the power generation cell at its end, stress tends to concentrate at the end. Since the power generation cell releases heat during power generation, the spring member becomes hot. When the temperature of the spring member becomes high in a state where stress is concentrated on the spring member, the spring member may be creep-deformed, and the force pressing the separator against the power generation cell may be weakened. As a result, there is a problem that the contact pressure between the power generation cell and the separator decreases to increase the current collection resistance, which may lower the power generation performance of the fuel cell.
  • An object of the present invention is to provide a spring member, a fuel cell unit, and a fuel cell stack capable of preventing a decrease in power generation performance of the fuel cell caused by creep deformation of the spring member.
  • the spring member of the present invention for achieving the above object is a spring member for use in a fuel cell stack, and extends from a flat portion joined to the separator in a surface contact with the separator, and from the flat portion And a spring portion that generates a resilient force for pressing the separator toward the power generation cell by bending deformation in response to a force in the stacking direction of the cell unit.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the fuel cell stack of FIG. 1 disassembled into a cover, a cell stack assembly and an external manifold.
  • FIG. 3 is a perspective view of the cell stack assembly of FIG. 2 disassembled into an air shelter, an upper end plate, a stack and a lower end plate.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the stack of FIG. 3 disassembled into an upper module unit, a plurality of middle module units and a lower module unit.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the upper module unit of FIG. 4;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the middle module unit of FIG. 4;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the lower module unit of FIG.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the cell unit of FIGS. 5 to 7;
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the metal support cell assembly of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the metal support cell assembly taken along line 10-10 of FIG. 8; It is a perspective view which shows the separator of FIG. 8 from the cathode side (The side which visually recognized the separator 102 from the upper direction similarly to FIG. 8). It is a perspective view which shows the separator of FIG. 11 partially (area
  • FIG. 13 is a cross-sectional view partially (a region 15 in FIG. 11) in a state where the metal support cell assembly of FIG. 8 and a separator and a current collection auxiliary layer are stacked.
  • FIG. 13 is a perspective view which shows typically the flow of anode gas and cathode gas in a fuel cell stack.
  • FIG. 13 is a perspective view which shows typically the flow of the cathode gas in a fuel cell stack.
  • FIG. 17A is a perspective view which abbreviate
  • FIG. 17A is a perspective view of a grid spring concerning an embodiment.
  • FIG. 17A is a perspective view of a grid spring concerning an embodiment.
  • FIG. 17B is an enlarged perspective view of a region surrounded by a broken line 20A in FIG. 17B.
  • FIG. 17B is an enlarged perspective view of a region surrounded by a broken line 20A in FIG. 17B, showing a state in which a butting portion abuts on a recess.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 15 of a fuel cell according to Modification 1; It is a top view which abbreviate
  • FIG. FIG. 22B is an enlarged view of a region surrounded by a broken line 22B in FIG. 22A. It is a top view which abbreviate
  • FIG. It is a top view which abbreviate
  • arrows representing X, Y, and Z are used to indicate the orientations of members constituting the fuel cell stack.
  • the direction of the arrow represented by X indicates the lateral direction X of the fuel cell stack.
  • the direction of the arrow represented by Y indicates the longitudinal direction Y of the fuel cell stack.
  • the direction of the arrow represented by Z indicates the stacking direction Z of the fuel cell stack.
  • the fuel cell 100 is configured by sandwiching the cell stack assembly 100M from above and below by the external manifold 111 for supplying gas from the outside and a cover 112 for protecting the cell stack assembly 100M. There is.
  • the cell stack assembly 100M is covered by an air shelter 110 which sandwiches the fuel cell stack 100S from above and below by the lower end plate 108 and the upper end plate 109 and seals the cathode gas CG. Configured.
  • the fuel cell stack 100S is configured by stacking an upper module unit 100P, a plurality of middle module units 100Q, and a lower module unit 100R, as shown in FIGS.
  • Upper module unit 100P includes upper collector plate 106 for outputting electric power generated by cell unit 100T to the outside, and an end plate, in which a plurality of stacked cell units 100T (corresponding to a fuel cell unit) are output.
  • the module end 105 corresponding to the above is sandwiched from above and below.
  • the middle module unit 100Q is configured by sandwiching a plurality of stacked cell units 100T from above and below by a pair of module ends 105.
  • the lower module unit 100R is configured by sandwiching a plurality of stacked cell units 100T from above and below by the module end 105 and the lower current collector plate 107.
  • the cell unit 100T includes a metal support cell assembly 101 provided with a power generation cell 101M that generates electric power by the supplied gas, a separator 102 for separating adjacent power generation cells 101M, and a metal support cell assembly 101 and a separator 102. And a sealing member 104 for partially sealing the gap between the power generation cell 101M and the other power generation cell 101M to be in conductive contact with the one power generation cell 101M and a separator toward the other power generation cell 101M adjacent to the one power generation cell 101M.
  • a grid spring 120 is included which generates a resilient force to press 102.
  • metal support cell assemblies 101 and separators 102 form an assembly 100 U by annularly joining the respective outer edges along junction lines V.
  • the cell unit 100T is configured by arranging the sealing member 104 between the joined body 100U and the joined body 100U which are vertically adjacent to each other.
  • the metal support cell assembly 101 is provided with a power generation cell 101M that generates power using the supplied gas.
  • the power generation cell 101M is configured by sandwiching the electrolyte 101S between the electrode on the fuel electrode side (anode 101T) and the electrode on the oxidant electrode side (cathode 101U). ing.
  • the metal support cell 101N is configured of a power generation cell 101M and a support metal 101V that supports the power generation cell 101M from one side.
  • the metal support cell assembly 101 is configured of a pair of metal support cells 101N and a cell frame 101W that holds the pair of metal support cells 101N from the periphery.
  • the power generation cell 101M is configured by sandwiching the electrolyte 101S between the anode 101T and the cathode 101U.
  • the electrolyte 101S transmits oxide ions from the cathode 101U toward the anode 101T.
  • the electrolyte 101S does not pass gas and electrons while passing oxide ions.
  • the electrolyte 101S is formed in a rectangular shape.
  • the electrolyte 101S is made of, for example, solid oxide ceramics such as stabilized zirconia in which yttria, neodymium oxide, samaria, gadoria, scandia and the like are solid-solved.
  • the anode 101T is a fuel electrode, and an anode gas AG (for example, hydrogen) and oxide ions are reacted to generate an oxide of the anode gas AG and to take out electrons.
  • the anode 101T is resistant to a reducing atmosphere, transmits the anode gas AG, has high electrical conductivity, and has a catalytic action of causing the anode gas AG to react with oxide ions.
  • the anode 101T is formed of a rectangular shape larger than the electrolyte 101S.
  • the anode 101T is made of, for example, a cemented carbide in which a metal such as nickel and an oxide ion conductor such as yttria-stabilized zirconia are mixed.
  • the cathode 101U is an oxidant electrode, which reacts electrons with cathode gas CG (eg, oxygen contained in air) to convert oxygen molecules into oxide ions.
  • the cathode 101 U is resistant to an oxidizing atmosphere, permeates the cathode gas CG, has high electrical conductivity, and has a catalytic action of converting oxygen molecules into oxide ions.
  • the cathode 101U is formed in a rectangular shape smaller than the electrolyte 101S.
  • the cathode 101U is made of, for example, an oxide such as lanthanum, strontium, manganese or cobalt.
  • the support metal 101V supports the power generation cell 101M from the side of the anode 101T, as shown in FIGS. 9 and 10.
  • the support metal 101V has gas permeability, high electrical conductivity, and sufficient strength.
  • the support metal 101V is formed of a rectangular shape sufficiently larger than the anode 101T.
  • the support metal 101V is made of, for example, a corrosion resistant alloy containing nickel or chromium, a corrosion resistant steel, or stainless steel.
  • the cell frame 101W holds the metal support cell 101N from the periphery.
  • the cell frame 101W is formed in a thin rectangular shape.
  • the cell frame 101W is provided with a pair of openings 101k along the longitudinal direction Y.
  • the pair of openings 101k of the cell frame 101W each have a rectangular through hole, and are smaller than the outer shape of the support metal 101V.
  • the cell frame 101W is made of metal and is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the cell frame 101W.
  • the metal support cell assembly 101 is joined to the cell frame 101W by joining the outer edge of the support metal 101V to the inner edge of the opening 101k of the cell frame 101W.
  • the cell frame 101 W is a circular extension (first extension 101 p, the first extension 101 p, The second extending portion 101 q and the third extending portion 101 r are provided.
  • the cell frame 101W is provided with circular extending portions (the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t) extending in the surface direction from two places separated from the center of the other side along the longitudinal direction Y ing.
  • the first extending portion 101p, the second extending portion 101q and the third extending portion 101r, and the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t separate a pair of openings 101k. , Alternately located along the longitudinal direction Y.
  • the cell frame 101W includes an anode-side first inlet 101a, an anode-side second inlet 101b, and an anode-side third inlet 101c for passing (inflowing) the anode gas AG.
