特許 7552082 燃料電池スタック

(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】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】燃料電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2483 20160101AFI20240910BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240910BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2483

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M8/2465

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020101637

(22)【出願日】2020-06-11

(65)【公開番号】P2021197243

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-04-04

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】柳沼 基

(72)【発明者】

【氏名】安武 明

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０４５３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６６１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６２５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３０６３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４７４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料入口マニホールドと第１集電板と第１エンドプレートと複数のセルとを備え、前記第１集電板にシステム側へ送電するバスバーに接続するための集電端子が設けられた固体酸化物形燃料電池スタックであり、
前記集電端子と連結され、前記燃料入口マニホールドの内部に配置される放熱部材を有し、前記セルは前記燃料入口マニホールドと連通する流入口を含むセパレータを備える、燃料電池スタック。

【請求項2】

前記燃料入口マニホールドに対応する燃料出口マニホールドと、
複数の前記セルを積層した積層セルと、
前記積層セルを挟むように前記第１集電板および前記第１エンドプレートに対応して設けられる第２集電板および第２エンドプレートと、をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池スタック。

【請求項3】

前記放熱部材は、前記燃料入口マニホールドの入口側に、前記燃料入口マニホールド内の燃料の温度を均一にするための乱流発生手段を備える、請求項１または２に記載の燃料電池スタック。

【請求項4】

前記放熱部材の放熱面積は、基端側から先端側に向かって変化する、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。

【請求項5】

前記放熱部材の先端側の放熱面積は、前記放熱部材の基端側の放熱面積より大きい、請求項４に記載の燃料電池スタック。

【請求項6】

前記放熱部材の長さは、前記燃料入口マニホールドの長さの半分以上である、請求項１～５のいずれか１項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関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、燃料電池として固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている。固体酸化物形燃料電池は、運転温度が高温（６５０度程度）であるため、燃料マニホールド内の燃料の温度を高温にする必要がある。そのため、例えば、下記特許文献１の燃料電池スタックには、投入燃料を昇温させることができる機器が導入されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－１７７８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池スタックによれば、温度管理手段として加熱器をさらに設ける必要がある。そのため、特許文献１に記載された温度管理手段を導入した場合、燃料電池システムがより大型になってしまい、燃料電池システムのレイアウト性が低下する虞がある。

【0005】

そこで、本発明の目的は、燃料電池システムのレイアウト性を向上することのできる燃料電池スタックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の燃料電池スタックは、燃料入口マニホールドと第１集電板と第１エンドプレートと複数のセルとを備え、前記第１集電板にシステム側へ送電するバスバーに接続するための集電端子が設けられた固体酸化物形燃料電池スタックであり、前記集電端子と連結され、前記燃料入口マニホールドの内部に配置される放熱部材を有する。セルは燃料入口マニホールドと連通する流入口を含むセパレータを備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、放熱部材によって燃料入口マニホールド内の燃料が効率よく加熱されるとともに、燃料入口マニホールド内の燃料が効率よく加熱される。そのため、本発明の燃料電池スタックは、投入燃料を昇温させるための格別な装置を備えていない。したがって、本発明によれば、燃料電池システムを小型化することができ、燃料電池システムのレイアウト性を向上することのできる燃料電池スタックを提供することができる。

【0008】

さらに本発明によれば、放熱部材は、システム（ＦＣＣシステムともいう、ＦＣＣ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ。以下、「電気制御部」と称する。）側へ送電するバスバーに接続するための集電端子と連結されているため、放熱部材は、集電端子の放熱によってバスバーの温度を抑制することができる。

【0009】

また、固体酸化物形燃料電池は、先に述べたように運転温度が高温であるため、バスバーの温度が燃料電池スタックからの熱伝導によって高温になってしまうが、電気制御部には高温のバスバーを接続することができない。一方で、本発明の放熱部材によれば、集電端子の放熱によってバスバーの温度を抑制することができるため、本発明にかかる燃料電池スタックシステムは、バスバーの温度を下げるためのバスバーの長さを確保する必要がなくなり、バスバーの長さを抑えることができる。したがって、本発明によれば、燃料電池システムを小型化することができ、燃料電池システムのレイアウト性を向上することのできる燃料電池スタックを提供することができる。

