特開 2024-56240 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】P2024056240

(43)【公開日】2024-04-23

(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 20160101AFI20240416BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240416BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20240416BHJP

   H01M 8/2432 20160101ALI20240416BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20240416BHJP

   C25B 1/26 20060101ALI20240416BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20240416BHJP

   C25B 13/02 20060101ALI20240416BHJP

   C25B 13/07 20210101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2465

H01M8/12 101

H01M8/1213

H01M8/2432

C25B1/042

C25B1/26 A

C25B9/23

C25B13/02 301

C25B13/07

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162984

(22)【出願日】2022-10-11

(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

(72)【発明者】

【氏名】大橋 駿太

【テーマコード（参考）】

4K021

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021BA02

4K021DB31

4K021DB40

4K021DB43

4K021DB53

5H126AA22

5H126BB06

5H126EE11

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】電気化学反応セルスタックの放熱性を向上させる。
【解決手段】電気化学反応セルスタックは、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、を含む電気化学反応単セルと、電気化学反応単セルに電気的に接続される集電部材と、を少なくとも含む共通構造体によってそれぞれ構成され、かつ、第１の方向に並べて配置される複数のセルユニットを備える。電気化学反応セルスタックにおいて、第１の方向視で、複数のセルユニットのうち、少なくとも、一のセルユニットの最外周は、別の一のセルユニットの最外周よりも電気化学反応セルスタックの外側に０．０５ｍｍ以上ずれているはみ出し部を有している。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで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と、前記電気化学反応単セルに電気的に接続される集電部材と、を少なくとも含む共通構造体によってそれぞれ構成され、かつ、第１の方向に並べて配置される複数のセルユニットを備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第１の方向視で、前記複数のセルユニットのうち、少なくとも、一の前記セルユニットの最外周は、別の一の前記セルユニットの最外周よりも前記電気化学反応セルスタックの外側に０．０５ｍｍ以上ずれているはみ出し部を有している、
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、
前記共通構造体は、板状の金属部材を含み、
前記一のセルユニットに含まれる前記金属部材は、前記はみ出し部を構成し、前記金属部材のうち、前記はみ出し部を構成する部分は、前記第１の方向の少なくとも一方側に突出した突出部を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記共通構造体は、板状の金属部材を含み、
前記一のセルユニットに含まれる前記金属部材は、前記はみ出し部を構成し、前記金属部材のうち、前記はみ出し部を構成する部分は、絶縁性の被膜により覆われている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
さらに、前記複数のセルユニットに対して前記第１の方向の少なくとも一方側に配置され、かつ、前記第１の方向視で、前記複数のセルユニットよりも外周側に張り出している張出部材を備えている、
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の構成単位である燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第１の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。

【0003】

ＳＯＦＣは、一般に、単セルと、その単セルに電気的に接続される集電部材とを含む発電単位が、第１の方向に複数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。（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２０２２－２６４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなＳＯＦＣを備える燃料電池スタックでは、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などの他のタイプの単セルを備える燃料電池スタックに比べて、高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われる。このため、例えば発電停止後に燃料電池スタックが所定温度まで低下するのに要する時間が長くなるなどの不都合が生じるおそれがある。

【0006】

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）の構成単位である電解単セルを含む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。

【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、固体酸化物を含む電解質層と、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と、前記電気化学反応単セルに電気的に接続される集電部材と、を少なくとも含む共通構造体によってそれぞれ構成され、かつ、第１の方向に並べて配置される複数のセルユニットを備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向視で、前記複数のセルユニットのうち、少なくとも、一の前記セルユニットの最外周は、別の一の前記セルユニットの最外周よりも前記電気化学反応セルスタックの外側に０．０５ｍｍ以上ずれているはみ出し部を有している。本電気化学反応セルスタックによれば、例えば、全てのセルユニットについて最外周のずれが０．０５ｍｍ以内である構成に比べて、電気化学反応セルスタックの外周面が外部空間に露出する面積が広い分だけ、電気化学反応セルスタックの放熱性を向上させることができる。

