特開 2024-169904 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024169904

(43)【公開日】2024-12-06

(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 20160101AFI20241129BHJP

   H01M 8/0265 20160101ALI20241129BHJP

   C25B 9/73 20210101ALI20241129BHJP

   C25B 13/02 20060101ALI20241129BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20241129BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/0265

C25B9/73

C25B13/02 302

H01M8/12 102A

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086765

(22)【出願日】2023-05-26

(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

(72)【発明者】

【氏名】堀田 信行

【テーマコード（参考）】

4K021

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K021CA15

4K021DB04

4K021DB49

4K021DB53

5H126AA08

5H126BB06

5H126DD05

5H126EE11

5H126EE29

5H126JJ03

5H126JJ09

(57)【要約】

【課題】電気化学反応セルスタックにおけるガス流路の閉塞を抑制する。
【解決手段】電気化学反応セルスタックは、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、を含む単セルと、単セルと第１の方向に対向し、単セルと電気的に接続されたインターコネクタと、をそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える。少なくとも１つの電気化学反応単位は、ガス流路内に配置されたガス流通部材を有する。ガス流通部材は、ガス流路におけるガスの流れ方向に延在する延在部を有し、延在部は、単セルとインターコネクタとの一方である特定部材のガスの流れ方向の端部と第１の方向に重複する部分である重複部と、重複部に隣接し、特定部材と第１の方向に重複しない部分である非重複部とを含むことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【選択図】図６

【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空気極および燃料極と、を含む単セルと、
前記単セルと前記第１の方向に対向し、前記単セルと電気的に接続されたインターコネクタと、
をそれぞれ有する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、
少なくとも１つの前記電気化学反応単位は、
前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に面し、前記第１の方向において前記単セルおよび前記インターコネクタとの間に位置する第１の流路部分と、前記第１の流路部分とガスの流れ方向において隣接する第２の流路部分と、からなるガス流路が形成され、
前記ガス流路内に配置されたガス流通部材を有し、
前記ガス流通部材は、前記ガス流路におけるガスの流れ方向に延在する延在部を有し、
前記延在部は、前記単セルと前記インターコネクタとの一方である特定部材の前記ガスの流れ方向の端部と前記第１の方向に重複する部分である重複部と、前記重複部に隣接し、前記特定部材と前記第１の方向に重複しない部分である非重複部とを含む、
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、
前記ガス流通部材の前記延在部は、前記第１の方向視において前記ガス流路内に離散的に形成される、
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、前記第１の方向の一方側の面である第１の面にばりが形成され、前記第１の面と前記単セルとが対向しない方向に配置される、
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、
前記ガス流通部材は、前記特定電極と比較してモース硬度が低い、
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、
前記ガス流通部材において、前記重複部の前記ガスの流れ方向の長さは、前記非重複部の前記ガスの流れ方向の長さよりも短い、
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。）を備える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、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備える。インターコネクタは、単セルと第１の方向に対向し、単セルと電気的に接続される。

【0003】

従来、燃料極に面するガス流路内に配置され、燃料室内におけるガスの流れが阻害されることを抑制するガス流通部材を有する発電単位を備える燃料電池スタックが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１７４５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

燃料電池スタックは、運転中に、空気極に面するガス流路と、燃料極に面するガス流路との間の圧力差により、単セルおよびインターコネクタに対して第１の方向に応力が生じ、単セルおよびインターコネクタが変形するおそれがある。特に、単セルおよびインターコネクタにおける端部は、変形量が大きくなりやすい部分であるため、流路の閉塞が起こりやすい。上記従来技術に記載されたガス流通部材は、単セルおよびインターコネクタにおける端部と第１の方向に重複する部分を有しないため、単セルおよびインターコネクタが変形し、ガス流路が閉塞されることによって、燃料電池スタックの反応性が低下するおそれがある。

【0006】

なお、このような課題は、例えば、水の電気分解反応を利用して水素を生成する電解単セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）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、発電ブロックと電解ブロックとをまとめて電気化学反応ブロックと呼び、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等の種々の電気化学反応装置にも共通の課題である。

