(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023040582
(43)【公開日】2023-03-23
(54)【発明の名称】電気化学反応セルスタック
(51)【国際特許分類】
H01M 8/0258 20160101AFI20230315BHJP
H01M 8/026 20160101ALI20230315BHJP
H01M 8/02 20160101ALI20230315BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20230315BHJP
C25B 9/70 20210101ALI20230315BHJP
C25B 9/65 20210101ALI20230315BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20230315BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20230315BHJP
【ＦＩ】
H01M8/0258
H01M8/026
H01M8/02
C25B9/23
C25B9/70
C25B9/65
C25B1/042
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021147671
(22)【出願日】2021-09-10
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-12-21
(71)【出願人】
【識別番号】519322392
【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001911
【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】森川 哲也
【テーマコード（参考）】
4K021
5H126
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021CA07
4K021CA15
4K021DB53
5H126AA08
5H126AA14
5H126EE03
5H126JJ03
(57)【要約】
【課題】燃料室内のガスの流れの阻害を抑制しつつ、単セルに接続される導電性部材の変形に起因して電気化学反応セルスタックの性能が低下することを抑制する。
【解決手段】電気化学反応セルスタックは、単セルと、単セルに接続される特定導電性部材と、単セルに電気的に接続される導電性のインターコネクタと、を有する電気化学反応単位を複数備える。電気化学反応単位は、第１の方向視で単セルに対して外側において特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とによって画定されている第１のガス流路内に位置する導電性のガス流通部材を有する。ガス流通部材に、第１のガス流路の一部である第２のガス流路が形成されている。電気化学反応単位は、ガス流通部材と、特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分との少なくとも一方との間に位置する絶縁性部材を備える。
【選択図】図１２
【解決手段】電気化学反応セルスタックは、単セルと、単セルに接続される特定導電性部材と、単セルに電気的に接続される導電性のインターコネクタと、を有する電気化学反応単位を複数備える。電気化学反応単位は、第１の方向視で単セルに対して外側において特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とによって画定されている第１のガス流路内に位置する導電性のガス流通部材を有する。ガス流通部材に、第１のガス流路の一部である第２のガス流路が形成されている。電気化学反応単位は、ガス流通部材と、特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分との少なくとも一方との間に位置する絶縁性部材を備える。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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燃料極および空気極と、を含む単セルと、
前記単セルに接続される導電性部材である特定導電性部材と、
前記単セルに電気的に接続される導電性のインターコネクタであって、前記第１の方向において前記特定導電性部材と対向する導電性部分であるインターコネクタ導電性部分を備えるインターコネクタと、
をそれぞれ有し、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備え、
各前記電気化学反応単位において、前記燃料極に面する燃料室と、前記空気極に面する空気室と、が形成され、
前記燃料室と前記空気室との少なくとも一方である特定ガス室の少なくとも一部である第１のガス流路が、前記第１の方向視で前記単セルに対して外側において、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とによって画定されており、
少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定電気化学反応単位は、前記第１のガス流路内に位置する導電性のガス流通部材であって、前記第１のガス流路の一部である第２のガス流路が形成されたガス流通部材を有する、電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定電気化学反応単位は、前記ガス流通部材と、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分との少なくとも一方との間に位置する絶縁性部材を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記単セルに接続される導電性部材である特定導電性部材と、
前記単セルに電気的に接続される導電性のインターコネクタであって、前記第１の方向において前記特定導電性部材と対向する導電性部分であるインターコネクタ導電性部分を備えるインターコネクタと、
をそれぞれ有し、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備え、
各前記電気化学反応単位において、前記燃料極に面する燃料室と、前記空気極に面する空気室と、が形成され、
前記燃料室と前記空気室との少なくとも一方である特定ガス室の少なくとも一部である第１のガス流路が、前記第１の方向視で前記単セルに対して外側において、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とによって画定されており、
少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定電気化学反応単位は、前記第１のガス流路内に位置する導電性のガス流通部材であって、前記第１のガス流路の一部である第２のガス流路が形成されたガス流通部材を有する、電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定電気化学反応単位は、前記ガス流通部材と、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分との少なくとも一方との間に位置する絶縁性部材を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項2】
請求項１に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記ガス流通部材は、金属によって構成され、
前記ガス流通部材に、前記第２のガス流路を構成する複数の溝が形成され、
前記第１の方向視において、
前記複数の溝は、前記ガス流通部材から最も近い前記単セルの辺に沿った第２の方向に並んでおり、
各前記溝は、前記第２の方向に交差する方向に延伸している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記ガス流通部材は、金属によって構成され、
前記ガス流通部材に、前記第２のガス流路を構成する複数の溝が形成され、
前記第１の方向視において、
前記複数の溝は、前記ガス流通部材から最も近い前記単セルの辺に沿った第２の方向に並んでおり、
各前記溝は、前記第２の方向に交差する方向に延伸している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【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セルスタックにおいて、
前記第１の方向に沿い、かつ、前記単セルを含む少なくとも１つの断面において、
前記第１のガス流路を画定する前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの一方には、前記ガス流通部材を収容する収容溝が形成され、
前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの他方と前記ガス流通部材との間に位置する前記絶縁性部材は、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの上記一方から離隔している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記第１の方向に沿い、かつ、前記単セルを含む少なくとも１つの断面において、
前記第１のガス流路を画定する前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの一方には、前記ガス流通部材を収容する収容溝が形成され、
前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの他方と前記ガス流通部材との間に位置する前記絶縁性部材は、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの上記一方から離隔している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【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セルスタックにおいて、
前記特定電気化学反応単位は、さらに、前記ガス流通部材と前記絶縁性部材とについての前記第１の方向に直交する面方向の相対位置の位置決めをする位置決め機構を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記特定電気化学反応単位は、さらに、前記ガス流通部材と前記絶縁性部材とについての前記第１の方向に直交する面方向の相対位置の位置決めをする位置決め機構を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項5】
請求項４に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第１の方向視において、前記ガス流通部材の全体は、前記絶縁性部材に重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記第１の方向視において、前記ガス流通部材の全体は、前記絶縁性部材に重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項6】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記ガス流通部材の前記第１の方向の長さは、前記絶縁性部材の前記第１の方向の長さよりも長い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記ガス流通部材の前記第１の方向の長さは、前記絶縁性部材の前記第１の方向の長さよりも長い、
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、電気化学反応セルスタックに関する。