  • the first extension portion 101p, the second extension portion 101q, and the third extension portion 101r are provided.
  • the cell frame 101W is provided with an anode-side first outlet 101d and an anode-side second outlet 101e, through which the anode gas AG passes (outflows), in the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t.
  • the anode-side first inlet 101a, the anode-side second inlet 101b, the anode-side third inlet 101c, the anode-side first outlet 101d, and the anode-side second outlet 101e of the anode gas AG are so-called manifolds .
  • the cathode side first inlet 101f for passing (inflowing) the cathode gas CG is provided in the space between the first extending portion 101p and the second extending portion 101q.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode-side second inlet 101g for passing (inflowing) the cathode gas CG in a space between the second extending portion 101q and the third extending portion 101r.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode side first outlet 101h through which the cathode gas CG passes (outflows), on the right side in FIG. 9 with respect to the fourth extending portion 101s.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode-side second outlet 101i for passing (outflowing) the cathode gas CG in the space between the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode-side third outlet 101j that allows the cathode gas CG to pass (outflow), on the left side in FIG. 9 with respect to the fifth extension portion 101t.
  • the cathode side first inlet 101f, the cathode side second inlet 101g, the cathode side first outlet 101h, the cathode side second outlet 101i and the cathode side third outlet 101j are of the cell frame 101W. It corresponds to the space between the outer peripheral surface and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the separator 102 defines a flow passage portion 102L which is a flow passage of the anode gas AG and the cathode gas CG between the separator 102 and the power generation cell 101M.
  • the separator 102 is in conductive contact with the metal support cell 101N.
  • the separator 102 is disposed to face the metal support cell assembly 101.
  • the separator 102 has the same outer shape as the metal support cell assembly 101.
  • the separator 102 is made of metal, and is insulated using an insulating material or a coating except for a region (flow passage portion 102L) facing the power generation cell 101M.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the separator 102.
  • the separators 102 are arranged in the longitudinal direction Y so as to face the power generation cells 101M.
  • the flow path extending along the gas flow direction (short direction X) is the gas flow direction (short). It is formed by arranging in the direction (longitudinal direction Y) orthogonal to the hand direction X).
  • the flow path portion 102L is provided with concave portions 102y at regular intervals so as to be recessed downward from the flat portion 102x in the plane of the longitudinal direction Y and the lateral direction X. It is provided.
  • the recess 102 y extends in the gas flow direction (short direction X).
  • the recess 102 y is recessed downward from the lower end of the separator 102.
  • the flow path portion 102L is provided with convex portions 102z at regular intervals so as to protrude upward from the flat portion 102x.
  • the protrusions 102z extend along the gas flow direction (short direction X).
  • the convex portion 102 z protrudes upward from the upper end of the separator 102.
  • the concave portion 102y and the convex portion 102z are alternately provided along the longitudinal direction Y with the flat portion 102x therebetween.
  • the gap between the flow path portion 102L and the metal support cell assembly 101 located below is formed as a flow path of the anode gas AG.
  • the anode gas AG flows from the anode-side second inlet 102b or the like of the separator 102 shown in FIG. 13 through the plurality of grooves 102q shown in FIGS. 13 and 14 into the flow channel portion 102L on the anode side.
  • the separators 102 flow from the anode side first inlet 102a, the anode side second inlet 102b, and the anode side third inlet 102c on the anode side, as shown in FIGS.
  • the separator 102 uses the gap between the flow path portion 102L and the metal support cell assembly 101 located above (left in FIG. 15) as the flow path of the cathode gas CG. Configured.
  • the cathode gas CG passes from the cathode side first inlet 102 f and the cathode side second inlet 102 g of the separator 102 shown in FIG. 11 to the cathode side beyond the cathode outer edge 102 p of the separator 102 shown in FIGS. 11 and 12. Flows into the flow path portion 102L of the In the separator 102, as shown in FIG. 12, the outer edge 102p on the cathode side is thinner than the other portions.
  • the separator 102 has an anode side first inlet for passing the anode gas AG so as to be positioned relative to the metal support cell assembly 101 along the stacking direction Z.
  • An anode side second inlet 102b, an anode side third inlet 102c, an anode side first outlet 102d, and an anode side second outlet 102e are provided.
  • the separator 102 has a cathode side first inlet 102 f, a cathode side second inlet 102 g, and a cathode side first inlet 102 f for passing the cathode gas CG so that the separator 102 is positioned relative to the metal support cell assembly 101 along the stacking direction Z.
  • One outlet 102h, a cathode side second outlet 102i, and a cathode side third outlet 102j are provided.
  • the cathode side first inlet 102f, the cathode side second inlet 102g, the cathode side first outlet 102h, the cathode side second outlet 102i and the cathode side third outlet 102j are outer peripheral surfaces of the separator 102. And the inner surface of the air shelter 110.
  • the grid spring 120 presses the separator 102 toward the power generation cell 101M, as shown in FIGS.
  • the grid spring 120 is in conductive contact with the power generation cell 101 M via the current collection auxiliary layer 103.
  • the current collection auxiliary layer 103 forms a space for passing the cathode gas CG between the power generation cell 101M and the grid spring 120 while equalizing the surface pressure, thereby assisting the electrical contact between the power generation cell 101M and the grid spring 120. It is
  • the current collection auxiliary layer 103 is a so-called expanded metal.
  • the current collection auxiliary layer 103 is disposed between the power generation cell 101M and the flow path portion 102L of the separator 102.
  • the current collection auxiliary layer 103 has an outer shape similar to that of the power generation cell 101M.
  • the current collection auxiliary layer 103 is formed of a wire mesh in which openings such as rhombus are provided in a grid.
  • the sealing member 104 is a so-called gasket having a spacer and a sealing function.
  • the sealing member 104 is disposed between the cell frame 101W and the separator 102 as shown in FIG. 8 and partially seals the gap between the cell frame 101W and the separator 102 to limit the flow of gas.
  • the sealing member 104 is directed from the anode side inlet (for example, the anode side first inlet 102 a) and the anode side outlet (for example, the anode side first outlet 102 d) of the separator 102 toward the flow path on the cathode side of the separator 102.
  • the anode gas AG is prevented from being mixed.
  • the module end 105 is a plate for holding the lower end or the upper end of the plurality of stacked cell units 100T, as shown in FIGS.
  • the module end 105 is disposed at the lower end or the upper end of the plurality of stacked cell units 100T.
  • the module end 105 has an outer shape similar to that of the cell unit 100T.
  • the module end 105 is made of a conductive material that does not transmit gas, and is insulated using an insulating material or a coating except for a region facing the power generation cell 101 M and the other module end 105.
  • the insulating material is configured, for example, by fixing aluminum oxide to the module end 105.
  • the module end 105 has an anode side first inlet 105a for passing the anode gas AG, an anode side second inlet 105b, and an anode side third so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • An inlet 105c, an anode side first outlet 105d, and an anode side second outlet 105e are provided.
  • the module end 105 has a cathode side first inlet 105 f for passing the cathode gas CG, a cathode side second inlet 105 g, and a cathode side first so that the relative position is aligned with the cell unit 100 T along the stacking direction Z.
  • An outlet 105 h, a cathode side second outlet 105 i and a cathode side third outlet 105 j are provided.
  • the cathode side first inlet 105f, the cathode side second inlet 105g, the cathode side first outlet 105h, the cathode side second outlet 105i and the cathode side third outlet 105j It corresponds to the space between the outer peripheral surface and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the upper current collecting plate 106 shown in FIG. 5 is for outputting the power generated by the cell unit 100T to the outside.
  • the upper current collecting plate 106 is disposed at the upper end of the upper module unit 100P, as shown in FIG.
  • the upper current collecting plate 106 has an outer shape similar to that of the cell unit 100T.
  • the upper current collecting plate 106 is provided with a terminal (not shown) connected to an external current-carrying member.
  • the upper current collector plate 106 is made of a conductive material that does not transmit gas, and is insulated using an insulating material or a coating except for the region facing the power generation cell 101M of the cell unit 100T and the part of the terminal.
  • the insulating material is configured, for example, by fixing aluminum oxide to the upper current collecting plate 106.
  • the lower current collecting plate 107 shown in FIG. 7 is for outputting the power generated by the cell unit 100T to the outside.
  • the lower current collecting plate 107 is disposed at the lower end of the lower module unit 100R, as shown in FIG.
  • the lower current collector plate 107 has an outer shape similar to that of the upper current collector plate 106.
  • Lower current collector plate 107 is provided with a terminal (not shown) connected to an external current-carrying member.
  • the lower current collector plate 107 is made of a conductive material that does not transmit gas, and is insulated using an insulating material or a coating except for the region facing the power generation cell 101M of the cell unit 100T and the terminal portion.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the lower current collector plate 107.
  • the lower current collector plate 107 has an anode side first inlet 107a, an anode side second inlet 107b, and an anode side, which allow the anode gas AG to pass through so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • a third inlet 107c, an anode side first outlet 107d and an anode side second outlet 107e are provided.
