特許 6284662 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6284662

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2483 20160101AFI20180215BHJP

   H01M 8/2432 20160101ALI20180215BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/2483

   H01M8/2432

   H01M8/12 101

【請求項の数】5

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-17211(P2017-17211)

(22)【出願日】2017年2月2日

【審査請求日】2017年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】特許業務法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】七田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】太田 悠貴

【審査官】 渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１９４９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２７８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−７８４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１７７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１５６３１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４８３

Ｈ０１Ｍ ８／２４３２

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
前記空気極に面する空気室を構成すると共に前記第１の方向に直交する第２の方向に互いに対向する第１の内周面および第２の内周面を有する空気室用孔と、前記空気室に供給されるガスが通る空気極側供給ガス流路を構成する空気極側供給ガス流路用孔と、前記空気室から排出されたガスが通る空気極側排出ガス流路を構成する空気極側排出ガス流路用孔と、前記空気極側供給ガス流路用孔に連通すると共に前記空気室用孔の前記第１の内周面に開口する少なくとも１つの空気極側供給連通流路と、前記空気極側排出ガス流路用孔に連通すると共に前記空気室用孔の前記第２の内周面に開口する少なくとも１つの空気極側排出連通流路と、が形成された空気極側部材と、
前記燃料極に面する燃料室を構成すると共に前記第２の方向に互いに対向する第３の内周面および第４の内周面を有する燃料室用孔と、前記燃料室に供給されるガスが通る燃料極側供給ガス流路を構成する燃料極側供給ガス流路用孔と、前記燃料室から排出されたガスが通る燃料極側排出ガス流路を構成する燃料極側排出ガス流路用孔と、前記燃料極側供給ガス流路用孔に連通すると共に前記燃料室用孔の前記第３の内周面に開口する少なくとも１つの燃料極側供給連通流路と、前記燃料極側排出ガス流路用孔に連通すると共に前記燃料室用孔の前記第４の内周面に開口する少なくとも１つの燃料極側排出連通流路と、が形成された燃料極側部材と、
を備える電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、
前記単セルの前記第２の方向の一方側の辺の中点と前記第２の方向の他方側の辺の中点とを結ぶ仮想直線と、前記少なくとも１つの空気極側供給連通流路の前記第１の内周面における開口のすべてにより構成される空気極側供給開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌａｉと、前記仮想直線と、前記少なくとも１つの空気極側排出連通流路の前記第２の内周面における開口のすべてにより構成される空気極側排出開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌａｏと、の和Ｌａは、
前記仮想直線と、前記少なくとも１つの燃料極側供給連通流路の前記第３の内周面における開口のすべてにより構成される燃料極側供給開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌｆｉと、前記仮想直線と、前記少なくとも１つの燃料極側排出連通流路の前記第４の内周面における開口のすべてにより構成される燃料極側排出開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌｆｏと、の和Ｌｆより小さいことを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、
前記空気極側供給ガス流路用孔の面積と前記空気極側排出ガス流路用孔の面積との和は、前記燃料極側供給ガス流路用孔の面積と前記燃料極側排出ガス流路用孔の面積との和より大きいことを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、前記空気極側供給開口群の開口幅の合計と前記空気極側排出開口群の開口幅の合計との和は、前記燃料極側供給開口群の開口幅の合計と前記燃料極側排出開口群の開口幅の合計との和より大きく、
前記第１の方向視で、前記仮想直線に直交し、かつ、前記単セルの中心を通る第２の仮想直線上における前記単セルの長さを基準長さＬｃとしたときに、前記和Ｌａと前記和Ｌｆとの差を前記基準長さＬｃで除算した値（（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃ）は、−０．４５以上、０以下であることを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記単セルは、燃料電池単セルであることを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項5】

前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。

【背景技術】

【0002】

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という）は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向（以下、「第１の方向」という）に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。

【0003】

また、発電単位は、空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側部材（以下、「空気極側フレーム」という）を備える。空気極側フレームには、空気室に供給されるガス（以下、「酸化剤ガス」という）が通る空気極側供給ガス流路（以下、「酸化剤ガス導入マニホールド」という）を構成する空気極側供給ガス流路用孔と、空気室から排出されたガス（以下、「酸化剤オフガス」という）が通る空気極側排出ガス流路（以下、「酸化剤ガス排出マニホールド」という）を構成する空気極側排出ガス流路用孔とが形成されている。空気極側フレームには、さらに、上記空気極側供給ガス流路用孔に連通すると共に空気室用孔の内周面（以下、「第１の内周面」という）に開口する空気極側供給連通流路と、上記空気極側排出ガス流路用孔に連通すると共に空気室用孔の上記第１の内周面に対向する他の内周面（以下、「第２の内周面」という）に開口する空気極側排出連通流路とが形成されている。発電単位の空気室には、酸化剤ガス導入マニホールドおよび空気極側供給連通流路を介して酸化剤ガスが供給される。また、空気室から排出された酸化剤オフガスは、空気極側排出連通流路および酸化剤ガス排出マニホールドを介して外部に排出される。