【0010】

また、バスバーの温度を下げる方法として燃料入口マニホールドの上流側からバスバーに接続される集電端子よりも低温の燃料を投入する場合、該燃料と集電端子との間で熱交換させることによって、バスバーの温度を下げつつ、燃料入口マニホールド内の燃料を加熱することができる。しかしながら、この方法によれば、燃料入口マニホールドの上流側と下流側との間で該燃料の温度の差が生じてしまうため、燃料電池スタックの発電性能が下がってしまう虞がある。一方で、本発明の放熱部材によれば、燃料入口マニホールドの内部に配置されるため、燃料入口マニホールド内の燃料を効率よく加熱することができる。したがって、本発明によれば、該燃料の温度の均一化を促進させることができる燃料電池スタックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を部分的に示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの構成を示す模式図である。

【図3】図２に示す燃料電池スタックの分解斜視図である。

【図4】積層セルを構成するセルユニットの分解斜視図である。

【図5】燃料入口マニホールドの内部に配置された放熱部材を示す斜視図である。

【図6】バスバーの温度を示す図である。

【図7】燃料入口マニホールドの内の燃料の温度分布を示す図である。

【図8A】放熱部材を燃料入口マニホールドの内部に配置しない場合における燃料電池スタックの内の燃料の温度分布を示す図である。

【図8B】放熱部材を燃料入口マニホールドの内部に配置する場合における燃料電池スタックの内の燃料の温度分布を示す図である。

【図9】放熱部材の変形例を示す斜視図である。

【図10】放熱部材の変形例を示す斜視図である。

【図11】放熱部材の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0013】

図１を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックシステムについて説明する。

【0014】

以下の説明の便宜のため、ＸＹＺ直交座標系を図中に示す。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向、Ｚ軸は上下方向にそれぞれ平行な軸を示す。

【0015】

図１に示すように、燃料電池システム１０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池スタック１００と、電力伝達の制御（燃料電池スタックからの電流を伝達・遮断する制御）を行う電気制御部２００と、を有する。燃料電池スタック１００と電気制御部２００とは、バスバー３００を介して連結されている。

【0016】

（燃料電池スタック１００）
図２、図３は、本実施形態に係る燃料電池スタック１００の構成を示す図である。燃料電池スタック１００は、図２に示すように、複数のセルモジュール１００Ｑを上下方向に積層して構成される。以下、図中にＺ軸で示す燃料電池スタック１００の上下方向を「積層方向」とも称する。また、セルモジュール１００Ｑを構成する各層の面方向は、ＸＹ面方向に相当する。

【0017】

燃料電池スタック１００は、図２に示すように、下部集電板１４０および上部集電板１５０によって挟み込んだスタック１００Ｐを、下部エンドプレート１６０および上部エンドプレート１７０によって挟み込んで保持して、その下端に外部から燃料（ガス）を供給する外部マニホールド１８０を配置して構成している。

【0018】

燃料電池スタック１００は、複数のセルモジュール１００Ｑ（「セル」に相当する）を積層して構成したスタック１００Ｐ（「積層セル」に相当する）を、セルユニット１００Ｒで発電された電力を外部に出力する下部集電板１４０と上部集電板１５０によって挟み込んで集電可能としている。なお、セルモジュール１００Ｑは、図４に示すセルユニット１００Ｒを積層して構成される。