【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種類の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は、一般に、複数の構成単位（以下、「発電単位」という。）が所定の方向（以下、「第１の方向」という。）に並べて配置された燃料電池スタックの形態で利用される。各発電単位は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）と、単セルに接続される単セル用セパレータと、インターコネクタとを有する。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、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備える。単セル用セパレータは、空気室（空気極に面する空間）と燃料室（燃料極に面する空間）とを区画する導電性部材である。インターコネクタは、単セルに電気的に接続される導電性部材である。インターコネクタは、第１の方向において単セル用セパレータと対向する導電性部分（以下、「インターコネクタ導電性部分」という。）を備える。燃料室と空気室との少なくとも一方（以下、「特定ガス室」という。）の少なくとも一部（以下、「第１のガス流路」という。）は、第１の方向視で単セルの外側において、単セル用セパレータとインターコネクタ導電性部分とによって画定されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－６２６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の燃料電池スタックの構成では、発電運転中に、燃料室内のガスの圧力と空気室内のガスの圧力との間に差が生じる。例えば、空気室におけるガスの圧力が、燃料室におけるガスの圧力より高くなる。そのため、従来の燃料電池スタックの構成では、燃料室と空気室との間のガスの圧力差に起因して単セル用セパレータに応力が生じ、単セル用セパレータにおける単セルや他の部材に支持されていない部分（比較的変形しやすい部分）が変形するおそれがある。このような変形が、単セル用セパレータに発生すると、第１のガス流路におけるガスの流れが阻害されて燃料電池スタックの性能が低下するおそれがある。
【0005】
なお、このような課題は、単セル用セパレータを、単セルに接続される他の導電性部材に置き換えた構成においても共通の課題である。また、当該課題は、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を複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、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び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。
【0006】
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】
【0007】
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。
【0008】
（１）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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燃料極および空気極と、を含む単セルと、前記単セルに接続される導電性部材である特定導電性部材と、前記単セルに電気的に接続される導電性のインターコネクタであって、前記第１の方向において前記特定導電性部材と対向する導電性部分であるインターコネクタ導電性部分を備えるインターコネクタと、をそれぞれ有し、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備え、各前記電気化学反応単位において、前記燃料極に面する燃料室と、前記空気極に面する空気室と、が形成され、前記燃料室と前記空気室との少なくとも一方である特定ガス室の少なくとも一部である第１のガス流路が、前記第１の方向視で前記単セルに対して外側において、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とによって画定されており、少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定電気化学反応単位は、前記第１のガス流路内に位置する導電性のガス流通部材であって、前記第１のガス流路の一部である第２のガス流路が形成されたガス流通部材を有する、電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定電気化学反応単位は、前記ガス流通部材と、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分との少なくとも一方との間に位置する絶縁性部材を備える。
【0009】
本電気化学反応セルスタックでは、ガス流通部材を備えることにより、特定導電性部材やインターコネクタ導電性部分が変形して特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とが接触することが抑制される。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とが接触することに起因してガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0010】
さらに、本電気化学反応セルスタックによれば、導電性を有するガス流通部材と特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分との少なくとも一方との間に位置する絶縁性部材を備えることにより、特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とが、導電性を有するガス流通部材を介して短絡することを抑制することができる。
【0011】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記ガス流通部材は、金属によって構成され、前記ガス流通部材に、前記第２のガス流路を構成する複数の溝が形成され、前記第１の方向視において、前記複数の溝は、前記ガス流通部材から最も近い前記単セルの辺に沿った第２の方向に並んでおり、各前記溝は、前記第２の方向に交差する方向に延伸している構成としてもよい。
【0012】
本電気化学反応セルスタックにおいては、上記のような構成である複数の溝が形成されていることにより、ガスが第１の方向視における第２の方向に交差する方向に拡散しやすくなり、ひいては、上記電気化学反応セルスタックの発電性能を向上させることができる。さらに、ガス流通部材は、金属によって構成されるものであるため、他の材料（例えば、セラミックス）によって構成されるものと比較して、上記の複数の溝を容易に形成（例えば、プレス機を用いて形成）することが可能である。
【0013】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向に沿い、かつ、前記単セルを含む少なくとも１つの断面において、前記第１のガス流路を画定する前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの一方には、前記ガス流通部材を収容する収容溝が形成され、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの他方と前記ガス流通部材との間に位置する前記絶縁性部材は、前記特定導電性部材と前記インターコネクタ導電性部分とのうちの上記一方から離隔している構成としてもよい。
【0014】
仮に、第１のガス流路やガス流通部材（特に、溝）が上記のような構成であり、かつ、絶縁性部材が特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とのうちの一方に接触している構成（以下、「比較構成」という。）においては、絶縁性部材の存在によって、ガスの流路が塞がれることにより、ガスの流れが阻害される。これに対し、本電気化学反応セルスタックにおいては、上記断面（第１の方向に沿い、かつ、単セルを含む少なくとも１つの断面）において、ガスの流れは、絶縁性部材が特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とのうちの一方から離隔しているため、上記の比較構成のようにガスの流れが阻害されることはなく、ガスの良好な流通性を確保することができる。
【0015】
（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定電気化学反応単位は、さらに、前記ガス流通部材と前記絶縁性部材とについての前記第１の方向に直交する面方向の相対位置の位置決めをする位置決め機構を備える構成としてもよい。
【0016】
仮に位置決め機構を備えない従来の構成においては、ガス流通部材と絶縁性部材とについての第１の方向に直交する面方向の相対位置がずれやすく、これにより第１の方向視において絶縁性部材がガス流通部材と重ならない部分の面積が大きくなり、ひいてはガスの流通性が阻害されるといった問題が生じやすい。これに対し、本電気化学反応セルスタックにおいては、ガス流通部材と絶縁性部材とについての第１の方向に直交する面方向の相対位置の位置決めをする位置決め機構を備えることにより、上記のような問題が生じることが抑制される。
【0017】
（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向視において、前記ガス流通部材の全体は、前記絶縁性部材に重なっている構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックでは、上述したような第１の方向視においてガス流通部材が絶縁性部材と重ならない部分が、より生じにくくなる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、特定導電性部材とインターコネクタ導電性部分とが短絡することを、より効果的に抑制することができる。
【0018】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記ガス流通部材の前記第１の方向の長さは、前記絶縁性部材の前記第１の方向の長さよりも長い構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックにおいては、ガス流通部材の第１の方向の長さが絶縁性部材の第１の方向の長さ以下である構成と比較して、ガス流通部材の第１の方向の長さが大きいことにより、効率的に、第２のガス流路を通るガスの流通性を向上させることができ、ひいては上記電気化学反応セルスタックの発電性能を向上させることができる。
【0019】
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】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
Ａ．実施形態：
Ａ－１．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８および図９）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り、図４は、図１のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ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５以降についても同様である。
Ａ－１．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８および図９）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り、図４は、図１のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ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５以降についても同様である。
【0022】
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、下端用セパレータ１８９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のうちの一方（以下、「上側エンドプレート１０４」という。）は、７つの発電単位１０２と下端用セパレータ１８９とから構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という。）の上側に配置されており、一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの他の（以下、「下側エンドプレート１０６」という。）は、発電ブロック１０３の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２と下端用セパレータ１８９とから構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という。）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（Ｚ軸方向、上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。
【0023】
図１および図４に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（上側エンドプレート１０４、各発電単位１０２、下端用セパレータ１８９）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、下側エンドプレート１０６のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近における上側の表面には、孔（ネジ孔）が形成されている。これらの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、上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。以下の説明では、ボルト孔１０９を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、ボルト孔１０９と呼ぶ場合がある。