  • the lower current collecting plate 107 has a cathode side first inlet 107f for passing the cathode gas CG, a cathode side second inlet 107g, and a cathode side to allow the cathode gas CG to pass through in the stacking direction Z relative to the cell unit 100T.
  • a first outlet 107h, a cathode side second outlet 107i and a cathode side third outlet 107j are provided.
  • the cathode side first inlet 107f, the cathode side second inlet 107g, the cathode side first outlet 107h, the cathode side second outlet 107i and the cathode side third outlet 107j It corresponds to the space between the outer peripheral surface of the electric plate 107 and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the lower end plate 108 holds the fuel cell stack 100S from below as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the lower end plate 108 is disposed at the lower end of the fuel cell stack 100S.
  • the lower end plate 108 has an outer shape similar to that of the cell unit 100T except for a part.
  • the lower end plate 108 is formed by linearly extending both ends along the longitudinal direction Y in order to form an inlet and an outlet of the cathode gas CG.
  • the lower end plate 108 is formed sufficiently thicker than the cell unit 100T.
  • the lower end plate 108 is made of, for example, metal, and the upper surface in contact with the lower collector plate 107 is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the lower end plate 108.
  • the lower end plate 108 has an anode-side first inlet 108a, an anode-side second inlet 108b, and an anode-side first inlet 108a through which the anode gas AG passes so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • a three inlet 108c, an anode side first outlet 108d and an anode side second outlet 108e are provided.
  • the lower end plate 108 has a cathode side first inlet 108 f, a cathode side second inlet 108 g, and a cathode side first inlet 108 f for passing the cathode gas CG so as to be positioned relative to the cell unit 100 T in the stacking direction Z.
  • One outlet 108 h, a cathode side second outlet 108 i and a cathode side third outlet 108 j are provided.
  • the upper end plate 109 holds the fuel cell stack 100S from above as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the upper end plate 109 is disposed at the upper end of the fuel cell stack 100S.
  • the upper end plate 109 has the same outer shape as the lower end plate 108.
  • the upper end plate 109 unlike the lower end plate 108, does not have a gas inlet and outlet.
  • the upper end plate 109 is made of, for example, metal, and the lower surface in contact with the upper current collector plate 106 is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the upper end plate 109.
  • the air shelter 110 forms a flow path of the cathode gas CG with the fuel cell stack 100S.
  • the air shelter 110 covers from above the fuel cell stack 100S sandwiched by the lower end plate 108 and the upper end plate 109, as shown in FIGS.
  • the air shelter 110 forms an inlet and an outlet for the cathode gas CG which is a component of the fuel cell stack 100S by the gap between the inner side surface of the air shelter 110 and the side surface of the fuel cell stack 100S.
  • the air shelter 110 is in the form of a box and opens at the bottom and part of the side.
  • the air shelter 110 is made of, for example, metal, and the inside surface is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is configured, for example, by fixing aluminum oxide to the air shelter 110.
  • the external manifold 111 supplies gas from the outside to the plurality of cell units 100T, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the outer manifold 111 is disposed below the cell stack assembly 100M.
  • the outer manifold 111 has an outer shape that simplifies the shape of the lower end plate 108.
  • the outer manifold 111 is formed sufficiently thicker than the lower end plate 108.
  • the outer manifold 111 is made of, for example, metal.
  • the external manifold 111 has an anode-side first inlet 111a, an anode-side second inlet 111b, and an anode-side third inlet 111a through which the anode gas AG is passed so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • An inlet 111c, an anode side first outlet 111d and an anode side second outlet 111e are provided.
  • the external manifold 111 has a cathode side first inlet 111f, a cathode side second inlet 111g, and a cathode side first so that the relative position is aligned along the stacking direction Z with the cell unit 100T that passes the cathode gas CG.
  • An outlet 111h, a cathode side second outlet 111i, and a cathode side third outlet 111j are provided.
  • the cover 112 covers and protects the cell stack assembly 100M, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the cover 112 sandwiches the cell stack assembly 100M together with the external manifold 111 from above and below.
  • the cover 112 has a box shape and is open at the bottom.
  • the cover 112 is made of, for example, metal, and the inner surface is insulated by an insulating material.
  • FIG. 16A is a perspective view schematically showing the flow of the anode gas AG in the fuel cell stack 100S.
  • FIG. 16B is a perspective view schematically showing the flow of the cathode gas CG in the fuel cell stack 100S.
  • the anode gas AG is supplied to the anode 101T of each power generation cell 101M through an inlet of each of the outer manifold 111, the lower end plate 108, the module end 105, the separator 102, and the metal support cell assembly 101. That is, the anode gas AG is distributed to the flow path on the anode side provided in the gap between the separator 102 and the metal support cell assembly 101 alternately stacked from the external manifold 111 to the upper end collector plate 106. Is supplied. Thereafter, the anode gas AG reacts in the power generation cell 101M, passes through the outlet of each component described above, and is exhausted in the state of exhaust gas.
  • the anode gas AG passes through the anode side first inlet 102a, the anode side second inlet 102b and the anode side third inlet 102c of the separator 102 located at the bottom of FIG. 16A in FIG. 16A, and the metal support cell assembly
  • the gas flows into the flow path portion 102L of the separator 102 positioned above in FIG. It is supplied to the anode 101T of the power generation cell 101M of the support cell assembly 101.
  • the anode gas AG after reacting at the anode 101T flows out from the flow path portion 102L of the separator 102 located in the upper part of FIG. 16A in the state of exhaust gas, and the anode side first outlet 101d of the metal support cell assembly 101. And, it passes through the anode side second outlet 101e and is discharged to the outside through the anode side first outlet 102d and the anode side second outlet 102e of the separator 102 located at the lower side in FIG. 16A.
  • the cathode gas CG is supplied to the cathode 101U of the power generation cell 101M through an inlet of each of the outer manifold 111, the lower end plate 108, the module end 105, the separator 102, and the metal support cell assembly 101. That is, the cathode gas CG is distributed to the cathode-side flow path provided in the gap between the metal support cell assembly 101 and the separator 102 alternately stacked from the external manifold 111 to the upper end collector plate 106. Is supplied. Thereafter, the cathode gas CG reacts in the power generation cell 101M, passes through the outlet of each component described above, and is exhausted in the state of exhaust gas.
  • the cathode gas CG is supplied from one end 102S1 of the separator 102 and flows toward the other end 102S2 opposed to the one end 102S1 along the surface direction of the separator 102 (see FIG. 16B). ).
  • the inlet and the outlet of the cathode gas CG in each of the above components are constituted by the gap between the outer peripheral surface of each component and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the cathode gas CG passes through the cathode-side first inlet 102f and the cathode-side second inlet 102g of the separator 102 located in the lower part of FIG. 16B and flows into the flow path portion 102L of the separator 102.
  • the cathode gas CG after reacting at the cathode 101U flows out from the flow path portion 102L of the separator 102 located below in FIG. 16B in the state of exhaust gas, and the cathode side first outlet 102h of the separator 102, It passes through the cathode side second outlet 102i and the cathode side third outlet 102j and is discharged to the outside.
  • the grid spring 120 includes a first grid spring 120A disposed on the upstream side of the flow of the cathode gas CG, and a second grid spring 120B disposed on the downstream side of the flow of the cathode gas CG. And a third grid spring 120C disposed between the first grid spring 120A and the second grid spring 120B.
  • the grid spring 120 is formed of a flat substrate 125 and a plurality of elastically deformable upright pieces 130 (springs that can be elastically deformed so as to be cantilevered from the substrate 125). Equivalent to a member).
  • the rising pieces 130 function as springs that generate surface pressure between the substrate 125 and the power generation cell 101M and between the separator 102 and the metal support cell 101N by generating elastic force in the stacking direction Z (see FIG. 15).
  • the rising pieces 130 extend from the spring portion 132 in a direction away from the flat portion 131 joined to the separator 102, the spring portion 132 extending from the flat portion 131, and the flat portion 131.
  • the flat portion 131 is joined to the separator 102 in a state of surface contact with the separator 102.
  • the flat portion 131 and the separator 102 are joined by welding at the joint portion M.
  • the length of the flat portion 131 is larger than the width (width B0 of the bonding portion M) necessary for welding and bonding the flat portion 131 and the separator 102.
  • the spring portion 132 generates a resilient force for pressing the separator 102 toward the power generation cell 101M by bending and deforming under the force in the stacking direction Z.
  • the spring portion 132 includes a curved portion 132a curved in a direction away from the flat portion 131, and the curvature of the curved portion 132a is given corresponding to the required reaction force.
  • the pillar portion 133 extends in a direction away from the flat portion 131 along the stacking direction Z.
  • the abutment portion 134 extends from the flat portion 131 in a direction different from the direction in which the spring portion 132 extends.
  • the abutting portion 134 abuts against the vertical wall 102 r of the recess 102 y in a state where the flat portion 131 is in contact with the separator 102.