【0007】

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】

【0008】

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。

【0009】

（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空気極および燃料極と、を含む単セルと、前記単セルと前記第１の方向に対向し、前記単セルと電気的に接続されたインターコネクタと、をそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える。少なくとも１つの前記電気化学反応単位は、前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に面し、前記第１の方向において前記単セルおよび前記インターコネクタとの間に位置する第１の流路部分と、前記第１の流路部分とガスの流れ方向において隣接する第２の流路部分と、からなるガス流路が形成され、前記ガス流路内に配置されたガス流通部材を有する。前記ガス流通部材は、前記ガス流路におけるガスの流れ方向に延在する延在部を有し、前記延在部は、前記単セルと前記インターコネクタとの一方である特定部材の前記ガスの流れ方向の端部と前記第１の方向に重複する部分である重複部と、前記重複部に隣接し、前記特定部材と前記第１の方向に重複しない部分である非重複部とを含む。

【0010】

本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流路に配置されたガス流通部材が重複部と非重複部とを含むことにより、単セルおよびインターコネクタにおけるガスの流れ方向の端部の変形によるガス流路の閉塞を抑制することができる。従って、電気化学反応セルスタックの反応性の低下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、前記ガス流通部材の前記延在部は、前記第１の方向視において前記ガス流路内に離散的に形成される構成としてもよい。ガス流通部材の延在部が、例えば第１の方向視において特定電極に面するガス流路内に連続的に形成されている場合、ガス流通部材を配置することによってガス流路が狭まり、電気化学反応セルスタックの反応性が低下するおそれがある。そのため、本構成によれば、ガス流通部材を配置することによってガス流路が狭まることを抑制し、電気化学反応セルスタックの反応性の低下をより効果的に抑制することができる。

【0012】

（３）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、前記第１の方向の一方側の面である第１の面にばりが形成され、前記第１の面と前記単セルとが対向しない方向に配置される構成としてもよい。ガス流通部材は、例えばプレス加工等によって製造される際に、表面にばりが形成されることがあり、ばりが形成された表面と単セルとが接触すると、単セルが損傷することがある。そのため、本構成によれば、表面にばりが形成された第１の表面と単セルとが対向していないため、ガス流通部材と単セルとが接触した際にガス流通部材に形成されたばりによって単セルが損傷することを抑制し、単セルの割れを防止することができる。

【0013】

（４）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、前記特定電極と比較してモース硬度が低い構成としてもよい。一般に、モース硬度が異なる２種の材料が接触した場合、モース硬度が低い材料が損傷を受ける。そのため、本構成によれば、ガス流通部材のモース硬度が、特定電極のモース硬度よりも低いため、ガス流通部材と単セルとが接触した際の単セルの損傷を抑制し、単セルの割れをより効果的に防止することができる。

【0014】

（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記ガス流通部材において、前記重複部の前記ガスの流れ方向の長さは、前記非重複部の前記ガスの流れ方向の長さよりも短い構成としてもよい。重複部のガスの流れ方向の長さが、非重複部の流れ方向の長さよりも長い場合、ガスが特定電極に面するガス流路内に流入した後に拡散しにくくなり、ガス流路内でのガスの流れが不均一となり、電気化学反応セルスタックの反応性が低下するおそれがある。そのため、本構成によれば、重複部のガスの流れ方向の長さが、非重複部の流れ方向の長さよりも短いため、ガス流通部材を配置することによってガスの流れが不均一になることを抑制し、電気化学反応セルスタックの反応性の低下を抑制することができる。

【0015】

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）やその製造方法等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１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

【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

【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

【図4】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

【図5】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

【図6】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

【図7】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

【図8】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

【図9】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

【図10】図６のＸ１部分を拡大して示す説明図

【図11】第２実施形態における図５から図７のＸＩ－ＸＩの位置における発電単位１０２ａのＸＹ断面構成を示す説明図

【図12】変形例における図６のＸ１部分を拡大して示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0017】

Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．燃料電池スタック１００の構成：
図１は、第１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（および後述する図８および図９）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（および後述する図８および図９）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軸方向を上下方向と呼び、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。燃料電池スタック１００は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックの一例である。上記上下方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

【0018】

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、発電ブロック１０３と下端用セパレータ１８９と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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【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軸方向回りの外周を構成する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つの辺の内の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。

【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。燃料室１７６は、特許請求の範囲におけるガス流路の一例である。

【0024】

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。

【0025】

（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より外周側の部分）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。

【0026】

（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、発電ブロック１０３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。

【0027】

（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。発電単位１０２は、特許請求の範囲における電気化学反応単位の一例である。

【0028】

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、ガス流通部材５０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。

【0029】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２のＺ軸方向の一方側（上側）に配置された空気極１１４と、電解質層１１２のＺ軸方向の他方側（下側）に配置された燃料極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。単セル１１０は、上下方向に電解質層１１２と空気極１１４と燃料極１１６と反応防止層１１８とが重なっている発電部ＰＧと、発電部ＰＧに含まれない非発電部ＮＰＧとを有している。単セル１１０は、特許請求の範囲における特定部材の一例である。

【0030】

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）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、ＳｒＺｒＯ_３）が生成されることを抑制する機能を有する。燃料極１１６は、特許請求の範囲における特定電極の一例である。

【0031】

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部材であり、例えば、フェライト系ステンレス等の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。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。

【0032】

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より外周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。

【0033】

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。

【0034】

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）。

【0035】

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、フェライト系ステンレス等の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。

【0036】

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より外周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。

【0037】

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とが形成されている。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

図５から図７に示すように、空気室１６６は、上下方向において単セル１１０およびインターコネクタ１９０との間に位置する第１の流路部分ＡＣ１と、第１の流路部分ＡＣ１と酸化剤ガスＯＧの流れ方向において隣接する第２の流路部分ＡＣ２とを含んでいる。同様に、燃料室１７６は、上下方向において単セル１１０およびインターコネクタ１９０との間に位置する第１の流路部分ＦＣ１と、第１の流路部分ＦＣ１と燃料ガスＦＧの流れ方向において隣接する第２の流路部分ＦＣ２とを含んでいる。

【0041】

Ａ－２．ガス流通部材５０の構成：
以下、発電単位１０２が有するガス流通部材５０の構成について説明する。図５および図６に示すように、本実施形態では、ガス流通部材５０は、単セル１１０に対して燃料ガス供給連通流路１４２側に配置されたガス流通部材５０Ａと、単セル１１０に対して燃料ガス排出連通流路１４３側に配置されたガス流通部材５０Ｂとを含んでいる。ガス流通部材５０Ａの形状とガス流通部材５０Ｂの形状とは、単セル１１０に対して対称である。図９には、ガス流通部材５０（５０Ａ，５０Ｂ）が概略的に示されているとともに、ガス流通部材５０ＢにおけるＸ２部分の詳細構成が拡大して示されている。また、図１０は、図６のＸ１部分を拡大して示す説明図である。

【0042】

図９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）に延びる長尺状の部材である。ガス流通部材５０を形成する材料としては、燃料極１１６を構成する材料よりもモース硬度が低い材料が選択され、例えば、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０と同じフェライト系ステンレス等の金属により形成されている。本実施形態において、ガス流通部材５０は、ＩＣ用セパレータ１８０に載置されているが、ＩＣ用セパレータ１８０の上面に接合されてもよい。ガス流通部材５０は、本体部６０と、複数の足部７０とを有している。

【0043】

本体部６０は、燃料ガスＦＧの流れ方向（Ｘ軸方向）に交差する方向（Ｙ軸方向）に延伸する形状を有している。本体部６０は、燃料室１７６のうち、上下方向視で単セル用セパレータ１２０の連結部１２８とＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８とに重なる空間に配置されている。燃料ガスＦＧのガスの流れ方向視で、本体部６０の両端は、いずれも単セル１１０の両端よりも外側に位置している。

