知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024150024
(43)【公開日】2024-10-23
(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 8/2465 20160101AFI20241016BHJP
H01M 8/0273 20160101ALI20241016BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20241016BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20241016BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20241016BHJP
C25B 9/77 20210101ALI20241016BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20241016BHJP
【ＦＩ】
H01M8/2465
H01M8/0273
C25B1/04
C25B9/00 A
C25B9/23
C25B9/77
H01M8/12 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023063230
(22)【出願日】2023-04-10
(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】中村 計介
(72)【発明者】
【氏名】林 千栄
【テーマコード（参考）】
4K021
5H126
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021CA01
4K021CA15
4K021DB06
4K021DB36
4K021DB53
5H126AA22
5H126BB06
5H126EE11
5H126JJ03
(57)【要約】
【課題】ガス流通空間の内圧の異常な上昇による空気極フレームの変形や破損を抑制でき、発電効率が低下することを抑制できる電気化学反応セルスタックを提供する。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とがこの順に重なっている単セル１１０と、空気極１１４が面する空気室３１３を外部空間から区画する空気極フレーム１３０と、空気極フレーム１３０と隣接する単セル用セパレータ１２０と、同じく空気極フレーム１３０と隣接するＩＣ用セパレータ１８０と、を備える複数の電気化学反応単位１００Ｕを備え、各電気化学反応単位１００Ｕにおいて、空気極フレーム１３０に、空気室３１３から外部空間に通じるガス抜き通路４００が設けられている。
【選択図】図７
【解決手段】燃料電池スタック１０は、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とがこの順に重なっている単セル１１０と、空気極１１４が面する空気室３１３を外部空間から区画する空気極フレーム１３０と、空気極フレーム１３０と隣接する単セル用セパレータ１２０と、同じく空気極フレーム１３０と隣接するＩＣ用セパレータ１８０と、を備える複数の電気化学反応単位１００Ｕを備え、各電気化学反応単位１００Ｕにおいて、空気極フレーム１３０に、空気室３１３から外部空間に通じるガス抜き通路４００が設けられている。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気極と、電解質層と、燃料極とがこの順に重なっている単セルと、
前記空気極および前記燃料極のうち少なくとも一方が面するガス流通空間を外部空間から区画する区画部材と、
前記区画部材と隣接する隣接部材と、
を備える複数の電気化学反応単位を備え、
前記複数の電気化学反応単位のうち少なくとも１つの電気化学反応単位において、
前記区画部材、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に、前記ガス流通空間から前記外部空間に通じるガス抜き通路が設けられている、電気化学反応セルスタック。
前記空気極および前記燃料極のうち少なくとも一方が面するガス流通空間を外部空間から区画する区画部材と、
前記区画部材と隣接する隣接部材と、
を備える複数の電気化学反応単位を備え、
前記複数の電気化学反応単位のうち少なくとも１つの電気化学反応単位において、
前記区画部材、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に、前記ガス流通空間から前記外部空間に通じるガス抜き通路が設けられている、電気化学反応セルスタック。
【請求項2】
前記区画部材または前記隣接部材が、前記ガス流通空間に面する第１の内面と、前記外部空間に面する外面と、を有し、
前記ガス抜き通路が、前記第１の内面に開口する第１の流入口を有するとともに、前記第１の流入口の開口位置から前記外面までの距離が非最短となる非最短経路を通っている、
請求項１に記載の電気化学反応セルスタック。
前記ガス抜き通路が、前記第１の内面に開口する第１の流入口を有するとともに、前記第１の流入口の開口位置から前記外面までの距離が非最短となる非最短経路を通っている、
請求項１に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項3】
前記第１の流入口の開口位置から前記外面までの距離が最短となる最短距離に対する前記非最短経路の長さの比が１．０５以上である、
請求項２に記載の電気化学反応セルスタック。
請求項２に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項4】
前記複数の電気化学反応単位のうち少なくとも１つの電気化学反応単位が、複数の前記ガス抜き通路を有する、
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。
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。
【請求項5】
前記ガス抜き通路が、前記区画部材において前記隣接部材に接する面、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に配されたガス抜き溝を含む、
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。
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。
【請求項6】
前記区画部材が、前記ガス流通空間に面する第１の内面と、前記外部空間に面する外面と、前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面および第２の主面と、を有し、
前記隣接部材が、前記第１の主面に隣接する第１の隣接部材と、前記第２の主面に隣接する第２の隣接部材と、を含み、
前記ガス抜き溝が、
前記第１の主面、および前記第１の隣接部材において前記第１の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
前記第２の主面、および前記第２の隣接部材において前記第２の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
の双方に配されている、
請求項５に記載の電気化学反応セルスタック。
前記隣接部材が、前記第１の主面に隣接する第１の隣接部材と、前記第２の主面に隣接する第２の隣接部材と、を含み、
前記ガス抜き溝が、
前記第１の主面、および前記第１の隣接部材において前記第１の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
前記第２の主面、および前記第２の隣接部材において前記第２の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
の双方に配されている、
請求項５に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項7】
前記区画部材が、
前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面を有するとともに、
前記第１の主面に対して略平行に配され、互いに重ねられた第１の層と第２の層と、を含み、
前記ガス抜き通路が、前記第１の層と前記第２の層との隙間が前記第１の内面から前記外面まで連なることで構成されており、
前記第１の層および前記第２の層において前記ガス抜き通路が配されている部位が、前記第１の主面に対して斜めに傾く傾斜部を有している、
請求項２に記載の電気化学反応セルスタック。
前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面を有するとともに、
前記第１の主面に対して略平行に配され、互いに重ねられた第１の層と第２の層と、を含み、
前記ガス抜き通路が、前記第１の層と前記第２の層との隙間が前記第１の内面から前記外面まで連なることで構成されており、
前記第１の層および前記第２の層において前記ガス抜き通路が配されている部位が、前記第１の主面に対して斜めに傾く傾斜部を有している、
請求項２に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項8】
前記複数の電気化学反応単位のうち少なくとも１つの電気化学反応単位において、
前記区画部材が、前記ガス流通空間に連通し、前記ガス流通空間にガスを供給または前記ガス流通空間からガスを排出するためのマニホールドを構成するマニホールド孔を備え、
前記区画部材、および、前記隣接部材において前記区画部材に隣接する面の少なくとも一方に、前記マニホールド孔から前記外部空間に通じるマニホールド用ガス抜き通路が設けられている、
請求項１に記載の電気化学反応セルスタック。
前記区画部材が、前記ガス流通空間に連通し、前記ガス流通空間にガスを供給または前記ガス流通空間からガスを排出するためのマニホールドを構成するマニホールド孔を備え、
前記区画部材、および、前記隣接部材において前記区画部材に隣接する面の少なくとも一方に、前記マニホールド孔から前記外部空間に通じるマニホールド用ガス抜き通路が設けられている、
請求項１に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項9】
前記区画部材または前記隣接部材が、前記マニホールド孔の内部空間に面する第２の内面と、前記外部空間に面する外面と、を有し、
前記マニホールド用ガス抜き通路が、前記第２の内面に開口する第２の流入口を有するとともに、前記第２の流入口の開口位置から前記外面までの距離が非最短となる非最短経路を通っている、
請求項８に記載の電気化学反応セルスタック。
前記マニホールド用ガス抜き通路が、前記第２の内面に開口する第２の流入口を有するとともに、前記第２の流入口の開口位置から前記外面までの距離が非最短となる非最短経路を通っている、
請求項８に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項10】
前記複数の電気化学反応単位のうち少なくとも１つの電気化学反応単位が、複数の前記マニホールド用ガス抜き通路を有する、
請求項８または請求項９に記載の電気化学反応セルスタック。
請求項８または請求項９に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項11】
前記マニホールド用ガス抜き通路が、前記区画部材において前記隣接部材に接する面、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に配されたマニホールド用ガス抜き溝を含む、
請求項８または請求項９に記載の電気化学反応セルスタック。
請求項８または請求項９に記載の電気化学反応セルスタック。
【請求項12】
前記区画部材が、前記ガス流通空間に面する第１の内面と、前記外部空間に面する外面と、前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面および第２の主面と、を有し、
前記隣接部材が、前記第１の主面に隣接する第１の隣接部材と、前記第２の主面に隣接する第２の隣接部材とを含み、
前記マニホールド用ガス抜き溝が、
前記第１の主面、および前記第１の隣接部材において前記第１の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
前記第２の主面、および前記第２の隣接部材において前記第２の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
の双方に配されている、
請求項１１に記載の電気化学反応セルスタック。
前記隣接部材が、前記第１の主面に隣接する第１の隣接部材と、前記第２の主面に隣接する第２の隣接部材とを含み、
前記マニホールド用ガス抜き溝が、
前記第１の主面、および前記第１の隣接部材において前記第１の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
前記第２の主面、および前記第２の隣接部材において前記第２の主面に接する面のうち少なくとも一方と、
の双方に配されている、
請求項１１に記載の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、固体酸化物を含む電解質層を備える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（電気化学反応単位）が所定の方向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。各電気化学反応単位は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を備える単セルと、空気極に面する空気流路、および燃料極に面する燃料流路の周囲をそれぞれシールする空気極フレームおよび燃料極フレームと、を備える（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２０１５－１２５９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のＳＯＦＣにおいて、空気流路の下流側に配される空気の排出流路に変形や異物の混入等が生じ、排出流路が狭くなったり、閉塞されたりする場合がある。このような場合には、空気流路の内圧が異常に上昇し、空気極フレームに変形や破損が生じることによって、発電効率が低下することが懸念される。燃料流路および燃料極フレームについても同様である。
【0005】