【0019】

また、燃料電池スタック１００は、セルユニット１００Ｒ（図４を参照）の各々にアノードガスＡＧを供給する燃料入口マニホールド１９１の内部に配置された放熱部材１５２（図２を参照）を有している。放熱部材１５２は、上部集電板１５０に設けられ、バスバー３００と接続される集電端子１５１と連結される。なお、以下において燃料電池スタック１００を図２に示すようなプレート積層型の燃料電池として説明するが、燃料電池スタック１００は、上部集電板１５０、集電端子１５１、上部エンドプレート１７０、セルモジュール１００Ｑを有していればよく、下部集電板１４０や下部エンドプレート１６０を有さない構造であってもよい。

【0020】

（セルユニット１００Ｒ）
燃料電池スタック１００は、セルユニット１００Ｒに燃料を供給して発電を行う。セルユニット１００Ｒは、図４に示すように、サポートセルアッセンブリー１１０、燃料（ガス）の流路を区画形成する流路部１２１を備えるセパレータ１２０、および集電補助層１３０を積層して構成される。なお、サポートセルアッセンブリー１１０と集電補助層１３０との間に両者を導通接触させる接点材を配置してもよいし、集電補助層１３０を省く構造としてもよい。

【0021】

（サポートセルアッセンブリー１１０）
サポートセルアッセンブリー１１０は、図４に示すように、サポートセル１１１と、サポートセル１１１の周囲を囲曉して保持する導電性を備えたセルフレーム１１２と、を有する。

【0022】

サポートセル１１１は、アノード層、電解質層、カソード層を積層して構成する発電セル（図示省略）と、発電セルを支持するサポートメタル（図示省略）と、から構成され、発電セルは、供給されたアノードガスＡＧおよびカソードガス（図示省略）によって発電する。

【0023】

セルフレーム１１２は、図４に示すように、アノードガスＡＧが流通するアノードガス流入口１１２ａおよびアノードガス流出口１１２ｂと、カソードガス（図示省略）が流通するカソードガス流入口１１２ｃおよびカソードガス流出口１１２ｄと、を有している。

【0024】

（セパレータ１２０）
セパレータ１２０の流路部１２１は、図４に示すように、凹凸形状が一方向（Ｙ方向）に延在するように略直線状に形成されている。したがって、流路部１２１に沿って流れる燃料（ガス）の流れ方向は、Ｙ方向となる。

【0025】

セパレータ１２０は、アノードガスＡＧが流通するアノードガス流入口１２０ａおよびアノードガス流出口１２０ｂと、カソードガス（図示省略）が流通するカソードガス流入口１２０ｃおよびカソードガス流出口１２０ｄと、を有している。

【0026】

（集電補助層１３０）
集電補助層１３０は、ガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、サポートセル１１１とセパレータ１２０との電気的な接触を補助する。集電補助層１３０は、例えば、金網状のエキスパンドメタル等によって形成することができる。

【0027】

（下部集電板１４０）
下部集電板１４０は、セルユニット１００Ｒで発電された電力を外部に出力するものである。

【0028】

下部集電板１４０は、図２に示すように、スタック１００Ｐの下端に配置している。下部集電板１４０は、セルユニット１００Ｒと同様の外形形状からなる。下部集電板１４０は、外部の通電部材と接続される集電端子１４１を設けている。集電端子１４１は、下部集電板１４０の外縁を部分的に短手方向Ｘに突出させて積層方向Ｚに折り曲げることによって形成している。下部集電板１４０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１００Ｒの発電セルと対向する領域および集電端子１４１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１４０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

【0029】

下部集電板１４０は、セルユニット１００Ｒ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ガス流入口１４０ａおよびアノードガス流出口１４０ｂを対角線上に設けている（図３を参照）。また、下部集電板１４０は、セルユニット１００Ｒ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（図示省略）を通過させるカソードガス流入口１４０ｃおよびカソードガス流出口１４０ｄを対角線上に設けている（図３を参照）。

