(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】P2024092233
(43)【公開日】2024-07-08
(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 20160101AFI20240701BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20240701BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20240701BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20240701BHJP
C25B 9/77 20210101ALI20240701BHJP
C25B 9/60 20210101ALI20240701BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20240701BHJP
【ＦＩ】
H01M8/2465
C25B1/04
C25B9/00 A
C25B9/23
C25B9/77
C25B9/60
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022208013
(22)【出願日】2022-12-26
(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】奥村 浩志
(72)【発明者】
【氏名】大橋 駿太
(72)【発明者】
【氏名】藤堂 佑介
【テーマコード（参考）】
4K021
5H126
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021CA15
4K021DB06
4K021DB46
4K021DB53
5H126AA23
5H126BB06
5H126EE11
5H126FF03
5H126GG12
(57)【要約】
【課題】ガス流路に供給されたガスが流れ制限部の配置領域に流れ込むことを効果的に抑制する。
【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、空気極と燃料極とのいずれか一方の電極に面するガス流路を画定する流路画定部と、をそれぞれ有する電気化学反応単位を、複数備える。複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、さらに、ガス流路の一部に配置される流れ制限部を備える。流れ制限部は、弾性を有し、単セルおよび流路画定部のうち、第１の方向に対向する第１の対向部と第２の対向部との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。
【選択図】図７
【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、空気極と燃料極とのいずれか一方の電極に面するガス流路を画定する流路画定部と、をそれぞれ有する電気化学反応単位を、複数備える。複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、さらに、ガス流路の一部に配置される流れ制限部を備える。流れ制限部は、弾性を有し、単セルおよび流路画定部のうち、第１の方向に対向する第１の対向部と第２の対向部との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。
【選択図】図７
【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、前記空気極と前記燃料極とのいずれか一方の電極に面するガス流路を画定する流路画定部と、をそれぞれ有する電気化学反応単位を、複数備える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少なくとも１つは、さらに、前記ガス流路の一部に配置される流れ制限部を備え、
前記流れ制限部は、弾性を有し、前記単セルおよび前記流路画定部のうち、前記第１の方向に対向する第１の対向部と第２の対向部との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、さらに、前記ガス流路の一部に配置される流れ制限部を備え、
前記流れ制限部は、弾性を有し、前記単セルおよび前記流路画定部のうち、前記第１の方向に対向する第１の対向部と第２の対向部との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている、
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、
前記第１の対向部と前記第２の対向部との間には、前記第１の対向部と前記第２の対向部との前記第１の方向の離間距離が第１の距離である小スペースと、前記第１の対向部と前記第２の対向部との前記第１の方向の離間距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離である大スペースとが形成されており、
前記流れ制限部は、前記小スペースと前記大スペースとにわたって配置される第１の流れ制限材と、前記小スペースには配置されず、前記大スペースにおいて前記第１の流れ制限材に重ねて配置される第２の流れ制限材とを有する、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記第１の対向部と前記第２の対向部との間には、前記第１の対向部と前記第２の対向部との前記第１の方向の離間距離が第１の距離である小スペースと、前記第１の対向部と前記第２の対向部との前記第１の方向の離間距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離である大スペースとが形成されており、
前記流れ制限部は、前記小スペースと前記大スペースとにわたって配置される第１の流れ制限材と、前記小スペースには配置されず、前記大スペースにおいて前記第１の流れ制限材に重ねて配置される第２の流れ制限材とを有する、
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、
前記流れ制限部は、前記第１の方向視で、前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる電気化学反応領域を横切る第２の方向の少なくとも一方側に配置され、
前記流路画定部は、前記第１の方向視で、前記第２の方向に交差する第３の方向において、前記流れ制限部の一端部と対向する第３の対向部と、前記流れ制限部の他端部と対向する第４の対向部とを有し、
前記第３の方向において、前記流れ制限部の前記一端部と前記流路画定部の前記第３の対向部との間の第３の距離と、前記流れ制限部の前記他端部と前記流路画定部の前記第４の対向部との間の第４の距離とは互いに異なる、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記流れ制限部は、前記第１の方向視で、前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる電気化学反応領域を横切る第２の方向の少なくとも一方側に配置され、