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を複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本明細書によって開示される電気化学反応セルスタックは、空気極と、電解質層と、燃料極とがこの順に重なっている単セルと、前記空気極および前記燃料極のうち少なくとも一方が面するガス流通空間を外部空間から区画する区画部材と、前記区画部材と隣接する隣接部材と、を備える複数の電気化学反応単位を備え、前記複数の電気化学反応単位のうち少なくとも１つの電気化学反応単位において、前記区画部材、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に、前記ガス流通空間から前記外部空間に通じるガス抜き通路が設けられている。
【0007】
上記の構成によれば、例えばガス流通空間よりも下流側のガス流路において、狭窄や閉塞などが生じることにより、ガス流通空間の内圧が、区画部材の変形や破損が懸念される程に大きくなるという異常事態が生じた場合に、ガス抜き通路を通ってガスが外部空間に排出されることにより、ガス流通空間の内圧を下げることができる。これにより、区画部材の変形や破損を抑制でき、セルスタックの発電効率が低下したり、セルスタックが発電不能となったりすることを抑制できる。
【0008】
（２）上記（１）に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記区画部材または前記隣接部材が、前記ガス流通空間に面する第１の内面と、前記外部空間に面する外面と、を有し、前記ガス抜き通路が、前記第１の内面に開口する第１の流入口を有するとともに、前記第１の流入口の開口位置から前記外面までの距離が非最短となる非最短経路を通っていても構わない。
【0009】
このような構成によれば、ガス抜き通路が、第１の流入口の開口位置から外面までの距離が最短となる最短経路を通って延びている場合と比較して長い。このため、ガス流通空間の内圧が、区画部材の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスがガス抜き通路から排出されにくくなり、効率よく発電を行うために必要なガス流通空間の内圧を維持できる。
【0010】
（３）上記（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の流入口の開口位置から前記外面までの距離が最短となる最短距離に対する前記非最短経路の長さの比が１．０５以上であっても構わない。
【0011】
このような構成によれば、ガス流通空間の内圧が、区画部材の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスのガス抜き通路からの排出を確実に抑制でき、効率よく発電を行うために必要なガス流通空間の内圧を維持できる。
【0012】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の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うち少なくとも１つの電気化学反応単位が、複数の前記ガス抜き通路を有していても構わない。
【0013】
このような構成によれば、ガス流通空間の内圧が異常に上昇した際に、ガスが複数のガス抜き通路から効率的に排出されるため、区画部材の変形や破損を、より確実に抑止できる。
【0014】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記ガス抜き通路が、前記区画部材において前記隣接部材に接する面、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に配されたガス抜き溝を含んでいても構わない。
【0015】
区画部材または隣接部材の表面に配されるガス抜き溝は、区画部材の内部を貫通するように配されているガス抜き通路と比較して形成が容易であるから、製造工程の複雑化を避けることができる。
【0016】
（６）上記（５）に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記区画部材が、前記ガス流通空間に面する第１の内面と、前記外部空間に面する外面と、前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面および第２の主面と、を有し、前記隣接部材が、前記第１の主面に隣接する第１の隣接部材と、前記第２の主面に隣接する第２の隣接部材と、を含み、前記ガス抜き溝が、前記第１の主面、および前記第１の隣接部材において前記第１の主面に接する面のうち少なくとも一方と、前記第２の主面、および前記第２の隣接部材において前記第２の主面に接する面のうち少なくとも一方と、の双方に配されていても構わない。
【0017】
このような構成によれば、ガス流通空間の内圧が異常に上昇した際に、ガスがガス抜き溝から効率的に排出されるため、区画部材の変形や破損を、より確実に抑止できる。
【0018】
（７）上記（２）から（６）のいずれか１つに記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記区画部材が、前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面を有するとともに、前記第１の主面に対して略平行に配され、互いに重ねられた第１の層と第２の層と、を含み、前記ガス抜き通路が、前記第１の層と前記第２の層との隙間が前記第１の内面から前記外面まで連なることで構成されており、前記第１の層および前記第２の層において前記ガス抜き通路が配されている部位が、前記第１の主面に対して斜めに傾く傾斜部を有していても構わない。
【0019】
このような構成によれば、ガス抜き通路が、第１の流入口の開口位置から外面までの距離が非最短となる非最短経路を通ることとなる。つまり、ガス抜き通路が、最短経路を通って延びている場合と比較して長い。このため、ガス流通空間の内圧が、区画部材の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスがガス抜き通路から排出されにくくなり、効率よく発電を行うために必要なガス流通空間の内圧を維持できる。
【0020】
（８）上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の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うち少なくとも１つの電気化学反応単位において、前記区画部材が、前記ガス流通空間に連通し、前記ガス流通空間にガスを供給または前記ガス流通空間からガスを排出するためのマニホールドを構成するマニホールド孔を備え、前記区画部材、および、前記隣接部材において前記区画部材に隣接する面の少なくとも一方に、前記マニホールド孔から前記外部空間に通じるマニホールド用ガス抜き通路が設けられていても構わない。
【0021】
ガス流通空間よりも下流側のガス流路において、狭窄や閉塞などが生じることにより、マニホールド孔の内圧も、区画部材の変形や破損が懸念される程に大きくなる場合がある。このような場合に、マニホールド用ガス抜き通路を通ってガスが外部空間に排出されることにより、マニホールド孔の内圧を下げることができる。これにより、セルスタックの発電効率が低下したり、セルスタックが発電不能となったりすることを抑制できる。
【0022】
（９）上記（８）に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記区画部材または前記隣接部材が、前記マニホールド孔の内部空間に面する第２の内面と、前記外部空間に面する外面と、を有し、前記マニホールド用ガス抜き通路が、前記第２の内面に開口する第２の流入口を有するとともに、前記第２の流入口の開口位置から前記外面までの距離が非最短となる非最短経路を通っていても構わない。
【0023】
このような構成によれば、マニホールド用ガス抜き通路が、第２の流入口の開口位置から外面までの距離が最短となる最短経路を通って延びている場合と比較して長い。このため、マニホールド孔の内圧が、区画部材の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスがマニホールド用ガス抜き通路から排出されにくくなり、効率よく発電を行うために必要なマニホールド孔の内圧を維持できる。
【0024】
（１０）上記（８）または（９）に記載の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うち少なくとも１つの電気化学反応単位が、複数の前記マニホールド用ガス抜き通路を有していても構わない。
【0025】
このような構成によれば、マニホールド孔の内圧が異常に上昇した際に、ガスが複数のマニホールド用ガス抜き通路から効率的に排出されるため、区画部材の変形や破損を確実に抑止できる。
【0026】
（１１）上記（８）から（１０）のいずれか１つに記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記マニホールド用ガス抜き通路が、前記区画部材において前記隣接部材に接する面、および、前記隣接部材において前記区画部材に接する面の少なくとも一方に配されたマニホールド用ガス抜き溝を含んでいても構わない。
【0027】
区画部材または隣接部材の表面に配されているマニホールド用ガス抜き溝は、区画部材の内部を貫通するように配されているマニホールド用ガス抜き通路と比較して形成が容易であるから、製造工程の複雑化を避けることができる。
【0028】
（１２）上記（１１）に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記区画部材が、前記ガス流通空間に面する第１の内面と、前記外部空間に面する外面と、前記第１の内面と前記外面とを接続する第１の主面および第２の主面と、を有し、前記隣接部材が、前記第１の主面に隣接する第１の隣接部材と、前記第２の主面に隣接する第２の隣接部材とを含み、前記マニホールド用ガス抜き溝が、前記第１の主面、および前記第１の隣接部材において前記第１の主面に接する面のうち少なくとも一方と、前記第２の主面、および前記第２の隣接部材において前記第２の主面に接する面のうち少なくとも一方と、の双方に配されていても構わない。
【0029】
このような構成によれば、マニホールド孔の内圧が異常に上昇した際に、ガスが区画部材の第１の面と第２の面とに配されたマニホールド用ガス抜き溝から効率的に排出されるため、区画部材の変形や破損を確実に抑止できる。
【発明の効果】
【0030】
本明細書によって開示される電気化学反応セルスタックによれば、ガス流通空間の内圧の異常な上昇による区画部材の変形や破損を抑制でき、発電効率が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】実施形態１の燃料電池スタックの外観構成を示す斜視図
【図7】実施形態１の空気極フレームの底面図
【図9】実施形態２において、単セル用セパレータおよびＩＣ用セパレータにおけるガス抜き溝が配された部位の断面を模式的に示す図
【図10】実施形態３において、空気極フレームにおけるガス抜き通路が配された部位の断面を模式的に示す図
【図12】試験例のサンプルＳ１の平面図
【図13】試験例のサンプルＳ２の平面図
【図14】試験例のサンプルＳ３の平面図
【図15】試験例のサンプルＳ４の平面図
【図16】試験例のサンプルＳ５の平面図
【図17】試験例のサンプルＳ６の平面図
【図18】試験例のサンプルＳ７の平面図
【発明を実施するための形態】
【0032】
本明細書によって開示される技術の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0033】
＜実施形態１＞
実施形態１を、図１から図８を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料電池スタック１０（電気化学反応セルスタックの一例）は、固体酸化物を含む電解質層１１２を備える固体酸化物形の燃料電池に用いられる。
実施形態１を、図１から図８を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料電池スタック１０（電気化学反応セルスタックの一例）は、固体酸化物を含む電解質層１１２を備える固体酸化物形の燃料電池に用いられる。
【0034】
（燃料電池スタック１０の全体構成）
燃料電池スタック１０は、図１－図４に示すように、発電ブロック１００と、末端セパレータ２３０と、第１プレート２３２と、第２プレート２６０と、第１ターミナルプレート２４０と、第２ターミナルプレート２５０と、絶縁部２２０と、第１エンドプレート２１０と、第２エンドプレート２７０と、４つのガス通路部材２８０と、を備える。第１エンドプレート２１０、絶縁部２２０、末端セパレータ２３０、第１ターミナルプレート２４０、発電ブロック１００、第２ターミナルプレート２５０、第２プレート２６０、および第２エンドプレート２７０は、ほぼ同じ大きさの矩形の外形を有しており、所定の配列方向（図２の上下方向）に、この順に重なって配置されている。
燃料電池スタック１０は、図１－図４に示すように、発電ブロック１００と、末端セパレータ２３０と、第１プレート２３２と、第２プレート２６０と、第１ターミナルプレート２４０と、第２ターミナルプレート２５０と、絶縁部２２０と、第１エンドプレート２１０と、第２エンドプレート２７０と、４つのガス通路部材２８０と、を備える。第１エンドプレート２１０、絶縁部２２０、末端セパレータ２３０、第１ターミナルプレート２４０、発電ブロック１００、第２ターミナルプレート２５０、第２プレート２６０、および第２エンドプレート２７０は、ほぼ同じ大きさの矩形の外形を有しており、所定の配列方向（図２の上下方向）に、この順に重なって配置されている。
【0035】
燃料電池スタック１０は、図１および図４に示すように、４つの角部付近に、それぞれ、第１エンドプレート２１０から第２エンドプレート２７０まで貫通するボルト孔ＢＨを有している。各ボルト孔ＢＨにはボルトＢが挿入されている。各ボルトＢの両端部にはナットＮがねじ付けられている。これらのボルトＢおよびナットＮにより、第１エンドプレート２１０から第２エンドプレート２７０までの部材が一体に締結されている。図２－図４に示すように、第１プレート２３２は末端セパレータ２３０に支持されており、４つのガス通路部材２８０は第２エンドプレート２７０に接続されている。
【0036】
発電ブロック１００は、図２－図４に示すように、所定の配列方向（図２の上下方向）に並んで配置された複数（本実施形態では７つ）の電気化学反応単位１００Ｕ（以下、「反応単位１００Ｕ」と略記することがある）によって構成される。
【0037】
（電気化学反応単位１００Ｕの全体構成）
