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(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】P2024053832
(43)【公開日】2024-04-16
(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 20160101AFI20240409BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20240409BHJP
【ＦＩ】
H01M8/0258
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022160280
(22)【出願日】2022-10-04
(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】田中 修平
(72)【発明者】
【氏名】堀田 信行
【テーマコード（参考）】
5H126
【Ｆターム（参考）】
5H126AA08
5H126BB06
5H126EE11
(57)【要約】
【課題】ガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制しつつ、流路画定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、電気化学反応単セルをそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える。各電気化学反応単位には、マニホールドと特定電極とを連通する連通流路が形成されている。マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する流路画定部材は、ガスの流れ方向に延びる板状の第１の画定部分と、ガスの流れ方向において第１の画定部分に隣接し、かつ、ガスの流れ方向に延びる板状の第２の画定部分とを有しており、第２の画定部分は、第１の画定部分よりも変形しやすい。ガス流路のうち、少なくとも、流路画定部材の第２の画定部分が画定する第２のガス流路に、ガスが流れる空間を形成する空間形成部を有するガス流通部材が配置されている。
【選択図】図６
【解決手段】電気化学反応セルスタックは、電気化学反応単セルをそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える。各電気化学反応単位には、マニホールドと特定電極とを連通する連通流路が形成されている。マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する流路画定部材は、ガスの流れ方向に延びる板状の第１の画定部分と、ガスの流れ方向において第１の画定部分に隣接し、かつ、ガスの流れ方向に延びる板状の第２の画定部分とを有しており、第２の画定部分は、第１の画定部分よりも変形しやすい。ガス流路のうち、少なくとも、流路画定部材の第２の画定部分が画定する第２のガス流路に、ガスが流れる空間を形成する空間形成部を有するガス流通部材が配置されている。
【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互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セル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、
各前記電気化学反応単位における前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されており、
各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されており、
前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する流路画定部材は、前記ガスの流れ方向に延びる板状の第１の画定部分と、前記ガスの流れ方向において前記第１の画定部分に隣接し、かつ、前記ガスの流れ方向に延びる板状の第２の画定部分とを有しており、
前記第２の画定部分は、前記第１の画定部分よりも変形しやすく、
前記ガス流路のうち、少なくとも、前記流路画定部材の前記第２の画定部分が画定する第２のガス流路に、ガスが流れる空間を形成する空間形成部を有するガス流通部材が配置されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
各前記電気化学反応単位における前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されており、
各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されており、
前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する流路画定部材は、前記ガスの流れ方向に延びる板状の第１の画定部分と、前記ガスの流れ方向において前記第１の画定部分に隣接し、かつ、前記ガスの流れ方向に延びる板状の第２の画定部分とを有しており、
前記第２の画定部分は、前記第１の画定部分よりも変形しやすく、
前記ガス流路のうち、少なくとも、前記流路画定部材の前記第２の画定部分が画定する第２のガス流路に、ガスが流れる空間を形成する空間形成部を有するガス流通部材が配置されている、
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、前記ガス流路の前記第２のガス流路に配置され、前記空間形成部が形成されたガス流通部分と、前記ガス流路のうち、前記流路画定部材の前記第１の画定部分が画定する第１のガス流路に配置され、前記ガス流通部分を支持する支持部分とを有している、
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、前記ガス流路の前記第２のガス流路に配置され、前記空間形成部が形成されたガス流通部分と、前記ガス流路のうち、前記流路画定部材の前記第１の画定部分が画定する第１のガス流路に配置され、前記ガス流通部分を支持する支持部分とを有している、
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２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記支持部分は、前記ガスの流れ方向に交差する方向に延伸している形状であり、
前記ガス流通部分は、前記支持部分から前記第２のガス流路まで延びている複数の足部を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記支持部分は、前記ガスの流れ方向に交差する方向に延伸している形状であり、
前記ガス流通部分は、前記支持部分から前記第２のガス流路まで延びている複数の足部を有している、
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３に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記ガスの流れ方向視で、前記複数の足部の間の溝の少なくとも一部は、前記支持部分から外れた位置に配置されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記ガスの流れ方向視で、前記複数の足部の間の溝の少なくとも一部は、前記支持部分から外れた位置に配置されている、