【0030】

（上部集電板１５０）
上部集電板１５０は、セルユニット１００Ｒで発電された電力を外部に出力するものである。

【0031】

上部集電板１５０は、図２に示すように、スタック１００Ｐの上端に配置している。上部集電板１５０は、下部集電板１４０と同様の外形形状からなる。上部集電板１５０は、外部の通電部材であるバスバー３００と接続される集電端子１５１を設けている。集電端子１５１は、上部集電板１５０の外縁を部分的に短手方向Ｘに突出させて積層方向Ｚに折り曲げることによって形成している。上部集電板１５０は、下部集電板１４０と異なり、燃料の流入口および排出口を設けていない。上部集電板１５０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１００Ｒの発電セルと対向する領域および集電端子１５１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１５０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

【0032】

（下部エンドプレート１６０）
下部エンドプレート１６０は、下部集電板１４０および上部集電板１５０によって挟み込まれたスタック１００Ｐを下方から保持するものである。

【0033】

下部エンドプレート１６０は、図２に示すように、下部集電板１４０の下方に配置している。下部エンドプレート１６０は、セルユニット１００Ｒと同様の外形形状からなる。下部エンドプレート１６０は、セルユニット１００Ｒよりも十分に厚く形成している。下部エンドプレート１６０は、例えば、金属からなり、下部集電板１４０と接触する上面を、絶縁材によって絶縁している。絶縁材は、例えば、下部エンドプレート１６０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

【0034】

下部エンドプレート１６０は、セルユニット１００Ｒ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ガス流入口１６０ａおよびアノードガス流出口１６０ｂを対角線上に設けている（図３を参照）。また、下部エンドプレート１６０は、セルユニット１００Ｒ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（図示省略）を通過させるカソードガス流入口１６０ｃおよびカソードガス流出口１６０ｄを対角線上に設けている（図３を参照）。

【0035】

（上部エンドプレート１７０）
上部エンドプレート１７０は、下部集電板１４０および上部集電板１５０によって挟み込まれたスタック１００Ｐを上方から保持するものである。

【0036】

上部エンドプレート１７０は、図２に示すように、上部集電板１５０の上方に配置している。上部エンドプレート１７０は、下部エンドプレート１６０と同様の外形形状からなる。上部エンドプレート１７０は、下部エンドプレート１６０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１７０は、例えば、金属からなり、上部集電板１５０と接触する下面を、絶縁材によって絶縁している。絶縁材は、例えば、上部エンドプレート１７０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。

【0037】

（外部マニホールド１８０）
外部マニホールド１８０は、外部から複数のセルユニット１００Ｒにガスを供給するものである。

【0038】

外部マニホールド１８０は、図２に示すように、下部エンドプレート１６０の下方に配置している。外部マニホールド１８０は、セルユニット１００Ｒと同様の外形形状からなる。外部マニホールド１８０は、下部エンドプレート１６０よりも十分に厚く形成している。外部マニホールド１８０は、例えば、金属からなる。

【0039】

外部マニホールド１８０は、セルユニット１００Ｒ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流入口１８０ａおよびアノード側流出口１８０ｂを設けている。外部マニホールド１８０は、セルユニット１００Ｒと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソード側流入口（図示省略）およびカソード側流出口（図示省略）を設けている。

【0040】

（燃料入口マニホールド１９１、燃料出口マニホールド１９２）
燃料入口マニホールド１９１は、アノード側流入口１８０ａから積層方向Ｚ方向に延びるアノードガス流入口（１１２ａ、１２０ａ、１４０ａ、１６０ａ）によって構成される。燃料入口マニホールド１９１から導入された燃料は、セパレータ１２０の流路部１２１へ導入され、アノードガス流出口（１１２ｂ、１２０ｂ、１４０ｂ、１６０ｂ）によって構成される燃料出口マニホールド１９２を通ってアノード側流出口１８０ｂに導出される。