図５および図６に示すように、電気化学反応単位１００Ｕは、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０（隣接部材の一例）と、空気極フレーム１３０（区画部材の一例）と、燃料極フレーム１４０と、燃料極集電部材１４４と、２つのインターコネクタ１９０と、２つのＩＣ用セパレータ１８０と、を備える。一方のＩＣ用セパレータ１８０（隣接部材、第２の隣接部材の一例）、空気極フレーム１３０、単セル用セパレータ１２０（隣接部材、第１の隣接部材の一例）、燃料極フレーム１４０、他方のＩＣ用セパレータ１８０が、この順に重なって配置されている。単セル１１０は単セル用セパレータ１２０に支持され、２つのインターコネクタ１９０は２つのＩＣ用セパレータ１８０にそれぞれ支持され、燃料極集電部材１４４は単セル１１０とインターコネクタ１９０との間に配されている。
図５および図６に示すように、電気化学反応単位１００Ｕは、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０（隣接部材の一例）と、空気極フレーム１３０（区画部材の一例）と、燃料極フレーム１４０と、燃料極集電部材１４４と、２つのインターコネクタ１９０と、２つのＩＣ用セパレータ１８０と、を備える。一方のＩＣ用セパレータ１８０（隣接部材、第２の隣接部材の一例）、空気極フレーム１３０、単セル用セパレータ１２０（隣接部材、第１の隣接部材の一例）、燃料極フレーム１４０、他方のＩＣ用セパレータ１８０が、この順に重なって配置されている。単セル１１０は単セル用セパレータ１２０に支持され、２つのインターコネクタ１９０は２つのＩＣ用セパレータ１８０にそれぞれ支持され、燃料極集電部材１４４は単セル１１０とインターコネクタ１９０との間に配されている。
【0038】
図５および図６に示すように、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０は、隣り合う２つの反応単位１００Ｕに共有されている。但し、図２に示すように、複数の反応単位１００Ｕのうち一端（図２の下端）に位置する反応単位１００Ｕは、燃料極フレーム１４０に隣り合うＩＣ用セパレータ１８０とインターコネクタ１９０とを備えておらず、燃料極フレーム１４０に第２ターミナルプレート２５０が重なっている。
【0039】
（単セル１１０）
単セル１１０は、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６と、を備える。図５および図６に示すように、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とが、この順に重なって配されており、電解質層１１２と空気極１１４との間には、反応防止層１１８が介在している。本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６によって単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、反応防止層１１８）が支持される燃料極支持形の単セルである。
単セル１１０は、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６と、を備える。図５および図６に示すように、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とが、この順に重なって配されており、電解質層１１２と空気極１１４との間には、反応防止層１１８が介在している。本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６によって単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、反応防止層１１８）が支持される燃料極支持形の単セルである。
【0040】
電解質層１１２は、矩形の平板状の部材であって、空気極１１４が配された一面（図５、図６の上面）と、燃料極１１６が配され、一面に平行な他面（図５、図６の下面）と、を有する。電解質層１１２は、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含む層である。空気極１１４は、電解質層１１２より小さい矩形の外形を有する層であり、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。燃料極１１６は、電解質層１１２と略同じ大きさの矩形の外形を有する層であり、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基合金等を含む。反応防止層１１８は、空気極１１４と略同じ大きさの矩形の外形を有する層であり、例えばＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とを含む。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。
【0041】
（単セル用セパレータ１２０）
単セル用セパレータ１２０は、図５および図６に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１２１を有する矩形の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。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以下である。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１の周縁部は、電解質層１１２の一面（空気極１１４が配された面：図５、図６の上面）の周縁部に、接合部１２４によって接合されている。接合部１２４は、例えばロウ材（Ａｇロウ）により形成されている。
単セル用セパレータ１２０は、図５および図６に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１２１を有する矩形の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。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以下である。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１の周縁部は、電解質層１１２の一面（空気極１１４が配された面：図５、図６の上面）の周縁部に、接合部１２４によって接合されている。接合部１２４は、例えばロウ材（Ａｇロウ）により形成されている。
【0042】
（空気極フレーム１３０）
空気極フレーム１３０は、図５－図７に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１３１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば、絶縁性を有するセラミックス（マイカ等）により形成されている。空気極フレーム１３０の厚さは、０．５－５ｍｍであることが好ましい。
空気極フレーム１３０は、図５－図７に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１３１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば、絶縁性を有するセラミックス（マイカ等）により形成されている。空気極フレーム１３０の厚さは、０．５－５ｍｍであることが好ましい。
【0043】
（燃料極フレーム１４０）
燃料極フレーム１４０は、図６に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１４１を有する矩形の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。
燃料極フレーム１４０は、図６に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１４１を有する矩形の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。
【0044】
【0045】
（インターコネクタ１９０、および、燃料極集電部材１４４）
インターコネクタ１９０は、図５および図６に示すように、矩形の平板形状の平板部１９１と、平板部１９１の一面から空気極１１４に向かって突出した複数の板状の空気極集電部１９２と、被覆層１９３と、を備えている。平板部１９１と空気極集電部１９２とは、導電性を有し、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。被覆層１９３は、導電性を有し、空気極集電部１９２の表面と、平板部１９１において空気極集電部１９２が配された面と、を覆うように配されている。平板部１９１は、ＩＣ用セパレータ１８０における貫通孔１８１の周縁部に、例えば溶接により接合されている。
インターコネクタ１９０は、図５および図６に示すように、矩形の平板形状の平板部１９１と、平板部１９１の一面から空気極１１４に向かって突出した複数の板状の空気極集電部１９２と、被覆層１９３と、を備えている。平板部１９１と空気極集電部１９２とは、導電性を有し、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。被覆層１９３は、導電性を有し、空気極集電部１９２の表面と、平板部１９１において空気極集電部１９２が配された面と、を覆うように配されている。平板部１９１は、ＩＣ用セパレータ１８０における貫通孔１８１の周縁部に、例えば溶接により接合されている。
【0046】
燃料極集電部材１４４は、インターコネクタ１９０と燃料極１１６とを接続する部材であって、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等の導電性材料により形成されている。燃料極集電部材１４４は、図５および図６に示すように、インターコネクタ対向部１４６と、インターコネクタ対向部１４６に平行な電極対向部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、全体としてＵ字状をなしている。電極対向部１４５は、燃料極１１６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１９１に接触している。
【0047】
上記したように、インターコネクタ１９０は、隣り合う２つの反応単位１００Ｕに共有されている。より具体的には、図５および図６に示すように、空気極集電部１９２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、隣り合う２つの反応単位１００Ｕのうち一方に備えられる単セル１１０の空気極１１４に接合されており、これにより空気極１１４に電気的に接続されている。平板部１９１は、燃料極集電部材１４４を介して、隣り合う２つの反応単位１００Ｕのうち他方に備えられる単セル１１０の燃料極１１６に電気的に接続されている。これにより、隣り合う２つの反応単位１００Ｕ間の電気的導通が確保されている。
【0048】
但し、上述したように、複数の反応単位１００Ｕのうち一端（図２の下端）に位置する反応単位１００Ｕは、燃料極１１６側のインターコネクタ１９０を備えていない。この反応単位１００Ｕに備えられる燃料極１１６は、燃料極集電部材１４４を介して第２ターミナルプレート２５０に接続されている。
【0049】
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、燃料極集電部材１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による反応単位１００Ｕの変形に追随し、燃料極集電部材１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１９０（または第２ターミナルプレート２５０）との電気的接続が良好に維持される。
【0050】
（空気室３１３および燃料室３２３）
図５および図６に示すように、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０と、空気極フレーム１３０と、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０と、で区画される空間は、空気極１１４に面し、酸化剤ガスＯＧが流通する空気室３１３（ガス流通空間の一例）となっている。空気極フレーム１３０は、空気室３１３を全周にわたって外部空間から区画するとともに、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０との間をシールし、空気室３１３から外部空間へガスが漏れ出ることを防ぐ役割を果たしている。
図５および図６に示すように、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０と、空気極フレーム１３０と、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０と、で区画される空間は、空気極１１４に面し、酸化剤ガスＯＧが流通する空気室３１３（ガス流通空間の一例）となっている。空気極フレーム１３０は、空気室３１３を全周にわたって外部空間から区画するとともに、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０との間をシールし、空気室３１３から外部空間へガスが漏れ出ることを防ぐ役割を果たしている。
【0051】
また、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０と、燃料極フレーム１４０と、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０と、で区画される空間は、燃料極１１６に面し、燃料ガスＦＧが流通する燃料室３２３となっている。燃料極フレーム１４０は、燃料室３２３を全周にわたって外部空間から区画するとともに、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０との間をシールし、燃料室３２３から外部空間へガスが漏れ出ることを防ぐ役割を果たしている。
【0052】
単セル用セパレータ１２０により、空気室３１３と燃料室３２３とが区画され、単セル１１０の周辺において空気極１１４側から燃料極１１６側、または燃料極１１６側から空気極１１４側へのガスのリーク（クロスリーク）が抑制される。また、ＩＣ用セパレータ１８０とインターコネクタ１９０とにより、隣り合う反応単位１００Ｕ間のガスのリークが抑制される。
【0053】
（第１エンドプレート２１０）
第１エンドプレート２１０は、１枚の板状部材をプレス加工（屈曲）することにより形成された部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。第１エンドプレート２１０は、図１－図４に示すように、中央付近に貫通孔２１２を有する矩形のフレーム状の平面部２１１と、平面部２１１から絶縁部２２０と反対方向（図２の上方）に突出する外側凸部２１３および内側凸部２１４と、を備えている。平面部２１１は、上述したボルト孔ＢＨを構成する孔を有している。外側凸部２１３は、平面部２１１の外周縁から突出している。外側凸部２１３は、平面部２１１の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部２１４は、平面部２１１の内周縁から突出している。内側凸部２１４は、平面部２１１の内周部の全周にわたって形成されている。