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、
前記複数の足部の少なくとも一部の足部は、前記第１のガス流路内において、前記ガスの流れ方向と前記支持部分の延伸方向との両方に交差する方向に延びる部分を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記複数の足部の少なくとも一部の足部は、前記第１のガス流路内において、前記ガスの流れ方向と前記支持部分の延伸方向との両方に交差する方向に延びる部分を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項6】
請求項３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、
前記支持部分の延伸方向において、前記足部の幅は、互いに隣り合う前記足部同士の間の間隔よりも狭い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記支持部分の延伸方向において、前記足部の幅は、互いに隣り合う前記足部同士の間の間隔よりも狭い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項7】
請求項３に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記足部の剛性は、前記流路画定部材の前記第２の画定部分の剛性よりも高い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記足部の剛性は、前記流路画定部材の前記第２の画定部分の剛性よりも高い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項8】
請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記流路画定部材は、一対の前記第２の画定部分と、前記一対の第２の画定部分の間に位置する前記第１の画定部分と有し、かつ、ガスの流れ方向視で、前記第１の画定部分は、前記一対の前記第２の画定部分に対して前記流路画定部材の前記ガス流路とは反対側に外れた位置に位置しており、
前記ガス流通部材は、前記一対の第２のガス流路のそれぞれに配置される一対の前記ガス流通部分を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記流路画定部材は、一対の前記第２の画定部分と、前記一対の第２の画定部分の間に位置する前記第１の画定部分と有し、かつ、ガスの流れ方向視で、前記第１の画定部分は、前記一対の前記第２の画定部分に対して前記流路画定部材の前記ガス流路とは反対側に外れた位置に位置しており、
前記ガス流通部材は、前記一対の第２のガス流路のそれぞれに配置される一対の前記ガス流通部分を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項9】
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、前記流路画定部材に接触し、前記ガス流通部材の前記ガスの流れ方向の移動を規制する規制部を有している、
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、前記流路画定部材に接触し、前記ガス流通部材の前記ガスの流れ方向の移動を規制する規制部を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書によって開示される技術は、電気化学反応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、単セル用セパレータとを有する。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで上記所定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。また、単セル用セパレータには貫通孔が形成されており、単セル用セパレータにおける貫通孔を取り囲む部分が単セルの周縁部と接合されている。このような構成の単セル用セパレータにより、単セルの空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とが区画される。
【0003】
このような燃料電池スタックの中には、ガスの流れの阻害を抑制しつつ、単セル用セパレータの変形に起因して燃料電池スタックの性能が低下することを抑制するために、ガス流通部材を備えるものがある。単セル用セパレータは、第１の方向の一方側に突出するように湾曲した形状を有しており、この単セル用セパレータの湾曲した形状の平坦部分にガス流通部材が配置されている。ガス流通部材には、ガスが流れる孔と溝との少なくとも一方が形成されている。（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】
従来の燃料電池スタックの構成では、ガス流通部材が、単セル用セパレータにおける湾曲した形状の平坦部分に配置されている。しかし、単セル用セパレータは、例えば湾曲した形状の両側に位置する屈曲部分など、平坦部分よりも変形しやすい部分を有している。そのため、燃料室と空気室との間のガスの圧力差に起因して、燃料室と空気室とを区画する単セル用セパレータに応力が生じると、平坦部分よりも変形しやすい部分が優先的に変形する。その結果、各マニホールドと燃料室や空気室との間の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。すなわち、従来の燃料電池スタックの構成では、ガスの流れの阻害を抑制しつつ、単セル用セパレータの変形に起因して燃料電池スタックの性能が低下するという効果を得るために更なる改善の余地があった。
【0006】
なお、このような課題は、単セル用セパレータに限らず、マニホールドと、マニホールドと単セルとを連通する連通路とから構成されるガス流路を画定するガス流路画定部材を備える燃料電池スタックにも共通の課題である。また、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。
【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互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セル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、各前記電気化学反応単位における前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されており、各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されており、前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する流路画定部材は、前記ガスの流れ方向に延びる板状の第１の画定部分と、前記ガスの流れ方向において前記第１の画定部分に隣接し、かつ、前記ガスの流れ方向に延びる板状の第２の画定部分とを有しており、前記第２の画定部分は、前記第１の画定部分よりも変形しやすく、前記ガス流路のうち、少なくとも、前記流路画定部材の前記第２の画定部分が画定する第２のガス流路に、ガスが流れる空間を形成する空間形成部を有するガス流通部材が配置されている。
