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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6850895
(24)【登録日】2021年3月10日
(45)【発行日】2021年3月31日
(54)【発明の名称】バネ部材、燃料電池ユニットおよび燃料電池スタック
(51)【国際特許分類】
H01M 8/247 20160101AFI20210322BHJP
H01M 8/248 20160101ALI20210322BHJP
H01M 8/2465 20160101ALI20210322BHJP
【ＦＩ】
H01M8/247
H01M8/248
H01M8/2465
【請求項の数】11
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2019-543507(P2019-543507)
(86)(22)【出願日】2018年8月28日
(86)【国際出願番号】JP2018031818
(87)【国際公開番号】WO2019058901
(87)【国際公開日】20190328
【審査請求日】2020年1月28日
(31)【優先権主張番号】特願2017-182979(P2017-182979)
(32)【優先日】2017年9月22日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000004640
【氏名又は名称】日本発條株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】柳沼 基
(72)【発明者】
【氏名】安武 明
(72)【発明者】
【氏名】田島 典拓
(72)【発明者】
【氏名】川崎 公一
【審査官】
馳平 憲一
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１３−２２９２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−３１８８６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−２４８４６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１４０６５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｍ ８／０２４７、８／２４６５、８／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、を有し、
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と、
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と、をさらに有するバネ部材。
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、を有し、
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と、
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と、をさらに有するバネ部材。
【請求項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。
【請求項3】
前記柱立部は、前記積層方向に沿って延びている、請求項１または請求項２に記載のバネ部材。
【請求項4】
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１〜３のいずれか１項に記載のバネ部材。
【請求項5】
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１〜４のいずれか１項に記載のバネ部材。
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１〜４のいずれか１項に記載のバネ部材。
【請求項6】
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１〜５のいずれか１項に記載のバネ部材。
【請求項7】
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、バネ部材と、を有する燃料電池ユニットであって、
前記バネ部材は、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、を有し、
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と、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と、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し、
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、
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、燃料電池ユニット。
前記バネ部材は、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、を有し、
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と、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と、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し、
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、
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、燃料電池ユニット。
【請求項8】
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７に記載の燃料電池ユニット。
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７に記載の燃料電池ユニット。
【請求項9】
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７または請求項８に記載の燃料電池ユニット。
【請求項10】
請求項７〜９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。
【請求項11】
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１０に記載の燃料電池スタック。
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１０に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。【背景技術】
【0002】
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）。【0003】
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。【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３−９７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。【0006】
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。【課題を解決するための手段】
【0007】
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。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と、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と、をさらに有する。【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】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16A】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。
【図16B】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。
【図16C】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17A】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。
【図17B】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。
【図18A】実施形態に係るグリッドバネの斜視図である。
【図18B】実施形態に係るグリッドバネの斜視図である。
【図19B】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22A】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23A】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。
【図23B】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。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。【0010】
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。【0011】
（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。
【0012】
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。【0013】
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。【0014】
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。【0015】
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。【0016】
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。【0017】
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。【0018】
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。【0019】
以下、燃料電池スタック１００Ｓを構成毎に説明する。【0021】
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。【0022】
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。【0023】
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。【0024】
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。【0025】
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。【0026】
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。【0027】
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。【0028】
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。【0029】
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。【0030】
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。【0031】
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。【0032】
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。【0033】
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。【0034】
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。【0036】
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。【0037】
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。【0038】
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。【0039】
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。【0040】
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。【0042】
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。【0043】
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。【0044】
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。【0045】
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。【0046】
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。【0047】
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。【0048】
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。【0050】
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。【0051】
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。【0053】
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。【0055】
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。【0057】
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。【0058】
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。【0060】
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。【0061】
（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。
【0062】
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。【0063】
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。【0064】
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。【0065】
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。【0066】
（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。
【0067】
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。【0068】
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）。【0069】
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。【0070】
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。【0071】
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。【0072】
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。【0073】
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。【0074】
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。【0075】
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。【0076】
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。【0077】
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。【0078】
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。【0079】
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。【0080】
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。【0081】
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。【0082】
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。【0083】
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。【0084】
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。【0085】
以上説明した実施形態の作用効果を説明する。【0086】
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。【0087】
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。【0088】
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。【0089】
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。【0090】
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。【0091】
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。【0092】
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。【0093】
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。【0094】
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。【0095】
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。【0096】
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。【0097】
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。【0098】
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。【0099】
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。【0100】
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。【0101】
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。【0102】
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。【0103】
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。【0104】
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。【0105】
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。【0106】
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。【0107】
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。【0108】
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。【0109】
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。【0110】
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。【0111】
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。【0112】
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。【0113】
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。【0114】
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。【0115】
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。【0116】
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。【0117】
（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。
【0118】
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。【0119】
（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。
【0120】
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。【0121】
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。【0122】
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。【0123】
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。【0124】
（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。
【0125】
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。【0126】
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。【0127】
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。【0128】
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。【0129】
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。【符号の説明】
【0130】
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。