第１エンドプレート２１０は、１枚の板状部材をプレス加工（屈曲）することにより形成された部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。第１エンドプレート２１０は、図１－図４に示すように、中央付近に貫通孔２１２を有する矩形のフレーム状の平面部２１１と、平面部２１１から絶縁部２２０と反対方向（図２の上方）に突出する外側凸部２１３および内側凸部２１４と、を備えている。平面部２１１は、上述したボルト孔ＢＨを構成する孔を有している。外側凸部２１３は、平面部２１１の外周縁から突出している。外側凸部２１３は、平面部２１１の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部２１４は、平面部２１１の内周縁から突出している。内側凸部２１４は、平面部２１１の内周部の全周にわたって形成されている。
【0054】
（絶縁部２２０）
絶縁部２２０は、中央付近に貫通孔を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば絶縁性材料により形成されている。絶縁部２２０は、図２に示すように、第１エンドプレート２１０と末端セパレータ２３０との間に挟み込まれており、これにより、第１エンドプレート２１０と末端セパレータ２３０との絶縁性が確保されている。
絶縁部２２０は、中央付近に貫通孔を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば絶縁性材料により形成されている。絶縁部２２０は、図２に示すように、第１エンドプレート２１０と末端セパレータ２３０との間に挟み込まれており、これにより、第１エンドプレート２１０と末端セパレータ２３０との絶縁性が確保されている。
【0055】
【0056】
（第１プレート２３２）
第１プレート２３２は、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。第１プレート２３２は、図２－図４に示すように、末端セパレータ２３０における貫通孔２３１の周縁部分に、例えば溶接により接合されている。末端セパレータ２３０と第１プレート２３２とは、発電ブロック１００を燃料電池スタック１０の外部空間から区画する。
第１プレート２３２は、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。第１プレート２３２は、図２－図４に示すように、末端セパレータ２３０における貫通孔２３１の周縁部分に、例えば溶接により接合されている。末端セパレータ２３０と第１プレート２３２とは、発電ブロック１００を燃料電池スタック１０の外部空間から区画する。
【0057】
第１プレート２３２は、発電ブロック１００を構成する複数の反応単位１００Ｕのうち他端（図２の上端）に配された反応単位１００Ｕに備えられるインターコネクタ１９０に、燃料極集電部材１４４と同一構造の接続部材を介して接続されており、これにより、この反応単位１００Ｕと第１プレート２３２とが電気的に接続されている。
【0058】
（第１ターミナルプレート２４０）
第１ターミナルプレート２４０は、中央付近に貫通孔２４１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料により形成されている。第１ターミナルプレート２４０は、発電ブロック１００を構成する複数の反応単位１００Ｕのうち他端（図２の上端）に配された反応単位１００Ｕに、第１プレート２３２、および末端セパレータ２３０を介して電気的に接続されている。第１ターミナルプレート２４０の一端部（図２の右端部）は、発電ブロック１００から側方に張り出しており、この張り出し部分は、燃料電池スタック１０のプラス側の出力端子として機能する。
第１ターミナルプレート２４０は、中央付近に貫通孔２４１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料により形成されている。第１ターミナルプレート２４０は、発電ブロック１００を構成する複数の反応単位１００Ｕのうち他端（図２の上端）に配された反応単位１００Ｕに、第１プレート２３２、および末端セパレータ２３０を介して電気的に接続されている。第１ターミナルプレート２４０の一端部（図２の右端部）は、発電ブロック１００から側方に張り出しており、この張り出し部分は、燃料電池スタック１０のプラス側の出力端子として機能する。
【0059】
（第２ターミナルプレート２５０）
第２ターミナルプレート２５０は、矩形の板状の部材であり、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料により形成されている。上述したように、第２ターミナルプレート２５０は、上述したように、複数の反応単位１００Ｕのうち一端（図２の下端）に配された反応単位１００Ｕに備えられる燃料極１１６に、燃料極集電部材１４４を介して接続されており、これにより、この反応単位１００Ｕと第２ターミナルプレート２５０とが電気的に接続されている。第２ターミナルプレート２５０の一端部（図２の右端部）は、発電ブロック１００から側方に張り出しており、この張り出し部分は、燃料電池スタック１０のマイナス側の出力端子として機能する。
第２ターミナルプレート２５０は、矩形の板状の部材であり、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料により形成されている。上述したように、第２ターミナルプレート２５０は、上述したように、複数の反応単位１００Ｕのうち一端（図２の下端）に配された反応単位１００Ｕに備えられる燃料極１１６に、燃料極集電部材１４４を介して接続されており、これにより、この反応単位１００Ｕと第２ターミナルプレート２５０とが電気的に接続されている。第２ターミナルプレート２５０の一端部（図２の右端部）は、発電ブロック１００から側方に張り出しており、この張り出し部分は、燃料電池スタック１０のマイナス側の出力端子として機能する。
【0060】
（第２プレート２６０）
第２プレート２６０は、矩形の平板状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。第２プレート２６０の周縁部は、第２ターミナルプレート２５０と第２エンドプレート２７０との間に挟み込まれており、これにより、第２ターミナルプレート２５０と第２エンドプレート２７０との絶縁性が確保されている。
第２プレート２６０は、矩形の平板状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。第２プレート２６０の周縁部は、第２ターミナルプレート２５０と第２エンドプレート２７０との間に挟み込まれており、これにより、第２ターミナルプレート２５０と第２エンドプレート２７０との絶縁性が確保されている。
【0061】
（第２エンドプレート２７０）
第２エンドプレート２７０は、１枚の板状部材をプレス加工（屈曲）することにより形成された部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。第２エンドプレート２７０は、中央付近に貫通孔２７２を有する矩形のフレーム状の平面部２７１と、平面部２７１から第２ターミナルプレート２５０と反対方向（図２の下方）に突出する外側凸部２７３および内側凸部２７４と、を備えている。平面部２７１は、上述したボルト孔ＢＨを構成する孔を有している。外側凸部２７３は、平面部２７１の外周縁から突出している。外側凸部２７３は、平面部２７１の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部２７４は、平面部２７１の内周縁から突出している。内側凸部２７４は、平面部２７１の内周部の全周にわたって形成されている。
第２エンドプレート２７０は、１枚の板状部材をプレス加工（屈曲）することにより形成された部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。第２エンドプレート２７０は、中央付近に貫通孔２７２を有する矩形のフレーム状の平面部２７１と、平面部２７１から第２ターミナルプレート２５０と反対方向（図２の下方）に突出する外側凸部２７３および内側凸部２７４と、を備えている。平面部２７１は、上述したボルト孔ＢＨを構成する孔を有している。外側凸部２７３は、平面部２７１の外周縁から突出している。外側凸部２７３は、平面部２７１の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部２７４は、平面部２７１の内周縁から突出している。内側凸部２７４は、平面部２７１の内周部の全周にわたって形成されている。
【0062】
（マニホールド３１１、３１２、３２１、３２２）
図１、図２および図３に示すように、燃料電池スタック１０は、発電ブロック１００から第２エンドプレート２７０まで貫通する４つの孔を有している。４つの孔は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド３１１（マニホールドの一例）、酸化剤ガス排出マニホールド３１２（マニホールドの一例）、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２である。
図１、図２および図３に示すように、燃料電池スタック１０は、発電ブロック１００から第２エンドプレート２７０まで貫通する４つの孔を有している。４つの孔は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド３１１（マニホールドの一例）、酸化剤ガス排出マニホールド３１２（マニホールドの一例）、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２である。
【0063】
図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド３１１は、燃料電池スタック１０の外部から導入された酸化剤ガスＯＧを各反応単位１００Ｕの空気室３１３に供給するガス流路である。酸化剤ガス排出マニホールド３１２は、各反応単位１００Ｕの空気室３１３から排出された酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１０の外部へ排出するガス流路である。酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。酸化剤ガス供給マニホールド３１１と酸化剤ガス排出マニホールド３１２とは、空気室３１３を挟んで、互いに反対側に配されている。
【0064】
図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド３２１は、燃料電池スタック１０の外部から導入された燃料ガスＦＧを各反応単位１００Ｕの燃料室３２３に供給するガス流路である。燃料ガス排出マニホールド３２２は、各反応単位１００Ｕの燃料室３２３から排出された燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１０の外部へ排出するガス流路である。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。燃料ガス供給マニホールド３２１と燃料ガス排出マニホールド３２２とは、燃料室３２３を挟んで、互いに反対側に配されている。
【0065】
各空気極フレーム１３０は、図７に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド３１１を構成する孔である第１マニホールド孔３１１Ａ（マニホールド孔の一例）と、酸化剤ガス排出マニホールド３１２を構成する孔である第２マニホールド孔３１２Ａ（マニホールド孔の一例）と、を有している。空気極フレーム１３０を構成する４つの辺のうち１つの辺１３０Ａ（図７の右側の辺）に第１マニホールド孔３１１Ａが配され、辺１３０Ａに平行な他の辺１３０Ｂ（図７の左側の辺）に第２マニホールド孔３１２Ａが配されている。
【0066】
空気極フレーム１３０は、さらに、第１マニホールド孔３１１Ａと空気室３１３とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室３１３と第２マニホールド孔３１２Ａとを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３と、を有している。
【0067】
また、各燃料極フレーム１４０は、詳細に図示しないが、空気極フレーム１３０と同様に、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２をそれぞれ構成するマニホールド孔と、これらのマニホールド孔と燃料室３２３とをそれぞれ連通する燃料ガス供給連通流路および燃料ガス排出連通流路と、を有している。
【0068】
（ガス通路部材２８０）
４つのガス通路部材２８０のそれぞれは、図２および図３に示すように、本体部２８１と、フランジ部２８２と、を備えている。本体部２８１は、両端が開口した筒状をなしている。フランジ部２８２は、本体部２８１の一端（図２の下端）から外側に張り出すように設けられている。フランジ部２８２は、複数のボルト孔２８４を有している。各ボルト孔２８４には、燃料電池スタック１０を外部装置に接続するためのボルト（図示せず）が挿入される。４つのガス通路部材２８０に備えられる本体部２８１の一端（図２、図３の上端）が、第２エンドプレート２７０に対して例えば溶接により接合され、本体部２８１の内部空間は、それぞれマニホールド３１１、３１２、３２１、３２２に連通している。各本体部２８１には、ガスの供給または排出のためのガス配管が接続されている。
４つのガス通路部材２８０のそれぞれは、図２および図３に示すように、本体部２８１と、フランジ部２８２と、を備えている。本体部２８１は、両端が開口した筒状をなしている。フランジ部２８２は、本体部２８１の一端（図２の下端）から外側に張り出すように設けられている。フランジ部２８２は、複数のボルト孔２８４を有している。各ボルト孔２８４には、燃料電池スタック１０を外部装置に接続するためのボルト（図示せず）が挿入される。４つのガス通路部材２８０に備えられる本体部２８１の一端（図２、図３の上端）が、第２エンドプレート２７０に対して例えば溶接により接合され、本体部２８１の内部空間は、それぞれマニホールド３１１、３１２、３２１、３２２に連通している。各本体部２８１には、ガスの供給または排出のためのガス配管が接続されている。
【0069】
（ガス抜き通路４００）
空気極フレーム１３０は、図７および図８に示すように、複数のガス抜き通路４００を有する。複数のガス抜き通路４００は、空気室３１３から燃料電池スタック１０の外部空間に通じる通路である。複数のガス抜き通路４００は、複数のガス抜き溝４１０、４２０と、複数のガス抜き孔４３０と、を含む。