【0004】

同様に、発電単位は、燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側部材（以下、「燃料極側フレーム」という）を備える。燃料極側フレームには、燃料室に供給されるガス（以下、「燃料ガス」という）が通る燃料極側供給ガス流路（以下、「燃料ガス導入マニホールド」という）を構成する燃料極側供給ガス流路用孔と、燃料室から排出されたガス（以下、「燃料オフガス」という）が通る燃料極側排出ガス流路（以下、「燃料ガス排出マニホールド」という）を構成する燃料極側排出ガス流路用孔とが形成されている。燃料極側フレームには、さらに、上記燃料極側供給ガス流路用孔に連通すると共に燃料室用孔の内周面（以下、「第３の内周面」という）に開口する燃料極側供給連通流路と、上記燃料極側排出ガス流路用孔に連通すると共に燃料室用孔の上記第３の内周面に対向する他の内周面（以下、「第４の内周面」という）に開口する燃料極側排出連通流路とが形成されている。発電単位の燃料室には、燃料ガス導入マニホールドおよび燃料極側供給連通流路を介して燃料ガスが供給される。また、燃料室から排出された燃料オフガスは、燃料極側排出連通流路および燃料ガス排出マニホールドを介して外部に排出される。

【0005】

ＳＯＦＣには、空気極側フレームにおける空気極側供給連通流路が開口する第１の内周面と空気極側排出連通流路が開口する第２の内周面との対向方向と、燃料極側フレームにおける燃料極側供給連通流路が開口する第３の内周面と燃料極側排出連通流路が開口する第４の内周面との対向方向とが、略同一方向である構成のものがある。このような構成では、発電単位の空気室におけるガスの主たる流れ方向と燃料室におけるガスの主たる流れ方向とが略反対方向（互いに対向する方向）となるか、または、両ガスの主たる流れ方向が略同一方向となる。両ガスの主たる流れ方向が略反対方向であるものは、カウンターフロータイプと呼ばれ、両ガスの主たる流れ方向が略同一方向であるものは、コフロータイプと呼ばれる。

【0006】

一般に、カウンターフロータイプまたはコフロータイプのＳＯＦＣでは、空気極側フレームに形成された各連通流路（空気極側供給連通流路および空気極側排出連通流路）の空気室への開口と、燃料極側フレームに形成された各連通流路（燃料極側供給連通流路および燃料極側排出連通流路）の燃料室への開口とは、酸化剤ガスまたは燃料ガスの主たる流れ方向に直交する方向における単セルの中央位置に対して、略対称の位置に配置される（例えば、特許文献１参照）。そのため、空気極側フレームに形成された各連通流路の空気室への開口も、燃料極側フレームに形成された各連通流路の燃料室への開口も、単セルの上記中央位置からある程度離れた位置に配置されることとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−８６２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

酸化剤ガス（例えば空気）は、燃料ガス（例えば水素リッチなガス）と比べて、平均分子量が大きいために拡散性が低い。特に、ＳＯＦＣは比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で運転されることから、酸化剤ガスは高温となる。酸化剤ガスは、高温になると、燃料ガスに比べて粘度が高くなる傾向にある。つまり、高温環境下では、酸化剤ガスは、燃料ガスよりも広がりづらい状態となる。そのため、上記従来のＳＯＦＣのように、空気極側フレームに形成された各連通流路の空気室への開口も燃料極側フレームに形成された各連通流路の燃料室への開口も単セルの中央位置からある程度離れた位置に配置された構成では、燃料ガスは面方向に良好に流れ広がるものの、酸化剤ガスは面方向への広がりが不十分となる。その結果、単セルの一部の領域において酸化剤ガスが不足し、単セルの発電性能が低下するおそれがある。