【0010】
ガス流路を画定する流路画定部材の第２の画定部分は、相対的に変形しやすく、ガス流路の流路断面が減少する方向の変形が発生した場合にガス流路におけるガスの流れが阻害されて電気化学反応セルスタックの性能に悪影響を及ぼしやすい部分である。本電気化学反応セルスタックでは、ガス流路のうち、少なくとも、第２の画定部分が画定する第２のガス流路に、ガス流通部材が配置されている。そのため、ガス流通部材の存在により、流路画定部材における上述した変形しやすい第２の画定部分が、流路断面が減少する方向に変形することを抑制することができるため、該変形に起因してガス流路におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができ、ひいては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ことができる。また、ガス流通部材は、ガスが流れる空間を形成する空間形成部を有しているため、ガス流路内にガス流通部材を配置しても、ガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。以上のことから、本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制しつつ、流路画定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、前記ガス流路の前記第２のガス流路に配置され、前記空間形成部が形成されたガス流通部分と、前記ガス流路のうち、前記流路画定部材の前記第１の画定部分が画定する第１のガス流路に配置され、前記ガス流通部分を支持する支持部分とを有し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、相対的に変形しやすい第２のガス流路に配置されるガス流通部分が、相対的に変形しにくい第１のガス流路に配置される支持部分に支持されている。そのため、ガス流通部分が単体で第２のガス流路に配置された構成に比べて、第２のガス流路の変形に伴ってガス流通部分が第２のガス流路から外れた位置に移動することを抑制することができ、流路画定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、前記支持部分は、前記ガスの流れ方向に交差する方向に延伸している形状であり、前記ガス流通部分は、前記支持部分から前記第２のガス流路まで延びている複数の足部を有し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、支持部分は、ガスの流れ方向に交差する方向に延伸している形状であるため、第１のガス流路に安定した状態で配置されることにより、第２のガス流路に対するガス流通部分の位置ずれをより効果的に抑制することができる。また、ガス流通部分は、支持部分から第２のガス流路まで延びている複数の足部であるため、例えば、ガス流通部分が支持部分に沿って延びる板状である構成に比べて、ガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0013】
（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記ガスの流れ方向視で、前記複数の足部の間の溝の少なくとも一部は、前記支持部分から外れた位置に配置されている構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、支持部分の存在に起因してガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0014】
（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記複数の足部の少なくとも一部の足部は、前記第１のガス流路内において、前記ガスの流れ方向と前記支持部分の延伸方向との両方に交差する方向に延びる部分を有している構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、第１のガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0015】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記支持部分の延伸方向において、前記足部の幅は、互いに隣り合う前記足部同士の間の間隔よりも狭い構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、例えば、足部の幅が足部同士の間の間隔よりも広い構成に比べて、ガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0016】
（７）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記足部の剛性は、前記流路画定部材の前記第２の画定部分の剛性よりも高い構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、足部の存在により、ガス流路の断面積が減少する方向に第２の画定部分が変形することを、より確実に抑制することができるため、該変形に起因してガス流路におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0017】
（８）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記流路画定部材は、一対の前記第２の画定部分と、前記一対の第２の画定部分の間に位置する前記第１の画定部分と有し、かつ、ガスの流れ方向視で、前記第１の画定部分は、前記一対の前記第２の画定部分に対して前記流路画定部材の前記ガス流路とは反対側に外れた位置に位置しており、前記ガス流通部材は、前記一対の第２のガス流路のそれぞれに配置される一対の前記ガス流通部分を有している構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流通部材が、一対のガス流通部分によって第１のガス流路を跨がるように配置されることによって第１のガス流路に空間が確保されやすくなるため、第２のガス流路だけでなく、第１のガス流路内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0018】
（９）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、前記流路画定部材に接触し、前記ガス流通部材の前記ガスの流れ方向の移動を規制する規制部を有している構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流通部材がガスの流れ方向に移動することを効果的に抑制することができる。