【0024】
各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されている。各ボルト２２の下端部は下側エンドプレート１０６に形成されたネジ孔に螺号しており、各ボルト２２の上端部にはナット２４が嵌められている。ナット２４の下側の表面は、絶縁シート２６を介してエンドプレート１０４の上側の表面に当接している。このような構成のボルト２２およびナット２４により、燃料電池スタック１００の各層が一体に締結されている。なお、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。
【0025】
また、図１から図３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、下端用セパレータ１８９、下側エンドプレート１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、各層を上下方向に貫通する４つの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、最上部の発電単位１０２から下側エンドプレート１０６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を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。
【0026】
図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺のうちのＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔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に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺のうちのＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔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の外部へ排出する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、酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。
【0027】
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うち、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１つの連通孔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に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド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１つの連通孔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の外部へ排出する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、燃料ガスＦＧとしては、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。
【0028】
図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部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。図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス供給マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。なお、各ガス通路部材２７と下側エンドプレート１０６の表面との間には、絶縁シート２６が介在している。
【0029】
（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、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。一対のエンドプレート１０４，１０６の中央付近には、それぞれ、Ｚ軸方向に貫通する孔３２，３４が形成されている。Ｚ軸方向視で、一対のエンドプレート１０４，１０６のそれぞれに形成された孔３２，３４の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。そのため、各ボルト２２およびナット２４による締結によって生じるＺ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位１０２の周縁部（後述する各単セル１１０より外側の部分）に作用する。また、本実施形態では、上側エンドプレート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。
一対のエンドプレート１０４，１０６は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。一対のエンドプレート１０４，１０６の中央付近には、それぞれ、Ｚ軸方向に貫通する孔３２，３４が形成されている。Ｚ軸方向視で、一対のエンドプレート１０４，１０６のそれぞれに形成された孔３２，３４の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。そのため、各ボルト２２およびナット２４による締結によって生じるＺ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位１０２の周縁部（後述する各単セル１１０より外側の部分）に作用する。また、本実施形態では、上側エンドプレート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。
【0030】
（下端用セパレータ１８９の構成）
下端用セパレータ１８９は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば金属により形成されている。下端用セパレータ１８９の周縁部は、最も下側の発電単位１０２と下側エンドプレート１０６との間に挟み込まれた状態で、下側エンドプレート１０６と例えば溶接により接合されており、下側エンドプレート１０６と電気的に接続されている。
下端用セパレータ１８９は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば金属により形成されている。下端用セパレータ１８９の周縁部は、最も下側の発電単位１０２と下側エンドプレート１０６との間に挟み込まれた状態で、下側エンドプレート１０６と例えば溶接により接合されており、下側エンドプレート１０６と電気的に接続されている。
【0031】
（発電単位１０２の構成）
図５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６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り、図７は、図４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ＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図８は、図５から図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ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９は、図５から図７のＩＸ－ＩＸ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５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６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り、図７は、図４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ＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図８は、図５から図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ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９は、図５から図７のＩＸ－ＩＸ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。
【0032】
図５から図７に示すように、発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という。）１１０と、単セル用セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電部材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１９０および一対のＩＣ用セパレータ１８０とを備えている。単セル用セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、ＩＣ用セパレータ１８０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する各連通孔１０８を構成する孔と、各ボルト孔１０９を構成する孔とが形成されている。なお、単セル用セパレータ１２０は、特許請求の範囲における特定導電性部材の一例である。
【0033】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された反応防止層１１８とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、反応防止層１１８）を支持する燃料極支持形の単セルである。
【0034】
電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル１１０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。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、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））を含むように構成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。反応防止層１１８は、Ｚ軸方向視で空気極１１４と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とＹＳＺとを含むように構成されている。反応防止層１１８は、空気極１１４から拡散した元素（例えば、Ｓｒ）が電解質層１１２に含まれる元素（例えば、Ｚｒ）と反応して高抵抗な物質（例えば、ＳｒＺｒＯ３）が生成されることを抑制する機能を有する。
【0035】
単セル用セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１２１が形成されたフレーム状の導電性部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ１２０の板厚は、比較的薄く、例えば０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下程度である。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部における上側の表面に対向している。単セル用セパレータ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、単セル１１０（電解質層１１２）と接合されている。従って、単セル用セパレータ１２０は、接合部１２４を介して単セル１１０に電気的に接続されていると言える。単セル用セパレータ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（クロスリーク）が抑制される。
【0036】