【0009】

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。

【0010】

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0012】

（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、前記空気極に面する空気室を構成すると共に前記第１の方向に直交する第２の方向に互いに対向する第１の内周面および第２の内周面を有する空気室用孔と、前記空気室に供給されるガスが通る空気極側供給ガス流路を構成する空気極側供給ガス流路用孔と、前記空気室から排出されたガスが通る空気極側排出ガス流路を構成する空気極側排出ガス流路用孔と、前記空気極側供給ガス流路用孔に連通すると共に前記空気室用孔の前記第１の内周面に開口する少なくとも１つの空気極側供給連通流路と、前記空気極側排出ガス流路用孔に連通すると共に前記空気室用孔の前記第２の内周面に開口する少なくとも１つの空気極側排出連通流路と、が形成された空気極側部材と、前記燃料極に面する燃料室を構成すると共に前記第２の方向に互いに対向する第３の内周面および第４の内周面を有する燃料室用孔と、前記燃料室に供給されるガスが通る燃料極側供給ガス流路を構成する燃料極側供給ガス流路用孔と、前記燃料室から排出されたガスが通る燃料極側排出ガス流路を構成する燃料極側排出ガス流路用孔と、前記燃料極側供給ガス流路用孔に連通すると共に前記燃料室用孔の前記第３の内周面に開口する少なくとも１つの燃料極側供給連通流路と、前記燃料極側排出ガス流路用孔に連通すると共に前記燃料室用孔の前記第４の内周面に開口する少なくとも１つの燃料極側排出連通流路と、が形成された燃料極側部材と、を備える電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、前記単セルの前記第２の方向の一方側の辺の中点と前記第２の方向の他方側の辺の中点とを結ぶ仮想直線と、前記少なくとも１つの空気極側供給連通流路の前記第１の内周面における開口のすべてにより構成される空気極側供給開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌａｉと、前記仮想直線と、前記少なくとも１つの空気極側排出連通流路の前記第２の内周面における開口のすべてにより構成される空気極側排出開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌａｏと、の和Ｌａは、前記仮想直線と、前記少なくとも１つの燃料極側供給連通流路の前記第３の内周面における開口のすべてにより構成される燃料極側供給開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌｆｉと、前記仮想直線と、前記少なくとも１つの燃料極側排出連通流路の前記第４の内周面における開口のすべてにより構成される燃料極側排出開口群の両端点の中点と、の間の距離Ｌｆｏと、の和Ｌｆより小さい。本電気化学反応単位によれば、空気極側部材に形成された各連通流路（空気極側供給連通流路および空気極側排出連通流路）の空気室への開口が、燃料極側部材に形成された各連通流路（燃料極側供給連通流路および燃料極側排出連通流路）の燃料室への開口と比較して、空気室に供給されるガスまたは燃料室に供給されるガスの主たる流れ方向（第２の方向）に直交する方向における単セルの中央位置（仮想直線の位置）に近い位置に配置される。そのため、本電気化学反応単位によれば、空気室に供給されるガスを面方向に良好に広げることができ、該ガスの広がりが不十分であることを原因とする単セルの性能低下を抑制することができる。

【0013】

（２）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、前記空気極側供給ガス流路用孔の面積と前記空気極側排出ガス流路用孔の面積との和は、前記燃料極側供給ガス流路用孔の面積と前記燃料極側排出ガス流路用孔の面積との和より大きい構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、燃料極側供給ガス流路用孔および燃料極側排出ガス流路用孔の面積の増大を抑制しつつ、空気極側供給ガス流路用孔および空気極側排出ガス流路用孔の面積を大きくすることができ、発電単位の大型化を抑制して装置の小型化および起動性の向上等を実現しつつ、空気極側の各流路における圧損を抑制することができ、発電単位の効率低下を抑制することができる。

【0014】

（３）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、前記空気極側供給開口群の開口幅の合計と前記空気極側排出開口群の開口幅の合計との和は、前記燃料極側供給開口群の開口幅の合計と前記燃料極側排出開口群の開口幅の合計との和より大きく、前記第１の方向視で、前記仮想直線に直交し、かつ、前記単セルの中心を通る第２の仮想直線上における前記単セルの長さを基準長さＬｃとしたときに、前記和Ｌａと前記和Ｌｆとの差を前記基準長さＬｃで除算した値（（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃ）は、−０．４５以上、０以下である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、単セルの中央位置（仮想直線の位置）に対して、各開口群の相対的な位置関係を割合で示した、前記和Ｌａと前記和Ｌｆとの差を前記基準長さＬｃで除算した値（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃが、−０．４５以上、０以下を満たすことで、空気室に供給されるガスを面方向に、より一層良好に広げることができ、該ガスの広がりが不十分であることを原因とする単セルの性能低下をより一層抑制することができる。

【0015】

（４）上記電気化学反応単位において、前記単セルは、燃料電池単セルである構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、空気室における酸化剤ガスの広がりが不十分であることを原因とする単セルの発電性能の低下を効果的に抑制することができる。

【0016】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図3】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図4】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図5】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図6】図４および図５のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【図7】図４および図５のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【図8】発電単位１０２に形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。

【図9】性能評価結果を示す説明図である。

【図10】第１の変形例における発電単位１０２ａに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。

【図11】第２の変形例における発電単位１０２ｂに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。

【図12】第３の変形例における発電単位１０２ｃに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。

【図13】第４の変形例における発電単位１０２ｄに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。

【図14】第５の変形例における発電単位１０２ｅに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

Ａ．実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１（および後述する図６，７）のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１（および後述する図６，７）のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。

【0019】

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

【0020】

図１に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されており、各ボルト２２および図示しないナットによって燃料電池スタック１００は締結されている。

【0021】

また、図１から図３に示すように、各発電単位１０２のＺ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位１０２を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位１０２に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位１０２にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために各発電単位１０２に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。

【0022】

図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給する共用ガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する共用ガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態の燃料電池スタック１００には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１および酸化剤ガス排出マニホールド１６２が、それぞれ１つのみ存在している。また、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。酸化剤ガス導入マニホールド１６１は、特許請求の範囲における空気極側供給ガス流路に相当し、酸化剤ガス排出マニホールド１６２は、特許請求の範囲における空気極側排出ガス流路に相当する。