【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、電気化学反応単セル（燃料電池単セルまたは電解単セル）、電気化学反応単セルと、貫通孔が形成され、貫通孔を取り囲む部分が電気化学反応単セルの周縁部と接合され、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、を有する単セル－セパレータ複合体、電気化学反応単セルを有する電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【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（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（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。
【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。
【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。燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２は、特許請求の範囲におけるマニホールドの一例である。
【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。
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。
【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、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。
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。
【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。
【0033】
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。
【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）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。
【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。
【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、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。
【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。
【0041】
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。
【0042】
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。単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータに１８０とにより画定される部分を含む燃料室１７６と、燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料ガス排出連通流路１４３と、を合わせた構成は、特許請求の範囲における連通流路の一例である。
【0043】
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。
【0044】
Ａ－２．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。
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
Ａ－３．流路画定部材（１２０，１８０）の構成：
図６に示すように、単セル用セパレータ１２０（連結部１２８）は、平坦部分１２２と一対の屈曲部分１２３とを有している。平坦部分１２２は、燃料ガスＦＧの流れ方向（Ｘ軸方向）に延びる平坦状の部分である。一対の屈曲部分１２３は、燃料ガスＦＧの流れ方向において、平坦部分１２２の両側にそれぞれ位置している。各屈曲部分１２３は、平坦部分１２２に隣接し、かつ、１または複数の屈曲部位を有する部分である。図６では、屈曲部分１２３は、平坦部分１２２の端部から燃料室１７６側に屈曲する第１の屈曲部位と、第１の屈曲部位から延びた部分から平坦部分１２２とは反対側に屈曲する第２の屈曲部位と、の２つの屈曲部位を有している。屈曲部分１２３は、屈曲部位を有するため、平坦部分１２２に比べて変形しやすい。
図６に示すように、単セル用セパレータ１２０（連結部１２８）は、平坦部分１２２と一対の屈曲部分１２３とを有している。平坦部分１２２は、燃料ガスＦＧの流れ方向（Ｘ軸方向）に延びる平坦状の部分である。一対の屈曲部分１２３は、燃料ガスＦＧの流れ方向において、平坦部分１２２の両側にそれぞれ位置している。各屈曲部分１２３は、平坦部分１２２に隣接し、かつ、１または複数の屈曲部位を有する部分である。図６では、屈曲部分１２３は、平坦部分１２２の端部から燃料室１７６側に屈曲する第１の屈曲部位と、第１の屈曲部位から延びた部分から平坦部分１２２とは反対側に屈曲する第２の屈曲部位と、の２つの屈曲部位を有している。屈曲部分１２３は、屈曲部位を有するため、平坦部分１２２に比べて変形しやすい。
【0049】
ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８は、平坦部分１８２と一対の屈曲部分１８３とを有している。平坦部分１８２は、燃料ガスＦＧの流れ方向に延びる平坦状の部分である。一対の屈曲部分１８３は、燃料ガスＦＧの流れ方向において、平坦部分１８２の両側にそれぞれ位置している。各屈曲部分１８３は、平坦部分１８２に隣接し、かつ、１または複数の屈曲部位を有する部分である。図６では、屈曲部分１８３は、平坦部分１８２の端部から燃料室１７６側に屈曲する第１の屈曲部位と、第１の屈曲部位から延びた部分から平坦部分１８２とは反対側に屈曲する第２の屈曲部位と、の２つの屈曲部位を有している。屈曲部分１８３は、屈曲部位を有するため、平坦部分１８２に比べて変形しやすい。
【0050】
単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とは、特許請求の範囲における流路画定部材の一例である。平坦部分１２２と平坦部分１８２とは、特許請求の範囲における第１の画定部分の一例であり、燃料室１７６のうち、平坦部分１２２と平坦部分１８２とで画定される空間が特許請求の範囲における第１のガス流路の一例である。屈曲部分１２３と屈曲部分１８３とは、特許請求の範囲における第２の画定部分の一例であり、燃料室１７６のうち、屈曲部分１２３と屈曲部分１８３とで画定される空間が特許請求の範囲における第２のガス流路の一例である。
【0051】