【0010】

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記共通構造体は、板状の金属部材を含み、前記一のセルユニットに含まれる前記金属部材は、前記はみ出し部を構成し、前記金属部材のうち、前記はみ出し部を構成する部分は、前記第１の方向の少なくとも一方側に突出した突出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、例えば、金属部材が突出部を有しない構成に比べて、金属部材におけるはみ出し部を構成する部分が外部空間に露出する表面積が広くなる分だけ、電気化学反応セルスタックの放熱性を効果的に向上させることができる。

【0011】

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記共通構造体は、板状の金属部材を含み、前記一のセルユニットに含まれる前記金属部材は、前記はみ出し部を構成し、前記金属部材のうち、前記はみ出し部を構成する部分は、絶縁性の被膜により覆わ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、例えば金属部材がなんら絶縁性の被膜によって覆われていない構成に比べて、金属部材におけるはみ出し部を構成する部分が他の部材とショートすることを抑制することができる。

【0012】

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、前記複数のセルユニットに対して前記第１の方向の少なくとも一方側に配置され、かつ、前記第１の方向視で、前記複数のセルユニットよりも外周側に張り出している張出部材を備え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、張出部材によって、複数のセルユニットに他の部材が干渉することを抑制することができる。

【0013】

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

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図

【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】燃料電池スタック１００における放熱性向上のための構造を模式的に示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0015】

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のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図４は、図１のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図５以降についても同様である。上下方向（Ｚ軸方向）は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。

【0016】

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、末端セパレータ２１０と、上端プレート２２０と、下端プレート１８９と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、絶縁部２００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。一対のターミナルプレート４１０，４２０のうちの一方（以下、「上側ターミナルプレート４１０」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、一対のターミナルプレート４１０，４２０のうちの他方（以下、「下側ターミナルプレート４２０」という。）は、発電ブロック１０３の下側に配置されている。末端セパレータ２１０は、上側ターミナルプレート４１０の上側に配置されており、下端プレート１８９は、下側ターミナルプレート４２０の下側に配置されている。絶縁部２００は、末端セパレータ２１０の上側に配置されている。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、絶縁部２００の上側に配置されており、一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの他方（以下、「下側エンドプレート１０６」という。）は、下端プレート１８９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、末端セパレータ２１０と、下端プレート１８９と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、絶縁部２００とを上下から挟むように配置されている。

【0017】

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（発電ブロック１０３、末端セパレータ２１０、下端プレート１８９、一対のターミナルプレート４１０，４２０、および、絶縁部２００）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いる。上側エンドプレート１０４のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、孔が貫通形成されており、下側エンドプレート１０６のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、孔が貫通形成されている。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。

【0018】

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の上端部は、上側エンドプレート１０４の孔を介してナット２４のネジ孔に螺合しており、各ボルト２２の下端部は、下側エンドプレート１０６の孔を介してナット２４のネジ孔に螺合している。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。

【0019】

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、下側ターミナルプレート４２０、下端プレート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。なお、以下、連通孔１０８のうち、下側エンドプレート１０６に形成された孔を、特にエンド貫通孔１０７という。

【0020】

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。酸化剤ガス供給マニホールド１６１および酸化剤ガス排出マニホールド１６２は、各発電単位１０２の空気極１１４（後述）との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。

【0021】

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。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、各発電単位１０２の燃料極１１６（後述）との間でガスのやり取りを行うガス流路である。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。

【0022】

図１から図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、例えばアルミニウムを含むフェライト系ステンレス等の導電材料（金属材料）により形成され、中空筒状の本体部２８とフランジ部２９とを有している。本体部２８には、上下方向に貫通するガス貫通孔２６が形成されている。本体部２８の一端（上端）は、下側エンドプレート１０６に形成されたエンド貫通孔１０７に接続されている。具体的には、本体部２８の上端は、エンド貫通孔１０７内に挿入され、例えば溶接により接合されている。フランジ部２９は、本体部２８の下端側から上下方向（Ｚ軸方向）に垂直な面方向（ＸＹ平面に平行な方向）に張り出すように設けられている。なお、フランジ部２９の上下方向視での形状は、略矩形状であり、４つの角部のそれぞれにはボルト孔２９Ａ（図１参照）が形成されている。各ボルト孔２９Ａには、燃料電池スタック１００を外部装置に接続するためのボルト（図示しない）が挿入される。

【0023】

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のガス貫通孔２６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のガス貫通孔２６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のガス貫通孔２６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のガス貫通孔２６は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