【0023】

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給する共用ガス流路である燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する共用ガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態の燃料電池スタック１００には、燃料ガス導入マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２が、それぞれ１つのみ存在している。また、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。燃料ガス導入マニホールド１７１は、特許請求の範囲における燃料極側供給ガス流路に相当し、燃料ガス排出マニホールド１７２は、特許請求の範囲における燃料極側排出ガス流路に相当する。

【0024】

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。図２および図３に示すように、下側のエンドプレート１０６には、４つの流路用貫通孔１０７が形成されている。４つの流路用貫通孔１０７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

【0025】

（ガス通路部材２７等の構成）
図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００は、さらに、下側のエンドプレート１０６に対して複数の発電単位１０２とは反対側（すなわち、下側）に配置された４つのガス通路部材２７を備える。４つのガス通路部材２７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材２７は、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７に連通する孔が形成された本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。なお、各ガス通路部材２７の本体部２８とエンドプレート１０６との間には、絶縁シート２６が配置されている。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

【0026】

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。また、図６は、図４および図５のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４および図５のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【0027】

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する連通孔１０８を構成する孔や、各ボルト孔１０９を構成する孔が形成されている。

【0028】

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

【0029】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。

【0030】

電解質層１１２は、Ｚ方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

【0031】

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。

【0032】

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。

【0033】

図４〜図６に示すように、空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する孔である。図６に示すように、Ｚ軸方向視で、孔１３１の外形線は略矩形である。孔１３１は、Ｘ軸方向に互いに対向する第１の内周面ＩＰ１および第２の内周面ＩＰ２を有する。孔１３１の外形線の内、第１の内周面ＩＰ１により構成される部分および第２の内周面ＩＰ２により構成される部分は、Ｙ軸方向に略平行な直線状部分を有している。また、図４および図６に示すように、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８に連通すると共に空気室１６６を構成する孔１３１の第１の内周面ＩＰ１に開口する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８に連通すると共に空気室１６６を構成する孔１３１の第２の内周面ＩＰ２に開口する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。本実施形態では、空気極側フレーム１３０に、３本の酸化剤ガス供給連通流路１３２と、３本の酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。

【0034】

空気極側フレーム１３０は、特許請求の範囲における空気極側部材に相当し、孔１３１は、特許請求の範囲における空気室用孔に相当し、空気極側フレーム１３０に形成された酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８は、特許請求の範囲における空気極側供給ガス流路用孔に相当し、空気極側フレーム１３０に形成された酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８は、特許請求の範囲における空気極側排出ガス流路用孔に相当し、酸化剤ガス供給連通流路１３２は、特許請求の範囲における空気極側供給連通流路に相当し、酸化剤ガス排出連通流路１３３は、特許請求の範囲における空気極側排出連通流路に相当し、Ｘ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向に相当する。

【0035】

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。

【0036】

図４，図５および図７に示すように、燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する孔である。図７に示すように、Ｚ軸方向視で、孔１４１の外形線は略矩形である。孔１４１は、Ｘ軸方向に互いに対向する第３の内周面ＩＰ３および第４の内周面ＩＰ４を有する。孔１４１の外形線の内、第３の内周面ＩＰ３により構成される部分および第４の内周面ＩＰ４により構成される部分は、Ｙ軸方向に略平行な直線状部分を有している。また、図５および図７に示すように、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８に連通すると共に燃料室１７６を構成する孔１４１の第３の内周面ＩＰ３に開口する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８に連通すると共に燃料室１７６を構成する孔１４１の第４の内周面ＩＰ４に開口する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。本実施形態では、燃料極側フレーム１４０に、１本の燃料ガス供給連通流路１４２と、１本の燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。

【0037】

燃料極側フレーム１４０は、特許請求の範囲における燃料極側部材に相当し、孔１４１は、特許請求の範囲における燃料室用孔に相当し、燃料極側フレーム１４０に形成された燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８は、特許請求の範囲における燃料極側供給ガス流路用孔に相当し、燃料極側フレーム１４０に形成された燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８は、特許請求の範囲における燃料極側排出ガス流路用孔に相当し、燃料ガス供給連通流路１４２は、特許請求の範囲における燃料極側供給連通流路に相当し、燃料ガス排出連通流路１４３は、特許請求の範囲における燃料極側排出連通流路に相当する。

【0038】

図４〜図６に示すように、空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。

【0039】

図４，５，７に示すように、燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。

【0040】

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２，４，６に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９、本体部２８、および、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３，５，７に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９、本体部２８、および、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通流路１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

【0041】

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

【0042】

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２，４，６に示すように、酸化剤ガス排出連通流路１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３，５，７に示すように、燃料ガス排出連通流路１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

【0043】

なお、上述したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、空気極側フレーム１３０の孔１３１における酸化剤ガス供給連通流路１３２が開口する第１の内周面ＩＰ１と酸化剤ガス排出連通流路１３３が開口する第２の内周面ＩＰ２との対向方向（Ｘ軸方向）と、燃料極側フレーム１４０の孔１４１における燃料ガス供給連通流路１４２が開口する第３の内周面ＩＰ３と燃料ガス排出連通流路１４３が開口する第４の内周面ＩＰ４との対向方向（Ｘ軸方向）とが、略同一方向である。また、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８とが、上記対向方向の同じ側（Ｘ軸正方向側）に配置され、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８と燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８とが、上記対向方向の同じ側（Ｘ軸負方向側）に配置されている。そのため、各発電単位１０２の空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図６に示すように、Ｘ軸負方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（図７に示すように、Ｘ軸正方向）とが、略反対方向（互いに対向する方向）となる。すなわち、本実施形態の発電単位１０２（燃料電池スタック１００）は、カウンターフロータイプのＳＯＦＣである。