単セル用セパレータ１２０は、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部（貫通孔１２１を取り囲む部分）を含む内側部１２６と、内側部１２６より外側に位置する外側部１２７と、内側部１２６と外側部１２７とを連結する連結部１２８とを備える。本実施形態では、内側部１２６および外側部１２７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部１２８は、内側部１２６と外側部１２７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部１２８における下側（燃料室１７６側）の部分は凸部となっており、連結部１２８における上側（空気室１６６側）の部分は凹部となっている。このため、連結部１２８は、Ｚ軸方向における位置が内側部１２６および外側部１２７とは異なる部分を含んでいる。
【0037】
単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１付近には、ガラスを含むガラスシール部１２５が配置されている。ガラスシール部１２５は、接合部１２４に対して空気室１６６側に位置しており、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部の表面と、単セル１１０（本実施形態では電解質層１１２）の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部１２５により、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（クロスリーク）が効果的に抑制される。
【0038】
インターコネクタ１９０は、略矩形の平板形状の平板部１５０と、平板部１５０から空気極１１４側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部１３４とを有する導電性の部材であり、金属（例えば、フェライト系ステンレス）により形成されている。本実施形態では、インターコネクタ１９０の表面（空気室１６６に面する表面）に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層１９４が形成されている。以下では、被覆層１９４に覆われたインターコネクタ１９０を、単に「インターコネクタ１９０」という。各発電単位１０２において、上側のインターコネクタ１９０（の平板部１５０）は、単セル１１０に対して空気室１６６を挟んで上側に配置されている。上側のインターコネクタ１９０（の各空気極側集電部１３４）は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材１９６を介して、単セル１１０の空気極１１４に接合されており、これにより単セル１１０の空気極１１４に電気的に接続されている。また、各発電単位１０２において、下側のインターコネクタ１９０は、単セル１１０に対して燃料室１７６を挟んで下側に配置されており、後述する燃料極側集電部材１４４を介して、単セル１１０の燃料極１１６に電気的に接続されている。インターコネクタ１９０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抑制する。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１９０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１９０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１９０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は下端用セパレータ１８９を備えているため、燃料電池スタック１００において最も下側に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１９０を備えていない（図２から図４参照）。
【0039】
ＩＣ用セパレータ１８０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１８１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。ＩＣ用セパレータ１８０の板厚は、比較的薄く、例えば０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下程度である。ＩＣ用セパレータ１８０は、Ｚ軸方向において単セル用セパレータ１２０と対向している。ＩＣ用セパレータ１８０における貫通孔１８１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、インターコネクタ１９０の平板部１５０の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。ある発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０のうち、上側のＩＣ用セパレータ１８０は、該発電単位１０２の空気室１６６と、該発電単位１０２に対して上側に隣り合う他の発電単位１０２の燃料室１７６とを区画する。また、ある発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０のうち、下側のＩＣ用セパレータ１８０は、該発電単位１０２の燃料室１７６と、該発電単位１０２に対して下側に隣り合う他の発電単位１０２の空気室１６６とを区画する。このように、ＩＣ用セパレータ１８０により、発電単位１０２の周縁部における発電単位１０２間のガスのリークが抑制される。なお、燃料電池スタック１００において最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０に接合されたＩＣ用セパレータ１８０は、上側エンドプレート１０４に電気的に接続されている。
【0040】
ＩＣ用セパレータ１８０は、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部（貫通孔１８１を取り囲む部分）を含む内側部１８６と、内側部１８６より外側に位置する外側部１８７と、内側部１８６と外側部１８７とを連結する連結部１８８とを備える。本実施形態では、内側部１８６および外側部１８７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部１８８は、内側部１８６と外側部１８７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部１８８における下側（空気室１６６側）の部分は凸部となっており、連結部１８８における上側（燃料室１７６側）の部分は凹部（後述する収容溝１２９）となっている。このため、連結部１８８は、Ｚ軸方向における位置が内側部１８６および外側部１８７とは異なる部分を含んでいる。
【0041】
以下において、インターコネクタ１９０とＩＣ用セパレータ１８０とからなる複合体を、単に「インターコネクタ１９０」という。なお、ＩＣ用セパレータ１８０を含むインターコネクタ１９０は、特許請求の範囲におけるインターコネクタの一例である。また、ＩＣ用セパレータ１８０は、特許請求の範囲におけるインターコネクタ導電性部分の一例である。
【0042】
図５から図８に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近にＺ軸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の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における上側の表面と、上側のＩＣ用セパレータ１８０の周縁部における下側の表面とに接触しており、両者の間のガスシール性（すなわち、空気室１６６のガスシール性）を確保するシール部材として機能する。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ＩＣ用セパレータ１８０間（すなわち、一対のインターコネクタ１９０間）間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３もとが形成されている。
【0043】
図５から図７および図９に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近にＺ軸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の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における下側の表面と、下側のＩＣ用セパレータ１８０の周縁部における上側の表面とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。
【0044】
図５から図７に示すように、燃料極側集電部材１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電部材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の下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１９０（の平板部１５０）の上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において最も下側に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１９０を備えていないため、該発電単位１０２における燃料極側集電部材１４４のインターコネクタ対向部１４６は、下端用セパレータ１８９に接触している。燃料極側集電部材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１９０（または下端用セパレータ１８９）とを電気的に接続する。なお、燃料極側集電部材１４４の電極対向部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、燃料極側集電部材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、燃料極側集電部材１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１９０（または下端用セパレータ１８９）との電気的接続が良好に維持される。
【0045】
Ａ－２．ガス流通部材５０および絶縁性部材５６の構成：
本実施形態の燃料電池スタック１００は、さらにガス流通部材５０および絶縁性部材５６を備える。以下、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６の構成について説明する。上述したように、図９は、図５から図７のＩＸ－ＩＸ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１０は、図５から図７のＸ－Ｘ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１１は、ガス流通部材５０の外観構成を概略的に示す説明図である。図１２は、発電単位１０２の一部（図６のＸｐの部分）のＸＹ断面（図９および図１０のＸＩＩ－ＸＩＩ断面）構成を拡大して示す説明図である。図１３は、発電単位１０２の一部のＸＹ断面（図１０のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面）構成を拡大して示す説明図である。なお、図１２および図１３に示された燃料電池スタック１００の断面は、燃料電池スタック１００における、Ｚ軸方向に沿い、かつ、単セル１１０を含む断面であると言える。
本実施形態の燃料電池スタック１００は、さらにガス流通部材５０および絶縁性部材５６を備える。以下、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６の構成について説明する。上述したように、図９は、図５から図７のＩＸ－ＩＸ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１０は、図５から図７のＸ－Ｘ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１１は、ガス流通部材５０の外観構成を概略的に示す説明図である。図１２は、発電単位１０２の一部（図６のＸｐの部分）のＸＹ断面（図９および図１０のＸＩＩ－ＸＩＩ断面）構成を拡大して示す説明図である。図１３は、発電単位１０２の一部のＸＹ断面（図１０のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面）構成を拡大して示す説明図である。なお、図１２および図１３に示された燃料電池スタック１００の断面は、燃料電池スタック１００における、Ｚ軸方向に沿い、かつ、単セル１１０を含む断面であると言える。
【0046】
図９から図１３までに示すように、燃料室１７６は、Ｚ軸方向視において、燃料室１７６のうち、単セル１１０に重なる部分（以下、「単セル重複流路」という。）１７７と、単セル１１０に重ならない部分（換言すれば、単セル１１０に対して外側に位置する部分）（以下、「単セル非重複流路」という。）１７８とを有する。単セル非重複流路１７８は、主に単セル用セパレータ１２０とインターコネクタ１９０（より具体的には、ＩＣ用セパレータ１８０）とによって画定されている。なお、燃料室１７６の一部である単セル非重複流路１７８は、特許請求の範囲における第１のガス流路の一例である。