【0024】

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、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（金属材料）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の少なくとも一部を内包している。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。

【0025】

図２から図４に示すように、上側エンドプレート１０４は、平面部３１０と、凸部３２０と、を含んでいる。平面部３１０は、Ｚ軸方向に垂直な面方向（ＸＹ平面に平行な方向）に沿った平坦部分である。具体的には、平面部３１０のＺ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔１０９を構成する孔は、平面部３１０におけるＺ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部３２０は、平面部３１０から上側に突出したリブである。凸部３２０は、外側凸部３２２と、内側凸部３２４と、を有している。外側凸部３２２は、平面部３１０の外周部から上側に突出している。外側凸部３２２は、平面部３１０の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部３２４は、平面部３１０の内周部から上側に突出している。内側凸部３２４は、平面部３１０の内周部の全周にわたって形成されている。

【0026】

また、下側エンドプレート１０６は、平面部５１０と、凸部５２０と、を含んでいる。平面部５１０は、Ｚ軸方向に垂直な面方向（ＸＹ平面に平行な方向）に沿った平坦部分である。具体的には、平面部５１０のＺ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔１０９を構成する孔は、平面部５１０におけるＺ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部５２０は、平面部５１０から下側に突出したリブである。凸部５２０は、外側凸部５２２と、内側凸部５２４と、を有している。外側凸部５２２は、平面部５１０の外周部から下側に突出している。外側凸部５２２は、平面部５１０の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部５２４は、平面部５１０の内周部から下側に突出している。内側凸部５２４は、平面部５１０の内周部の全周にわたって形成されている。

【0027】

図２および図３に示すように、下側エンドプレート１０６には、補強部材６００が固定されている。補強部材６００は、平板部分６１０と、筒部分６２０と、を有する。平板部分６１０は、下側エンドプレート１０６の平面部５１０に平行な平板状の部分である。平板部分６１０の上下方向視での形状は、略矩形である。平板部分６１０は、下側エンドプレート１０６の平面部５１０から下方に離間した位置に配置されている。平板部分６１０の長手方向の一方側の辺は、外側凸部５２２の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されており、平板部分６１０の長手方向の他方側の辺は、内側凸部５２４の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分６１０には、ガス通路部材２７の本体部２８を挿入可能な貫通孔６１２が形成されている。筒部分６２０は、平板部分６１０の貫通孔６１２に連通する貫通孔６２２を有する円筒状の部分である。筒部分６２０は、平板部分６１０における貫通孔６１２の周囲部分から下側に突出するように形成されている。平板部分６１０の貫通孔６１２および筒部分６２０の貫通孔６２２を構成する内壁面がガス通路部材２７の本体部２８の外周面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分６１０と筒部分６２０とは、一体に形成されている。補強部材６００は、耐熱性材料や、下側エンドプレート１０６やガス通路部材２７等と同一材料または熱膨張率が同じ材料により形成されていることが好ましく、例えば金属（フェライト系ステンレス等）により形成されている。

【0028】

（ターミナルプレート４１０，４２０の構成）
一対のターミナルプレート４１０，４２０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。上側ターミナルプレート４１０の中央付近には、Ｚ軸方向に貫通する孔４１２が形成されている。Ｚ軸方向視で、上側ターミナルプレート４１０に形成された孔４１２の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。Ｚ軸方向視で、一対のターミナルプレート４１０，４２０のそれぞれの一方側（Ｘ軸正方向側）の端部は、発電ブロック１０３から側方に張り出している。本実施形態では、上側ターミナルプレート４１０の張り出し部分は、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、下側ターミナルプレート４２０の張り出し部分は、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。

【0029】

（上端プレート２２０の構成）
上端プレート２２０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。上端プレート２２０は、発電ブロック１０３の上側に配置されており、発電ブロック１０３における上端に位置するインターコネクタ１９０（後述）に電気的に接続されている。本実施形態では、上端プレート２２０とインターコネクタ１９０とは、後述の燃料極側集電部材１４４と同一構造の接続部材を介して電気的に接続されている。

【0030】

（末端セパレータ２１０の構成）
末端セパレータ２１０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔２１１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。末端セパレータ２１０における貫通孔２１１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、上端プレート２２０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。末端セパレータ２１０は、上端プレート２２０と発電ブロック１０３との間の空間と燃料電池スタック１００の外部空間とを区画する。