【0044】

Ａ−３．発電単位１０２に形成された各流路の詳細構成：
次に、発電単位１０２に形成された各流路の詳細構成について説明する。図８は、発電単位１０２に形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。図８には、説明の便宜上、空気極側フレーム１３０に形成された各連通流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３）に加えて、燃料極側フレーム１４０に形成された各連通流路（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３）も示している。実際の構成では、上述したように、空気極側フレーム１３０には燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３は形成されておらず、燃料極側フレーム１４０には酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３は形成されていない。

【0045】

図８に示すように、本実施形態の発電単位１０２では、空気極側フレーム１３０に形成された各連通流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３）と、燃料極側フレーム１４０に形成された各連通流路（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３）とは、Ｚ軸方向視で互いに重なっていない。

【0046】

また、本実施形態の発電単位１０２では、Ｚ軸方向視で、空気極側フレーム１３０に形成された各連通流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３）の空気室１６６への開口が、燃料極側フレーム１４０に形成された各連通流路（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３）の燃料室１７６への開口と比較して、酸化剤ガスＯＧまたは燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）における単セル１１０の中央位置（以下に定義する仮想直線ＶＬの位置）に近い位置に配置されている。
・仮想直線ＶＬ：
単セル１１０（具体的には、単セル１１０を構成する各層の内の面方向の大きさが最も小さい層であり、本実施形態では空気極１１４）のＸ軸方向の一方側（Ｘ軸負方向側）の辺（詳細には、該辺の内の略直線状部分（以下同様））の中点ＭＰｃ１と、Ｘ軸方向の他方側（Ｘ軸正方向側）の辺の中点ＭＰｃ２と、を結ぶ仮想的な直線

【0047】

より詳細には、本実施形態の発電単位１０２では、Ｚ軸方向視で、以下にそれぞれ定義する第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（以下、「空気極側距離和Ｌａ」という）は、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（以下、「燃料極側距離和Ｌｆ」という）より小さくなっている。
・第１の距離Ｌａｉ：
仮想直線ＶＬと、各酸化剤ガス供給連通流路１３２の第１の内周面ＩＰ１における開口のすべてにより構成される空気極側供給開口群の両端点ＥＰ１，ＥＰ２の中点ＭＰａｉと、の間の距離
・第２の距離Ｌａｏ：
仮想直線ＶＬと、各酸化剤ガス排出連通流路１３３の第２の内周面ＩＰ２における開口のすべてにより構成される空気極側排出開口群の両端点ＥＰ３，ＥＰ４の中点ＭＰａｏと、の間の距離
・第３の距離Ｌｆｉ：
仮想直線ＶＬと、各燃料ガス供給連通流路１４２の第３の内周面ＩＰ３における開口のすべてにより構成される燃料極側供給開口群の両端点ＥＰ５，ＥＰ６の中点ＭＰｆｉと、の間の距離
・第４の距離Ｌｆｏ：
仮想直線ＶＬと、各燃料ガス排出連通流路１４３の第４の内周面ＩＰ４における開口のすべてにより構成される燃料極側排出開口群の両端点ＥＰ７，ＥＰ８の中点ＭＰｆｏと、の間の距離

【0048】

なお、本実施形態の発電単位１０２では、図８に示すように、Ｚ軸方向視で、各酸化剤ガス供給連通流路１３２の第１の内周面ＩＰ１における開口のすべてにより構成される空気極側供給開口群の開口幅の合計と、各酸化剤ガス排出連通流路１３３の第２の内周面ＩＰ２における開口のすべてにより構成される空気極側排出開口群の開口幅の合計と、の和は、各燃料ガス供給連通流路１４２の第３の内周面ＩＰ３における開口のすべてにより構成される燃料極側供給開口群の開口幅の合計と、各燃料ガス排出連通流路１４３の第４の内周面ＩＰ４における開口のすべてにより構成される燃料極側排出開口群の開口幅の合計と、の和より大きくなっている。

【0049】

また、本実施形態の発電単位１０２では、図８に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和は、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きくなっている。より詳細には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積は、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積より大きく、かつ、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積は、燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積より大きくなっている。