Ａ－４．ガス流通部材５０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を備える。以下、ガス流通部材５０の構成について説明する。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５には、ガス流通部材５０（５０Ａ，５０Ｂ）が概略的に示されており、図６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５０ＡにおけるＸ１部分の詳細構成が拡大して示されており、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。
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を備える。以下、ガス流通部材５０の構成について説明する。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５には、ガス流通部材５０（５０Ａ，５０Ｂ）が概略的に示されており、図６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５０ＡにおけるＸ１部分の詳細構成が拡大して示されており、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。
【0052】
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り、例えば、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ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。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。
【0053】
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）に延伸してい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の平坦部分１２２とＩＣ用セパレータ１８０の平坦部分１８２とに重なる空間に配置されている。すなわち、本体部６０は、燃料室１７６のうち、平坦部分１２２と平坦部分１８２とで画定される第１のガス流路に配置されている。なお、燃料ガスＦＧ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。本体部６０は、特許請求の範囲における支持部分の一例である。
【0054】
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。燃料ガスＦＧの流れ方向視で、複数の足部７０は、単セル１１０の全長にわたって配置されている。本実施形態では、ガス流通部材５０は、複数の内側足部７０Ａと、複数の外側足部７０Ｂとを有している。足部７０のうち、屈曲部分１２３と屈曲部分１８３とで画定される第２のガス流路に配置される部分は、特許請求の範囲におけるガス流通部分の一例である。
【0055】
内側足部７０Ａは、本体部６０から単セル１１０側に延びている。複数の内側足部７０Ａ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）に沿って互いに間隔を開けて並んでいる。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７０Ａによって形成される溝ＶＡを有している。なお、本実施形態では、複数の内側足部７０Ａは、互いに均等定間隔を開けて並んでいる（図９参照）。ガス流通部材５０では、燃料ガスＦＧの流れ方向視で、複数の内側足部７０Ａの間の溝ＶＡの少なくとも一部は、本体部６０から燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向（単セル用セパレータ１２０とは反対側）に外れた位置に配置されている。
【0056】
また、各内側足部７０Ａは、平坦部分１２２と平坦部分１８２とで画定される第１のガス流路内において、燃料ガスＦＧの流れ方向（Ｘ軸方向）と本体部６０の延伸方向（Ｙ軸方向）との両方に交差する方向（Ｚ軸方向）に延びる部分を有している。具体的には、各内側足部７０Ａは、第１の段差部７２Ａと第２の段差部７４Ａとを有している（図６参照）。第１の段差部７２Ａは、上下方向において、本体部６０よりもＩＣ用セパレータ１８０とは反対側（単セル用セパレータ１２０側）に位置する段差部分である。第２の段差部７４Ａは、上下方向において、第１の段差部７２ＡよりもＩＣ用セパレータ１８０とは反対側に位置し、かつ、燃料ガスＦＧの流れ方向において、第１の段差部７２Ａよりも単セル１１０側に位置する段差部分である。
【0057】
外側足部７０Ｂ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。複数の外側足部７０Ｂは、燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向（Ｙ軸方向）に沿って互いに間隔を開けて並んでいる。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７０Ｂによって形成される溝ＶＢを有している。なお、本実施形態では、複数の外側足部７０Ｂは、互いに均等定間隔を開けて並んでいる（図９参照）。ガス流通部材５０では、燃料ガスＦＧの流れ方向視で、複数の外側足部７０Ｂの間の溝ＶＢの少なくとも一部は、本体部６０から燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向（ＩＣ用セパレータ１８０とは反対側）に外れた位置に配置されている。
【0058】
また、各外側足部７０Ｂは、平坦部分１２２と平坦部分１８２とで画定される第１のガス流路内において、燃料ガスＦＧの流れ方向（Ｘ軸方向）と本体部６０の延伸方向（Ｙ軸方向）との両方に交差する方向（Ｚ軸方向）に延びる部分を有している。具体的には、各外側足部７０Ｂは、第１の段差部７２Ｂと第２の段差部７４Ｂとを有している（図６参照）。第１の段差部７２Ｂは、上下方向において、本体部６０よりもＩＣ用セパレータ１８０とは反対側（単セル用セパレータ１２０側）に位置する段差部分である。第２の段差部７４Ｂは、上下方向において、第１の段差部７２ＢよりもＩＣ用セパレータ１８０とは反対側に位置し、かつ、燃料ガスＦＧの流れ方向において、第１の段差部７２Ｂよりも単セル１１０とは反対側に位置する段差部分である。
【0059】
本実施形態では、複数の内側足部７０Ａと複数の外側足部７０Ｂ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、本体部６０の延伸方向において、各内側足部７０Ａの位置と各外側足部７０Ｂの位置とは互いに一致している。換言すれば、燃料ガスＦＧの流れ方向視で各内側足部７０Ａと外側足部７０Ｂとは互いに重なるように配置されている。また、本実施形態では、上下方向視で、外側足部７０Ｂの長さＬＢは、内側足部７０Ａの長さＬＡよりも長い。本実施形態では、単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０のうち、単セル１１０とは反対側（燃料極側フレーム１４０側）に位置する屈曲部分１２３と屈曲部分１８３とで画定される空間が最もつぶれやすい最大つぶれ空間になっている。そのため、この最大つぶれ空間に、相対的に長い外側足部７０Ｂを配置することにより、最大つぶれ空間におけるガスの流れが阻害されることが抑制されている。
【0060】