【0044】

各足部７０は、本体部６０から本体部６０に交差する方向（Ｘ軸方向、燃料ガスＦＧの流れ方向）に延びる線状の形状を有している。本実施形態では、各足部７０は、それぞれ、内側足部７２と、外側足部７４とを有している。上下方向視において、内側足部７２と外側足部７４とは、それぞれ燃料室１７６内に離散的に形成されている。内側足部７２は、特許請求の範囲における延在部の一例である。

【0045】

内側足部７２は、本体部６０から単セル１１０側に延びている。各内側足部７２は、燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向（Ｙ軸方向、本体部６０の延伸方向）に沿って互いに均等の間隔を空けて並んでいる。すなわち、ガス流通部材５０は、互いに隣り合う２つの内側足部７２によって形成される溝ＶＡを有している。

【0046】

外側足部７４は、本体部６０から単セル１１０とは反対側（燃料極側フレーム１４０側）に延びている。各外側足部７４は、燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向（Ｙ軸方向、本体部６０の延伸方向）に沿って互いに均等の間隔を空けて並んでいる。すなわち、ガス流通部材５０は、互いに隣り合う２つの外側足部７４によって形成される溝ＶＢを有している。

【0047】

本実施形態では、複数の内側足部７２と複数の外側足部７４とは、互いに１つずつ、本体部６０の延伸方向における位置が一致している。すなわち、各足部７０は、本体部６０の延伸方向における位置が互いに一致している内側足部７２と外側足部７４とから構成されている。

【0048】

図１０に示すように、各内側足部７２は、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの流れ方向に延在している。各内側足部７２は、燃料ガスＦＧの流れ方向において、第１の流路部分ＦＣ１に含まれる部分と、第２の流路部分ＦＣ２に含まれる部分とを含んでいる。換言すれば、各内側足部７２は、単セル１１０の燃料ガスＦＧの流れ方向の端部と上下方向に重複する部分である重複部７２１と、重複部７２１に隣接し、単セル１１０と上下方向に重複しない部分である非重複部７２２とを含んでいる。

【0049】

重複部７２１の燃料ガスＦＧの流れ方向の長さ７２１Ｌは、燃料室１７６に流入した燃料ガスＦＧが燃料室１７６内を均等に流れるよう、非重複部７２２の燃料ガスＦＧのガスの流れ方向の長さ７２２Ｌよりも短くなるように構成されている。なお、重複部７２１の燃料ガスＦＧの流れ方向の長さ７２１Ｌは、非重複部７２２の燃料ガスＦＧの流れ方向の長さ７２２Ｌの５０％以下であることが好ましく、２５％以下であることがより好ましい。なお、このときの非重複部７２２の燃料ガスＦＧの流れ方向の長さ７２２Ｌとは、非重複部７２２における重複部７２１との境界をなす位置から、非重複部７２２における単セル１１０とは反対側の端であって、ガス流通部材５０における上下方向視で離散的に形成されていない部分との境界をなす位置（本実施形態においては、本体部６０との境界をなす位置）までの長さを意味する。より詳細には、燃料ガスＦＧの流れ方向に直交する方向視（本実施形態ではＹ軸方向視）における重複部７２１との境界をなす位置と本体部６０との境界をなす位置とを結ぶ燃料ガスＦＧの流れ方向の距離を意味しており、例えば、ガス流通部材５０がＹ軸方向視における燃料ガスＦＧの流れ方向以外の方向としてＺ軸方向に延びる部分を有するような場合であっても、燃料ガスＦＧの流れ方向以外の方向の長さは含まない。また、重複部７２１の先端は、単セル１１０における発電部ＰＧと上下方向に重なる位置まで延びていてもよいが、発電部ＰＧと上下方向に重ならないことが好ましい。