【0050】

Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２は、単セル１１０と、空気極側フレーム１３０と、燃料極側フレーム１４０とを備える。空気極側フレーム１３０には、空気極１１４に面する空気室１６６を構成すると共にＸ軸方向に互いに対向する第１の内周面ＩＰ１および第２の内周面ＩＰ２を有する孔１３１と、空気室１６６に供給されるガスが通る酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８と、空気室１６６から排出されたガスが通る酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８と、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８に連通すると共に孔１３１の第１の内周面ＩＰ１に開口する少なくとも１つの酸化剤ガス供給連通流路１３２と、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８に連通すると共に孔１３１の第２の内周面ＩＰ２に開口する少なくとも１つの酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。燃料極側フレーム１４０には、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成すると共にＸ軸方向に互いに対向する第３の内周面ＩＰ３および第４の内周面ＩＰ４を有する孔１４１と、燃料室１７６に供給されるガスが通る燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８と、燃料室１７６から排出されたガスが通る燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８と、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８に連通すると共に孔１４１の第３の内周面ＩＰ３に開口する少なくとも１つの燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８に連通すると共に孔１４１の第４の内周面ＩＰ４に開口する少なくとも１つの燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。また、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、Ｚ軸方向視で、上述した第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）は、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。

【0051】

本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２は、上述した構成であるため、以下に説明するように、酸化剤ガスＯＧの広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の発電性能の低下を抑制することができる。

【0052】

空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０において上記各連通流路が形成された箇所では、複数の発電単位１０２を並べて燃料電池スタック１００を構成したときにおけるＺ軸方向の圧力（面圧）が低くなりやすい。上述したように、本実施形態の発電単位１０２では、空気極側フレーム１３０に形成された各連通流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３）と、燃料極側フレーム１４０に形成された各連通流路（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３）とは、Ｚ軸方向視で互いに重なっていない。そのため、本実施形態の発電単位１０２では、面圧が低くなやすい箇所がＺ軸方向視で互いに重なることを原因としてガスリークが発生することを抑制することができる。

【0053】

他方、そのような構成を採用する場合には、空気極側フレーム１３０に形成された各連通流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３）の空気室１６６への開口と、燃料極側フレーム１４０に形成された各連通流路（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３）の燃料室１７６への開口との両方を、空気室１６６または燃料室１７６におけるガス拡散性の点で理想的な位置（すなわち、酸化剤ガスＯＧまたは燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に直交する方向における単セル１１０の中央位置であり、上記仮想直線ＶＬによって表される位置）に配置することはできない。そのため、従来のＳＯＦＣでは、空気極側フレーム１３０に形成された上記各連通流路の空気室１６６への開口と、燃料極側フレーム１４０に形成された上記各連通流路の燃料室１７６への開口とが、上記単セル１１０の中央位置（仮想直線ＶＬの位置）に対して略対称の位置に配置されていた。このような従来の構成では、空気極側フレーム１３０に形成された上記各連通流路の空気室１６６への開口も、燃料極側フレーム１４０に形成された上記各連通流路の燃料室１７６への開口も、単セル１１０の上記中央位置からある程度離れた位置に配置されることとなる。

【0054】

ここで、酸化剤ガスＯＧ（例えば空気）は、燃料ガスＦＧ（例えば水素リッチなガス）と比べて、平均分子量が大きいために拡散性が低い。特に、ＳＯＦＣは比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で運転されることから、酸化剤ガスＯＧは高温となる。酸化剤ガスＯＧは、高温になると、燃料ガスＦＧに比べて粘度が高くなる傾向にある。つまり、高温環境下では、酸化剤ガスＯＧは、燃料ガスＦＧよりも広がりづらい状態となる。そのため、上記従来の構成では、燃料ガスＦＧは面方向に良好に流れ広がるものの、酸化剤ガスＯＧは面方向への広がりが不十分となり、単セル１１０の一部の領域において酸化剤ガスＯＧが不足し、単セル１１０の発電性能が低下するおそれがある。

【0055】

これに対し、本実施形態の発電単位１０２では、上述したように、第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）が、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。すなわち、空気極側フレーム１３０に形成された各連通流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２および酸化剤ガス排出連通流路１３３）の空気室１６６への開口が、燃料極側フレーム１４０に形成された各連通流路（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３）の燃料室１７６への開口と比較して、単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）に近い位置に配置されている。そのため、本実施形態の発電単位１０２では、酸化剤ガスＯＧを面方向に良好に広げることができ、酸化剤ガスＯＧの面方向への広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0056】

なお、高温の酸化剤ガスＯＧは粘性が高く、マニホールド１６１，１６２等の流路での圧損が大きくなりやすい。本実施形態の発電単位１０２では、上述したように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きい。そのため、本実施形態の発電単位１０２では、燃料ガス導入マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積の増大を抑制しつつ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１および酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積を大きくすることができ、発電単位１０２（燃料電池スタック１００）全体の大型化を抑制して装置の小型化および起動性の向上等を実現しつつ、空気極１１４の側の各マニホールド１６１，１６２における圧損を抑制することができ、発電単位１０２（燃料電池スタック１００）の効率低下を抑制することができる。