本体部６０の延伸方向（Ｙ軸方向）において、足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）の幅Ｄ１は、互いに隣り合う足部７０同士の間の間隔Ｄ２よりも狭い（図９参照）。また、足部７０の剛性は、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の剛性よりも高い。具体的には、足部７０の厚みは、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の厚みよりも厚い（図６参照）。
【0061】
ガス流通部材５０は、ＩＣ用セパレータ１８０に接触し、燃料ガスＦＧの流れ方向におけるガス流通部材５０の移動を規制する一対の規制部８０を有している。具体的には、一対の規制部８０は、それぞれ、本体部６０の末端に位置する各外側足部７０Ｂの先端から、燃料極側フレーム１４０に形成された係止孔１４８に係合する係合爪である（図９参照）。なお、燃料ガスＦＧの流れ方向視で、規制部８０は、単セル１１０よりも外側に配置されている。
【0062】
ガス流通部材５０の足部７０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。ガス流通部材５０の本体部７０の板厚ｔ１は、０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ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。また、足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）の幅Ｄ１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つの足部７０同士の間の間隔Ｄ２は、例えば５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下程度であり、例えば１０ｍｍである。
【0063】
Ａ－５．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、ガス流通部材５０を備える（図５、図６および図９参照）。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。本体部６０は、燃料室１７６のうち、平坦部分１２２と平坦部分１８２とで画定される第１のガス流路に配置されており、複数の足部７０を支持している。
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、ガス流通部材５０を備える（図５、図６および図９参照）。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。本体部６０は、燃料室１７６のうち、平坦部分１２２と平坦部分１８２とで画定される第１のガス流路に配置されており、複数の足部７０を支持している。
【0064】
複数の足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）は、互いに間隔を開けて配置されることにより、溝ＶＡ，ＶＢを形成している。また、各足部７０は、屈曲部分１２３と屈曲部分１８３とで画定される第２のガス流路内において本体部６０よりもＩＣ用セパレータ１８０とは反対側（単セル用セパレータ１２０側）に位置する段差部分（７２Ａ，７４Ａ，７２Ｂ，７４Ｂ）を有している。このような構成により、燃料ガスＦＧは、ガス流通部材５０における溝ＶＡ，ＶＢを介して第２のガス流路を通り抜けることが可能になっている（図６のＸ１部分における矢印参照）。すなわち、ガス流通部材５０では、複数の足部７０によって、第２のガス流路に燃料ガスＦＧが流れる空間（溝ＶＡ，ＶＢ）が形成されている。足部７０は、特許請求の範囲における空間形成部の一例である。
【0065】
ここで、燃料電池スタック１００の発電運転中には、各発電単位１０２において、燃料室１７６内のガスの圧力と空気室１６６内のガスの圧力との間に差が生じる。具体的には、空気室１６６内のガスの圧力が、燃料室１７６内のガスの圧力より高くなる。そのため、燃料室１７６と空気室１６６との間のガスの圧力差に起因して、燃料室１７６と空気室１６６とを区画する単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０に応力が生じ、特に単セル用セパレータ１２０の屈曲部分１２３やＩＣ用セパレータ１８０の屈曲部分１８３が優先的に変形し、燃料室１７６の高さが低くなるように変形するおそれがある。そうすると、屈曲部分１２３と屈曲部分１８３とで画定される第２のガス流路が狭くなり、その結果、燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２と燃料室１７６との間のガスの流れが阻害されて燃料電池スタック１００の性能に悪影響を及ぼしやすおそれがある。
【0066】
しかしながら、上述したように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、ガス流通部材５０が、燃料室１７６内における第２のガス流路に配置されている。そのため、ガス流通部材５０の存在により、ガス流通部材５０が配置されていない形態と比較して、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との間の位置において、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の上記変形が発生することを抑制することができる。そのため、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の変形に起因して燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２と燃料室１７６との間のガスの流れが阻害されることを抑制することができ、ひいては燃料電池スタック１００の性能が低下することを抑制することができる。
【0067】
また、ガス流通部材５０には、燃料ガスＦＧが流れる溝ＶＡ，ＶＢが形成されている。そのため、ガス流通部材５０を、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との間に配置しても、ガス流通部材５０の存在によって燃料室１７６内におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0068】
以上のことから、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料室１７６内における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制しつつ、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の変形に起因して燃料電池スタック１００の性能が低下することを抑制することができる。
【0069】
なお、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がガス流通部材５０を備えている。そのため、ある発電単位１０２の単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の変形に起因して発電単位１０２毎の燃料ガスＦＧの流路の圧損に差が生じることを抑制することができ、該圧損の差に起因して発電単位１０２毎の燃料ガスＦＧの供給量に差が生じることを抑止することができ、その結果、燃料電池スタック１００全体の性能が低下することを抑制することができる。