【0047】
（ガス流通部材５０について）
図９および図１１に示すように、ガス流通部材５０は、全体として所定の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に延びる長尺状の導電性部材であり、例えば金属により形成されている。ガス流通部材５０は、その略全体を占める中央部５３と、中央部５３のＹ軸方向の両端それぞれに位置する端部５４，５５とを有している。なお、図１１では、ガス流通部材５０の中央部５３の一部が図示されており、ガス流通部材５０の中央部５３における延伸方向（Ｙ軸方向）の両端部、およびガス流通部材５０の端部５４，５５の図示が省略されている。
図９および図１１に示すように、ガス流通部材５０は、全体として所定の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に延びる長尺状の導電性部材であり、例えば金属により形成されている。ガス流通部材５０は、その略全体を占める中央部５３と、中央部５３のＹ軸方向の両端それぞれに位置する端部５４，５５とを有している。なお、図１１では、ガス流通部材５０の中央部５３の一部が図示されており、ガス流通部材５０の中央部５３における延伸方向（Ｙ軸方向）の両端部、およびガス流通部材５０の端部５４，５５の図示が省略されている。
【0048】
ガス流通部材５０の中央部５３は、板材の中央部を断面が波形になるように折り曲げ加工して作製された部分であり、ガス流通部材５０の端部５４，５５は、当該板材の端部により構成される平板状部分である。すなわち、ガス流通部材５０の中央部５３は、ガス流通部材５０全体の延伸方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（ＸＺ面内方向）に延伸する平板状の複数の部分（以下、「第１の部分５１」という。）と、それぞれ、隣り合う２つの第１の部分５１の端部間を接続する平板状の複数の第２の部分５２とが、ガス流通部材５０全体の延伸方向（Ｙ軸方向）に交互に並んだ構成を有している。ガス流通部材５０の中央部５３はこのような構成であるため、ガス流通部材５０の中央部５３には、上側および下側に、ガス流通部材５０全体の延伸方向（Ｙ軸方向）に交差（本実施形態では直交）する方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延びる複数の溝１７９が形成されていると言える。なお、第１の部分５１の延伸方向（ＸＺ面内方向）は、Ｚ軸方向に直交する方向（ＸＹ面内方向）に平行ではない。換言すれば、第１の部分５１の延伸方向は、Ｚ軸方向に直交する方向（ＸＹ面内方向）に交差する方向である。また、本実施形態では、各第２の部分５２は、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（ＸＹ面内方向）に延伸する平板状の部分である。
【0049】
ガス流通部材５０の板厚ｔ１は、０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下程度であり、例えば０．１ｍｍである。また、ガス流通部材５０の高さｈ１（Ｚ軸方向の大きさ）は、０．４ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下程度であり、例えば０．７ｍｍである。なお、ガス流通部材５０に形成された溝１７９の深さｄ１は、ガス流通部材５０の高さｈ１と板厚ｔ１との差分（ｈ１－ｔ１）である。また、ガス流通部材５０の幅Ｗ１（Ｘ軸方向の大きさ）は、１ｍｍ以上、７ｍｍ以下程度であり、例えば４ｍｍである。また、ガス流通部材５０における隣り合う２つの第１の部分５１の間の距離ｌ１は、例えば５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下程度であり、例えば１０ｍｍである。
【0050】
図９、図１０、図１２および図１３に示すように、ガス流通部材５０は、発電単位１０２における燃料室１７６（より具体的には、単セル非重複流路１７８）内に配置されている。本実施形態では、ガス流通部材５０は、ＩＣ用セパレータ１８０（より具体的には、連結部１８８）上に載置されている。また、本実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２の燃料室１７６に、それぞれ２つのガス流通部材５０（第１のガス流通部材５０ａおよび第２のガス流通部材５０ｂ）が配置されている。なお、図１２および図１３では、２つのガス流通部材５０のうちの第１のガス流通部材５０ａ側の断面が示され、第２のガス流通部材５０ｂ側の断面の図示は省略されているが、第２のガス流通部材５０ｂ側の断面の構成（特に、ガス流通部材５０や、後述する絶縁性部材５６の構成）は、第１のガス流通部材５０ａ側の断面の構成と同様である。また、図１３では、ガス流通部材５０が有する２つの端部５４，５５のうちの一方５４側の断面が示されているが、２つの端部５４，５５のうちの他方５５側の断面の構成（特に、ガス流通部材５０や、後述する絶縁性部材５６の構成）は、２つの端部５４，５５のうちの一方５４側の断面の構成と同様である。
【0051】
図９に示すように、Ｚ軸方向視において、複数の溝１７９は、ガス流通部材５０（５０ａ、５０ｂ）から最も近い単セル１１０の辺（ＳＩ１、ＳＩ２）に沿った方向であるＹ軸方向に並んでいる。具体的には、第１のガス流通部材５０ａに形成された複数の溝１７９は、第１のガス流通部材５０ａから最も近い単セル１１０の辺ＳＩ１に沿った方向であるＹ軸方向に並んでおり、第２のガス流通部材５０ｂに形成された複数の溝１７９は、第２のガス流通部材５０ｂから最も近い単セル１１０の辺ＳＩ２に沿った方向であるＹ軸方向に並んでいる。
【0052】
また、図５および図６に示すように、各発電単位１０２において、２つのガス流通部材５０は、Ｚ軸方向視で、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０と重なる位置に配置されている。より具体的には、２つのガス流通部材５０は、Ｚ軸方向視で、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０の各連結部１２８、１８８と重なる位置に配置されている。
【0053】
また、図９に示すように、第１のガス流通部材５０ａは、Ｚ軸方向視で、燃料ガス供給連通流路１４２と単セル１１０およびインターコネクタ１９０の平板部１５０との間に配置され、第２のガス流通部材５０ｂは、Ｚ軸方向視で、燃料ガス排出連通流路１４３と単セル１１０およびインターコネクタ１９０の平板部１５０との間に配置されている。
【0054】
また、本実施形態では、第１のガス流通部材５０ａ全体の延伸方向（Ｙ軸方向）は、単セル１１０における燃料ガス供給連通流路１４２に対向する辺である第１の辺ＳＩ１と平行である。また、第１の辺ＳＩ１に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第１のガス流通部材５０ａの長さＬ０は、第１の辺ＳＩ１の長さＬ１の２分の１以上となっている。より具体的には、第１のガス流通部材５０ａの長さＬ０は、第１の辺ＳＩ１の長さＬ１以上となっている。同様に、第２のガス流通部材５０ｂ全体の延伸方向（Ｙ軸方向）は、単セル１１０における燃料ガス排出連通流路１４３に対向する辺である第２の辺ＳＩ２と平行である。また、第２の辺ＳＩ２に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第２のガス流通部材５０ｂの長さＬ０は、第２の辺ＳＩ２の長さＬ１の２分の１以上となっている。より具体的には、第２のガス流通部材５０ｂの長さＬ０は、第２の辺ＳＩ２の長さＬ１以上となっている。
【0055】
上述したように、各ガス流通部材５０には、Ｘ軸方向に延びる複数の溝１７９が形成されている。各溝１７９の延伸方向（Ｘ軸方向）は、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向と一致している。燃料ガス供給マニホールド１７１から燃料ガス供給連通流路１４２を介して燃料室１７６に供給された燃料ガスＦＧの少なくとも一部は、第１のガス流通部材５０ａに形成された各溝１７９内を通過して単セル１１０（燃料極１１６）に面する位置に至り、また、単セル１１０に面する位置から第２のガス流通部材５０ｂに形成された各溝１７９内を通過して燃料ガス排出連通流路１４３に面する位置に至り、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に排出される。すなわち、溝１７９の存在により、ガス流通部材５０を燃料室１７６内に配置しても、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。なお、各ガス流通部材５０に形成された複数の溝１７９は、単セル非重複流路１７８の一部であり、特許請求の範囲における第２のガス流路の一例である。
【0056】
また、図９に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２は、さらに、ガス流通部材５０をＩＣ用セパレータ１８０（より具体的には、連結部１８８）に固定するための４つの固定部６０を備えている。固定部６０は、第１のガス流通部材５０ａの両端部５４，５５側に１つずつ、第２のガス流通部材５０ｂの両端部５４，５５側に１つずつ配置されている。各固定部６０は、所定の方法（例えば、ロウ付けや溶接等）により形成され、ＩＣ用セパレータ１８０（の連結部１８８）上に固定された部分であり、例えば、ガラス、ロウ材、溶接痕によって形成される。さらに、ガス流通部材５０の各端部５４，５５は、Ｚ軸方向視において、ＩＣ用セパレータ１８０上に固定された固定部６０の周囲の少なくとも一部を囲む（換言すれば、把持する）形状をなしており、これにより、ＩＣ用セパレータ１８０に対するガス流通部材５０のＸＹ面内方向（特に、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向）の位置ずれが抑制される。
【0057】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００のＩＣ用セパレータ１８０は、上述したように、内側部１８６と外側部１８７と連結部１８８とを備え、連結部１８８は、内側部１８６と外側部１８７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。より詳細には、図１２および図１３に示すように、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８は、第１部分１８８１と、第２部分１８８２と、第３部分１８８３とから構成されている。第１部分１８８１は、内側部１８６に繋がり、かつ、Ｘ軸正方向に向かうにつれてＺ軸正方向に位置するようにＸ軸に対して傾斜する方向に延伸している。第２部分１８８２は、外側部１８７に繋がり、かつ、Ｘ軸正方向に向かうにつれてＺ軸負方向に位置するようにＸ軸に対して傾斜する方向に延伸している。第３部分１８８３は、第１部分１８８１と第２部分１８８２とを連結し、かつ、Ｘ軸方向に延伸している。なお、本実施形態では、単セル用セパレータ１２０の連結部１２８についても、同様の形状である第１部分１２８１と第２部分１２８２と第３部分１２８３とから構成されている。
【0058】
また、図１２および図１３に示すように、ガス流通部材５０は、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８により画定された溝（以下、「収容溝」という。）１２９に収容されている。なお、本実施形態では、ガス流通部材５０の全体が収容溝１２９に収容されている。そのため、ガス流通部材５０のＸ軸方向の最大長さは、収容溝１２９のＸ軸方向の最大長さよりも短く、ガス流通部材５０のＹ軸方向の最大長さは、収容溝１２９のＹ軸方向の最大長さよりも短い。
【0059】
（絶縁性部材５６について）
図１０、図１２および図１３に示すように、絶縁性部材５６は、全体として、ガス流通部材５０における延伸方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺板状の絶縁性部材であり、例えばマイカにより形成されている。
図１０、図１２および図１３に示すように、絶縁性部材５６は、全体として、ガス流通部材５０における延伸方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺板状の絶縁性部材であり、例えばマイカにより形成されている。
【0060】
図９および図１０に示すように、Ｚ軸方向視において、絶縁性部材５６は、ガス流通部材５０の全体に重なるように位置している。換言すれば、Ｚ軸方向視において、ガス流通部材５０の全体は、絶縁性部材５６に重なっている。
【0061】