  • the flat portion 131 is joined to the separator 102 in a state where the abutting portion 134 abuts on the vertical wall 102 r of the recess 102 y.
  • the tip end of the abutment portion 134 is bent in the recess direction of the recess 102 y.
  • the bending angle of the tip of the abutting portion 134 is not particularly limited.
  • the distance between the tip of the abutting portion 134 and the flat portion 131 in the stacking direction Z is smaller than the depth of the recess 102y.
  • the auxiliary pillar portion 135 extends from the spring portion 132 toward the flat portion 131 along the stacking direction Z.
  • the width B ⁇ b> 1 of the auxiliary pillar portion 135 increases as it approaches the flat portion 131 from the spring portion 132.
  • the length of the auxiliary column stand portion 135 is adjusted such that a gap is formed between it and the separator 102 to which the flat portion 131 is joined in a state where the force in the stacking direction Z does not act on the grid spring 120. .
  • the spring portion 132 has an opening 132 b opening in the stacking direction Z.
  • the cross-sectional coefficient of the spring portion 132 increases with distance from the flat portion 131 due to the opening 132 b.
  • the opening 132 b is disposed at the center in the width direction of the spring portion 132.
  • the opening 132 b has a symmetrical shape with respect to the center line in the width direction of the spring portion 132.
  • the opening 132 b extends from the side connected to the flat portion 131 to the side connected to the pillar portion 133 in the spring portion 132.
  • the width B 2 of the opening 132 b decreases from the flat surface portion 131 toward the pillared portion 133.
  • the width B3 of the portion excluding the opening portion 132b increases from the flat portion 131 toward the pillar portion 133.
  • the auxiliary pillar portion 135 has a shape in which a part of the spring portion 132 is cut and bent.
  • the opening 132 b is formed together with the auxiliary pillar standing portion 135 by cutting and bending a part of the spring portion 132.
  • the recess 102y has a first vertical wall 102r1 intersecting the direction in which the abutment portion 134 extends (the direction indicated by symbol Y in FIG. 20B), and the abutment portion 134 extend. And a second vertical wall 102r2 extending in the direction of movement.
  • the abutment portion 134 abuts on the first vertical wall 102r1 and abuts on the second vertical wall 102r2, as shown in FIG. 20B.
  • the spring constant of the rising piece 130 of the first grid spring 120A (see FIG. 17A) is smaller than the spring constant of the rising piece 130 of the second grid spring 120B and the spring constant of the rising piece 130 of the third grid spring 120C.
  • the spring constant of the rising piece 130 of the first grid spring 120A, the spring constant of the rising piece 130 of the second grid spring 120B, and the spring constant of the rising piece 130 of the third grid spring 120C adjust, for example, the thickness of the rising piece 130 It can be adjusted by a method of changing the material of the grid spring 120 or the like. The adjustment is also possible by a method of changing the curvature of the curved portion 132a of the spring portion 132.
  • the fuel cell stack 100S has the electrolyte 101S sandwiched between the anode 101T and the cathode 101U from both sides, and the anode 101T is interposed between the power generation cell 101M that generates power using the supplied anode gas AG and cathode gas CG, and the power generation cell 101M. And a plurality of cell units 100T each having a flow path portion 102L which is a flow path of the cathode 101U and a separator 102 in conductive contact with the power generation cell 101M.
  • the cell unit 100T has a grid spring 120 including a rising piece 130 that generates a resilient force that presses the separator 102 toward the power generation cell 101M.
  • the rising pieces 130 extend from the flat portion 131 joined to the separator 102 in a state of surface contact with the separator 102 and from the flat portion 131, and are resiliently deformed by bending and receiving force in the stacking direction Z. And a spring portion 132 to be generated.
  • the upstanding pieces 130 are joined to the separator 102 in a state of surface contact with the separator 102 via the flat portion 131.
  • the contact area between the rising piece 130 and the separator 102 is increased as compared with the case where the rising piece 130 contacts the separator 102 at the end. Therefore, as compared with the case where the rising pieces 130 contact the separator 102 at the end, stress can be prevented from being concentrated at the contact point between the rising pieces 130 and the separator 102.
  • creep deformation of the rising pieces 130 can be prevented. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T, and the grid spring 120, it is possible to prevent the reduction in the power generation performance due to the creep deformation of the rising piece 130.
  • the fuel cell stack 100S is a solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) using solid oxide ceramics as the electrolyte 101S, the operating temperature is about 700 to 1000 ° C. Very expensive. For this reason, compared with the solid polymer membrane fuel cell, the rising piece 130 is relatively easy to be creep-deformed during operation. With the above configuration, the fuel cell stack 100S can maintain the power generation performance by restricting the creep deformation of the rising pieces 130 even in a long-term operation in a high temperature state.
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • the rising piece 130 is bonded to the separator 102 through the flat portion 131, so the end of the rising piece 130 is bonded to the separator 102. Unlike the case where it does not move, it can prevent that a slip arises between the standup piece 130 and the separator 102.
  • the posture of the substrate 125 is stabilized, and the distance between the power generation cell 101M and the separator 102 in conductive contact with the substrate 125 can be maintained at an appropriate distance. Therefore, the pressure loss of the cathode gas CG flowing between the power generation cell 101M and the separator 102 is reduced, and the power generation performance of the fuel cell 100 is improved. The effect is remarkable in the case where the fuel cell 100 is configured as a solid oxide fuel cell in which the operating temperature is high and the creep deformation of the upright piece 130 is likely to occur.
  • the spring portion 132 includes the curved portion 132a curved in the stacking direction Z.
  • the spring portion 132 can be configured by a simple configuration in which the bending portion 132a is bent. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the fuel cell 100 can be easily manufactured.
  • the bending of the curved portion 132a absorbs the displacement of the substrate 125 in the surface direction of the separator 102 (direction indicated by symbol Y in FIG. 17). it can.
  • the posture of the substrate 125 is stabilized, so that the distance between the power generation cell 101M and the separator 102 in conductive contact with the substrate 125 can be reliably maintained at an appropriate distance. Therefore, since the pressure loss of the cathode gas CG flowing between the power generation cell 101M and the separator 102 can be more reliably reduced, the power generation performance of the fuel cell 100 can be further improved.
  • the upright pieces 130 extend from the spring portion 132 in the direction away from the flat portion 131 along the direction intersecting the flat portion 131. It further has a part 133.
  • the pillar portion 133 can efficiently support the force in the stacking direction Z that acts on the erecting piece 130 from the power generation cell 101M.
  • the displacement of the power generation cell 101M in the stacking direction Z can be regulated more reliably. Therefore, the distance between the power generation cell 101M and the separator 102 in which the substrate 125 is in conductive contact can be reliably maintained by an appropriate distance. Therefore, since the pressure loss of the cathode gas CG flowing between the power generation cell 101M and the separator 102 can be more reliably reduced, the power generation performance of the fuel cell 100 can be further improved.
  • the pillars 133 extend in the stacking direction Z.
  • the pillared portion 133 can more efficiently support the force in the stacking direction Z that acts on the upright piece 130 from the power generation cell 101M. Thereby, the displacement of the power generation cell 101M in the stacking direction Z can be more reliably regulated.
  • the upstanding pieces 130 extend along the stacking direction Z in the auxiliary pillar standing portions 135 extending from the spring portions 132 toward the flat portion 131. Furthermore, it has.
  • the cell unit 100T and the grid spring 120 when the force in the stacking direction Z acts on the rising pieces 130, a part of the force in the stacking direction Z can be received by the auxiliary pillar portion 135. Thereby, even when the rising pieces 130 are creep-deformed, it is possible to prevent the rising pieces 130 from being excessively deformed along the stacking direction Z. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, it is possible to more reliably prevent the reduction in the power generation performance due to the creep deformation of the rising pieces 130.
  • the auxiliary pillar standing portion 135 has a shape in which a part of the spring portion 132 is cut and bent.
  • the auxiliary pillar portion 135 can be formed by cutting out a part of the spring portion 132. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the fuel cell 100 can be easily manufactured.
  • the spring portion 132 has an opening 132b opened in the cross direction.
  • the cross-sectional coefficient of the spring portion 132 increases with distance from the flat portion 131 due to the opening 132 b.
  • the bending rigidity of the spring portion 132 increases as the distance from the flat portion 131 increases.
  • the bending stress accompanying the bending deformation which originates in the location connected to the plane part 131 acts more uniformly. Therefore, since the stress acting on the spring portion 132 is dispersed, creep deformation of the spring portion 132 can be more reliably prevented.
  • the fuel cell stack 100S it is possible to more reliably prevent the reduction in the power generation performance due to the creep deformation of the rising piece 130.
  • the separator 102 has a recessed portion 102y recessed from the surface to which the rising pieces 130 are joined.
  • the erecting pieces 130 extend from the flat portion 131 in a direction different from the extending direction of the spring portion 132, and in a state in which the flat portion 131 is joined to the separator 102, butt against the vertical wall 102r of the recess 102y. It further has a contact portion 134.