【0050】

ガス流通部材５０は、上下方向における下側に面する面である下面Ｓ１と、上側に面する面である上面Ｓ２とを有している。また、ガス流通部材５０は、燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向視で湾曲しており、全体として下側に凸（上側に凹）の形状を有している。このような形状は、例えばプレス加工により形成することができ、ガス流通部材５０における下面Ｓ１および上面Ｓ２の面方向に交差する方向に圧力を加えることによって形成される。金属をプレス加工する際、圧力が加わる方向に面する２つの面のうちの一方側の表面の周縁にばりＭＢ（突出部）が形成されるが、ガス流通部材５０においては、ばりＭＢが形成される表面が下側を向くように加工される。すなわち、下面Ｓ１にはばりＭＢが形成されており、ガス流通部材５０は、下面Ｓ１と単セル１１０とが対向しない方向に配置されている。下面Ｓ１は、特許請求の範囲における第１の面の一例である。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６と、を含む単セル１１０と、単セル１１０と上下方向に対向し、単セル１１０と電気的に接続されたインターコネクタ１９０と、をそれぞれ有する複数の発電単位１０２を備える。少なくとも１つの発電単位１０２は、燃料極１１６に面し、上下方向において単セル１１０およびインターコネクタ１９０との間に位置する第１の流路部分ＦＣ１と、第１の流路部分ＦＣ１とガスの流れ方向において隣接する第２の流路部分ＦＣ２と、からなる燃料室１７６が形成され、燃料室１７６内に配置されたガス流通部材５０を有する。ガス流通部材５０は、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの流れ方向に延在する内側足部７２を有し、内側足部７２は、単セル１１０の燃料ガスＦＧの流れ方向の端部と上下方向に重複する部分である重複部７２１と、重複部７２１に隣接し、単セル１１０と上下方向に重複しない部分である非重複部７２２とを含む。

【0056】

本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料室１７６内に配置されたガス流通部材５０が重複部７２１と非重複部７２２とを含むことにより、単セル１１０におけるガスの流れ方向の端部の変形によるガス流路の閉塞を抑制することができる。従って、燃料電池スタック１００の反応性の低下を抑制することができる。

【0057】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００において、ガス流通部材５０の内側足部７２は、上下方向視において燃料室１７６内に離散的に形成される。ガス流通部材５０の内側足部７２が、例えば上下方向視において燃料室１７６内に連続的に形成されている場合、ガス流通部材５０を配置することによってガス流路が狭まり、燃料電池スタック１００の反応性が低下するおそれがある。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、ガス流通部材５０を配置することによってガス流路が狭まることを抑制し、燃料電池スタック１００の反応性の低下をより効果的に抑制することができる。

【0058】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００において、ガス流通部材５０は、上下方向の下側の面である下面Ｓ１にばりＭＢが形成され、下面Ｓ１と単セル１１０とが対向しない方向に配置される。ガス流通部材５０は、例えばプレス加工等によって製造される際に、表面にばりＭＢが形成されることがあり、ばりＭＢが形成された表面と単セル１１０とが接触すると、単セル１１０が損傷することがある。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、表面にばりＭＢが形成された下面Ｓ１と単セル１１０とが対向していないため、ガス流通部材５０と単セル１１０とが接触した際にガス流通部材５０に形成されたばりＭＢによって単セル１１０が損傷することを抑制し、単セル１１０の割れを抑制することができる。

【0059】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００において、ガス流通部材５０は、燃料極１１６と比較してモース硬度が低い。一般に、モース硬度が異なる２種の材料が接触した場合、モース硬度が低い材料が損傷を受ける。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、ガス流通部材５０のモース硬度が、燃料極１１６のモース硬度よりも低いため、ガス流通部材５０と単セル１１０とが接触した際の単セル１１０の損傷を抑制し、単セル１１０の割れをより効果的に抑制することができる。