【0070】
本実施形態では、相対的に変形しやすい第２のガス流路に配置される足部７０が、相対的に変形しにくい第１のガス流路に配置される本体部６０に支持されている（図６および図９参照）。そのため、足部７０が単体で第２のガス流路に配置された構成に比べて、第２のガス流路の変形に伴って足部７０が第２のガス流路から外れた位置に移動することを抑制することができ、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の変形に起因して燃料電池スタック１００の性能が低下することを効果的に抑制することができる。
【0071】
本実施形態では、本体部６０は、燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向に延伸している形状である（図９参照）。そのため、第１のガス流路に安定した状態で配置されることにより、第２のガス流路に対する足部７０の位置ずれをより効果的に抑制することができる。また、複数の足部７０によってガス流通部分が形成されている。そのため、例えば、本体部６０に沿って連続的に繋がるように延びる板状部分によってガス流通部分が形成された構成に比べて、ガス流路（特に第２のガス流路）内における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0072】
本実施形態では、燃料ガスＦＧの流れ方向視で、複数の内側足部７０Ａの間の溝ＶＡの少なくとも一部は、本体部６０から外れた位置に配置されている（図６参照）。これにより、本体部６０の存在に起因してガス流路（特に第１のガス流路）内における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0073】
本実施形態では、各足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）は、第１のガス流路内において、燃料ガスＦＧの流れ方向（Ｘ軸方向）と本体部６０の延伸方向（Ｙ軸方向）との両方に交差する方向（Ｚ軸方向）に延びる部分（第１の段差部７２Ａ，７２Ｂの傾斜部分）を有している（図６参照）。これにより、第１のガス流路内における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0074】
本実施形態では、本体部６０の延伸方向（Ｙ軸方向）において、足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）の幅Ｄ１は、互いに隣り合う足部７０同士の間の間隔Ｄ２よりも狭い（図９参照）。これにより、例えば、足部７０の幅Ｄ１が足部７０同士の間の間隔Ｄ２よりも広い構成に比べて、ガス流路内における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0075】
本実施形態では、足部７０の剛性は、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の剛性よりも高い。これにより、例えば、足部７０の剛性が単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の剛性と同等以下である構成に比べて、足部７０の存在により、ガス流路の断面積が減少する方向に単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０が変形することを、より確実に確保することができるため、該変形に起因してガス流路における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0076】
本実施形態では、ガス流通部材５０は、一対の第２のガス流路のそれぞれに配置される一対の足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）を有している（図６および図９参照）。これにより、ガス流通部材５０が、一対の足部７０によって第１のガス流路を跨がるように配置されることによって第１のガス流路に空間が確保されやすくなる。その結果、第２のガス流路だけでなく、第１のガス流路内における燃料ガスＦＧの流れが阻害されることを抑制することができる。
【0077】
ガス流通部材５０は、単セル用セパレータ１２０に接触し、燃料ガスＦＧの流れ方向におけるガス流通部材５０の移動を規制する一対の規制部８０を有している（図９参照）。これにより、ガス流通部材５０が燃料ガスＦＧの流れ方向に移動することを効果的に抑制することができる。また、本実施形態では、ガス流通部材５０が燃料ガスＦＧの流れ方向に交差する方向に移動することも抑制することができる。
【0078】
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。
【0079】
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、ガス流通部材５０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（平坦部分１２２，１８２および屈曲部分１２３，１８３）と重なる位置に配置されていた。しかし、ガス流通部材５０は、Ｚ軸方向視で、各連結部１２８，１８８のうち、屈曲部分１２３，１８３に重なり、かつ、平坦部分１２２，１８２に重ならない位置に配置されていてもよい。さらに、ガス流通部材５０は、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（例えば単セル用セパレータ１２０等において相対的に肉厚が薄く変形しやすい部分など）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。
【0080】
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（５０Ａ）が配置されているが、該位置に複数のガス流通部材５０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（５０Ｂ）が配置されているが、該位置に複数のガス流通部材５０が配置されていてもよい。また、上記実施形態において、ガス流通部材を、例えば、空気室１６６内における、Ｚ軸方向視で、酸化剤ガス供給連通流路１３２（あるいは酸化剤ガス排出連通流路１３３）と単セル１１０との間に配置してもよい。
【0081】
上記実施形態では、ガス流通部材５０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。
【0082】
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。
【0083】
上記実施形態では、ガス流通部材５０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。
【0084】
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、内側足部７０Ａと外側足部７０Ｂとのいずれか一方を備えない構成でもよいし、内側足部７０Ａを１つだけ備える構成や、外側足部７０Ｂ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。