  • the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T, and the grid spring 120 positioning of the rising pieces 130 in the surface direction of the separator 102 can be easily performed by contacting the butting portion 134 with the vertical wall 102r of the recess 102y. Can. Therefore, the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T and the grid spring 120 facilitate the manufacture of the fuel cell 100.
  • the tip end of the abutment portion 134 is bent in the recess direction of the recess 102y.
  • the butting portion 134 can be more reliably abutted on the vertical wall 102r of the recess 102y. Thereby, the positioning of the rising pieces 130 in the surface direction of the separator 102 can be performed more reliably. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, manufacturing of the fuel cell 100 becomes easier. Further, the cathode side protrusion 102 z can improve the rigidity of the separator 102 and increase the cross sectional area of the anode side flow passage.
  • the distance between the tip of the butting portion 134 and the flat portion 131 in the cross direction is smaller than the depth of the recess 102y.
  • the butting portion 134 can be more reliably abutted on the vertical wall 102r of the recess 102y. Thereby, the positioning of the rising pieces 130 in the surface direction of the separator 102 can be performed more reliably. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the manufacture of the fuel cell 100 is further facilitated.
  • the cathode gas CG is supplied from one end side constituting the outer periphery of the separator 102 between the power generation cell 101M and the separator 102.
  • the fluid flows in the surface direction of the separator 102 toward the other end opposite to one end.
  • the recess 102y has a first vertical wall 102r1 along the flow direction of the cathode gas CG and a second vertical wall 102r2 intersecting the flow direction of the gas.
  • the abutment portion 134 abuts on the first vertical wall 102r1 and abuts on the second vertical wall 102r2.
  • the cathode 134 is brought into contact with the first vertical wall 102r1 and the second vertical wall 102r2 is brought into contact with the cathode 134.
  • the flow direction of the gas CG and the position of the upright piece 130 in the direction intersecting the flow direction can be regulated.
  • the rising pieces 130 can be reliably positioned in the flow direction of the cathode gas CG and in the direction intersecting the flow direction. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the fuel cell 100 can be easily manufactured.
  • the length of the flat portion 131 is larger than the width necessary for welding the flat portion 131 and the separator 102 together.
  • the cell unit 100T and the grid spring 120, the flat portion 131 and the separator 102 can be joined by welding. Thereby, the conductivity between the plane portion 131 and the separator 102 can be ensured more reliably.
  • the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T, and the grid spring 120 have a plurality of upright pieces 130.
  • the plurality of upright pieces 130 are disposed along the surface direction of the separator 102.
  • the separators 102 can be uniformly pressed in the surface direction toward the power generation cell 101M by the plurality of rising pieces 130. Therefore, more uniform surface pressure can be applied more reliably between the power generation cell 101M and the separator 102. Therefore, the power generation performance of the fuel cell 100 is further improved.
  • the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T, and the grid spring 120 have a plurality of upright pieces 130 in which the flat portion 131 is joined to the separator 102.
  • the cathode gas CG is supplied from one end side constituting the outer periphery of the separator 102 between the power generation cell 101M and the separator 102, and faces the one end along the surface direction of the separator 102. It flows toward the other end.
  • the spring constant of one of the plurality of rising pieces 130 is smaller than the spring constant of another rising piece 130 disposed downstream of the cathode gas CG in the flow direction.
  • the thermal expansion of the rising pieces 130 is larger on the upstream side. Therefore, the thermal stress of the upstream rising piece 130 is larger than that of the downstream rising piece 130. According to the above configuration, even if the thermal stress of the upstream rising piece 130 is larger than that of the downstream rising piece 130, the stress acting on the rising piece 130 can be made more even. Therefore, creep deformation of the rising piece 130 can be further reliably prevented.
  • the rising pieces 130 are arranged in the same direction in the surface direction of the separator 102.
  • the grid spring 120 has the first standing pieces 130A, and the second standing pieces 130B arranged in a direction different from the first standing pieces 130A in the surface direction of the separator 102.
  • the fuel cell stack, the cell unit, and the grid spring according to the present modification can achieve the same effects as those of the above-described embodiment.
  • the grid spring 120 is divided into the first grid spring 121, the second grid spring 122, and the third grid spring 123. However, as shown in FIG. 22A, the grid spring 120 is not divided but in the form of a single spring.
  • the fuel cell stack, the cell unit and the grid spring according to the present modification not only have the same effects as the above embodiment but also can be easily installed at the time of grid spring loading to improve the assemblability. it can.
  • the spring constant of one of the plurality of upright pieces 130 is disposed downstream of the cathode gas CG in the flow direction.
  • the spring constant of the rising piece 130 is adjusted so as to be smaller than the spring constant of the piece 130.
  • the spring constant of the grid spring 120 can be adjusted by adjusting the shapes of the plurality of upright pieces 130.
  • the width B41 of one of the plurality of rising pieces 130 is greater than the width B42 of another rising piece 130 disposed downstream in the flow direction of the cathode gas CG.
  • the spring constant of the rising piece 130 can be adjusted not only by adjusting the width of the rising piece 130, but also by adjusting the degree of curvature of the curved portion 132a (see FIG. 19A), the size of the opening 132b, and the like.
  • the spring constant can be arbitrarily and finely adjusted for each place.
  • the shape of the cell unit 100T is not limited to the shape described in the embodiment and the modifications described above.
  • the cell unit 100T is shaped as illustrated in FIGS. 23A and 23B.
  • the contour shape of the cell unit 100T is a substantially rectangular shape.