また、図１０に示すように、本実施形態では、絶縁性部材５６全体の延伸方向（Ｙ軸方向）は、単セル１１０における燃料ガス供給連通流路１４２に対向する辺である第１の辺ＳＩ１と平行である。また、第１の辺ＳＩ１に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第１の絶縁性部材５６ａの長さＬ１０は、第１の辺ＳＩ１の長さＬ１の２分の１以上となっている。より具体的には、第１の絶縁性部材５６ａの長さＬ１０は、第１の辺ＳＩ１の長さＬ１より長くなっている。同様に、第２の絶縁性部材５６ｂ全体の延伸方向（Ｙ軸方向）は、単セル１１０における燃料ガス排出連通流路１４３に対向する辺である第２の辺ＳＩ２と平行である。また、第２の辺ＳＩ２に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第２の絶縁性部材５６ｂの長さＬ１０は、第２の辺ＳＩ２の長さＬ１の２分の１以上となっている。より具体的には、第２の絶縁性部材５６ｂの長さＬ１０は、第２の辺ＳＩ２の長さＬ１以より長くなっている。
【0062】
図１２および図１３に示すように、絶縁性部材５６は、ガス流通部材５０と単セル用セパレータ１２０との間に位置している。なお、本実施形態では、絶縁性部材５６は、ガス流通部材５０と単セル用セパレータ１２０のそれぞれに接触している。
【0063】
図１０、図１２および図１３に示すように、絶縁性部材５６は、その略全体を占める中央部５７と、中央部５７のＹ軸方向の両端それぞれに位置する端部５８，５９とを有している。図１２および図１３に示すように、絶縁性部材５６の各端部５８，５９のＸ軸方向（換言すれば、絶縁性部材５６の全体の延伸方向（Ｙ軸方向）に直交する方向）の長さは、中央部５７のＸ軸方向の長さよりも長くなっている。なお、本実施形態では、絶縁性部材５６の中央部５７のＸ軸方向の長さは、収容溝１２９の底面（ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の第３部分１８８３により画定される面）のＸ軸方向の長さよりも短い。また、絶縁性部材５６の各端部５８，５９のＸ軸方向の長さは、収容溝１２９の底面のＸ軸方向の長さよりも長い。
【0064】
図１２に示すように、絶縁性部材５６のうち、比較的Ｘ軸方向の長さが短い部分である中央部５７はＩＣ用セパレータ１８０から離隔している。そのため、絶縁性部材５６の中央部５７とＩＣ用セパレータ１８０との間には隙間がある。この隙間は、ガス流通部材５０に形成された各溝１７９に連通しており、燃料ガスＦＧが流れる流路として機能する。なお、収容溝１２９の底面（ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の第３部分１８８３により画定される面）の延伸方向は、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）と一致している。また、収容溝１２９の一対の側面（ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の第１部分１８８１や第２部分１８８２により画定される面）の延伸方向は、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に方向に沿っている。換言すれば、燃料電池スタック１００のＸＺ断面における収容溝１２９の一対の側面の延伸方向は、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）と一致はしていないが、当該方向に直交する方向とは異なっている。収容溝１２９の一対の側面の延伸方向がこのようなものであることにより、収容溝１２９において燃料ガスＦＧの流れが阻害されることがある程度抑制される。
【0065】
図１３に示すように、絶縁性部材５６のうち、比較的Ｘ軸方向の長さが長い部分である端部５８，５９は、ＩＣ用セパレータ１８０（より具体的には、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の第１部分１８８１と第２部分１８８２）上に載置されている。上述したように、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の第１部分１８８１は、Ｘ軸正方向に向かうにつれてＺ軸正方向に位置するようにＸ軸に対して傾斜する方向に延伸し、第２部分１８８２は、Ｘ軸正方向に向かうにつれてＺ軸負方向に位置するようにＸ軸に対して傾斜する方向に延伸している。このような形状であるＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８に絶縁性部材５６が載置されているため、ＩＣ用セパレータ１８０に対する絶縁性部材５６のＸＹ面内方向（特に、Ｘ軸方向）の位置ずれが抑制される。
【0066】
上述したように、ガス流通部材５０の各端部５４，５５は、ＩＣ用セパレータ１８０上に固定された固定部６０の周囲の少なくとも一部を囲む形状をなしており、これにより、ＩＣ用セパレータ１８０に対するガス流通部材５０のＸＹ面内方向の位置ずれが抑制される。さらに、上述した形状であるＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８に絶縁性部材５６が載置されているため、絶縁性部材５６のＸＹ面内方向の位置ずれが抑制される。これらの結果、ガス流通部材５０と絶縁性部材５６とについてのＸＹ面内方向の相対位置のずれが抑制される。従って、本実施形態において、固定部６０、ガス流通部材５０の端部５４，５５、および絶縁性部材５６の端部５８，５９は、ガス流通部材５０と絶縁性部材５６とについてのＸＹ面内方向（換言すれば、Ｚ軸方向に直交する面方向）の相対位置の位置決めをする位置決め機構であると言える。
【0067】
【0068】
Ａ－３．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド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および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド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および図６に示すように、燃料ガス供給マニホールド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および本体部２８の孔を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド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。燃料ガスＦＧは、燃料室１７６において、単セル非重複流路１７８の内の燃料ガス供給連通流路１４２側（換言すれば、第１のガス流通部材５０ａ側）、単セル重複流路１７７、単セル非重複流路１７８の内の燃料ガス供給連通流路１４２側（換言すれば、第２のガス流通部材５０ｂ側）の順に流れる。その過程において、燃料ガスＦＧはガス流通部材５０の溝１７９内を流れる（図１２および図１３参照）。
図２および図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド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および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド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および図６に示すように、燃料ガス供給マニホールド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および本体部２８の孔を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド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。燃料ガスＦＧは、燃料室１７６において、単セル非重複流路１７８の内の燃料ガス供給連通流路１４２側（換言すれば、第１のガス流通部材５０ａ側）、単セル重複流路１７７、単セル非重複流路１７８の内の燃料ガス供給連通流路１４２側（換言すれば、第２のガス流通部材５０ｂ側）の順に流れる。その過程において、燃料ガスＦＧはガス流通部材５０の溝１７９内を流れる（図１２および図１３参照）。
【0069】
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および燃料ガスＦＧ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は上側のインターコネクタ１９０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部材１４４を介して下側のインターコネクタ１９０（または、下端用セパレータ１８９）に電気的に接続されている。すなわち、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。また、最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０およびＩＣ用セパレータ１８０は、上側エンドプレート１０４に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位１０２の燃料極側集電部材１４４に電気的に接続された下端用セパレータ１８９は、下側エンドプレート１０６に電気的に接続されている。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。
【0070】
図２および図５に示すように、各発電単位１０２の空気室１６６から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に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、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の孔を経て、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、図３および図６に示すように、各発電単位１０２の燃料室１７６から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に排出された燃料オフガスＦＯＧは、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の孔を経て、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。
【0071】
なお、本実施形態の燃料電池スタック１００では、図８および図９に示すように、Ｚ軸方向視で、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが、単セルの一の辺（図８および図９に示される第２の辺ＳＩ２）に（同じ方向に）対向するように配置されており、かつ、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３と、燃料ガス供給マニホールド１７１に連通する燃料ガス供給連通流路１４２とが、単セルの上記第２の辺ＳＩ２に対して単セル１１０の中心点を挟んで対向する他の辺（図８および図９に示され第１の辺ＳＩ１）に（同じ方向に）対向するように配置されている。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、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（Ｘ軸正方向からＸ軸負方向へ向かう方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸負方向からＸ軸正方向へ向かう方向）とが略反対方向（互いに対向する方向）である、カウンターフロータイプのＳＯＦＣである。
【0072】
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は、Ｚ軸方向に並べて配置された複数の発電単位１０２を備える。各発電単位１０２は、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０と、インターコネクタ１９０とを有する。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する燃料極１１６および空気極１１４とを含む。単セル用セパレータ１２０は、単セル１１０に接続される導電性部材である。インターコネクタ１９０は、単セル１１０に電気的に接続される導電性部材である。インターコネクタ１９０は、Ｚ軸方向において単セル用セパレータ１２０と対向する導電性部分であるＩＣ用セパレータ１８０を備える。各発電単位１０２において、燃料極１１６に面する燃料室１７６と、空気極１１４に面する空気室１６６とが形成されている。燃料室１７６の一部である単セル非重複流路１７８は、Ｚ軸方向視で単セル１１０に対して外側において、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とによって画定されている。各発電単位１０２は、単セル非重複流路１７８内に位置する導電性のガス流通部材５０（５０ａ、５０ｂ）を有する。ガス流通部材５０には、単セル非重複流路１７８の一部である複数の溝１７９（ガス（燃料ガスＦＧ）が流れる流路）が形成されている。各発電単位１０２は、ガス流通部材５０と、単セル用セパレータ１２０との間に位置する絶縁性部材５６を備える。