【0057】

Ａ−５．性能評価：
上述した各流路の構成と単セル１１０の発電性能との関係について、シミュレーションによる性能評価を行った。図９は、性能評価結果を示す説明図である。性能評価では、上述した構成の単セル１１０（発電単位１０２）において、各連通流路１３２，１３３，１４２，１４３の位置を変更することによって空気極側距離和Ｌａと燃料極側距離和Ｌｆとの差（Ｌａ−Ｌｆ）の値を種々変更しつつ、１０個の単セル１１０（発電単位１０２）を備える燃料電池スタック１００を構成し、温度７００℃、電流密度０．５５Ａ／ｃｍ^２で発電運転を行ったときの１つの単セル１１０あたりの電圧を測定した。なお、空気極側距離和Ｌａと燃料極側距離和Ｌｆとの差（Ｌａ−Ｌｆ）の値について、単セル１１０（発電単位１０２）の大きさの影響を排除するために、以下に定義する基準長さＬｃ（図８参照）で空気極側距離和Ｌａと燃料極側距離和Ｌｆとの差（Ｌａ−Ｌｆ）の値を除算している。
・基準長さＬｃ：
以下に定義する第２の仮想直線ＶＬ２上における（第２の仮想直線ＶＬ２に重なる）単セル１１０の長さ
・第２の仮想直線ＶＬ２：
Ｚ軸方向視で（すなわち、面方向において）、上述の仮想直線ＶＬと直交し、かつ、単セル１１０の中心を通る仮想的な直線

【0058】

図９には、上記（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃの値と単セル１１０の電圧との関係が示されている。図９に示すように、本性能評価では、上記（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃが負の値であると（すなわち、空気極側距離和Ｌａが燃料極側距離和Ｌｆより小さいと）、単セル１１０の電圧が高くなるという結果となった。この結果から、上述したように、発電単位１０２において、空気極側距離和Ｌａが燃料極側距離和Ｌｆより小さくなるように、各連通流路１３２，１３３，１４２，１４３を構成すれば、酸化剤ガスＯＧの面方向への広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制できることが確認された。

【0059】

なお、図９に示すように、本性能評価では、上記（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃの値が小さくなりすぎると、却って単セル１１０の電圧が低下するという結果となった。これは、上記（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃの値が小さくなりすぎると、燃料極側距離和Ｌｆが大きくなりすぎる（燃料ガス供給連通流路１４２および燃料ガス排出連通流路１４３が中央位置から離れすぎる）ため、燃料ガスＦＧの利用効率が落ち込むためであると考えられる。そのため、単セル１１０の性能低下を一層効果的に抑制するためには、上記（Ｌａ−Ｌｆ）／Ｌｃの値は、−０．４５以上、０以下であることが好ましく、−０．４以上、−０．１以下であることがより好ましく、−０．３以上、−０．２以下であることが一層好ましいと言える。

【0060】

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0061】

図１０は、第１の変形例における発電単位１０２ａに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。図１０に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８および酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８が、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と比べて、単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）により近い位置に配置されている。より詳細には、図１０に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８がちょうど単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）に位置しているために上記第１の距離Ｌａｉはゼロであり、同様に、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８がちょうど単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）に位置しているために上記第２の距離Ｌａｏもゼロである。

【0062】

図１０に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）が、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。そのため、図１０に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガスＯＧを面方向に良好に広げることができ、酸化剤ガスＯＧの広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0063】

また、図１０に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きい。そのため、図１０に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、発電単位１０２ａ（燃料電池スタック１００）全体の大型化を抑制して装置の小型化および起動性の向上等を実現しつつ、空気極１１４の側の各マニホールド１６１，１６２における圧損を抑制することができ、発電単位１０２ａ（燃料電池スタック１００）の効率低下を抑制することができる。

【0064】

図１１は、第２の変形例における発電単位１０２ｂに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８が、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と比べて、単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）により近い位置に配置されている。より詳細には、図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８がちょうど単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）に位置しているために上記第１の距離Ｌａｉはゼロである。

【0065】

また、図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８が、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と比べて、小さくなっており、酸化剤ガス排出連通流路１３３の本数も２本に減っている。

【0066】

図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）が、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。そのため、図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガスＯＧを面方向に良好に広げることができ、酸化剤ガスＯＧの広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0067】

また、図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きい。そのため、図１１に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、発電単位１０２ｂ（燃料電池スタック１００）全体の大型化を抑制して装置の小型化および起動性の向上等を実現しつつ、空気極１１４の側の各マニホールド１６１，１６２における圧損を抑制することができ、発電単位１０２ｂ（燃料電池スタック１００）の効率低下を抑制することができる。

【0068】

図１２は、第３の変形例における発電単位１０２ｃに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。図１２に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８および酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８が、共に、単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）の一方側（Ｙ軸正方向側）に位置し、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８および燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８が、共に、単セル１１０の上記中央位置（仮想直線ＶＬの位置）の他方側（Ｙ軸負方向側）に位置している。

【0069】

図１２に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）が、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。そのため、図１２に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガスＯＧを面方向に良好に広げることができ、酸化剤ガスＯＧの広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0070】

また、図１２に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きい。そのため、図１２に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、発電単位１０２ｃ（燃料電池スタック１００）全体の大型化を抑制して装置の小型化および起動性の向上等を実現しつつ、空気極１１４の側の各マニホールド１６１，１６２における圧損を抑制することができ、発電単位１０２ｃ（燃料電池スタック１００）の効率低下を抑制することができる。