【0031】

末端セパレータ２１０は、末端セパレータ２１０の貫通孔周囲部を含む内側部２１６と、内側部２１６より外周側に位置する外側部２１７と、内側部２１６と外側部２１７とを連結する連結部２１８とを備える。本実施形態では、内側部２１６および外側部２１７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２１８は、内側部２１６と外側部２１７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２１８における下側（発電ブロック１０３側）の部分は凸部となっており、連結部２１８における上側（上側エンドプレート１０４側）の部分は凹部となっている。このため、連結部２１８は、Ｚ軸方向における位置が内側部２１６および外側部２１７とは異なる部分を含んでいる。

【0032】

（下端プレート１８９の構成）
下端プレート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、例えば絶縁材料により形成されている。下端プレート１８９の周縁部は、下側ターミナルプレート４２０と下側エンドプレート１０６との間に挟み込まれており、これにより、下側ターミナルプレート４２０と下側エンドプレート１０６との絶縁性とが確保されている。

【0033】

（絶縁部２００の構成）
絶縁部２００は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔が形成されたフレーム状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。絶縁部２００は、上側エンドプレート１０４と末端セパレータ２１０との間に挟み込まれており、これにより、上側エンドプレート１０４と末端セパレータ２１０との絶縁性とが確保されている。

【0034】

（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。

【0035】

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。

【0036】

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、特許請求の範囲における電気化学反応単セルの一例である。

【0037】

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。

【0038】

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、金属により形成されている。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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。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。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は下側ターミナルプレート４２０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）。

【0042】

ＩＣ用セパレータ１８０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１８１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。ＩＣ用セパレータ１８０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、上側ターミナルプレート４１０に電気的に接続されている。

【0043】

ＩＣ用セパレータ１８０は、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部を含む内側部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。

【0044】

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）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孔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孔１３３とが形成されている。

【0045】

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孔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孔１４３とが形成されている。

【0046】

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、下側ターミナルプレート４２０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（または下側ターミナルプレート４２０）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（または下側ターミナルプレート４２０）との電気的接続が良好に維持される。燃料極側集電部材１４４は、例えば、平板状の材料（例えば、厚さ１０～２００μｍのニッケル箔）に複数の矩形の切り込みを入れ、該材料の上に複数の孔が形成されたシート状の燃料極側集電部材１４４を配置した状態で、複数の矩形部分を曲げ起こしてスペーサー１４９を挟むように加工することにより作製される。曲げ起こされた各矩形部分が電極対向部１４５となり、曲げ起こされた部分以外の穴が開いた状態の平板部分がインターコネクタ対向部１４６となり、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ部分が連接部１４７となる。

【0047】

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の本体部２８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のガス貫通孔２６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孔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の本体部２８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のガス貫通孔２６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孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

【0048】

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、下側ターミナルプレート４２０）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、上側ターミナルプレート４１０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には、下側ターミナルプレート４２０が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ターミナルプレート４１０，４２０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６００℃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。

【0049】

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孔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のガス貫通孔２６を経て、当該本体部２８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孔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のガス貫通孔２６を経て、当該本体部２８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。

【0050】

なお、本実施形態の燃料電池スタック１００は、各発電単位１０２において、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。

【0051】

Ａ－３．放熱性向上のための構造：
本実施形態の燃料電池スタック１００は、放熱性向上のための構造を備えている。図８は、燃料電池スタック１００における放熱性向上のための構造を模式的に示す説明図である。図８では、図２の燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成に対し、放熱性向上のための構造が強調して示されるとともに、同構造以外の構成（連通孔１０８等）の一部が省略されている。

【0052】

燃料電池スタック１００は、複数のセルユニットＵを備えている。複数のセルユニットＵは、上側ターミナルプレート４１０（上側エンドプレート１０４）と下側ターミナルプレート４２０（下側エンドプレート１０６）との間において、上下方向（Ｚ軸方向）に並べて配置されている。複数のセルユニットＵは、いずれも、共通構造体を有している。要するに、燃料電池スタック１００では、同一の共通構造体が上下方向に繰り返し配置されている。本実施形態では、共通構造体は、単セル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、インターコネクタ１９０と、ＩＣ用セパレータ１８０と、から構成されている。インターコネクタ１９０や燃料極側集電部材１４４は、特許請求の範囲における集電部材の一例である。単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０は、特許請求の範囲における金属部材の一例である。