前記流路画定部は、前記第１の方向視で、前記第２の方向に交差する第３の方向において、前記流れ制限部の一端部と対向する第３の対向部と、前記流れ制限部の他端部と対向する第４の対向部とを有し、
前記第３の方向において、前記流れ制限部の前記一端部と前記流路画定部の前記第３の対向部との間の第３の距離と、前記流れ制限部の前記他端部と前記流路画定部の前記第４の対向部との間の第４の距離とは互いに異なる、
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に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記流れ制限部は、セラミックフェルトにより形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
前記流れ制限部は、セラミックフェルトにより形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【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、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のいずれか一方のガス流路の一部に配置される流れ制限部を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。流れ制限部は、例えばガス流路を画定する一対の対向部の間に配置されることにより、ガス流路に供給されたガスの流れを制限する機能を果たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－８８２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、例えば燃料電池スタックの温度変化等に応じて上記一対の対向部が変位したり変形したりすることがある。従来の燃料電池スタックの構成では、流れ制限部は、一対の対向部の変位や変形等に追従できず、流れ制限部によるガスの流れを制限する効果が変動し、例えばガス流路に供給されたガスが流れ制限部の配置領域に流れ込むことを十分に抑制できないといった問題が生じる。
【0006】
なお、このような課題は、単セル用セパレータに限らず、単セルとガス流路を画定する流路画定部とを備え、そのガス流路の一部に流れ制限部が配置され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、前記空気極と前記燃料極とのいずれか一方の電極に面するガス流路を画定する流路画定部と、をそれぞれ有する電気化学反応単位を、複数備える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少なくとも１つは、さらに、前記ガス流路の一部に配置される流れ制限部を備え、前記流れ制限部は、弾性を有し、前記単セルおよび前記流路画定部のうち、前記第１の方向に対向する第１の対向部と第２の対向部との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。
【0010】
本電気化学反応セルスタックでは、例えば流れ制限部が圧縮代と膨張代との少なくとも一方を有しない状態で配置された構成に比べて、温度変化等に伴う第１の対向部および第２の対向部の変位や変形に追従するように流れ制限部が変形する。このため、本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流路に供給されたガスが流れ制限部の配置領域に流れ込むことを効果的に抑制することができる。また、流れ制限部が膨張代を有するため、固定具や接合材を用いなくても、流れ制限部自身の弾性により生じる面圧と摩擦とによって、ガス流路内における流れ制限部の位置ずれが抑制される。
【0011】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の対向部と前記第２の対向部との間には、前記第１の対向部と前記第２の対向部との前記第１の方向の離間距離が第１の距離である小スペースと、前記第１の対向部と前記第２の対向部との前記第１の方向の離間距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離である大スペースとが形成されており、前記流れ制限部は、前記小スペースと前記大スペースとにわたって配置される第１の流れ制限材と、前記小スペースには配置されず、前記大スペースにおいて前記第１の流れ制限材に重ねて配置される第２の流れ制限材とを有す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の対向部と第２の対向部とが凹凸スペースを形成する形態において、例えば流れ制限部が１つの部材で形成された構成に比べて、複雑な形状の部材を要することなく、ガス流路に供給されたガスが流れ制限部の配置領域に流れ込む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、前記流れ制限部は、前記第１の方向視で、前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる電気化学反応領域を横切る第２の方向の少なくとも一方側に配置され、前記流路画定部は、前記第１の方向視で、前記第２の方向に交差する第３の方向において、前記流れ制限部の一端部と対向する第３の対向部と、前記流れ制限部の他端部と対向する第４の対向部とを有し、前記第３の方向において、前記流れ制限部の前記一端部と前記流路画定部の前記第３の対向部との間の第３の距離と、前記流れ制限部の前記他端部と前記流路画定部の前記第４の対向部との間の第４の距離とは互いに異な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、第３の距離と第４の距離とが同じである構成に比べて、流れ制限部の外周側に流れ込むガスの流路の最小断面積が小さい分だけ、ガス流路に供給されたガスが流れ制限部の配置領域に流れ込むことを、より効果的に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、前記流れ制限部は、セラミックフェルトにより形成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、比較的に加工がしやすいセラミックフェルトを用いることにより、ガス流路に供給されたガスが流れ制限部の配置領域に流れ込むことを、より効果的に抑制することができる。
【0014】
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】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【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。