【0041】

（放熱部材１５２）
放熱部材１５２は、集電端子１５１と連結され、燃料入口マニホールド１９１の内部に配置されている。放熱部材１５２は、図５に示すように略平板状であり、Ｚ軸に沿って延在する基幹部１５２ａと、基幹部１５２ａに沿って延在する平坦部１５２ｂと、平坦部１５２ｂに設けられた複数の孔部１５２ｈと、を有している。なお、孔部１５２ｈの形状は、先端側１５２Ｂから基端側１５２Ａにむかうにつれて大きくなるように設定されている限り特に限定されないが、円形であることが好ましい。

【0042】

放熱部材１５２は、放熱構造を有しているため、集電端子１５１と燃料入口マニホールド１９１の内部を流れる燃料との間の熱交換を促進させることができる。そのため、放熱部材１５２は、集電端子１５１の放熱を増加させることによって、集電端子１５１と連結されているバスバー３００の温度を下げることができる（図６を参照）。バスバー３００の全長のうち温度が最も高くなる部分は、バスバー３００と集電端子１５１とが接続されている接続部であるため、放熱部材１５２が集電端子１５１の放熱を増加させることによって、バスバー３００の温度を効率よく下げることができる。

【0043】

また、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１の内部に配置されることによって、燃料入口マニホールド１９１内の燃料が流れる方向を制御することができる。したがって、放熱部材１５２は、該燃料の温度の均一化を促進させることができ（図７を参照）、燃料電池スタック１００全体の性能を向上させることができる。また、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１の内部に配置されることによって、該燃料を効率よく加温することができるため、該燃料をさらに加温するための加熱器や熱交換器を新たに設ける必要がない。そのため、本発明にかかる放熱部材１５２によれば、燃料電池スタック１００を小型化することができ、燃料電池システム１０のレイアウト性を向上することができる。

【0044】

また、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１の入口側（上流側）に、乱流発生手段を備えている。放熱部材１５２の先端側１５２Ｂは、燃料入口マニホールド１９１の入口側のＺ軸方向から視た断面積を分割することができる（図５を参照）。そのため、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１の内に乱流を発生させることができる。これにより、放熱部材１５２は、放熱部材１５２を燃料入口マニホールド１９１の内部に配置しない場合（図８Ａを参照）と比べて、燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度を効率よく均一にすることができる（図８Ｂを参照）。

【0045】

また、放熱部材１５２の孔部１５２ｈの各々は、燃料入口マニホールド１９１の入口側（上流側）で分断された流れを再合流させることができる。そのため、燃料入口マニホールド１９１内で温められた燃料を、セルユニット１００Ｒ側へ効率よく流すことができる。

【0046】

また、放熱部材１５２の放熱面積は、図６などに示すように、基端側１５２Ａ（バスバー３００側、下流側とのいう）から先端側１５２Ｂ（燃料入口マニホールド１９１の入口側、上流側ともいう）に向かって変化している。放熱部材１５２の断面積を調整することによって、放熱部材１５２の放熱量を制御することができる。

【0047】

なお、図６などに示すように、放熱部材１５２の基端側１５２Ａの放熱面積は、放熱部材１５２の先端側１５２Ｂの放熱面積より大きい。燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度は上流に行くほど低くなるが、放熱部材１５２の先端側１５２Ｂの放熱量を基端側１５２Ａの放熱量より大きくすることによって、放熱部材１５２は燃料入口マニホールド１９１の上流側の燃料を下流側の燃料に比べて効率よく加熱することができる。そのため、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度を効率よく均一にすることができる。

【0048】

また、放熱部材１５２の形状は、放熱を効率よくできる構造であれば特に限定されない。

【0049】

例えば、放熱部材１５２は、図９に示すように平板状であり、基幹部１５２ａと、平坦部１５２ｂと、平坦部１５２ｂのＹ方向の両端部に設けられた複数の凹部１５３ａ～１５３ｆ（以下、凹部１５３と総称する。）と、を有していてもよい。凹部１５３の形状は、基端側１５２Ａから先端側１５２Ｂにむかって大きくなるように設定されている限り、特に限定されない。なお、凹部１５３の位置はＸ方向から視て左右対称であってもよく、左右非対称であってもよい。また、凹部１５３の個数は特に限定されない。