【0053】

燃料電池スタック１００では、上下方向（Ｚ軸方向）視で、複数のセルユニットＵのうち、少なくとも、一のセルユニットＵの最外周は、はみ出し部Ｐを有している。はみ出し部Ｐは、上下方向視で、別の一のセルユニットＵの最外周よりも燃料電池スタック１００の外側に０．０５ｍｍ以上ずれている部分である。なお、一のセルユニットＵと別の一のセルユニットＵとのずれ幅は、０．１ｍｍ以上でもよいし、０．２ｍｍ以上でもよい。

【0054】

図８では、第１のセルユニットＵ１の最外周は、第１のはみ出し部Ｐ１を有している。第１のはみ出し部Ｐ１は、第１のセルユニットＵ１を構成する単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とのそれぞれの一端側（Ｘ軸負方向側）の端部である。第１のはみ出し部Ｐ１は、第２のセルユニットＵ２を構成する単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とのそれぞれの一端側の端部に対して、ずれ幅Ｄ１（０．０５ｍｍ以上）だけ燃料電池スタック１００の外側（Ｘ軸負方向側）にずれている。また、第２のセルユニットＵ２の最外周は、第２のはみ出し部Ｐ２を有している。第２のはみ出し部Ｐ２は、第２のセルユニットＵ２を構成する単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とのそれぞれの他端側（Ｘ軸正方向側）の端部である。第２のはみ出し部Ｐ２は、第１のセルユニットＵ１を構成する単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とのそれぞれの他端側の端部に対して、ずれ幅Ｄ２（０．０５ｍｍ以上）だけ燃料電池スタック１００の外側（Ｘ軸正方向側）にずれている。なお、ずれ幅Ｄ２は、ずれ幅Ｄ１と同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0055】

なお、はみ出し部Ｐを構成する方法は、例えば、次の通りである。燃料電池スタック１００の製造過程において、複数のセルユニットＵを積層する。この複数のセルユニットＵの積層体（図８では、第１のセルユニットＵ１と第２のセルユニットＵ２との積層体 以下、「ユニット積層体」という）に対して、ガイド部材（図示しない）を用いる。ガイド部材は、上下方向視で互いに直交する一対の側壁を有している。一方の側壁は、ユニット積層体の一の側面側（例えば図８でＸ軸負方向側）に対向し、他方の側壁は、ユニット積層体の他の側面側（上記一の側面に隣接する側面側（例えば図８でＹ軸方向側）に対向する。一対の側壁の少なくとも一方は、一のセルユニットＵ（図８で第１のセルユニットＵ１）の側面に対向する第１の対向部分と、別の一のセルユニットＵ（図８で第２のセルユニットＵ２）の側面に対向し、かつ、第１の対向部分に対してユニット積層体との対向方向に突出している第２の対向部分とを有している。ユニット積層体をガイド部材の一対の側壁に押し当てることにより、一のセルユニットＵにはみ出し部Ｐ（図８ではみ出し部Ｐ１）を形成することができる。

【0056】

単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０のそれぞれのはみ出し部Ｐは、上下方向の少なくとも一方側に突出した突出部Ｑを有している。図８には、燃料電池スタック１００におけるＸ１部分の拡大図が示されている。この拡大図に示すように、第２のはみ出し部Ｐ２は、その第２のはみ出し部Ｐ２の先端部分が下方に傾斜するように突出する突出部Ｑ（沈下部）を有している。なお、第１のはみ出し部Ｐ１も、その第１のはみ出し部Ｐ１の先端部分が下方に傾斜するように突出する突出部Ｑを有している。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金属部材の一例である。

【0057】

なお、突出部Ｑを形成する方法は、例えば、次の通りである。単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とのそれぞれの外縁部にプレス加工等を施すことにより、突出部Ｑを形成することができる。

【0058】

単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０のそれぞれのはみ出し部Ｐは、絶縁性の被膜により覆われている。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の全体が、アルミナ被膜１２２，１８２により覆われている。なお、アルミナ被膜１８２の形成方法は、例えば次の通りである。単セル用セパレータ１２０等の基材の形成材料としてアルミニウムを含むフェライト系ステンレスを採用し、その基材に熱処理を施すことにより、アルミナ被膜１２２，１８２を形成することができる。