  • the cathode side inlet 102f and the cathode side outlet 102h are arranged diagonally of the cell unit 100T.
  • the cathode gas CG flows from the cathode side inlet 102 f toward the cathode side outlet 102 h.
  • the fuel cell stack, cell unit, and grid spring according to this modification can not only achieve the same effects as the above-described embodiment, but also can make the flow more uniform.
  • substrate 125 of the grid spring 120 can be removed, and the further weight reduction can be achieved.

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Abstract

【課題】バネ部材のクリープ変形に起因した燃料電池の発電性能の低下を防止できるバネ部材、燃料電池ユニットおよび燃料電池スタックを提供する。 【解決手段】バネ部材１３０は、燃料電池スタック１００に用いるバネ部材であって、セパレータ１０２に面接触した状態においてセパレータに接合される平面部１３１と、平面部から延びており、セルユニットの積層方向Ｚの力を受けて曲げ変形することによって、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータを押圧する弾発力を発生させるバネ部１３２と、を有する

Description

バネ部材、燃料電池ユニットおよび燃料電池スタック
　本発明は、燃料電池スタックに用いるバネ部材、燃料電池ユニットおよび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、電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、発電セルとの間にガスの流通路である流路部を区画形成するとともに発電セルに導通接触するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層して構成される（例えば、特許文献１参照）。
　燃料電池スタックは、発電セルに向かってセパレータを押し付ける弾発力を発生させるバネ部材を有する。
特開２０１３－９７９８２号公報
　上記燃料電池スタックにおいて、バネ部材は、その端部において発電セルに向かってセパレータを押圧するため、当該端部に応力が集中して作用し易い。発電セルは、発電時に熱を放出するため、バネ部材は高温になる。バネ部材に応力が集中して作用した状態においてバネ部材が高温になると、バネ部材がクリープ変形し、発電セルにセパレータを押し付ける力が弱くなる可能性がある。その結果、発電セルとセパレータとの間の面圧が減少して集電抵抗が増加し、燃料電池の発電性能が低下する可能性があるという問題がある。
　本発明の目的は、バネ部材のクリープ変形に起因した燃料電池の発電性能の低下を防止できるバネ部材、燃料電池ユニットおよび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バネ部材は、燃料電池スタックに用いるバネ部材であって、セパレータに面接触した状態において前記セパレータに接合される平面部と、前記平面部から延びており、前記セルユニットの積層方向の力を受けて曲げ変形することによって、発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させるバネ部と、を有する。
第１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のセルユニットを分解して示す斜視図である。 図８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８の１０－１０線に沿うメタルサポートセルアッセンブリーの断面図である。 図８のセパレータをカソード側（図８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１１のセパレータを部分的（図１１中の領域１２）に示す斜視図である。 図８のセパレータをアノード側（図８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１３のセパレータを部分的（図１３中の領域１４）に示す斜視図である。 図８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１１中の領域１５）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。 実施形態に係るセルユニットについて、集電補助層を省略して示す平面図である。 実施形態に係るセルユニットについて、グリッドバネおよび集電補助層を省略して示す平面図である。 実施形態に係るグリッドバネの斜視図である。 実施形態に係るグリッドバネの斜視図である。 図１７Ａのセパレータを部分的（図１７Ａ中の領域１８Ｃ）に示す斜視図である。 図１５において破線１９Ａで囲む領域の拡大図である。 実施形態に係るグリッドバネの起立片を示す斜視図である。 図１７Ｂにおいて破線２０Ａで囲む領域の拡大斜視図である。 図１７Ｂにおいて破線２０Ａで囲む領域の拡大斜視図であって、突き当て部を凹部に突き当てた状態を示す図である。 変形例１に係る燃料電池の図１５に対応する断面図である。 変形例２に係るセルユニットについて、集電補助層を省略して示す平面図である。 図２２Ａにおいて破線２２Ｂで囲む領域の拡大図である。 変形例３に係るセルユニットについて、集電補助層を省略して示す平面図である。 変形例３に係るセルユニットについて、グリッドバネおよび集電補助層を省略して示す平面図である。
　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。
　（燃料電池１００の構成）
　燃料電池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、燃料電池スタック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。
　燃料電池スタック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。
　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（燃料電池ユニットに相当）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。
　セルユニット１００Ｔは、図８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、隣り合う発電セル１０１Ｍを隔てるセパレータ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封止部材１０４、一の発電セル１０１Ｍと導通接触するとともに、一の発電セル１０１Ｍに隣接する他の発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させるグリッドバネ１２０を含んでいる。
　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８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を構成している。セルユニット１００Ｔは、上下に隣り合う接合体１００Ｕと接合体１００Ｕの間に封止部材１０４を配置して構成している。
　以下、燃料電池スタック１００Ｓ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９および図１０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において、発電セル１０１Ｍは、図９および図１０に示すように、電解質１０１Ｓを燃料極側の電極（アノード１０１Ｔ）と酸化剤極側の電極（カソード１０１Ｕ）で挟み込んで構成している。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は、一対のメタルサポートセル１０１Ｎと、一対の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アッセンブリー１０１において、発電セル１０１Ｍは、図９および図１０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。
　電解質１０１Ｓは、図９および図１０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。
　アノード１０１Ｔは、図９および図１０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。
　カソード１０１Ｕは、図９および図１０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。
　サポートメタル１０１Ｖは、図９および図１０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９および図１０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９および図１０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９および図１０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９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９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９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１５に示すように、発電セル１０１Ｍとの間にアノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧの流通路である流路部１０２Ｌを区画形成する。セパレータ１０２は、メタルサポートセル１０１Ｎに導通接触する。
　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、一対の流路部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８および図１１～図１５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１２、図１４および図１５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平坦部１０２ｘから下方に凹むように、凹部１０２ｙを一定の間隔で設けている。凹部１０２ｙは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。凹部１０２ｙは、セパレータ１０２の下端から下方に向かって凹んでいる。流路部１０２Ｌは、図１２、図１４および図１５に示すように、平坦部１０２ｘから上方に突出するように、凸部１０２ｚを一定の間隔で設けている。凸部１０２ｚは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。凸部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、凹部１０２ｙと凸部１０２ｚを、平坦部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１５に示すように、流路部１０２Ｌと、その下方（図１５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１３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１３および図１４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１３および図１４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１２および図１５に示すように、流路部１０２Ｌと、その上方（図１５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１１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１１および図１２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１２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８、図１１および図１３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。
　グリッドバネ１２０は、図８および図１５に示すように、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する。グリッドバネ１２０は、集電補助層１０３を介して発電セル１０１Ｍと導通接触する。
　集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍとグリッドバネ１２０との間にカソードガスＣＧを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、発電セル１０１Ｍとグリッドバネ１２０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、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、図８に示すように、セルフレーム１０１Ｗとセパレータ１０２との間に配置され、セルフレーム１０１Ｗ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。
　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。
　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、燃料電池スタック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、燃料電池スタック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、燃料電池スタック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、燃料電池スタック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、燃料電池スタック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燃料電池スタック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の内側面と燃料電池スタック１００Ｓの側面との隙間の部分によって、燃料電池スタック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１００Ｓにおけるガスの流れ）