【0050】

また、放熱部材１５２は、図１０に示すように、基幹部１５２ａと、基幹部１５２ａに交差するように設けられた複数の凸部１５４ａ～１５４ｅ（以下、凸部１５４と総称する。）と、を有していてもよい。凸部１５４の形状は、基端側１５２Ａから先端側１５２Ｂにむかって大きくなるように設定されている限り、特に限定されない。例えば、Ｚ軸から視た凸部１５４の形状は、図１０に示すように、円形であることが好ましいが、多角形や、これらを組み合わせた形状であってもよい。また、凸部１５４の形状は、少なくとも部分的に連続的（例えば螺旋状）であってもよい。また、基幹部１５２ａに対する（Ｚ軸に対する）凸部１５４の傾斜角度は、特に限定されない。

【0051】

また、放熱部材１５２は、図１１に示すように、基幹部１５２ａと、基幹部１５２ａの周方向に設けられた複数の壁部１５５ａ～１５５ｆ（以下、壁部１５５と総称する。）を有する複数の枝部１５６と、を有していてもよい。枝部１５６のＺ軸から視た大きさは、基端側１５２Ａから先端側１５２Ｂにむかうにつれて大きくなるように設定されている限り、特に限定されない。また、壁部１５５の形状は、矩形であることが好ましいが、多角形であってもよく、特に限定されない。また、枝部１５６を構成する壁部１５５の個数や放熱部材１５２に設けられる枝部１５６の個数は、特に限定されない。また、壁部１５５ａ～１５５ｆは、基幹部１５２ａの周方向に対して所定の間隔を置いて配置されていればよく、壁部１５５ａ～１５５ｆの間隔は一定であってもよく、異なっていてもよい。

【0052】

また、放熱部材１５２は、棒状であってもよく、基幹部１５２ａのみを有していてもよい。

【0053】

また、放熱部材１５２の長さＬ１（Ｚ方向の長さ）は、図２に示すように、少なくとも燃料入口マニホールド１９１の長さＬ２（Ｚ方向の長さ）の半分以上であることが好ましい。これにより、放熱部材１５２は上流側を流れる燃料に対してより熱を伝えやすくなる。そのため、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度を効率よく均一にすることができる。

【0054】

また、放熱部材１５２の材料は、耐酸化性を有し、絶縁性を有する材料である限り特に限定されないが、アルミナや窒化アルミニウムなどの耐熱コーティングが施されていることが好ましい。これにより、放熱部材１５２と燃料入口マニホールド１９１との接触を防止し、放熱部材１５２の腐食劣化を防止することができる。

【0055】

以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池スタック１００によれば、燃料入口マニホールド１９１と上部集電板１５０（第１集電板）と上部エンドプレート１７０（第１エンドプレート）と複数のセルモジュール１００Ｑ（セル）とを備え、上部集電板１５０に電気制御部２００（システム）側へ送電するバスバー３００に接続するための集電端子１５１が設けられた固体酸化物形燃料電池スタックであり、集電端子１５１と連結され、燃料入口マニホールド１９０の内部に配置される放熱部材１５２を有する。

【0056】

このように構成した燃料電池スタック１００によれば、放熱部材１５２は、集電端子１５１と燃料入口マニホールド１９１に導入される燃料との間の熱交換を促進させることで集電端子１５１の放熱量を増加させることができる。そのため、放熱部材１５２は、バスバー３００の温度を抑制することができる。したがって、本発明によれば、バスバー３００の長さを抑えることができ、燃料電池システム１０のレイアウト性を向上することができる。また、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１の内部に設けられているため、該燃料を効率よく加熱しながら該燃料の流れを制御することができる。したがって、本発明によれば、該燃料の温度の均一化を促進させることができる。また、本発明によれば、加熱器や熱交換器を新たに設ける必要がないため、燃料電池スタック１００を小型化することができる。したがって、本発明によれば、燃料電池システム１０のレイアウト性を向上することができる。