【0059】

下側エンドプレート１０６は、上下方向（Ｚ軸方向）視で、複数のセルユニットＵよりも外周側に張り出している。具体的には、図８に示すように、下側エンドプレート１０６は、張り出し部５２３を有している（図１～図４では省略）。張り出し部５２３は、外側凸部５２２の先端から燃料電池スタック１００の外周側に延びている。張り出し部５２３は、第１のセルユニットＵ１の第１のはみ出し部Ｐ１の先端に対して、ずれ幅Ｄ３（例えば０．０５ｍｍ以上）だけ燃料電池スタック１００の外側（Ｘ軸負方向側）にずれている。図８では、上側エンドプレート１０４も、張り出し部３２３を有している（図１～図４では省略）。張り出し部３２３は、第２のセルユニットＵ２の第２のはみ出し部Ｐ２の先端に対して、ずれ幅Ｄ３だけ燃料電池スタック１００の外側（Ｘ軸正方向側）にずれている。上側エンドプレート１０４および下側エンドプレート１０６は、特許請求の範囲における張出部材の一例である。なお、ずれ幅Ｄ３は、ずれ幅Ｄ１，Ｄ２と同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0060】

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、上下方向（Ｚ軸方向）視で、複数のセルユニットＵのうち、少なくとも、一のセルユニットＵの最外周は、はみ出し部Ｐを有している（図８参照）。はみ出し部Ｐは、上下方向視で、別の一のセルユニットＵの最外周よりも燃料電池スタック１００の外側に０．０５ｍｍ以上ずれている部分である。本実施形態によれば、例えば、全てのセルユニットＵについて最外周のずれが０．０５ｍｍ以内である構成に比べて、燃料電池スタック１００の外周面が外部空間に露出する面積が広い分だけ、燃料電池スタック１００の放熱性を向上させることができる。放熱性の向上により、例えば、燃料電池スタック１００の発電停止時から燃料電池スタック１００の温度が所定温度（例えば常温）まで低下するのに要する時間が短縮される。すなわち、本実施形態によれば、放熱性に優れ、運転停止時の制御性に優れた燃料電池スタック１００を提供することができる。

【0061】

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のそれぞれのはみ出し部Ｐは、上下方向の少なくとも一方側に突出した突出部Ｑを有している（図８の拡大図参照）。本実施形態によれば、例えば、単セル用セパレータ１２０等のはみ出し部Ｐが突出部Ｑを有しない構成（はみ出し部Ｐのはみ出し長さ（上記ずれ幅Ｄ１，Ｄ２）は本実施形態と同じ）に比べて、単セル用セパレータ１２０等のはみ出し部Ｐにおける外部空間に露出する表面積が広くなる分だけ、燃料電池スタック１００の放熱性を効果的に向上させることができる。

【0062】

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のそれぞれのはみ出し部Ｐは、絶縁性の被膜により覆われている（図８参照）。本実施形態によれば、例えば単セル用セパレータ１２０等がなんら絶縁性の被膜によって覆われていない構成に比べて、単セル用セパレータ１２０等におけるはみ出し部Ｐが他の部材とショートすることを抑制することができる。

【0063】

本実施形態では、下側エンドプレート１０６は、上下方向（Ｚ軸方向）視で、複数のセルユニットＵよりも外周側に張り出している（図８参照）。本実施形態によれば、下側エンドプレート１０６によって、複数のセルユニットＵ（特にはみ出し部Ｐ）に他の部材が干渉することを抑制することができる。

【0064】

Ｂ．変形例：
本明細書に開示される技術は、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や発電単位１０２の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。上記実施形態では、共通構造体は、電気化学反応単セル（単セル１１０）と集電部材（燃料極側集電部材１４４、インターコネクタ１９０）とに加えて、ガス室（空気室１６６、燃料室１７６）を画定する部材（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）を備える構成であった。しかし、共通構造体は、電気化学反応単セルと、電気化学反応単セルに電気的に接続される集電部材と、を少なくとも含んでいればよく、例えばガス室を画定する部材の少なくとも一部は、セルユニットＵ間で互いに異なる構成であってもよい。