【0060】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００は、ガス流通部材５０において、重複部７２１の燃料ガスＦＧの流れ方向の長さは、非重複部７２２の燃料ガスＦＧの流れ方向の長さよりも短い。重複部７２１のガスの流れ方向の長さが、非重複部７２２のガスの流れ方向の長さよりも長い場合、ガスが燃料室１７６内に流入した後に拡散しにくくなり、燃料室１７６内でのガスの流れが不均一となり、燃料電池スタック１００の反応性が低下するおそれがある。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、重複部７２１のガスの流れ方向の長さが、非重複部７２２のガスの流れ方向の長さよりも短いため、ガス流通部材５０を配置することによってガスの流れが不均一になることを抑制し、燃料電池スタック１００の反応性が低下することをより効果的に抑制することができる。

【0061】

Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態における図５から図７のＸＩ－ＸＩの位置における発電単位１０２ａのＸＹ断面構成を示す説明図である。以下では、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａの構成のうち、上述した第１実施形態の燃料電池スタック１００と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

【0062】

第２実施形態における燃料電池スタック１００ａは、ガス流通部材の構成が、第１実施形態における燃料電池スタック１００と異なっている。具体的には、第２実施形態における燃料電池スタック１００ａが備えるガス流通部材５０ａの内側足部７２ａは、重複部７２１を有する重複内側足部７２Ｄと、重複部７２１を有しない非重複内側足部７２Ｎとを含んでいる。すなわち、重複内側足部７２Ｄは、単セル１１０の燃料ガスＦＧの流れ方向の端部と上下方向に重複する部分を有しており、非重複内側足部７２Ｎは、単セル１１０と重複する部分を有していない。内側足部７２ａは、本体部６０の延伸方向において、１つの重複内側足部７２Ｄと、２つの非重複内側足部７２Ｎとが交互に配置されている。

【0063】

本実施形態の燃料電池スタック１００ａにおいても、第１実施形態の燃料電池スタック１００と同様の効果を奏する。すなわち、少なくとも１つの発電単位１０２ａは、燃料室１７６内に配置されたガス流通部材５０ａを有する。ガス流通部材５０ａは、燃料室１７６におけるガスの流れ方向に延在する内側足部７２ａを有し、内側足部７２ａは、単セル１１０のガスの流れ方向の端部と上下方向に重複する部分である重複部７２１と、重複部７２１に隣接し、単セル１１０と上下方向に重複しない部分である非重複部７２２とを含む。これにより、単セル１１０およびインターコネクタ１９０におけるガスの流れ方向の端部の変形によるガス流路の閉塞を抑制することができ、燃料電池スタック１００ａの反応性の低下を抑制することができる。なお、第２実施形態の内側足部７２ａは、重複部７２１を有する重複内側足部７２Ｄだけでなく、重複部７２１を有しない非重複内側足部７２Ｎを含んでいるため、重複内側足部７２Ｄのみからなる構成と比較して、燃料室１７６内に流入したガスがより拡散しやすくなり、ガスの流れが不均一となることをより効果的に抑制することができる。

【0064】

Ｃ．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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

上記実施形態では、ガス流通部材５０が燃料室１７６内に配置されているが、ガス流通部材５０が空気室１６６内に配置される構成であってもよい。このような構成においても、インターコネクタ１９０の酸化剤ガスＯＧの流れ方向の端部と上下方向に重複する部分である重複部７２１と、重複部７２１に隣接し、インターコネクタ１９０と重複しない部分である非重複部７２２とを含むことにより、単セル１１０およびインターコネクタ１９０におけるガスの流れ方向の端部の変形によるガス流路の閉塞を抑制することができる。なお、このような構成においては、空気極１１４は、特許請求の範囲における特定電極の一例であり、空気室１６６は、特許請求の範囲におけるガス流路の一例であり、インターコネクタ１９０は、特許請求の範囲における特定部材の一例である。

【0068】

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を備えていればよい。

【0069】

上記実施形態では、発電単位１０２は、燃料ガス供給連通流路１４２側に配置されたガス流通部材５０Ａと、燃料ガス排出連通流路１４３側に配置されたガス流通部材５０Ｂとを有しているが、少なくともいずれか一方を有していればよい。