空気極フレーム１３０は、図７および図８に示すように、複数のガス抜き通路４００を有する。複数のガス抜き通路４００は、空気室３１３から燃料電池スタック１０の外部空間に通じる通路である。複数のガス抜き通路４００は、複数のガス抜き溝４１０、４２０と、複数のガス抜き孔４３０と、を含む。
【0070】
空気極フレーム１３０は、図５－７に示すように、第１の主面１３０Ｆ１と、第２の主面１３０Ｆ２と、第１の内面１３０Ｆ３と、外面１３０Ｆ４と、を有している。第１の内面１３０Ｆ３は、空気室３１３に面している。外面１３０Ｆ４は、燃料電池スタック１０の外部空間に面している。第１の主面１３０Ｆ１と第２の主面１３０Ｆ２とは、第１の内面１３０Ｆ３と外面１３０Ｆ４とを接続する面である。第１の主面１３０Ｆ１は、単セル用セパレータ１２０に接している。第２の主面１３０Ｆ２は、第１の主面１３０Ｆ１とは反対側の面であって、ＩＣ用セパレータ１８０に接している。
【0071】
複数のガス抜き溝４１０、４２０のうち一部は、第１の主面１３０Ｆ１に配される第１ガス抜き溝４１０であり、残りは、第２の主面１３０Ｆ２に配される第２ガス抜き溝４２０である。第１ガス抜き溝４１０は、直線状に延びていてもよく、途中で折れ曲がったり、湾曲したりしていてもよく、分岐していても構わない。各第１ガス抜き溝４１０は、図７に示すように、第１の内面１３０Ｆ３に開口する流入口４１０Ａ（第１の流入口の一例）を有する。各第１ガス抜き溝４１０は、流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ１とは異なる経路であって、最短経路Ｒｓ１よりも長い非最短経路を通っている。なお、非最短経路は、最短経路Ｒｓ１に対して一部でも重なっていない部分があればよい。第１ガス抜き溝４１０の深さは、例えば１μｍ以上４０μｍとすることができる。第２ガス抜き溝４２０についても同様である。
【0072】
ガス抜き孔４３０は、空気極フレーム１３０において、第１の内面１３０Ｆ３から外面１３０Ｆ４まで貫通する孔である。ガス抜き孔４３０は、直線状に延びていてもよく、途中で折れ曲がったり、湾曲したりしていても構わない。各ガス抜き孔４３０は、図７に示すように、第１の内面１３０Ｆ３に開口する流入口４３０Ａ（第２の流入口の一例）を有する。各ガス抜き孔４３０は、流入口４３０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ２とは異なり、最短経路Ｒｓ２よりも長い非最短経路を通っている。なお、非最短経路は、最短経路Ｒｓ２に対して一部でも重なっていない部分があればよい。
【0073】
（マニホールド用ガス抜き通路４４０）
空気極フレーム１３０は、図７および図８に示すように、複数のマニホールド用ガス抜き通路４４０を有している。マニホールド用ガス抜き通路４４０は、第１マニホールド孔３１１Ａまたは第２マニホールド孔３１２Ａから外部空間に通じる通路である。
空気極フレーム１３０は、図７および図８に示すように、複数のマニホールド用ガス抜き通路４４０を有している。マニホールド用ガス抜き通路４４０は、第１マニホールド孔３１１Ａまたは第２マニホールド孔３１２Ａから外部空間に通じる通路である。
【0074】
第１マニホールド孔３１１Ａに通じる複数のマニホールド用ガス抜き通路４４０は、複数のマニホールド用ガス抜き溝４５０、４６０と、複数のマニホールド用ガス抜き孔４７０と、を含む。
【0075】
複数のマニホールド用ガス抜き溝４５０、４６０のうち一部は、第１の主面１３０Ｆ１に配される第１マニホールド用ガス抜き溝４５０であり、残りは、第２の主面１３０Ｆ２に配される第２マニホールド用ガス抜き溝４６０である。第１マニホールド用ガス抜き溝４５０は、直線状に延びていてもよく、途中で折れ曲がったり、湾曲したりしていてもよく、分岐していても構わない。空気極フレーム１３０は、図７に示すように、第１マニホールド孔３１１Ａに面する第２の内面１３０Ｆ５を有しており、各第１マニホールド用ガス抜き溝４５０は、第２の内面１３０Ｆ５に開口する流入口４５０Ａ（第２の流入口の一例）を有する。各第１マニホールド用ガス抜き溝４５０は、流入口４５０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ３とは異なり、最短経路Ｒｓ３よりも長い非最短経路を通っている。なお、非最短経路は、最短経路Ｒｓ３に対して一部でも重なっていない部分があればよい。第１マニホールド用ガス抜き溝４５０の深さは、例えば１μｍ以上４０μｍとすることができる。第２マニホールド用ガス抜き溝４６０についても同様である。
【0076】
マニホールド用ガス抜き孔４７０は、空気極フレーム１３０において、第２の内面１３０Ｆ５から外面１３０Ｆ４まで貫通する孔である。各マニホールド用ガス抜き孔４７０は、直線状に延びていてもよく、途中で折れ曲がったり、湾曲したりしていても構わない。各マニホールド用ガス抜き孔４７０は、図７に示すように、第２の内面１３０Ｆ５に開口する流入口４７０Ａ（第２の流入口の一例）を有する。各マニホールド用ガス抜き孔４７０は、流入口４７０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ４とは異なり、最短経路Ｒｓ４よりも長い非最短経路を通っている。なお、非最短経路は、最短経路Ｒｓ４に対して一部でも重なっていない部分があればよい。
【0077】
第２マニホールド孔３１２Ａに通じるマニホールド用ガス抜き通路４４０は、第１マニホールド孔３１１Ａに通じるマニホールド用ガス抜き通路４４０と同様の構成を有しているので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、第２マニホールド孔３１２Ａに通じるマニホールド用ガス抜き通路４４０が有するマニホールド用ガス抜き溝４５０、４６０、およびマニホールド用ガス抜き孔４７０の数および形状は、第１マニホールド孔３１１Ａに通じるマニホールド用ガス抜き通路４４０と異なっていても構わない。
【0078】
（燃料電池スタック１０の動作）
図２および図５に示すように、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２８０を介して酸化剤ガス供給マニホールド３１１に供給され、各空気極フレーム１３０が有する第１マニホールド孔３１１Ａから、酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して空気室３１３に供給される。酸化剤ガスＯＧは、空気室３１３の内部を、第１マニホールド孔３１１Ａが配された辺１３０Ａから、第２マニホールド孔３１２Ａが配された辺１３０Ｂに向かって（図７の矢印方向に）流れていく。
図２および図５に示すように、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２８０を介して酸化剤ガス供給マニホールド３１１に供給され、各空気極フレーム１３０が有する第１マニホールド孔３１１Ａから、酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して空気室３１３に供給される。酸化剤ガスＯＧは、空気室３１３の内部を、第１マニホールド孔３１１Ａが配された辺１３０Ａから、第２マニホールド孔３１２Ａが配された辺１３０Ｂに向かって（図７の矢印方向に）流れていく。
【0079】
また、図３および図６に示すように、燃料ガスＦＧは、ガス配管からガス通路部材２８０を介して燃料ガス供給マニホールド３２１に供給され、各燃料極フレーム１４０が有する燃料ガス供給マニホールド３２１を構成する孔から、燃料ガス供給連通流路を介して燃料室３２３に供給される。
【0080】
各反応単位１００Ｕの空気室３１３に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室３２３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。上記したように、インターコネクタ１９０は、隣り合う２つの反応単位１００Ｕに共有されており、インターコネクタ１９０によって隣り合う２つの反応単位１００Ｕ間の導通が確保されている。つまり、燃料電池スタック１０に含まれる複数の反応単位１００Ｕは、電気的に直列に接続されている。また、複数の反応単位１００Ｕのうち一端（図２の下端）に位置する反応単位１００Ｕには、第２ターミナルプレート２５０が電気的に接続されており、他端（図２の上端）に位置する反応単位１００Ｕには、第１ターミナルプレート２４０が電気的に接続されている。これにより、燃料電池スタック１０の出力端子として機能するターミナルプレート２４０、２５０から、各反応単位１００Ｕ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１０が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【0081】
図２および図５に示すように、各反応単位１００Ｕの空気室３１３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３１２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、本体部２８１の内部空間を通って燃料電池スタック１０の外部に排出される。また、図３および図６に示すように、各反応単位１００Ｕの燃料室３２３から燃料ガス排出連通流路を介して燃料ガス排出マニホールド３２２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、本体部２８１の内部空間を通って燃料電池スタック１０の外部に排出される。
【0082】
ここで、例えば酸化剤ガスＯＧの流通経路において、空気室３１３よりも下流側の酸化剤ガス排出マニホールド３１２に変形や異物の混入等が生じ、流路が狭くなったり、閉塞されたりすることがある。このような場合には、空気室３１３の内圧が、空気極フレーム１３０の変形や破損が懸念される程に大きくなることが懸念される。
【0083】
本実施形態では、空気極フレーム１３０が、ガス抜き通路４００を有している。このような構成によれば、空気室３１３の内圧が大きくなると、ガス抜き通路４００を通って酸化剤ガスＯＧが外部空間に排出されることにより、空気室３１３の内圧が下がる。これにより、空気極フレーム１３０の変形や破損が抑制され、燃料電池スタック１０の発電効率が低下したり、燃料電池スタック１０が発電不能となったりすることが抑制される。
【0084】
また、本実施形態では、空気極フレーム１３０が、マニホールド用ガス抜き通路４４０を有している。このような構成によれば、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧が大きくなると、マニホールド用ガス抜き通路４４０を通って酸化剤ガスＯＧが外部空間に排出されることにより、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧が下がる。これにより、空気極フレーム１３０の変形や破損が抑制され、燃料電池スタック１０の発電効率が低下したり、燃料電池スタック１０が発電不能となったりすることが抑制される。
【0085】
本実施形態では、ガス抜き通路４００が複数設けられている。このような構成によれば、空気室３１３の内圧が異常に上昇した際に、酸化剤ガスＯＧが複数のガス抜き通路４００から分散して排出される。これにより、ガス抜き通路が１つしか設けられていない場合と比較して、１つのガス抜き通路４００の周辺部に大きな圧力がかかることが避けられ、空気極フレーム１３０の変形や破損が生じることが抑制される。また、酸化剤ガスＯＧを速やかに排出し、空気室３１３の内圧を速やかに下げることができるため、空気極フレーム１３０の変形や破損が、より確実に抑止される。マニホールド用ガス抜き通路４４０についても同様である。
【0086】
また、空気室３１３の内圧が、空気極フレーム１３０の変形や破損を引き起こすほどには大きくない場合には、酸化剤ガスＯＧのガス抜き通路４００からの排出がされにくく、空気室３１３の内圧が発電に支障のない高さに保たれることが好ましい。このような観点から、本実施形態では、ガス抜き通路４００が、流入口４１０Ａ、４３０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ１、Ｒｓ２とは異なる非最短経路を通るようになっている。すなわち、ガス抜き通路４００が、最短経路Ｒｓ１、Ｒｓ２を通って延びている場合と比較して長くなっている。このような構成は、空気室３１３の内圧がそれほど大きくない場合には、酸化剤ガスＯＧのガス抜き通路４００からの排出が緩やかとなり、効率よく発電を行うために必要な空気室３１３の内圧を維持しやすくなる、という観点から好ましい。マニホールド用ガス抜き通路４４０についても同様である。
【0087】
また、複数のガス抜き通路４００の一部が、屈曲または湾曲形状を有するようになっている。このような構成は、ガス抜き通路が直線形状を有している場合と比較して、空気室３１３の内圧がそれほど大きくない場合には、酸化剤ガスＯＧのガス抜き通路４００からの排出が緩やかとなり、効率よく発電を行うために必要な空気室３１３の内圧を維持しやすくなる、という観点から好ましい。また、同様の観点から、ガス抜き通路４００は、空気室３１３の内圧がそれほど大きくない場合には、酸化剤ガスＯＧのガス抜き通路４００からの排出が緩やかとなるような狭い通路であることが好ましく、少なくとも、酸化剤ガス供給連通流路１３２、酸化剤ガス排出連通流路１３３よりも狭い通路であることが好ましい。マニホールド用ガス抜き通路４４０についても同様である。
【0088】
また、本実施形態では、ガス抜き通路４００が、空気極フレーム１３０の第１の主面１３０Ｆ１に配される第1ガス抜き溝４１０と、第２の主面１３０Ｆ２とに配される第２ガス抜き溝４２０と、を含む。このように空気極フレーム１３０の表面に配されるガス抜き溝４１０、４２０は、ガス抜き通路が空気極フレームの内部を貫通している場合と比較して、形成が容易であり、製造工程の複雑化を避けることができるという観点から好ましい。また、ガス抜き溝４１０、４２０が空気極フレーム１３０の第１の主面１３０Ｆ１と第２の主面１３０Ｆ２とに配される構成は、ガス抜き溝が第１の主面と第２の主面とのいずれか一方にしか配されていない構成と比較して、ガス抜き通路４００が配されている面の周辺部に大きな圧力がかかることを抑制でき、空気極フレーム１３０の変形や破損が生じることを効果的に抑制できる、という観点から好ましい。マニホールド用ガス抜き通路４４０についても同様である。
【0089】
（作用効果）
以上のように本実施形態の燃料電池スタック１０は、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とがこの順に重なっている単セル１１０と、空気極１１４が面する空気室３１３を外部空間から区画する空気極フレーム１３０と、空気極フレーム１３０と隣接する単セル用セパレータ１２０と、同じく空気極フレーム１３０と隣接するＩＣ用セパレータ１８０と、を備える複数の電気化学反応単位１００Ｕを備え、各電気化学反応単位１００Ｕにおいて、空気極フレーム１３０に、空気室３１３から外部空間に通じるガス抜き通路４００が設けられている。