【0085】
上記実施形態において、ガス流通部材５０の足部７０は、第１の段差部７２Ａ，７２Ｂと第２の段差部７４Ａ，７４Ｂとの少なくとも１つを有しない構成でもよいし、３つ以上の段差部を有する構成でもよい。また、内側足部７０Ａと外側足部７０Ｂとは、本体部６０の延伸方向において、互いに異なる位置に配置されていてもよい。また、複数の内側足部７０Ａの長さＬＡは、いずれも同じであったが、少なくとも一部の内側足部７０Ａの長さＬＡは、互いに異なってもよい。外側足部７０Ｂについても同様である。また、内側足部７０Ａの長さＬＡと外側足部７０Ｂの長さＬＢとは互いに同じでもよい。足部７０（７０Ａ，７０Ｂ）の幅Ｄ１は、互いに隣り合う足部７０同士の間の間隔Ｄ２と同じでもよいし、間隔Ｄ２よりも広くてもよい。足部７０の剛性は、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０の剛性以下でもよい。ガス流通部材５０は、規制部８０を備えない構成でもよい。
【0086】
流路画定部材は、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０に限られない。流路画定部材は、ガス流路を画定するとともに、上記第１の画定部分および第２の画定部分を有する部材であればよく、例えば、ガス流路を構成するマニホールドやガス配管等でもよい。第２の画定部分は、屈曲部位を有する屈曲部分１２３，１８３に限らず、他の部分より肉厚が薄い部分、他の部分よりも軟質な材料で形成された部分や、他の部分よりも自由端に近い部分などもよい。なお、第２の画定部分が変形する要因としては、燃料室と空気室との圧力差に限らず、例えば流路画定部材とそれに隣接する部材との熱膨張差などが挙げられる。
【0087】
図１０は、変形例としての燃料電池スタック１００ａの外観構成を示す説明図である。図１０に示す変形例の燃料電池スタック１００ａは、複数の単セル１１０ａを備える。単セル１１０ａは、上下方向に伸びる柱状の支持体を有する。支持体は、断面が扁平状であり、一対の対向する平坦面を有する。支持体の内部には、上下方向に伸びるガス流路が形成されている。支持体の一方の平坦面上には、燃料極と、固体電解質層と、空気極とが順次積層されており、他方の平坦面のうち空気極が形成されていない部位には、インターコネクタが積層されている。隣接する単セル１１０ａ間に導電部材１５０ａを配置することにより、単セル１１０ａ同士が電気的に直列に接続されている。単セル１１０ａは、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。
【0088】
各単セル１１０ａの下端は、ガラス等のシール材１２４ａにより、マニホールド１７１ａに固定されている。各単セル１１０ａの支持体に形成されたガス流路は、マニホールド１７１ａの内部空間に連通している。マニホールド１７１ａの側面には、燃料ガスをマニホールド１７１ａ内に供給するための燃料ガス供給管２７ａが接続されている。燃料ガス供給管２７ａを介してマニホールド１７１ａに供給された燃料ガスは、マニホールド１７１ａから各単セル１１０ａの支持体に形成されたガス流路を介して、燃料極に供給される。
【0089】
図１１に示す変形例の燃料電池スタック１００ａにおいて、マニホールド１７１ａおよび燃料ガス供給管２７ａ等のガス流路は、各単セル１１０ａの燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、各単セル１１０ａの支持体に形成されたガス流路のうち支持体のマニホールド１７１ａ側の端部から燃料極に到達するまでの部分は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。マニホールド１７１ａは、平坦部分１２２ａと屈曲部分１２３ａとを有している。屈曲部分１２３ａは、平坦部分１２２ａよりも変形しやすい。このマニホールド１７１ａ内にガス流通部材５０ａが配置されている。具体的には、ガス流通部材５０ａは、ガス流通部分７０ａと支持部分６０ａとを有している。ガス流通部分７０ａは、屈曲部分１２３ａによって画定される空間内（屈曲部分１２３ａの直下）に配置されている。ガス流通部分７０ａには、燃料ガス供給管２７ａからの燃料ガスが流れる貫通孔７２ａが形成されている。支持部分６０ａは、ガス流通部分７０ａに対して、燃料ガス供給管２７ａとは反対側に配置されており、ガス流通部分７０ａを支持している。このような構成により、マニホールド１７１ａ内における燃料ガスの流れが阻害されることを抑制しつつ、マニホールド１７１ａの変形に起因して燃料電池スタック１００ａの性能が低下することを抑制することができる。マニホールド１７１ａは、ガス画定部材の一例である。
【0090】
上記実施形態において、燃料電池スタック１００は、例えば、空気極用のマニホールド１６１，１６２を備えずに、空気室１６６の酸化剤ガス供給連通流路１３２と酸化剤ガス排出連通流路１３３とが燃料電池スタック１００の外部に直接開口している構成でもよい。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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】
【0099】
２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２７ａ：燃料ガス供給管 ２８，６０：本体部 ２９：分岐部 ３２，３４：孔 ５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０ａ：ガス流通部材 ６０ａ：支持部分 ７０：足部 ７０Ａ：内側足部 ７０Ｂ：外側足部 ７０ａ：ガス流通部分 ７２Ａ，７２Ｂ：第１の段差部 ７２ａ，１２１，１８１：貫通孔 ７４Ａ，７４Ｂ：第２の段差部 ８０：規制部 １００，１００ａ：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 １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０，１１０ａ：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 １２２，１８２，１２２ａ：平坦部分 １２３，１８３，１２３ａ：屈曲部分 １２４：接合部 １２４ａ：シール材 １２５：ガラスシール部 １２６，１８６：内側部 １２７，１８７：外側部 １２８，１８８：連結部 １３０：空気極側フレーム １３１，１４１：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 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 １４８：係止孔 １４９：スペーサー １５０：平板部 １５０ａ：導電部材 １６１，１６２，１７１，１７２，１７１ａ：マニホールド １６６：空気室 １７６：燃料室 １８０：ＩＣ用セパレータ 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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】