【0071】

図１３は、第４の変形例における発電単位１０２ｄに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。図１３に示す第４の変形例における発電単位１０２ｄでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和と略同一である。

【0072】

図１３に示す第４の変形例における発電単位１０２ｄでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）が、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。そのため、図１３に示す第４の変形例における発電単位１０２ｄでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガスＯＧを面方向に良好に広げることができ、酸化剤ガスＯＧの広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0073】

図１４は、第５の変形例における発電単位１０２ｅに形成された各流路の詳細構成を示すＸＹ断面図である。図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、空気極側フレーム１３０の孔１３１における酸化剤ガス供給連通流路１３２が開口する第１の内周面ＩＰ１と酸化剤ガス排出連通流路１３３が開口する第２の内周面ＩＰ２との対向方向（Ｘ軸方向）と、燃料極側フレーム１４０の孔１４１における燃料ガス供給連通流路１４２が開口する第３の内周面ＩＰ３と燃料ガス排出連通流路１４３が開口する第４の内周面ＩＰ４との対向方向（Ｘ軸方向）とが、略同一方向である。ただし、図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅでは、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８と燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８とが、上記対向方向の同じ側（Ｘ軸正方向側）に配置され、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８とが、上記対向方向の同じ側（Ｘ軸負方向側）に配置されている。そのため、発電単位１０２ｅの空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図１４に示すように、Ｘ軸負方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（同じく、Ｘ軸負方向）とが、略同一方向となる。すなわち、図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅは、コフロータイプのＳＯＦＣである。

【0074】

図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、第１の距離Ｌａｉと第２の距離Ｌａｏとの和Ｌａ（空気極側距離和Ｌａ）が、第３の距離Ｌｆｉと第４の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆ（燃料極側距離和Ｌｆ）より小さい。そのため、図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガスＯＧを面方向に良好に広げることができ、酸化剤ガスＯＧの広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0075】

また、図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きい。そのため、図１４に示す第５の変形例における発電単位１０２ｅでは、図８等に示す上記実施形態の発電単位１０２と同様に、発電単位１０２ｅ（燃料電池スタック１００）全体の大型化を抑制して装置の小型化および起動性の向上等を実現しつつ、空気極１１４の側の各マニホールド１６１，１６２における圧損を抑制することができ、発電単位１０２ｅ（燃料電池スタック１００）の効率低下を抑制することができる。

【0076】

上記実施形態（および変形例、以下同様）の発電単位１０２または燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を構成する連通孔１０８の面積と酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８の面積との和が、燃料ガス導入マニホールド１７１を構成する連通孔１０８の面積と燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８の面積との和より大きいとしているが、必ずしもこのような関係である必要はない。

【0077】

また、上記実施形態において、必ずしも燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２について、空気極側距離和Ｌａが燃料極側距離和Ｌｆより小さいという関係が満たされている必要はなく、燃料電池スタック１００に含まれる少なくとも１つの発電単位１０２について、上記関係が満たされていれば、該発電単位１０２について、酸化剤ガスＯＧの面方向への広がりが不十分であることを原因とする単セル１１０の性能低下を抑制することができる。

【0078】

また、上記実施形態では、ボルト孔１０９が、各マニホールド用の連通孔１０８とは独立して設けられているが、独立したボルト孔１０９を設けず、各マニホールド用の連通孔１０８がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態において、空気極１１４と電解質層１１２との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、空気極側距離和Ｌａが燃料極側距離和Ｌｆより小さいという関係を満たすように構成すれば、空気極に供給されるガスの面方向への広がりが不十分であることを原因とする電解単セルの性能低下を抑制することができる。

【符号の説明】

【0080】

２２：ボルト ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２：燃料電池発電単位 １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０７：流路用貫通孔 １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通流路 １３３：酸化剤ガス排出連通流路 １３４：空気極側集電体 １３５：集電体要素 １４０：燃料極側フレーム １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通流路 １４３：燃料ガス排出連通流路 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室

【要約】      （修正有）

【課題】空気室に供給される酸化剤ガスの面方向への広がりの不十分に起因する単セルの性能の低下を抑制することが可能な電気化学反応単位の提供。
【解決手段】単セル１１０と空気極側部材と燃料極側部材とを備え、単セルの中央位置を表す仮想直線ＶＬと空気極側供給連通流路１３２の開口により構成される空気極側供給開口群の両端点の中点ＭＰａｉとの間の距離Ｌａｉと、仮想直線ＶＬと空気極側排出連通流路１３３の開口により構成される空気極側排出開口群の両端点の中点ＭＰａｏとの間の距離Ｌａｏとの和Ｌａは、仮想直線ＶＬと燃料極側供給連通流路１４２の開口により構成される燃料極側供給開口群の両端点の中点ＭＰｆｉとの間の距離Ｌｆｉと、仮想直線ＶＬと燃料極側排出連通流路１４３の開口により構成される燃料極側排出開口群の両端点の中点ＭＰｆｏとの間の距離Ｌｆｏとの和Ｌｆより小さい電気化学反応単位。
【選択図】図８

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】