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００は、Ｚ軸方向に並べて配置された複数の発電単位１０２を備える。各発電単位１０２は、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０と、インターコネクタ１９０とを有する。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する燃料極１１６および空気極１１４とを含む。単セル用セパレータ１２０は、単セル１１０に接続される導電性部材である。インターコネクタ１９０は、単セル１１０に電気的に接続される導電性部材である。インターコネクタ１９０は、Ｚ軸方向において単セル用セパレータ１２０と対向する導電性部分であるＩＣ用セパレータ１８０を備える。各発電単位１０２において、燃料極１１６に面する燃料室１７６と、空気極１１４に面する空気室１６６とが形成されている。燃料室１７６の一部である単セル非重複流路１７８は、Ｚ軸方向視で単セル１１０に対して外側において、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とによって画定されている。各発電単位１０２は、単セル非重複流路１７８内に位置する導電性のガス流通部材５０（５０ａ、５０ｂ）を有する。ガス流通部材５０には、単セル非重複流路１７８の一部である複数の溝１７９（ガス（燃料ガスＦＧ）が流れる流路）が形成されている。各発電単位１０２は、ガス流通部材５０と、単セル用セパレータ１２０との間に位置する絶縁性部材５６を備える。
【0073】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、ガス流通部材５０を備えることにより、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０が変形して単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが接触することが抑制される。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが接触することに起因してガス（燃料ガスＦＧ）の流れが阻害されることを抑制することができる。
【0074】
さらに、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、導電性を有するガス流通部材５０と単セル用セパレータ１２０との間に位置する絶縁性部材５６を備えることにより、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが、導電性を有するガス流通部材５０を介して短絡することを抑制することができる。
【0075】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、ガス流通部材５０は、金属によって構成されている。ガス流通部材５０に、ガス（燃料ガスＦＧ）の流路である単セル非重複流路１７８を構成する複数の溝１７９が形成されている。Ｚ軸方向視において、複数の溝１７９は、ガス流通部材５０（５０ａ、５０ｂ）から最も近い単セル１１０の辺（ＳＩ１、ＳＩ２）に沿った方向であるＹ軸方向に並んでいる。各溝１７９は、Ｙ軸方向に交差する方向であるＸ軸方向に延伸している。本実施形態の燃料電池スタック１００においては、上記のような構成である複数の溝１７９が形成されていることにより、ガス（燃料ガスＦＧ）がＸ軸方向（Ｚ軸方向視におけるＹ軸方向に交差する方向）に拡散しやすくなり、ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能を向上させることができる。さらに、ガス流通部材５０は、金属によって構成されるものであるため、他の材料（例えば、セラミックス）によって構成されるものと比較して、上記の複数の溝１７９を容易に形成（例えば、プレス機を用いて形成）することが可能である。
【0076】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、Ｚ軸方向に沿い、かつ、単セル１１０を含む少なくとも１つの断面（例えば、図１２および図１３に示す断面）において、単セル非重複流路１７８を画定するＩＣ用セパレータ１８０には、ガス流通部材５０を収容する収容溝１２９が形成されている。単セル用セパレータ１２０とガス流通部材５０との間に位置する絶縁性部材５６は、ＩＣ用セパレータ１８０から離隔している。仮に、単セル非重複流路１７８やガス流通部材５０（特に、溝１７９）が上記のような構成であり、かつ、絶縁性部材５６がＩＣ用セパレータ１８０に接触している構成（以下、「比較構成」という。）においては、絶縁性部材５６の存在によって、ガス（燃料ガスＦＧ）の流路が塞がれることにより、ガス（燃料ガスＦＧ）の流れが阻害される。これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００においては、上記断面（Ｚ軸方向に沿い、かつ、単セル１１０を含む少なくとも１つの断面）において、ガス（燃料ガスＦＧ）の流れは、絶縁性部材５６がＩＣ用セパレータ１８０から離隔しているため、上記の比較構成のようにガス（燃料ガスＦＧ）の流れが阻害されることはなく、ガス（燃料ガスＦＧ）の良好な流通性を確保することができる。
【0077】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２は、さらに、ガス流通部材５０と絶縁性部材５６とについてのＺ軸方向に直交する面方向であるＸＹ面内方向の相対位置の位置決めをする位置決め機構（固定部６０、ガス流通部材５０の端部５４，５５、絶縁性部材５６の端部５８，５９）を備える。仮に位置決め機構を備えない従来の構成においては、ガス流通部材５０と絶縁性部材５６とについてのＸＹ面内方向（Ｚ軸方向に直交する面方向）の相対位置がずれやすく、これによりＺ軸方向視において絶縁性部材５６がガス流通部材５０と重ならない部分の面積が大きくなり、ひいてはガス（燃料ガスＦＧ）の流通性が阻害されるといった問題が生じやすい。これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００においては、ガス流通部材５０と絶縁性部材５６とについてのＸＹ面内方向（換言すれば、Ｚ軸方向に直交する面方向）の相対位置の位置決めをする位置決め機構を備えることにより、上記のような問題が生じることが抑制される。
【0078】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、Ｚ軸方向視において、ガス流通部材５０の全体は、絶縁性部材５６に重なっている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したようなＺ軸方向視においてガス流通部材５０が絶縁性部材５６と重ならない部分が、より生じにくくなる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが短絡することを、より効果的に抑制することができる。
【0079】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、ガス流通部材５０のＺ軸方向の長さＧＬは、絶縁性部材５６のＺ軸方向の長さＩＬよりも長い。本実施形態の燃料電池スタック１００においては、ガス流通部材５０のＺ軸方向の長さＧＬが絶縁性部材５６のＺ軸方向の長さＩＬ以下である構成と比較して、ガス流通部材５０のＺ軸方向の長さＧＬが大きいことにより、効率的に、複数の溝１７９を通るガス（燃料ガスＦＧ）の流通性を向上させることができ、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能を向上させることができる。
【0080】
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。
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。
【0081】
上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成や燃料電池スタック１００を構成する各部分の構成は、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、２つのガス流通部材５０および２つの絶縁性部材５６が、Ｚ軸方向視で、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０の各連結部１２８、１８８と重なる位置に配置されているが、ガス流通部材５０や絶縁性部材５６は、Ｚ軸方向視で、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０における各連結部１２８、１８８以外の部分と重なる位置に配置されていてもよい。また、上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０が、連結部１２８，１８８を有しているが、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０が、連結部１２８，１８８を有さなくてもよい。
【0082】
また、上記実施形態では、燃料室１７６内における、Ｚ軸方向視で、燃料ガス供給連通流路１４２と単セル１１０との間に１つのガス流通部材５０（第１のガス流通部材５０ａ）および絶縁性部材５６（第１の絶縁性部材５６ａ）が配置されているが、該位置に複数のガス流通部材５０および複数の絶縁性部材５６が配置されていてもよい。同様に、上記実施形態では、燃料室１７６内における、Ｚ軸方向視で、燃料ガス排出連通流路１４３と単セル１１０との間に１つのガス流通部材５０（第２のガス流通部材５０ｂ）および絶縁性部材５６（第２の絶縁性部材５６ｂ）が配置されているが、該位置に複数のガス流通部材５０および複数の絶縁性部材５６が配置されていてもよい。また、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６は、Ｚ軸方向視で単セル１１０に重なる領域に配置されていてもよい。
【0083】
また、ガス流通部材５０の長さは種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、第１の辺ＳＩ１に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第１のガス流通部材５０ａの長さＬ０と、第２の辺ＳＩ２に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第２のガス流通部材５０ｂの長さＬ０とが同等であるが、各ガス流通部材５０の長さが異なっていてもよい。また、Ｚ軸方向視において、第１の辺ＳＩ１に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿った第１のガス流通部材５０ａの長さＬ０は、第１の辺ＳＩ１の長さＬ１未満であるとしてもよいし、第１の辺ＳＩ１の長さＬ１の２分の１未満であるとしてもよい。第２のガス流通部材５０ｂの長さＬ０についても同様である。また、上記実施形態では、ガス流通部材５０のＺ軸方向の長さＧＬは絶縁性部材５６のＺ軸方向の長さＩＬよりも長いが、ガス流通部材５０のＺ軸方向の長さＧＬが絶縁性部材５６のＺ軸方向の長さＩＬ以下であってもよい。
【0084】
ガス流通部材５０の各部の延伸方向、絶縁性部材５６の各部の延伸方向、溝１７９の延伸方向は種々変更可能である。
【0085】
また、上記実施形態では、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６が、燃料室１７６内における、Ｚ軸方向視で、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と単セル１１０との間に配置されているが、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６が、燃料室１７６内における、Ｚ軸方向視で、燃料ガス供給連通流路１４２と燃料ガス排出連通流路１４３との一方と、単セル１１０との間に配置されているとしてもよい。
【0086】
上記実施形態では、絶縁性部材５６はガス流通部材５０と単セル用セパレータ１２０との間に位置しているが、絶縁性部材５６はガス流通部材５０とＩＣ用セパレータ１８０との間に位置していてもよい。この構成においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0087】
上記実施形態では、絶縁性部材５６は単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０と接触しているが、絶縁性部材５６は単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０と接触していなくてもよい。