【0066】

上記実施形態において、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とのいずれ一方だけが、セルユニットＵの最外周におけるはみ出し部Ｐを構成してもよい。また、上記実施形態において、共通構造体の他の構成部材（例えば、燃料極側フレーム１４０、空気極側フレーム１３０）がはみ出し部Ｐを構成してもよい。また、上記実施形態では、各セルユニットＵの最外周面は、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが突出する凹凸（段差）形状であったが、面一の形状であってもよい。

【0067】

上記実施形態では、上下方向視で、一のセルユニットＵの最外周に対して別の一のセルユニットＵの最外周が一の方向（Ｘ軸方向）だけにずれている構成を例示した。しかし、上下方向視で、一のセルユニットＵの最外周に対して別の一のセルユニットＵの最外周が複数の方向にずれている構成でもよい。例えば、上記実施形態において、ガイド部材の一対の側壁の両方が第１の対向部分および第２の対向部分を有する構成とすれば、一のセルユニットＵの最外周に対して別の一のセルユニットＵの最外周が直交する２方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）にずれている燃料電池スタック１００を作製することができる。これにより、より放熱性の高い燃料電池スタック１００を提供することができる。

【0068】

上記実施形態において、はみ出し部Ｐは、そのはみ出し部Ｐの先端部分が上方に傾斜するように突出する隆起部を有する構成でもよい、上記実施形態では、金属部材として、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とを例示したが、これに限らず、例えば燃料極側フレーム１４０でもよい。

【0069】

上記実施形態では、張出部材として、上側エンドプレート１０４および下側エンドプレート１０６を例示したが、これに限らず、例えば、上側ターミナルプレート４１０や下側ターミナルプレート４２０などでもよい。また、上記実施形態において、張出部材と突出部Ｑと絶縁性の被膜との少なくとも１つを有しない構成でもよい。

【0070】

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、燃料電池スタック１００が一対のターミナルプレート４１０，４２０を備えているが、他の部材（例えば、一対のエンドプレート１０４，１０６）をターミナルプレートとしても機能させ、専用部材としてのターミナルプレート４１０，４２０を省略してもよい。

【0071】

上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０が、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の連結部１２８を有しているが、連結部１２８の形状は他の形状であってもよい。また、単セル用セパレータ１２０が連結部１２８を有さなくてもよい。ＩＣ用セパレータ１８０における連結部１８８についても同様である。

【0072】

上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１付近にガラスシール部１２５が配置されているが、ガラスシール部１２５は省略されてもよい。

【0073】

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。

【0074】

上記実施形態では、単セル１１０は燃料極支持形の単セルであるが、電解質支持形や金属支持形等の他のタイプの単セルであってもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００がカウンターフロータイプの燃料電池であるが、燃料電池スタック１００がコフロータイプといった他のタイプの燃料電池であってもよい。

【0075】

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。

【0076】

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、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。このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成を採用すると、電解セルスタックの放熱性を向上させることができる。

【0077】

上記実施形態では、いわゆる平板型の燃料電池スタックを例に用いて説明したが、本明細書に開示される技術は、以下に説明するように、平板型に限らず、他のタイプ（いわゆる円筒平板型や円筒形）の燃料電池スタックにも同様に適用可能である。

【符号の説明】

【0078】

２２：ボルト ２４：ナット ２６：ガス貫通孔 ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：フランジ部 ２９Ａ，１０９：ボルト孔 ３２，３４，１３１，１４１：孔 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４，１０６：エンドプレート １０７：エンド貫通孔 １０８：連通孔 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 １２１，１８１：貫通孔 １２２，１８２：アルミナ被膜 １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １３０：空気極側フレーム １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電部 １４０：燃料極側フレーム １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 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 １６１，１６２，１７１，１７２：マニホールド １６６：空気室 １７６：燃料室 １８０：ＩＣ用セパレータ １８９：下端プレート １９０：インターコネクタ １９４：被覆層 １９６：導電性接合材 ２００：絶縁部 ２１０：末端セパレータ ２２０：上端プレート ４１０，４２０：ターミナルプレート ６００：補強部材 ６１０：平板部分 ６２０：筒部分 Ｐ：はみ出し部 Ｑ：突出部 Ｕ：セルユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】