【0070】

上記実施形態では、発電単位１０２を構成するＩＣ用セパレータ１８０および単セル用セパレータ１２０は、下側に突出するように湾曲した形状となっているが、ＩＣ用セパレータ１８０および単セル用セパレータ１２０の形状は限定されるものではなく、例えば、直線状の形状であってもよい。また、燃料電池スタック１００が単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０をそもそも備えていなくてもよく、インターコネクタ１９０や、単セル１１０の構成要素（例えば、電解質層１１２や金属支持型の単セルにおける金属支持体）が燃料電池スタック１００の周縁部（上下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。

【0071】

ガス流通部材５０の構成は、種々変形可能である。例えば、ガス流通部材５０において、外側足部７４を備えない構成でもよいし、内側足部７２を１つだけ備える構成や、外側足部７４を１つだけ備える構成でもよい。また、ガス流通部材５０（本体部６０）の延伸方向は、燃料ガスＦＧの流れ方向に直交せずとも、燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向であれば、他の方向であってもよい。また、ガス流通部材５０は、例えば、ガス流通部材５０は、板材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材であり、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第１の部分と、それぞれ、隣り合う２つの第１の部分の端部間を接続する平板状の複数の第２の部分とが、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でもよい。また、ガス流通部材５０は、溝ＶＡ，ＶＢに限らず、ガスが流れる貫通孔などにより空間が形成された構成（例えばガスが流れる多数の孔が形成されたメッシュ状の部材）でもよい。

【0072】

上記実施形態では、ガス流通部材５０が金属によって構成されているが、ガス流通部材５０の材料はこれに限定されず、例えば、マイカなどのセラミックスやガラス等の絶縁性材料によって構成されていてもよいし、金属と絶縁性材料との組み合わせによって構成されていてもよい。

【0073】

図１２は、変形例における図６のＸ１部分を拡大して示す説明図である。変形例における燃料電池スタック１００ｂが備える発電単位１０２ｂのガス流通部材５０ｂは、本体部６０、足部７０ｂ（内側足部７２ｂおよび外側足部７４）の他、変形抑制部７３ｂを有していてもよい。すなわち、ガス流通部材５０は、必ずしも単一の部材で構成される必要はなく、複数の部材から構成されていてもよい。本変形例においては、第１実施形態等とは異なり、変形抑制部７３ｂが、特許請求の範囲における延在部に相当する。変形抑制部７３ｂは、例えば、ガラス等で構成されていてもよい。

【0074】

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、コフロータイプやクロスフロータイプのＳＯＦＣにも適用することが可能である。

【0075】

上記実施形態では、単セル１１０は、燃料極支持型の単セルであるが、電解質支持型や金属支持型等の他のタイプの単セルであってもよい。

【0076】

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、本明細書に開示される技術は、例えば、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、電解セル単位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、電解セル単位および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発電単位１０２および燃料電池スタック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、マニホールド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、マニホールド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。

【0077】

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】

【0078】

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 ５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０ａ，５０ｂ：ガス流通部材 ６０：本体部 ７０，７０ａ，７０ｂ：足部 ７２Ｄ：重複内側足部 ７２Ｎ：非重複内側足部 ７２，７２ａ，７２ｂ：内側足部 ７３ｂ：変形抑制部 ７４：外側足部 １００，１００ａ：燃料電池スタック １０２，１０２ａ，１０２ｂ：発電単位 １０３：発電ブロック 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：内側部 １２７：外側部 １２８：連結部 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：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：平板部 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 １８０：ＩＣ用セパレータ １８１：貫通孔 １８６：内側部 １８７：外側部 １８８：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 ７２１：重複部 ７２２：非重複部 ＡＣ１：第１の流路部分 ＡＣ２：第２の流路部分 ＦＣ１：第１の流路部分 ＦＣ２：第２の流路部分 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 ＰＧ：発電部 ＮＰＧ：非発電部 Ｓ１：下面 Ｓ２：上面 ＭＢ：ばり ＳＩ１：第１の辺 ＳＩ２：第２の辺 ＶＡ，ＶＢ：溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】