以上のように本実施形態の燃料電池スタック１０は、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とがこの順に重なっている単セル１１０と、空気極１１４が面する空気室３１３を外部空間から区画する空気極フレーム１３０と、空気極フレーム１３０と隣接する単セル用セパレータ１２０と、同じく空気極フレーム１３０と隣接するＩＣ用セパレータ１８０と、を備える複数の電気化学反応単位１００Ｕを備え、各電気化学反応単位１００Ｕにおいて、空気極フレーム１３０に、空気室３１３から外部空間に通じるガス抜き通路４００が設けられている。
【0090】
上記の構成によれば、例えば空気室３１３よりも下流側のガス流路において、狭窄や閉塞などが生じることにより、空気室３１３の内圧が、空気極フレーム１３０の変形や破損が懸念される程に大きくなるという異常事態が生じた場合に、ガス抜き通路４００を通ってガスが外部空間に排出されることにより、空気室３１３の内圧を下げることができる。これにより、空気極フレーム１３０の変形や破損を抑制でき、燃料電池スタック１０の発電効率が低下したり、燃料電池スタック１０が発電不能となったりすることを抑制できる。
【0091】
また、空気極フレーム１３０が、空気室３１３に面する第１の内面１３０Ｆ３と、外部空間に面する外面１３０Ｆ４と、を有し、ガス抜き通路４００が、第１の内面１３０Ｆ３に開口する流入口４１０Ａ、４３０Ａを有するとともに、流入口４１０Ａ、４３０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通っている。
【0092】
このような構成によれば、ガス抜き通路４００が、最短経路Ｒｓ１、Ｒｓ２を通って延びている場合と比較して長いため、空気室３１３の内圧が、空気極フレーム１３０の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスがガス抜き通路４００から排出されにくくなり、効率よく発電を行うために必要な空気室３１３の内圧を維持できる。
【0093】
また、電気化学反応単位１００Ｕが、複数のガス抜き通路４００を有している。
【0094】
このような構成によれば、空気室３１３の内圧が異常に上昇した際に、ガスが複数のガス抜き通路４００から効率的に排出されるため、空気極フレーム１３０の変形や破損を、より確実に抑止できる。
【0095】
また、ガス抜き通路４００が、空気極フレーム１３０において単セル用セパレータ１２０に接する第１の主面１３０Ｆ１に配された第１ガス抜き溝４１０と、ＩＣ用セパレータ１８０に接する第２の主面１３０Ｆ２に配された第２ガス抜き溝４２０と、を含む。
【0096】
このように空気極フレーム１３０の表面に配されるガス抜き溝４１０、４２０は、ガス抜き通路が空気極フレームの内部を貫通するように配されている場合と比較して、形成が容易であるので、製造工程の複雑化を避けることができる。
【0097】
また、ガス抜き溝４１０、４２０が、第１の主面１３０Ｆ１と第２の主面１３０Ｆ２と、の双方に配されている。
【0098】
このような構成によれば、ガス抜き溝が第１の主面と第２の主面とのいずれか一方にのみ配されている場合と比較して、空気室３１３の内圧が異常に上昇した際に、ガスが効率的に排出されるため、空気極フレーム１３０の変形や破損を、より確実に抑止できる。
【0099】
また、空気極フレーム１３０が、空気室３１３に連通し、空気室３１３にガスを供給または空気室３１３からガスを排出するためのマニホールド３１１、３１２を構成するマニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａを備え、空気極フレーム１３０に、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａから外部空間に通じるマニホールド用ガス抜き通路４４０が設けられている。
【0100】
空気室３１３よりも下流側のガス流路において、狭窄や閉塞などが生じることにより、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧も、空気極フレーム１３０の変形や破損が懸念される程に大きくなる場合がある。このような場合に、マニホールド用ガス抜き通路４４０を通ってガスが外部空間に排出されることにより、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧を下げることができる。これにより、空気極フレーム１３０の変形や破損を抑制でき、燃料電池スタック１０の発電効率が低下したり、燃料電池スタック１０が発電不能となったりすることを抑制できる。
【0101】
また、空気極フレーム１３０が、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内部空間に面する第２の内面１３０Ｆ５と、外部空間に面する外面１３０Ｆ４と、を有し、マニホールド用ガス抜き通路４４０が、第２の内面１３０Ｆ５に開口する流入口４５０Ａ、４７０Ａを有するとともに、流入口４５０Ａ、４７０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通っている。
【0102】
このような構成によれば、マニホールド用ガス抜き通路４４０が、最短経路Ｒｓ３、Ｒｓ４を通って延びている場合と比較して長いため、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧が、空気極フレーム１３０の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスがマニホールド用ガス抜き通路４４０から排出されにくくなり、効率よく発電を行うために必要なマニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧を維持できる。
【0103】
また、電気化学反応単位１００Ｕが、複数のマニホールド用ガス抜き通路４００を有している。
【0104】
このような構成によれば、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧が異常に上昇した際に、ガスが複数のマニホールド用ガス抜き通路４４０から効率的に排出されるため、空気極フレーム１３０の変形や破損を確実に抑止できる。
【0105】
また、マニホールド用ガス抜き通路４００が、空気極フレーム１３０において単セル用セパレータ１２０に接する第１の主面１３０Ｆ１に配された第１マニホールド用ガス抜き溝４５０と、ＩＣ用セパレータ１８０に接する第２の主面１３０Ｆ２に配された第２マニホールド用ガス抜き溝４６０と、を含む。
【0106】
このように空気極フレーム１３０の表面に配されるマニホールド用ガス抜き溝４５０、４６０は、空気極フレームの内部を貫通するように配されているマニホールド用ガス抜き通路と比較して、形成が容易であるので、製造工程の複雑化を避けることができる。
【0107】
また、マニホールド用ガス抜き溝４５０、４６０が、第１の主面１３０Ｆ１と、第２の主面１３０Ｆ２と、の双方に配されている。
【0108】
このような構成によれば、マニホールド用ガス抜き溝が第１の主面および第２の主面のいずれか一方にのみ配されている場合と比較して、マニホールド孔３１１Ａ、３１２Ａの内圧が異常に上昇した際に、ガスが効率的に排出されるため、空気極フレーム１３０の変形や破損を確実に抑止できる。
【0109】
＜実施形態２＞
実施形態２を、図９を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガス抜き溝５２１、５３１（ガス抜き通路の一例）が、単セル用セパレータ５２０（隣接部材、第１の隣接部材の一例）およびＩＣ用セパレータ５３０（隣接部材、第２の隣接部材の一例）に設けられている点で、実施形態１と異なる。
実施形態２を、図９を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガス抜き溝５２１、５３１（ガス抜き通路の一例）が、単セル用セパレータ５２０（隣接部材、第１の隣接部材の一例）およびＩＣ用セパレータ５３０（隣接部材、第２の隣接部材の一例）に設けられている点で、実施形態１と異なる。
【0110】
実施形態１と同様に、燃料電池スタックに備えられるＩＣ用セパレータ５３０、空気極フレーム５１０（区画部材の一例）、および単セル用セパレータ５２０は、この順に重なって配されている。空気極フレーム５１０は、実施形態１と同様に、空気室３１３を外部空間から区画する矩形のフレーム状の部材であって、単セル用セパレータ５２０に接する第１の主面５１０Ｆ１と、ＩＣ用セパレータ５３０に接する第２の主面５１０Ｆ２と、を有している。単セル用セパレータ５２０は、実施形態１と同様に、矩形のフレーム状の部材であり、単セル１１０を支持する。ＩＣ用セパレータ５３０は、実施形態１と同様に、矩形のフレーム状の部材であり、インターコネクタ１９０を支持する。
【0111】
単セル用セパレータ５２０は、第１の内面５２０Ｆ１と、外面５２０Ｆ２とを有している。第１の内面５２０Ｆ１のうち周縁部は、空気極フレーム５１０の第１の主面５１０Ｆ１に接しており、この周縁部よりも内側の領域は、空気室３１３に面している。外面５２０Ｆ２は、外部空間に面している。ガス抜き溝５２１は、第１の内面５２０Ｆ１に配され、空気室３１３から外部空間に通じる通路であって、第１の内面５２０Ｆ１に開口する流入口５２１Ａ（第１の流入口の一例）を有している。ガス抜き溝５２１は、流入口５２１Ａから外面５２０Ｆ２までの距離が非最短となる非最短経路を通っていてもよい。ガス抜き溝５２１は、屈曲または湾曲していてもよい。また、単セル用セパレータ５２０は、複数のガス抜き溝５２１を有していてもよい。
【0112】
ＩＣ用セパレータ５３０は、第１の内面５３０Ｆ１と、外面５３０Ｆ２とを有している。第１の内面５３０Ｆ１のうち周縁部は、空気極フレーム５１０の第２の主面５１０Ｆ２に接しており、この周縁部よりも内側の領域は、空気室３１３に面している。外面５３０Ｆ２は、燃料電池スタックの外部空間に面している。ガス抜き溝５３１は、第１の内面５３０Ｆ１に配され、空気室３１３から外部空間に通じる通路であって、第１の内面５３０Ｆ１に開口する流入口５３１Ａ（第１の流入口の一例）を有している。ガス抜き溝５３１は、流入口５２１Ａから外面５２０Ｆ２までの距離が非最短となる非最短経路を通っていてもよい。ガス抜き溝５３１は、屈曲または湾曲していてもよい。また、ＩＣ用セパレータ５３０は、複数のガス抜き溝５３１を有していてもよい。
【0113】
その他の構成は、実施形態１と同様であるので、実施形態１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【0114】
本実施形態によれば、ガス抜き通路が、単セル用セパレータ５２０において空気極フレーム１３０に接する第１の内面５２０Ｆ１に配されたガス抜き溝５２１と、ＩＣ用セパレータ５３０において空気極フレーム１３０に接する第１の内面５３０Ｆ１に配されたガス抜き溝５３１と、を含んでいる。
【0115】
このような構成によれば、実施形態１と同様に、空気室３１３の内圧が異常に上昇した場合に、ガス抜き溝５２１、５３１を通ってガスが外部空間に排出されることにより、空気室３１３の内圧を下げることができる。これにより、空気極フレーム５１０の変形や破損を抑制でき、発電効率の低下を抑制できる。
【0116】
また、単セル用セパレータ５２０およびＩＣ用セパレータ５３０の表面に配されるガス抜き溝５２１、５３１は、空気極フレーム１３０の内部を貫通するように配されているガス抜き通路と比較して、形成が容易であるので、製造工程の複雑化を避けることができる。
【0117】
また、ガス抜き溝５２１、５３１が、空気極フレーム５１０の第１の主面５１０Ｆ１に接する単セル用セパレータ５２０の第１の内面５２０Ｆ１と、空気極フレーム５１０の第２の主面５１０Ｆ２に接するＩＣ用セパレータ５３０の第１の内面５３０Ｆ１と、の双方に配されている。これにより、空気室３１３の内圧が異常に上昇した際に、ガスがガス抜き溝５２１、５３１から効率的に排出されるため、空気極フレーム５１０の変形や破損を、より確実に抑止できる。
【0118】
【0119】
実施形態１と同様に、燃料電池スタックに備えられる空気極フレーム６１０（区画部材の一例）は、中央付近に略矩形の貫通孔１３１を有する矩形のフレーム状をなし、空気室３１３を外部空間から区画している。図１０に示すように、空気極フレーム１３０は、第１の主面６１０Ｆ１と、第２の主面６１０Ｆ２と、第１の内面６１０Ｆ３と、外面６１０Ｆ４と、を有している。第１の内面６１０Ｆ３は、空気室３１３に面している。外面６１０Ｆ４は、燃料電池スタックの外部空間に面している。第１の主面６１０Ｆ１と第２の主面６１０Ｆ２とは、第１の内面６１０Ｆ３と外面６１０Ｆ４とを接続する面である。第１の主面６１０Ｆ１は、単セル用セパレータ１２０に接している。第２の主面６１０Ｆ２は、第１の主面６１０Ｆ１とは反対側の面であって、ＩＣ用セパレータ１８０に接している。
【0120】
本実施形態の空気極フレーム６１０は、図１０に示すように、薄いシート状に構成されたフレーム構成層６１１の複数が重なり合うことで全体として板状に構成された部材である。各フレーム構成層６１１は、図１１に示すように、フレーク状のマイカの粒子６１１Ｐが多数重なり合うことによって構成されている。このため、各フレーム構成層６１１の表面には凹凸があり、一の空気極層（第１のフレーム構成層６１１Ａ：第１の層の一例）と、これと隣り合う他の空気極層（第２のフレーム構成層６１１Ｂ：第２の層の一例）との間には、隙間がある。この隙間が第１の内面６１０Ｆ３から外面６１０Ｆ４まで連なって、空気室３１３から外部空間に通じる複数のガス抜き通路６１２となっている。
【0121】
図１０に示すように、第１のフレーム構成層６１１Ａは、ガス抜き通路６１２が配されている部位に、それぞれ、第１の主面６１０Ｆ１に対して傾く傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２を有している。同様に、第２のフレーム構成層６１１Ｂは、ガス抜き通路６１２が配されている部位に、それぞれ、第１の主面６１０Ｆ１に対して傾く傾斜部６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２を有している。
【0122】