【0057】

また、燃料電池スタック１００は、燃料入口マニホールド１９１に対応する燃料出口マニホールド１９２と、複数のセルモジュール１００Ｑを積層したスタック１００Ｐ（積層セル）と、スタック１００Ｐを挟むように上部集電板１５０および上部エンドプレート１７０に対応して設けられる下部集電板１４０（第２集電板）および下部エンドプレート１６０（第２エンドプレート）と、をさらに備える。このように構成した燃料電池スタック１００によれば、放熱部材１５２はバスバー３００の温度を抑制することができる。また、放熱部材１５２は燃料入口マニホールド１９０内の燃料を効率よく加熱することができるため、該燃料の温度の均一化を促進させることができる。また、本発明によれば、加熱器や熱交換器を新たに設ける必要がないため、燃料電池スタック１００を小型化することができる。したがって、本発明によれば、燃料電池システム１０のレイアウト性を向上することができる。

【0058】

また、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９０の入口側に、燃料入口マニホールド１９０内の燃料の温度を均一にするための乱流発生手段を備える。放熱部材１５２の先端側１５２Ｂは、燃料入口マニホールド１９１の入口側のＺ軸方向から視た断面積を分割することができる。そのため、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１の内に乱流を発生させることができる。これにより、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度を効率よく均一にすることができる。

【0059】

また、放熱部材１５２の放熱面積は、基端側１５２Ａから先端側１５２Ｂに向かって変化する。放熱部材１５２の断面積を調整することによって、放熱部材１５２の放熱量を制御することができる。

【0060】

また、放熱部材１５２の先端側１５２Ｂの放熱面積は、放熱部材１５２の基端側１５２Ａの放熱面積より大きい。燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度は上流に行くほど低くなるが、放熱部材１５２の先端側１５２Ｂの放熱量を基端側１５２Ａの放熱量より大きくすることによって、放熱部材１５２は燃料入口マニホールド１９１の上流側の燃料を下流側の燃料に比べて効率よく加熱することができる。そのため、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度を効率よく均一にすることができる。

【0061】

また、放熱部材１５２の長さＬ１は、燃料入口マニホールドの長さＬ２の半分以上である。これにより、放熱部材１５２は上流側を流れる燃料に対してより熱を伝えやすくなる。そのため、放熱部材１５２は、燃料入口マニホールド１９１内の燃料の温度を効率よく均一にすることができる。

【0062】

以上、実施形態を通じて燃料電池スタック１００を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

【0063】

例えば、燃料入口マニホールド１９１の個数は単数として説明したが、複数であってもよい。また、各燃料入口マニホールド１９１のＺ軸から視た断面積は、同一であってもよく、異なっていてもよい。各燃料入口マニホールド１９１のＺ軸から視た断面積が異なっている場合、より大きい断面積を有する燃料入口マニホールド１９１の内部に放熱部材１５２が設けられていることが好ましい。なお、燃料電池スタック１００に設置される放熱部材１５２の個数は、特に限定されない。

【符号の説明】

【0064】

１０ 燃料電池システム、
１００ 燃料電池スタック、
１００Ｐ スタック、
１００Ｑ セルモジュール、
１００Ｒ セルユニット、
１４０ 下部集電板（第２集電板）、
１５０ 上部集電板（第１集電板）、
１５１ 集電端子、
１５２ 放熱部材、
１６０ 下部エンドプレート（第２エンドプレート）、
１７０ 上部エンドプレート（第１エンドプレート）、
１９１ 燃料入口マニホールド、
１９２ 燃料出口マニホールド、
２００ 電気制御部（システム）、
Ｌ１ 放熱部材の長さ、
Ｌ２ 燃料入口マニホールドの長さ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】