　図１６Ａは、燃料電池スタック１００Ｓ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。図１６Ｂは、燃料電池スタック１００Ｓ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。
　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１６Ａにおいて、図１６Ａ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１６Ａ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１６Ａ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１６Ａ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。カソードガスＣＧは、セパレータ１０２の一の端部１０２Ｓ１から供給されるとともに、セパレータ１０２の面方向に沿って、一の端部１０２Ｓ１に対向する他の端部１０２Ｓ２に向かって流動する（図１６Ｂ参照）。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１６Ｂにおいて、図１６Ｂ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１６Ｂ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。
　（グリッドバネ１２０）
　グリッドバネ１２０は、図１７Ａに示すように、カソードガスＣＧの流れの上流側に配置される第１グリッドバネ１２０Ａと、カソードガスＣＧの流れの下流側に配置される第２グリッドバネ１２０Ｂと、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂとの間に配置される第３グリッドバネ１２０Ｃと、を有する。
　グリッドバネ１２０は、図１８Ａ～図１８Ｃおよび図１９Ａに示すように、平坦な基板１２５と、基板１２５から片持ち梁となるように起立させて形成し弾性変形可能な複数の起立片１３０（バネ部材に相当）を有する。
　起立片１３０は、積層方向Ｚに弾発力を発生させることによって、基板１２５と発電セル１０１Ｍとの間およびセパレータ１０２とメタルサポートセル１０１Ｎとの間に面圧を生じさせるバネとして機能する（図１５参照）。
　起立片１３０は、図１９Ａに示すように、セパレータ１０２に接合される平面部１３１と、平面部１３１から延びているバネ部１３２と、平面部１３１から遠ざかる方向に向かってバネ部１３２から延びている柱立部１３３と、凹部１０２ｙ（溝部に相当）の縦壁１０２ｒに突き当てられる突き当て部１３４と、平面部１３１に近づく方向に向かってバネ部１３２から延びている補助柱立部１３５と、を有する。
　平面部１３１は、セパレータ１０２に面接触した状態においてセパレータ１０２に接合される。平面部１３１とセパレータ１０２とは、接合部Ｍにおいて溶接接合されている。平面部１３１の長さは、当該平面部１３１とセパレータ１０２とを溶接接合するために必要な幅（接合部Ｍの幅Ｂ０）よりも大きい。
　バネ部１３２は、積層方向Ｚの力を受けて曲げ変形することによって、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる。
　バネ部１３２は、平面部１３１から離れる方向に向かって湾曲した湾曲部１３２ａを備え、当該湾曲部１３２ａの曲率は必要な反力に対応して付与されている。
　柱立部１３３は、積層方向Ｚに沿って平面部１３１から離れる方向に向かって延びている。
　突き当て部１３４は、バネ部１３２の延びている方向とは異なる方向に向かって平面部１３１から延びている。突き当て部１３４は、セパレータ１０２に平面部１３１が接触した状態において凹部１０２ｙの縦壁１０２ｒに突き当てられる。平面部１３１は、突き当て部１３４が凹部１０２ｙの縦壁１０２ｒに突き当てられた状態において、セパレータ１０２に接合される。
　突き当て部１３４の先端は、凹部１０２ｙの凹み方向に向かって屈曲している。突き当て部１３４の先端の屈曲角度は特に限定されない。積層方向Ｚにおける突き当て部１３４の先端と平面部１３１との間の距離は、凹部１０２ｙの深さよりも小さい。
　補助柱立部１３５は、積層方向Ｚに沿って平面部１３１に近づく方向に向かってバネ部１３２から延びている。
　補助柱立部１３５の幅Ｂ１は、バネ部１３２から平面部１３１に近づくにつれて大きくなっている。補助柱立部１３５の長さは、グリッドバネ１２０に積層方向Ｚの力が作用していない状態において、平面部１３１が接合されているセパレータ１０２との間に隙間ができるように調整されている。
　バネ部１３２は、積層方向Ｚに開口する開口部１３２ｂを有する。バネ部１３２の断面係数は、開口部１３２ｂによって、平面部１３１から遠ざかるにつれて大きくなっている。
　開口部１３２ｂは、バネ部１３２の幅方向における中央に配置されている。開口部１３２ｂは、バネ部１３２の幅方向における中心線に対して対称な形状を備える。開口部１３２ｂは、バネ部１３２において、平面部１３１に接続された側から柱立部１３３に接続された側に向かって延びている。開口部１３２ｂの幅Ｂ２は、平面部１３１から柱立部１３３に向かうにつれて小さくなっている。
　バネ部１３２において、開口部１３２ｂを除いた部分の幅Ｂ３は、平面部１３１から柱立部１３３に向かうにつれて大きくなっている。
　補助柱立部１３５は、バネ部１３２の一部を切り欠いて折り曲げた形状を備える。開口部１３２ｂは、バネ部１３２の一部を切り欠いて折り曲げることによって、補助柱立部１３５とともに形成される。
　凹部１０２ｙは、図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、突き当て部１３４が延びている方向（図２０Ｂにおいて符号Ｙで示す方向）に交差する第１縦壁１０２ｒ１と、突き当て部１３４が延びている方向に沿う第２縦壁１０２ｒ２と、を有する。突き当て部１３４は、図２０Ｂに示すように、第１縦壁１０２ｒ１に突き当てられるとともに、第２縦壁１０２ｒ２に当接する。
　第１グリッドバネ１２０Ａ（図１７Ａ参照）の起立片１３０のバネ定数は、第２グリッドバネ１２０Ｂの起立片１３０のバネ定数および第３グリッドバネ１２０Ｃの起立片１３０のバネ定数よりも小さい。
　第１グリッドバネ１２０Ａの起立片１３０のバネ定数、第２グリッドバネ１２０Ｂの起立片１３０のバネ定数および第３グリッドバネ１２０Ｃの起立片１３０のバネ定数は、例えば、起立片１３０の板厚を調節する方法やグリッドバネ１２０の材質を変更する方法などによって調整可能である。また、バネ部１３２の湾曲部１３２ａの曲率を変える方法によっても調整可能である。
　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１００Ｓは、電解質１０１Ｓを両側からアノード１０１Ｔおよびカソード１０１Ｕで狭持してなり、供給されたアノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧによって発電する発電セル１０１Ｍと、発電セル１０１Ｍとの間にアノード１０１Ｔおよびカソード１０１Ｕの流通路である流路部１０２Ｌを区画形成するとともに発電セル１０１Ｍに導通接触するセパレータ１０２と、を有するセルユニット１００Ｔを複数積層して構成される。セルユニット１００Ｔは、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる起立片１３０を備えたグリッドバネ１２０を有する。起立片１３０は、セパレータ１０２に面接触した状態においてセパレータ１０２に接合される平面部１３１と、平面部１３１から延びており、積層方向Ｚの力を受けて曲げ変形することによって、弾発力を発生させるバネ部１３２と、を有する。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、起立片１３０は、平面部１３１を介してセパレータ１０２に面接触した状態でセパレータ１０２に接合される。これにより、起立片１３０が端部においてセパレータ１０２に接触する場合と比較して、起立片１３０とセパレータ１０２との間の接触面積が増加する。そのため、起立片１３０が端部においてセパレータ１０２に接触する場合と比較して、起立片１３０とセパレータ１０２との間の接触箇所において応力が集中して作用することを防止できる。その結果、発電セル１０１Ｍが発電時に熱を放出することに起因して起立片１３０が高温になった場合であっても、起立片１３０のクリープ変形を防止できる。従って、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、起立片１３０のクリープ変形に起因した発電性能の低下を防止できる。
　特に、本実施形態に係る燃料電池スタック１００Ｓは、電解質１０１Ｓとして固体酸化物セラミックスを用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）であるため、稼働温度が約７００～１０００℃と非常に高い。このため、固体高分子膜形燃料電池に比べて、稼働時に起立片１３０が比較的クリープ変形し易い。上記構成により、燃料電池スタック１００Ｓは、高温状態での長期間の運転においても、起立片１３０のクリープ変形を規制して、発電性能を維持できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、起立片１３０が、平面部１３１を介してセパレータ１０２に接合されるから、起立片１３０の端部がセパレータ１０２に接合されていない場合とは異なり、起立片１３０とセパレータ１０２との間で滑りが生じることを防止できる。これにより、基板１２５の姿勢が安定するため、基板１２５が導通接触する発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間の間隔を適正な間隔に維持できる。そのため、当該発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間を流動するカソードガスＣＧの圧力損失が減少して、燃料電池１００の発電性能が向上する。当該効果は、稼働温度が高く起立片１３０のクリープ変形が生じ易い固体酸化物形燃料電池として燃料電池１００を構成する場合において顕著である。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、バネ部１３２は、積層方向Ｚに向かって湾曲した湾曲部１３２ａを備える。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、湾曲部１３２ａを湾曲させるという簡便な構成によってバネ部１３２を構成できる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、燃料電池１００の製造が容易になる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、湾曲部１３２ａが湾曲することによって、セパレータ１０２の面方向（図１７において符号Ｙで示す方向）における基板１２５の変位を吸収できる。これにより、基板１２５の姿勢が安定するため、基板１２５が導通接触する発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間の間隔を適正な間隔により確実に維持できる。そのため、当該発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間を流動するカソードガスＣＧの圧力損失をより確実に減少させることができるから、燃料電池１００の発電性能をより向上させることができる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、起立片１３０は、平面部１３１に交差する方向に沿って平面部１３１から離れる方向に向かってバネ部１３２から延びている柱立部１３３をさらに有する。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、柱立部１３３によって、発電セル１０１Ｍから起立片１３０に作用する積層方向Ｚの力を効率よく支持できる。これにより、積層方向Ｚにおける発電セル１０１Ｍの変位をより確実に規制できる。そのため、基板１２５が導通接触する発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間の間隔を適正な間隔により確実に維持できる。そのため、当該発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間を流動するカソードガスＣＧの圧力損失をより確実に減少させることができるから、燃料電池１００の発電性能をより向上させることができる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、柱立部１３３は、積層方向Ｚに延びている。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、柱立部１３３によって、発電セル１０１Ｍから起立片１３０に作用する積層方向Ｚの力をさらに効率よく支持できる。これにより、積層方向Ｚにおける発電セル１０１Ｍの変位をさらに確実に規制できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、起立片１３０は、積層方向Ｚに沿って平面部１３１に近づく方向に向かってバネ部１３２から延びている補助柱立部１３５をさらに有する。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、積層方向Ｚの力が起立片１３０に作用した際に、積層方向Ｚの力の一部を補助柱立部１３５によって受けられる。これにより、起立片１３０がクリープ変形した場合であっても、積層方向Ｚに沿って起立片１３０が過度に変形することを防止できる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、起立片１３０のクリープ変形に起因した発電性能の低下をさらに確実に防止できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、補助柱立部１３５は、バネ部１３２の一部を切り欠いて折り曲げた形状を備える。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、バネ部１３２の一部を切り欠くことによって、補助柱立部１３５を形成できる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、燃料電池１００の製造が容易になる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、バネ部１３２は、交差方向に開口する開口部１３２ｂを有する。バネ部１３２の断面係数は、開口部１３２ｂによって、平面部１３１から遠ざかるにつれて大きくなっている。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、バネ部１３２の曲げ剛性が、平面部１３１から遠ざかるにつれて大きくなる。これにより、バネ部１３２において、平面部１３１に接続された箇所を起点とする曲げ変形に伴う曲げ応力がより均等に作用する。