【0088】
上記実施形態では、ガス流通部材５０の全体が収容溝１２９に収容されているが、ガス流通部材５０の一部のみが収容溝１２９に収容されていてもよい。ガス流通部材５０が収容溝１２９に収容されていない構成であってもよい。
【0089】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２がガス流通部材５０および絶縁性部材５６を備えているが、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がガス流通部材５０および絶縁性部材５６を備えている必要はなく、少なくとも１つの発電単位１０２がガス流通部材５０や絶縁性部材５６を備えていればよい。なお、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６を備える発電単位１０２は、特許請求の範囲における特定電気化学反応単位の一例である。
【0090】
また、上記実施形態では、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６が、燃料室１７６内における、Ｚ軸方向視で、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とインターコネクタ１９０との間に配置されると共に、ＩＣ用セパレータ１８０と重なって配置されているが、必ずしもこのような構成である必要はない。また、燃料電池スタック１００がＩＣ用セパレータ１８０を備えている必要はなく、インターコネクタ１９０が燃料電池スタック１００の周縁部（Ｚ軸方向視で空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０と重なる部分）まで延伸していてもよい。
【0091】
上記実施形態では、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６は燃料室１７６内に配置されているが、ガス流通部材５０および絶縁性部材５６が空気室１６６（例えば、燃料室１７６のうち、Ｚ軸方向視で単セル１１０に重ならない部分であり、主に空気極１１４と単セル用セパレータ１２０）とによって画定される部分）内に配置されていてもよい。この構成においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0092】
また、ガス流通部材５０の構成は種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ガス流通部材５０は、ガス流通部材５０の中央部５３は、板材の中央部を断面が波形になるように折り曲げ加工して作製された部分であり、ガス流通部材５０の端部５４，５５は、当該板材の端部により構成される平板状部分であるが、このような構成とは異なる構成であってもよい。
【0093】
また、上記実施形態では、ガス流通部材５０に、ガス（燃料ガスＦＧ）の流路である単セル非重複流路１７８を構成する複数の溝１７９が形成されているが、ガス流通部材５０に、溝以外のガス流路（例えば、貫通孔）が形成されていてもよい。
【0094】
上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０とガス流通部材５０との間に位置する絶縁性部材５６がＩＣ用セパレータ１８０から離隔しているが、ＩＣ用セパレータ１８０とガス流通部材５０との間に位置する絶縁性部材５６が単セル用セパレータ１２０から離隔している構成としてもよい。この構成においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0095】
また、上記実施形態では、ガス流通部材５０が、板状部材を加工した構成を有しているが、ガス流通部材５０は、ガスが流れる多数の孔が形成されたメッシュ状の部材であってもよい。
【0096】
また、上記実施形態では、一対のエンドプレート１０４，１０６に孔３２，３４が形成されているが、一対のエンドプレート１０４，１０６の少なくとも一方について該孔３２，３４が形成されていなくてもよい。また、上記実施形態では、一対のエンドプレート１０４，１０６がターミナルプレートとして機能するが、一対のエンドプレート１０４，１０６とは別に、ターミナルプレートを設けてもよい。
【0097】
また、上記実施形態では、インターコネクタ１９０は導電性の被覆層１９４を含んでいるが、インターコネクタ１９０が該被覆層１９４を含んでいなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル１１０が反応防止層１１８を有しているが、単セル１１０が反応防止層１１８を有さないとしてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０の個数（発電単位１０２の個数）は、あくまで一例であり、単セル１１０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。
【0098】
上記実施形態では、インターコネクタ１９０は、平板部１５０等からなる本体部分に、Ｚ軸方向において単セル用セパレータ１２０と対向している部分であるＩＣ用セパレータ１８０が接合された構成であるが、一体の部材であるインターコネクタ１９０の一部がＺ軸方向において単セル用セパレータ１２０と対向する構成としてもよい。この構成においては、一体の部材であるインターコネクタ１９０の一部であり、Ｚ軸方向において単セル用セパレータ１２０と対向する部分が、特許請求の範囲における特定導電性部材に相当する。
【0099】
また、本発明を、特開２０１８－１９５４１４号公報に記載されているような、金属支持型（メタルサポート型）の単セル１１０を備える構成に適用してもよい。この構成においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。この構成においては、金属支持体が特許請求の範囲における特定導電性部材に相当し、金属支持体により画定される空間が特許請求の範囲における第１のガス流路に相当する。
【0100】
また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、カウンターフロータイプのＳＯＦＣであるが、本明細書に開示される技術は、コフロータイプのＳＯＦＣにも同様に適用可能である。なお、コフロータイプのＳＯＦＣでは、Ｚ軸方向視で、燃料ガス供給連通流路１４２と酸化剤ガス供給連通流路１３２とは、単セル１１０の一の辺に対向するように配置され、かつ、燃料ガス排出連通流路１４３と酸化剤ガス排出連通流路１３３とは、単セル１１０の該一の辺に対して単セル１１０の中心点を挟んで対向する他の辺に対向するように配置されているような構成を有している。また、本明細書に開示される技術は、クロスフロータイプのＳＯＦＣにも同様に適用可能である。
【0101】
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燃料電池スタック１００を対象としているが、本明細書に開示される技術は、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単セルを複数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基本的な構成は、例えば特開２０１６－８１８１３号公報に記載されているように公知であるが、おおよそ以下の通りである。すなわち、電解セルスタックの構成は、上述した実施形態の燃料電池スタック１００の構成において、「発電単位」を「電解セル単位」と読み替え、「単セル」を「電解単セル」と読み替え、「酸化剤ガス供給マニホールド」を「空気排出マニホールド」と読み替え、「酸化剤ガス排出マニホールド」を「空気供給マニホールド」と読み替え、「燃料ガス供給マニホールド」を「水素排出マニホールド」と読み替え、「燃料ガス排出マニホールド」を「水蒸気供給マニホールド」と読み替え、「酸化剤ガス供給連通流路」を「空気排出連通流路」と読み替え、「酸化剤ガス排出連通流路」を「空気供給連通流路」と読み替え、「燃料ガス供給連通流路」を「水素排出連通流路」と読み替え、「燃料ガス排出連通流路」を「水蒸気供給連通流路」と読み替えた構成である。
【0102】
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（水素極）１１６がマイナス（陰極）となるように、電解セルスタックに電圧が印加される。また、ガス通路部材２７を介して水蒸気供給マニホールドに原料ガスとしての水蒸気が供給される。なお、供給される水蒸気に、水素ガスが含まれていてもよい。水蒸気供給マニホールドに供給された水蒸気は、水蒸気供給マニホールドから各電解セル単位の水蒸気供給連通流路を介して燃料室１７６に供給され、各電解単セルにおける水の電気分解反応に供される。各電解単セルにおける水の電気分解反応により燃料室１７６で発生した水素ガスは、余った水蒸気と共に水素排出連通流路を介して水素排出マニホールドに排出され、水素排出マニホールドからガス通路部材２７を経て電解セルスタックの外部に取り出される。
【0103】
また、電解セルスタックの運転の際には、電解セルスタックの温度の制御等のために、必要により空気が電解セルスタックの内部に供給される。この場合には、ガス通路部材２７を介して空気供給マニホールドに供給された空気が、空気供給マニホールドから各電解セル単位の空気供給連通流路を介して、空気室１６６に供給される。空気室１６６に供給された空気は、空気極１１４で生成される酸素とともに空気排出連通流路を介して空気排出マニホールドに排出され、空気排出マニホールドからガス通路部材２７を経て電解セルスタックの外部に排出される。
【0104】
このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成を採用することにより、上記実施形態における燃料電池スタック１００の作用効果と同様の作用効果を奏する。
【0105】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解セル）にも適用可能である。
【符号の説明】
【0106】
２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 ３２，３４：孔 ５０：ガス流通部材 ５０ａ：第１のガス流通部材 ５０ｂ：第２のガス流通部材 ５１：（ガス流通部材の中央部の）第１の部分 ５２：（ガス流通部材の中央部の）第２の部分 ５３：（ガス流通部材の）中央部 ５４，５５：（ガス流通部材の）端部 ５６：絶縁性部材 ５６ａ：第１の絶縁性部材 ５６ｂ：第２の絶縁性部材 ５７：（絶縁性部材の）中央部 ５８，５９：（絶縁性部材の）端部 ６０：固定部 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４，１０６：エンドプレート １０４：上側エンドプレート １０６：下側エンドプレート 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 １１８：反応防止層 １２０：単セル用セパレータ １２１：貫通孔 １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １２６：（単セル用セパレータの）内側部 １２７：（単セル用セパレータの）外側部 １２８：（単セル用セパレータの）連結部 １２８１：（単セル用セパレータの連結部の）第１部分 １２８２：（単セル用セパレータの連結部の）第２部分 １２８３：（単セル用セパレータの連結部の）第３部分 １２９：収容溝 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：空気極側集電部 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：燃料極側集電部材 １４５：（燃料極側集電部材の）電極対向部 １４６：（燃料極側集電部材の）インターコネクタ対向部 １４７：（燃料極側集電部材の）連接部 １４９：スペーサー １５０：平板部 １６１，１６１：酸化剤ガス供給マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス供給マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １７７：単セル重複流路 １７８：単セル非重複流路 １７９：溝 １８０：ＩＣ用セパレータ １８８１：（ＩＣ用セパレータの連結部の）第１部分 １８８２：（ＩＣ用セパレータの連結部の）第２部分 １８８３：（ＩＣ用セパレータの連結部の）第３部分 １８１：貫通孔 １８６：（ＩＣ用セパレータの）内側部 １８７：（ＩＣ用セパレータの）外側部 １８８：（ＩＣ用セパレータの）連結部 １８９：下端用セパレータ １９０：インターコネクタ １９４：被覆層 １９６：導電性接合材 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス
【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】