本実施形態では、第１のフレーム構成層６１１Ａにおいて第１の内面６１０Ｆ３と外面６１０Ｆ４との間の中間位置に、単セル用セパレータ１２０に向かってＶ字状に歪む部位が配されることにより、傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２が形成されている。一の傾斜部６１１ＡＳ１は、第１の内面６１０Ｆ３に近づくにつれて第１の主面６１０Ｆ１に近づくように傾いている。他の傾斜部６１１ＡＳ２は、一の傾斜部６１１Ａに連なり、第１の内面６１０Ｆ３に近づくにつれて第１の主面６１０Ｆ１から離れるように傾いている。このような傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２は、例えば空気極フレーム６１０に対して部分的なプレス処理を行うことにより形成することができる。第２のフレーム構成層６１１Ｂに備えられる傾斜部６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２についても、同様である。
【0123】
このような傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２、６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２の存在により、ガス抜き通路６１２は、第１の内面６１０Ｆ３に開口する流入口６１２Ａ（第１の流入口の一例）から外面６１０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ５とは異なり、最短経路Ｒｓ５よりも長い非最短経路を通ることとなる。
【0124】
その他の構成は、実施形態１と同様であるので、実施形態１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【0125】
本実施形態によれば、実施形態１と同様に、空気室３１３の内圧が異常に上昇した場合に、ガス抜き通路６１２を通ってガスが外部空間に排出されることにより、空気室３１３の内圧を下げることができる。これにより、空気極フレーム１３０の変形や破損を抑制でき、発電効率の低下を抑制できる。
【0126】
また、空気極フレーム１３０が、空気室３１３に面する第１の内面６１０Ｆ３と、外部空間に面する外面６１０Ｆ２と、第１の内面６１０Ｆ３と外面６１０Ｆ４とを接続する第１の主面６１０Ｆ１を有するとともに、第１の主面６１０Ｆ１に対して略平行に配され、互いに重ねられた第１のフレーム構成層６１１Ａと第２のフレーム構成層６１１Ｂと、を含み、ガス抜き通路６１２が、第１のフレーム構成層６１１Ａと第２のフレーム構成層６１１Ｂとの隙間が第１の内面６１０Ｆ３から外面６１０Ｆ４まで連なることで構成されており、第１のフレーム構成層６１１Ａおよび第２のフレーム構成層６１１Ｂにおいてガス抜き通路６１２が配されている部位が、第１の主面６１０Ｆ１に対して斜めに傾く傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２、６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２を有している。
【0127】
このような構成によれば、ガス抜き通路６１２が、流入口６１２Ａの開口位置から外面６１０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通ることとなる。つまり、ガス抜き通路６１２が、最短経路Ｒｓ５を通って延びている場合と比較して長い。このため、空気室３１３の内圧が、空気極フレーム６１０の変形や破損が懸念されない通常の内圧である場合に、ガスがガス抜き通路６１２から排出されにくくなり、効率よく発電を行うために必要な空気室３１３の内圧を維持できる。
【0128】
＜試験例＞
（試験例１）
１．試験方法
１）試験装置の構成
ガス抜き通路を有しないマイカ製の空気極フレームのサンプルＳ１と、サンプルＳ１と同様の空気極フレームの一方の表面にレーザ加工により１０本のガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄを形成した４種のサンプルＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５と、を準備した（図１２‐図１６参照）。ガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄはいずれも、深さ１０μｍ、幅１０μｍとした。サンプルＳ１－Ｓ５をそれぞれ用いて、上記実施形態１と同様の構成を有する燃料電池スタックを準備し、試験装置とした。サンプルＳ２－Ｓ５に形成されたガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄの構成は、以下のとおりである。
（試験例１）
１．試験方法
１）試験装置の構成
ガス抜き通路を有しないマイカ製の空気極フレームのサンプルＳ１と、サンプルＳ１と同様の空気極フレームの一方の表面にレーザ加工により１０本のガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄを形成した４種のサンプルＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５と、を準備した（図１２‐図１６参照）。ガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄはいずれも、深さ１０μｍ、幅１０μｍとした。サンプルＳ１－Ｓ５をそれぞれ用いて、上記実施形態１と同様の構成を有する燃料電池スタックを準備し、試験装置とした。サンプルＳ２－Ｓ５に形成されたガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄの構成は、以下のとおりである。
【0129】
（サンプルＳ２）
図１３に示すように、第１マニホールド孔３１１Ａから第２マニホールド孔３１２Ａへのガスの流れ方向（図中の矢印方向）の側方にガス抜き通路４００Ａが配置されたサンプルＳ２を準備した。より具体的には、ガス抜き通路４００Ａを、空気極フレームにおいて第１マニホールド孔３１１Ａが配された辺１３０Ａと、第２マニホールド孔３１２Ａが配された辺１３０Ｂとを繋ぐ他の２つの辺１３０Ｃ、１３０Ｄに、それぞれ５本ずつ配した。各ガス抜き通路４００Ａを、空気室３１３に面する第１の内面１３０Ｆ３から外面１３０Ｆ４に近づくにつれて、ガスの流れの上流側（辺１３０Ａ側）に近づくように傾斜させた。つまり、ガス抜き通路４００Ａを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通り、かつ、ガスの流れ方向（図中の矢印方向）とは反対方向に傾斜するように形成した。
図１３に示すように、第１マニホールド孔３１１Ａから第２マニホールド孔３１２Ａへのガスの流れ方向（図中の矢印方向）の側方にガス抜き通路４００Ａが配置されたサンプルＳ２を準備した。より具体的には、ガス抜き通路４００Ａを、空気極フレームにおいて第１マニホールド孔３１１Ａが配された辺１３０Ａと、第２マニホールド孔３１２Ａが配された辺１３０Ｂとを繋ぐ他の２つの辺１３０Ｃ、１３０Ｄに、それぞれ５本ずつ配した。各ガス抜き通路４００Ａを、空気室３１３に面する第１の内面１３０Ｆ３から外面１３０Ｆ４に近づくにつれて、ガスの流れの上流側（辺１３０Ａ側）に近づくように傾斜させた。つまり、ガス抜き通路４００Ａを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通り、かつ、ガスの流れ方向（図中の矢印方向）とは反対方向に傾斜するように形成した。
【0130】
（サンプルＳ３）
サンプルＳ３は、ガス抜き通路４００Ｂの形状がガス抜き通路４００Ａとは異なる点を除き、サンプルＳ２と同様である。図１４に示すように、各ガス抜き通路４００Ｂを、屈曲形状を有するように形成した。より具体的には、各ガス抜き通路４００Ｂにおいて、第１の内面１３０Ｆ３に隣接する部分を、第１の内面１３０Ｆ３に対して垂直に延びるように形成し、外面１３０Ｆ４に隣接する残りの部分を、外面１３０Ｆ４に近づくにつれて、ガスの流れの上流側（辺１３０Ａ側）に近づくように傾斜させた。つまり、ガス抜き通路４００Ｂを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通り、かつ、外面１３０Ｆ４側の一部がガスの流れ方向（図中の矢印方向）とは反対方向に傾斜するように形成した。
サンプルＳ３は、ガス抜き通路４００Ｂの形状がガス抜き通路４００Ａとは異なる点を除き、サンプルＳ２と同様である。図１４に示すように、各ガス抜き通路４００Ｂを、屈曲形状を有するように形成した。より具体的には、各ガス抜き通路４００Ｂにおいて、第１の内面１３０Ｆ３に隣接する部分を、第１の内面１３０Ｆ３に対して垂直に延びるように形成し、外面１３０Ｆ４に隣接する残りの部分を、外面１３０Ｆ４に近づくにつれて、ガスの流れの上流側（辺１３０Ａ側）に近づくように傾斜させた。つまり、ガス抜き通路４００Ｂを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通り、かつ、外面１３０Ｆ４側の一部がガスの流れ方向（図中の矢印方向）とは反対方向に傾斜するように形成した。
【0131】
（サンプルＳ４）
サンプルＳ４は、ガス抜き通路４００Ｃの傾きがガス抜き通路４００Ａとは異なる点を除き、サンプルＳ２と同様である。図１５に示すように、各ガス抜き通路４００Ｃを、空気室３１３に面する第１の内面１３０Ｆ３から外面１３０Ｆ４に近づくにつれて、ガスの流れの下流側（辺１３０Ｂ側）に近づくように傾斜させた。つまり、ガス抜き通路４００Ｂを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通り、かつ、ガスの流れ方向（図中の矢印方向）と同方向に傾斜するように形成した。
サンプルＳ４は、ガス抜き通路４００Ｃの傾きがガス抜き通路４００Ａとは異なる点を除き、サンプルＳ２と同様である。図１５に示すように、各ガス抜き通路４００Ｃを、空気室３１３に面する第１の内面１３０Ｆ３から外面１３０Ｆ４に近づくにつれて、ガスの流れの下流側（辺１３０Ｂ側）に近づくように傾斜させた。つまり、ガス抜き通路４００Ｂを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通り、かつ、ガスの流れ方向（図中の矢印方向）と同方向に傾斜するように形成した。
【0132】
（サンプルＳ５）
サンプルＳ５は、ガス抜き通路４００Ｄの傾きがガス抜き通路４００Ａとは異なる点を除き、サンプルＳ２と同様である。図１６に示すように、各ガス抜き通路４００Ｄを、第１の内面１３０Ｆ３および外面１３０Ｆ４に対して垂直に延びるように形成した。つまり、ガス抜き通路４００Ｂを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路を通るように形成した。
サンプルＳ５は、ガス抜き通路４００Ｄの傾きがガス抜き通路４００Ａとは異なる点を除き、サンプルＳ２と同様である。図１６に示すように、各ガス抜き通路４００Ｄを、第１の内面１３０Ｆ３および外面１３０Ｆ４に対して垂直に延びるように形成した。つまり、ガス抜き通路４００Ｂを、流入口の開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路を通るように形成した。
【0133】
２）試験方法
サンプルＳ１を用いた試験装置に、発電していない条件下で、定常運転時に供給する流量と同等量（３０Ｌ/ｍｉｎ）の空気を供給し、空気室から外部空間へのガス噴出量の測定を行った。酸化剤ガス供給マニホールドに供給された空気の流量と、酸化剤ガス排出マニホールドから排出された空気の流量とを測定し、酸化剤ガス供給マニホールドに供給された空気の流量から酸化剤ガス排出マニホールドから排出された空気の流量を減じた値を「ガス噴出量」とした。
サンプルＳ１を用いた試験装置に、発電していない条件下で、定常運転時に供給する流量と同等量（３０Ｌ/ｍｉｎ）の空気を供給し、空気室から外部空間へのガス噴出量の測定を行った。酸化剤ガス供給マニホールドに供給された空気の流量と、酸化剤ガス排出マニホールドから排出された空気の流量とを測定し、酸化剤ガス供給マニホールドに供給された空気の流量から酸化剤ガス排出マニホールドから排出された空気の流量を減じた値を「ガス噴出量」とした。
【0134】
空気室に空気を供給した状態で、空気室よりも下流側の流路（酸化剤ガス排出マニホールド）の開閉弁を閉じることにより、空気室内の圧力を上昇させた。開閉弁を閉じてからサンプルＳ１が破損するまでの時間を基準時間とした。
【0135】
サンプルＳ２‐Ｓ５を用いた試験装置を用い、同様に試験を行って、基準時間と同じ時間だけ開閉弁を閉じた後のサンプルＳ２－Ｓ５の破損の有無を確認した。
【0136】
２．結果
表１に試験結果を示した。表１において、サンプルＳ２の「経路長／最短距離」の値は、１本のガス抜き通路４００Ａの経路の長さを、ガス抜き通路４００Ａの流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ１の長さで除した値である（図１３参照）。他のサンプルＳ３、Ｓ４、Ｓ５についても同様である。
表１に試験結果を示した。表１において、サンプルＳ２の「経路長／最短距離」の値は、１本のガス抜き通路４００Ａの経路の長さを、ガス抜き通路４００Ａの流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路Ｒｓ１の長さで除した値である（図１３参照）。他のサンプルＳ３、Ｓ４、Ｓ５についても同様である。
【0137】
【表1】
【0138】
ガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄを有するサンプルＳ２－Ｓ５を用いた試験では、ガス抜き通路を有しないＳ１が破損するまでの時間（基準時間）と同じ時間だけ開閉弁を閉じた後でも、破損が生じなかった。サンプルＳ２－Ｓ５を用いた試験では、ガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄから空気が排出されることによって、サンプルＳ１を用いた場合よりも空気室３１３の内圧が下がったためであると考えられる。
【0139】
空気室３１３の内部が通常の圧力に保たれている状態では、ガス抜き通路４００Ｄが最短経路を通っているサンプルＳ５と比較して、ガス抜き通路４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｄが非最短経路を通っており、「経路長／最短距離」の値が１．０５であるサンプルＳ２、がＳ３、Ｓ４の方が、ガス噴出量が少なく、空気室３１３内部の圧力が保たれていることが確認された。また、ガス抜き通路４００Ｃがガスの流れ方向と同方向に傾斜するサンプルＳ４と比較して、ガス抜き通路４００Ｂ、４００Ｃがガスの流れ方向と反対方向に傾斜する部分を有するサンプルＳ２、Ｓ３の方が、ガス噴出量が少なく、空気室３１３内部の圧力が保たれていることが確認された。
【0140】
（試験例２）
１．試験方法