そのため、バネ部１３２に作用する応力が分散されるから、バネ部１３２のクリープ変形をより確実に防止できる。その結果、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、起立片１３０のクリープ変形に起因した発電性能の低下をさらに確実に防止できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、セパレータ１０２は、起立片１３０が接合される面から凹んだ凹部１０２ｙを有する。起立片１３０は、バネ部１３２の延びている方向とは異なる方向に向かって平面部１３１から延びており、セパレータ１０２に平面部１３１が接合した状態において凹部１０２ｙの縦壁１０２ｒに突き当てられる突き当て部１３４をさらに有する。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、凹部１０２ｙの縦壁１０２ｒに突き当て部１３４を当接することによって、セパレータ１０２の面方向における起立片１３０の位置決めを容易に行うことができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、燃料電池１００の製造が容易になる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、突き当て部１３４の先端は、凹部１０２ｙの凹み方向に向かって屈曲している。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、凹部１０２ｙの縦壁１０２ｒに突き当て部１３４をより確実に当接させることができる。これにより、セパレータ１０２の面方向における起立片１３０の位置決めをより確実に行うことができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、燃料電池１００の製造がより容易になる。また、かかるカソード側突起１０２ｚはセパレータ１０２の剛性を向上させるとともにアノード側流路の断面積を増加することができる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、交差方向における突き当て部１３４の先端と平面部１３１との間の距離は、凹部１０２ｙの深さよりも小さい。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、凹部１０２ｙの縦壁１０２ｒに突き当て部１３４をさらに確実に当接させることができる。これにより、セパレータ１０２の面方向における起立片１３０の位置決めをさらに確実に行うことができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、燃料電池１００の製造がさらに容易になる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、カソードガスＣＧは、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間において、セパレータ１０２の外周を構成する一の端部側から供給されるとともに、セパレータ１０２の面方向に沿って、一の端部に対向する他の端部側に向かって流動する。凹部１０２ｙは、カソードガスＣＧの流れ方向に沿う第１縦壁１０２ｒ１と、ガスの流れ方向に交差する第２縦壁１０２ｒ２と、を有する。突き当て部１３４は、第１縦壁１０２ｒ１に突き当てられるとともに、第２縦壁１０２ｒ２に当接する。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第１縦壁１０２ｒ１に突き当て部１３４を当接させるとともに第２縦壁１０２ｒ２に突き当て部１３４を当接させることによって、カソードガスＣＧの流れ方向および当該流れ方向に交差する方向における起立片１３０の位置を規制できる。これにより、カソードガスＣＧの流れ方向および当該流れ方向に交差する方向における起立片１３０の位置決めを確実に行うことができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、燃料電池１００の製造が容易になる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０において、平面部１３１の長さは、当該平面部１３１とセパレータ１０２とを溶接接合するために必要な幅よりも大きい。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、平面部１３１とセパレータ１０２とを溶接接合できる。これにより、平面部１３１とセパレータ１０２との間の導電性をより確実に確保できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０は、起立片１３０を複数有する。そして、複数の起立片１３０は、セパレータ１０２の面方向に沿って配置されている。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、複数の起立片１３０によって、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を面方向において均等に押圧することができる。そのため、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間により均一な面圧をより確実に作用させることができる。そのため、燃料電池１００の発電性能がより向上する。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０は、セパレータ１０２に平面部１３１が接合された複数の起立片１３０を有する。カソードガスＣＧは、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間において、セパレータ１０２の外周を構成する一の端部側から供給されるとともに、セパレータ１０２の面方向に沿って、一の端部に対向する他の端部側に向かって流動する。複数の起立片１３０のうちの一の起立片１３０のバネ定数は、カソードガスＣＧの流れ方向の下流側に配置された他の起立片１３０のバネ定数よりも小さい。
　起立片１３０の温度は、カソードガスＣＧの上流側から下流側に向かって低くなるから、起立片１３０の熱膨張は上流側の方が大きい。そのため、上流側の起立片１３０の熱応力は下流側の起立片１３０と比較して大きい。上記構成によれば、上流側の起立片１３０の熱応力は下流側の起立片１３０と比較して大きい場合であっても、起立片１３０に作用する応力をより均等にできる。そのため、起立片１３０のクリープ変形をさらに確実に防止できる。
　（変形例１）
　上述した実施形態では、起立片１３０は、セパレータ１０２の面方向において同じ向きに配置された。しかしながら、グリッドバネ１２０は、図２１に示すように、第１起立片１３０Ａと、セパレータ１０２の面方向において、第１起立片１３０Ａとは異なる向きに配置される第２起立片１３０Ｂと、を有することによって、より均等な押圧力を得ることができる。
　なお、本変形例に係る燃料電池スタック、セルユニットおよびグリッドバネによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するのは当然である。
　（変形例２）
　上述した実施形態および変形例では、グリッドバネ１２０は、第１グリッドバネ１２１、第２グリッドバネ１２２および第３グリッドバネ１２３に分割されていた。しかしながら、図２２Ａに示すように、グリッドバネ１２０は、分割するのではなく、一枚のバネの形態としている。
　当該本変形例に係る燃料電池スタック、セルユニットおよびグリッドバネによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するだけでなく、グリッドバネ装填時の設置が容易にでき組付け性を向上させることができる。
　なお、グリッドバネ１２０が分割されていない形態であっても、複数の起立片１３０のうちの一の起立片１３０のバネ定数が、カソードガスＣＧの流れ方向の下流側に配置された他の起立片１３０のバネ定数よりも小さくなるように、起立片１３０のバネ定数を調整している。
　具体的には、複数の起立片１３０の形状を調整することによって、グリッドバネ１２０のバネ定数を調整できる。例えば、図２２Ｂに示すように、複数の起立片１３０のうちの一の起立片１３０の幅Ｂ４１を、カソードガスＣＧの流れ方向の下流側に配置された他の起立片１３０の幅Ｂ４２よりも小さくすることによって、起立片１３０のバネ定数を調整できる。起立片１３０の幅の調整に限らず、湾曲部１３２ａ（図１９Ａ参照）の湾曲具合や開口部１３２ｂの大きさ等の調整によっても、起立片１３０のバネ定数を調整することが可能である。
　これらにより本実施例ではバネ定数を任意かつ微妙に場所毎に調整することができる。
　（変形例３）
　セルユニット１００Ｔの形状は、上述した実施形態および変形例において説明した形状に限定されない。例えば、セルユニット１００Ｔの形状を、図２３Ａおよび図２３Ｂに図示するような形状にしている。
　図２３Ａおよび図２３Ｂに図示する例では、セルユニット１００Ｔの輪郭形状は、略矩形形状である。カソード側流入口１０２ｆとカソード側流出口１０２ｈは、セルユニット１００Ｔの対角線上に配置されている。カソードガスＣＧは、カソード側流入口１０２ｆからカソード側流出口１０２ｈに向かって流れる。
　本変形例に係る燃料電池スタック、セルユニットおよびグリッドバネによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するだけでなく流れもより均一にすることができる。
　なお、グリッドバネ１２０の基板１２５における平坦な部分の集電補助層１０３を除去してさらなる軽量化を図ることができる。
　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。
　本出願は、２０１７年９月２２日に出願された日本国特許出願第２０１７－１８２９７９号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
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（燃料電池ユニット）、
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、
１０１Ｍ　発電セル、
１０１Ｎ　メタルサポートセル、
１０１Ｓ　電解質、
１０１Ｔ　アノード（電極）、
１０１Ｕ　カソード（電極）、
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、
１０２Ｌ　流路部、
１０２Ｓ１、１０２Ｓ２　セパレータの端部、
１０２ｐ　外縁、
１０２ｑ　溝、
１０２ｒ１　第１縦壁、
１０２ｒ２　第２縦壁、
１０２ｘ　平坦部、
１０２ｙ　アノード側突起（溝部）、
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、
１２０　　グリッドバネ、
１３０　　起立片（バネ部材）、
１３１　　平面部、
１３２　　バネ部、
１３２ａ　湾曲部、
１３２ｂ　開口部、
１３３　　柱立部、
１３４　　突き当て部、
１３５　　補助柱立部、
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 (16)

  1. 　電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記発電セルに導通接触するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタックに用いるバネ部材であって、
    　前記セパレータに面接触した状態において前記セパレータに接合される平面部と、前記平面部から延びており、前記燃料電池ユニットの積層方向の力を受けて曲げ変形することによって、前記発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させるバネ部と、を有するバネ部材。
  2. 　前記バネ部は、前記積層方向に向かって湾曲した湾曲部を備える、請求項１に記載のバネ部材。
  3. 　前記バネ部材は、前記平面部に交差する方向に沿って前記平面部から離れる方向に向かって前記バネ部から延びている柱立部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載のバネ部材。
  4. 　前記柱立部は、前記積層方向に沿って延びている、請求項３に記載のバネ部材。
  5. 　前記バネ部材は、前記積層方向に沿って前記平面部に近づく方向に向かって前記バネ部から延びている補助柱立部をさらに有する、請求項３または請求項４に記載のバネ部材。
  6. 　前記補助柱立部は、前記バネ部の一部を切り欠いて折り曲げた形状を備える、請求項５に記載のバネ部材。
  7. 　前記バネ部は、前記積層方向に開口する開口部を有し、
    　前記バネ部の断面係数は、前記開口部によって、前記平面部から遠ざかるにつれて大きくなっている、請求項１～６のいずれか１項に記載のバネ部材。
  8. 　前記平面部の長さは、当該平面部と前記セパレータとを溶接接合するために必要な幅よりも大きい、請求項１～７のいずれか１項に記載のバネ部材。
  9. 　電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記発電セルに導通接触するセパレータと、請求項１～８のいずれか１項に記載のバネ部材と、を有する燃料電池ユニット。
  10. 　前記セパレータは、前記バネ部材が接合される面から凹んだ溝部を有し、
    　前記バネ部材は、前記バネ部の延びている方向とは異なる方向に向かって前記平面部から延びており、前記セパレータに前記平面部が接触した状態において前記溝部の縦壁に突き当てられる突き当て部をさらに有する、請求項９に記載の燃料電池ユニット。
  11. 　前記突き当て部の先端は、前記溝部の凹み方向に向かって屈曲している、請求項１０に記載の燃料電池ユニット。
  12. 　前記積層方向における前記突き当て部の先端と前記平面部との間の距離は、前記溝部の深さよりも小さい、請求項１１に記載の燃料電池ユニット。
  13. 　前記溝部は、前記突き当て部が延びている方向に交差する第１縦壁と、前記突き当て部が延びている方向に沿う第２縦壁と、を有し、
    　前記突き当て部は、前記第１縦壁に突き当てられるとともに、前記第２縦壁に当接する、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の燃料電池ユニット。
  14. 　前記セパレータの面方向に沿って配置された複数の前記バネ部材を有する、請求項９～１３のいずれか１項に記載の燃料電池ユニット。
  15. 　請求項９～１４のいずれか１項に記載の燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタック。
  16. 　前記セパレータの面方向に沿って配置された複数の前記バネ部材を有し、
    　前記ガスは、前記発電セルと前記セパレータとの間において、前記セパレータの外周を構成する一の端部側から供給されるとともに、前記セパレータの面方向に沿って、一の端部に対向する他の端部側に向かって流動し、
    　複数の前記バネ部材のうちの一の前記バネ部材のバネ定数は、前記ガスの流れ方向の下流側に配置された他の前記バネ部材のバネ定数よりも小さい、請求項１５に記載の燃料電池スタック。
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