上記のサンプルＳ１と同様の空気極フレームの一方の表面に、レーザ加工により３本のガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆを形成した２種のサンプルＳ６、Ｓ７を準備した。ガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆはいずれも、深さ１０μｍ、幅１０μｍとした。サンプルＳ６、Ｓ７をそれぞれ用いて、上記実施形態と同様の構成を有する燃料電池スタックを準備して試験装置とし、試験例１と同様にして試験を行った。サンプルＳ６、Ｓ７に形成されたガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆの構成は、以下のとおりである。
１．試験方法
上記のサンプルＳ１と同様の空気極フレームの一方の表面に、レーザ加工により３本のガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆを形成した２種のサンプルＳ６、Ｓ７を準備した。ガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆはいずれも、深さ１０μｍ、幅１０μｍとした。サンプルＳ６、Ｓ７をそれぞれ用いて、上記実施形態と同様の構成を有する燃料電池スタックを準備して試験装置とし、試験例１と同様にして試験を行った。サンプルＳ６、Ｓ７に形成されたガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆの構成は、以下のとおりである。
【0141】
（サンプルＳ６）
図１７に示すように、第１マニホールド孔３１１Ａから第２マニホールド孔３１２Ａへのガスの流れ方向（図中の矢印方向）の下流側にガス抜き通路４００Ｅが配置された。より具体的には、空気極フレームにおいて第２マニホールド孔３１２Ａが配された辺１３０Ｂに、３本のガス抜き通路４００Ｅが配置された。各ガス抜き通路４００Ｅは、流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通るように形成された。
図１７に示すように、第１マニホールド孔３１１Ａから第２マニホールド孔３１２Ａへのガスの流れ方向（図中の矢印方向）の下流側にガス抜き通路４００Ｅが配置された。より具体的には、空気極フレームにおいて第２マニホールド孔３１２Ａが配された辺１３０Ｂに、３本のガス抜き通路４００Ｅが配置された。各ガス抜き通路４００Ｅは、流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が非最短となる非最短経路を通るように形成された。
【0142】
（サンプルＳ７）
サンプルＳ７は、ガス抜き通路４００Ｆの傾きがガス抜き通路４００Ｅとは異なる点を除き、サンプルＳ６と同様である。図１８に示すように、各ガス抜き通路４００Ｆは、流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路を通るように形成された。
サンプルＳ７は、ガス抜き通路４００Ｆの傾きがガス抜き通路４００Ｅとは異なる点を除き、サンプルＳ６と同様である。図１８に示すように、各ガス抜き通路４００Ｆは、流入口４１０Ａの開口位置から外面１３０Ｆ４までの距離が最短となる最短経路を通るように形成された。
【0143】
２．結果
表２に試験結果を示した。「経路長／最短距離」については上記のサンプルＳ２と同様である。
表２に試験結果を示した。「経路長／最短距離」については上記のサンプルＳ２と同様である。
【0144】
【表2】
【0145】
ガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆを有するサンプルＳ６、Ｓ７を用いた場合には、ガス抜き通路を有しないＳ１が破損するまでの時間（基準時間）と同じ時間だけ開閉弁を閉じた後でも、破損が生じなかった。サンプルＳ６、Ｓ７を用いた場合には、ガス抜き通路４００Ｅ、４００Ｆから空気が排出されることによって、サンプルＳ１を用いた場合よりも空気室３１３の内圧が下がったためであると考えられる。
【0146】
空気室３１３の内部が通常の圧力に保たれている状態では、ガス抜き通路４００Ｆが最短経路を通っており、「経路長／最短距離」の値が１．０５であるサンプルＳ７と比較して、ガス抜き通路４００Ｅが非最短経路を通っているサンプルＳ６の方が、ガス噴出量が少なく、空気室３１３内部の圧力が保たれていることが確認された。
【0147】
＜他の実施形態＞
（１）上記実施形態では、空気極フレーム１３０、５１０、６１０の材質としてマイカを例示したが、区画部材の材質はマイカ以外のセラミック、ガラス、金属であってもよく、異なる材料からなる部材の複数が互いに重ね合わせられた複合部材であっても構わない。
（２）上記実施形態では、空気極フレーム１３０、５１０、６１０が、空気室３１３を全周にわたって外部空間から区画していたが、区画部材が、例えばＵ字型、Ｉ字型などの、ガス流通空間を全周にわたって囲まない形状を有しており、ガス流通空間の一部が外部空間と連通していても構わない。
（３）上記実施形態では、空気極フレーム１３０、５１０、６１０がフレーム状の部材であったが、例えば、区画部材が、底壁と、底壁の周縁部から立ち上がりガス流通空間を囲むフレーム状の側壁部と、を有する有底容器状であっても構わない。
（４）上記実施形態では、ガス流通空間が空気室３１３であり、区画部材が空気極フレーム１３０、５１０、６１０であったが、ガス流通空間が、燃料極が面する燃料室であり、区画部材が、燃料室を外部空間から区画する燃料極フレームであっても構わない。
（５）上記実施形態では、隣接部材が単セル用セパレータ１２０、５２０、およびＩＣ用セパレータ１８０、５３０であったが、隣接部材は、例えば隣り合う単セル間の電気的接続を行うインターコネクタや、単セルに備えられる電解質層や、単セルを支持する金属支持体であっても構わない。
（６）実施形態１では、ガス抜き通路４００が、空気極フレーム１３０の第１の主面１３０Ｆ１に配される第１ガス抜き溝４１０と、空気極フレーム１３０の第２の主面１３０Ｆ２に配される第２ガス抜き溝４２０と、空気極フレーム１３０を貫通するガス抜き孔４３０と、を含んでいたが、ガス抜き溝は、例えば区画部材の表裏両面のうち一面にのみ配されていても構わない。あるいは、ガス抜き通路がガス抜き溝のみを含んでいてもよく、ガス抜き孔のみを含んでいても構わない。マニホールド用ガス抜き通路についても同様である。
（７）実施形態１では、空気極フレーム１３０が、ガス抜き通路４００とマニホールド用ガス抜き通路４４０とを有していたが、区画部材がマニホールド用ガス抜き通路を備えていても、いなくても構わない。
（８）実施形態１では、ガス抜き通路４００、およびマニホールド用ガス抜き通路４４０が非最短経路を通っていたが、ガス抜き通路、およびマニホールド用ガス抜き通路のうち一方または双方が、最短経路を通っていても、非最短経路を通っていても構わない。また、ガス抜き通路、およびマニホールド用ガス抜き通路のうち一部が最短経路を通り、残りが非最短経路を通っていても構わない。
（９）実施形態２では、単セル用セパレータ５２０とＩＣ用セパレータ５３０とが、それぞれガス抜き溝５２１、５３１を有していたが、ガス抜き溝が、区画部材と隣接する２つの隣接部材のうちどちらか一方のみに配されていても構わない。
（１０）実施形態１では、区画部材がガス抜き通路を有し、実施形態２では、隣接部材がガス抜き溝を有していたが、区画部材がガス抜き通路を有し、かつ、隣接部材がガス抜き溝を有していても構わない。
（１１）実施形態１では、区画部材がマニホールド用ガス抜き通路を有していたが、隣接部材がマニホールド用ガス抜き通路（マニホールド用ガス抜き溝）を有していても構わない。
（１２）実施形態３では、第１のフレーム構成層６１１Ａと第２のフレーム構成層６１１Ｂとにおいて、第１の内面６１０Ｆ３と外面６１０Ｆ４との間の中間位置に、単セル用セパレータ１２０に向かってＶ字状に凹む部位が設けられることにより、傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２、６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２が形成されていたが、傾斜部の配置および形状は任意である。
（１３）実施形態３では、図１０において、空気極フレーム６１０を構成するフレーム構成層６１１が５層である例を示したが、区画部材を構成する層の数は、任意である。
（１４）上記実施形態では、電気化学反応セルスタックが、固体酸化物形の燃料電池（ＳＯＦＣ）に用いられるセルスタックであったが、上記の構成は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、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に用いられるセルスタック、あるいは、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を単セルとして備える電解セルスタックにも適用可能である。
（１）上記実施形態では、空気極フレーム１３０、５１０、６１０の材質としてマイカを例示したが、区画部材の材質はマイカ以外のセラミック、ガラス、金属であってもよく、異なる材料からなる部材の複数が互いに重ね合わせられた複合部材であっても構わない。
（２）上記実施形態では、空気極フレーム１３０、５１０、６１０が、空気室３１３を全周にわたって外部空間から区画していたが、区画部材が、例えばＵ字型、Ｉ字型などの、ガス流通空間を全周にわたって囲まない形状を有しており、ガス流通空間の一部が外部空間と連通していても構わない。
（３）上記実施形態では、空気極フレーム１３０、５１０、６１０がフレーム状の部材であったが、例えば、区画部材が、底壁と、底壁の周縁部から立ち上がりガス流通空間を囲むフレーム状の側壁部と、を有する有底容器状であっても構わない。
（４）上記実施形態では、ガス流通空間が空気室３１３であり、区画部材が空気極フレーム１３０、５１０、６１０であったが、ガス流通空間が、燃料極が面する燃料室であり、区画部材が、燃料室を外部空間から区画する燃料極フレームであっても構わない。
（５）上記実施形態では、隣接部材が単セル用セパレータ１２０、５２０、およびＩＣ用セパレータ１８０、５３０であったが、隣接部材は、例えば隣り合う単セル間の電気的接続を行うインターコネクタや、単セルに備えられる電解質層や、単セルを支持する金属支持体であっても構わない。
（６）実施形態１では、ガス抜き通路４００が、空気極フレーム１３０の第１の主面１３０Ｆ１に配される第１ガス抜き溝４１０と、空気極フレーム１３０の第２の主面１３０Ｆ２に配される第２ガス抜き溝４２０と、空気極フレーム１３０を貫通するガス抜き孔４３０と、を含んでいたが、ガス抜き溝は、例えば区画部材の表裏両面のうち一面にのみ配されていても構わない。あるいは、ガス抜き通路がガス抜き溝のみを含んでいてもよく、ガス抜き孔のみを含んでいても構わない。マニホールド用ガス抜き通路についても同様である。
（７）実施形態１では、空気極フレーム１３０が、ガス抜き通路４００とマニホールド用ガス抜き通路４４０とを有していたが、区画部材がマニホールド用ガス抜き通路を備えていても、いなくても構わない。
（８）実施形態１では、ガス抜き通路４００、およびマニホールド用ガス抜き通路４４０が非最短経路を通っていたが、ガス抜き通路、およびマニホールド用ガス抜き通路のうち一方または双方が、最短経路を通っていても、非最短経路を通っていても構わない。また、ガス抜き通路、およびマニホールド用ガス抜き通路のうち一部が最短経路を通り、残りが非最短経路を通っていても構わない。
（９）実施形態２では、単セル用セパレータ５２０とＩＣ用セパレータ５３０とが、それぞれガス抜き溝５２１、５３１を有していたが、ガス抜き溝が、区画部材と隣接する２つの隣接部材のうちどちらか一方のみに配されていても構わない。
（１０）実施形態１では、区画部材がガス抜き通路を有し、実施形態２では、隣接部材がガス抜き溝を有していたが、区画部材がガス抜き通路を有し、かつ、隣接部材がガス抜き溝を有していても構わない。
（１１）実施形態１では、区画部材がマニホールド用ガス抜き通路を有していたが、隣接部材がマニホールド用ガス抜き通路（マニホールド用ガス抜き溝）を有していても構わない。
（１２）実施形態３では、第１のフレーム構成層６１１Ａと第２のフレーム構成層６１１Ｂとにおいて、第１の内面６１０Ｆ３と外面６１０Ｆ４との間の中間位置に、単セル用セパレータ１２０に向かってＶ字状に凹む部位が設けられることにより、傾斜部６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２、６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２が形成されていたが、傾斜部の配置および形状は任意である。
（１３）実施形態３では、図１０において、空気極フレーム６１０を構成するフレーム構成層６１１が５層である例を示したが、区画部材を構成する層の数は、任意である。
（１４）上記実施形態では、電気化学反応セルスタックが、固体酸化物形の燃料電池（ＳＯＦＣ）に用いられるセルスタックであったが、上記の構成は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、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に用いられるセルスタック、あるいは、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を単セルとして備える電解セルスタックにも適用可能である。
【符号の説明】
【0148】
１０：電気化学反応セルスタック １００Ｕ：電気化学反応単位 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０、５２０：単セル用セパレータ（隣接部材、第１の隣接部材） １３０、５１０、６１０：空気極フレーム（区画部材） １３０Ｆ１、５１０Ｆ１、６１０Ｆ１：第１の主面 １３０Ｆ２、５１０Ｆ２、６１０Ｆ２：第２の主面 １３０Ｆ３、６１０Ｆ３：第１の内面 １３０Ｆ４、６１０Ｆ４：外面 １３０Ｆ５：第２の内面 １８０、５３０：ＩＣ用セパレータ（隣接部材、第２の隣接部材） ３１１、３１２、３２１、３２２：マニホールド ３１１Ａ、３１２Ａ：マニホールド孔 ３１３：空気室（ガス流通空間） ４００、６１２：ガス抜き通路 ４１０：第１ガス抜き溝（ガス抜き通路、ガス抜き溝） ４１０Ａ、４３０Ａ、６１２Ａ：流入口（第１の流入口） ４２０：第２ガス抜き溝（ガス抜き通路、ガス抜き溝） ４４０：マニホールド用ガス抜き通路 ４５０：第１マニホールド用ガス抜き溝（マニホールド用ガス抜き溝） ４５０Ａ、４７０Ａ：流入口（第２の流入口） ４６０：第２マニホールド用ガス抜き溝（マニホールド用ガス抜き溝） ５２１、５３１：ガス抜き溝 ６１１Ａ：第１のフレーム構成層（第１の層） ６１１Ｂ：第２のフレーム構成層（第２の層） ６１１ＡＳ１、６１１ＡＳ２、６１１ＢＳ１、６１１ＢＳ２：傾斜部
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】