【0025】
（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。
【0026】
（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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。なお、空気室１６６と燃料室１７６とは、特許請求の範囲におけるガス流路の一例である。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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）。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
本実施形態では、空気室１６６は、単セル１１０とインターコネクタ１９０と単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０と空気極側フレーム１３０とによって画定されている。これらの部材のうち、単セル１１０以外の部材が、特許請求の範囲における流路画定部の一例である。また、燃料室１７６は、単セル１１０とインターコネクタ１９０と単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０と燃料極側フレーム１４０とによって画定されている。これらの部材のうち、単セル１１０以外の部材が、特許請求の範囲における流路画定部の一例である。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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（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。
【0044】
Ａ－３．流れ制限部（２００，３００）の構成：
本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２は、流れ制限部（２００，３００）を備える。流れ制限部は、空気極側流れ制限部２００と燃料極側流れ制限部３００とを含む。
本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２は、流れ制限部（２００，３００）を備える。流れ制限部は、空気極側流れ制限部２００と燃料極側流れ制限部３００とを含む。
【0045】
Ａ－３－１．流れ制限部（２００，３００）の配置：
空気極側流れ制限部２００は、空気室１６６の一部に配置されている。具体的には、図４および図８に示すように、空気極側流れ制限部２００は、上下方向視で発電領域Ｅ（図８の点線枠参照）の外側に配置されている。発電領域Ｅは、上下方向視で、電解質層１１２と空気極１１４と燃料極１１６とが重なる領域である。また、空気極側流れ制限部２００は、上下方向視で、空気室１６６への酸化剤ガスＯＧの供給口（酸化剤ガス供給連通流路１３２）から発電領域Ｅに至る経路と、発電領域Ｅから酸化剤オフガスＯＯＧの排出口（酸化剤ガス排出連通流路１３３）に至る経路との両方に重ならないように配置されている。より具体的には、空気極側流れ制限部２００は、上下方向視で、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図８の白抜き矢印参照 Ｘ軸負方向）に直交する幅方向（Ｙ軸方向）において、発電領域Ｅの両側のそれぞれに配置されている。酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向は、空気室１６６において酸化剤ガスＯＧのほとんどが流れる主経路の方向であり、例えば酸化剤ガス供給連通流路１３２から酸化剤ガス排出連通流路１３３に向かう直進方向である（以下、単に「ガス流れ方向」ということがある）。
空気極側流れ制限部２００は、空気室１６６の一部に配置されている。具体的には、図４および図８に示すように、空気極側流れ制限部２００は、上下方向視で発電領域Ｅ（図８の点線枠参照）の外側に配置されている。発電領域Ｅは、上下方向視で、電解質層１１２と空気極１１４と燃料極１１６とが重なる領域である。また、空気極側流れ制限部２００は、上下方向視で、空気室１６６への酸化剤ガスＯＧの供給口（酸化剤ガス供給連通流路１３２）から発電領域Ｅに至る経路と、発電領域Ｅから酸化剤オフガスＯＯＧの排出口（酸化剤ガス排出連通流路１３３）に至る経路との両方に重ならないように配置されている。より具体的には、空気極側流れ制限部２００は、上下方向視で、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図８の白抜き矢印参照 Ｘ軸負方向）に直交する幅方向（Ｙ軸方向）において、発電領域Ｅの両側のそれぞれに配置されている。酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向は、空気室１６６において酸化剤ガスＯＧのほとんどが流れる主経路の方向であり、例えば酸化剤ガス供給連通流路１３２から酸化剤ガス排出連通流路１３３に向かう直進方向である（以下、単に「ガス流れ方向」ということがある）。
【0046】
燃料極側流れ制限部３００は、燃料室１７６の一部に配置されている。具体的には、図４および図９に示すように、燃料極側流れ制限部３００は、上下方向視で発電領域Ｅ（図９の点線枠参照）の外側に配置されている。また、燃料極側流れ制限部３００は、上下方向視で、燃料室１７６への燃料ガスＦＧの供給口（燃料ガス供給連通流路１４２）から発電領域Ｅに至る経路と、発電領域Ｅから燃料オフガスＦＯＧの排出口（燃料ガス排出連通流路１４３）に至る経路との両方に重ならないように配置されている。より具体的には、燃料極側流れ制限部３００は、上下方向視で、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（図９の白抜き矢印参照 Ｘ軸正方向）に直交する幅方向（Ｙ軸方向）において、発電領域Ｅの両側のそれぞれに配置されている。燃料ガスＦＧの主たる流れ方向は、燃料室１７６において燃料ガスＦＧのほとんどが流れる主経路の方向であり、例えば燃料ガス供給連通流路１４２から燃料ガス排出連通流路１４３に向かう直進方向である（以下、単に「ガス流れ方向」ということがある）。なお、幅方向は、特許請求の範囲における第２の方向の一例であり、ガス流れ方向は、特許請求の範囲における第３の方向の一例である。
【0047】
Ａ－３－２．流れ制限部（２００，３００）の圧縮代と膨張代：
流れ制限部２００，３００は、いずれも弾性を有する材料により形成されており、本実施形態では、絶縁性を有するアルミナ製フェルトにより形成されている。流れ制限部２００，３００は、各ガス室１６６，１７６において上下方向に互いに対向する一対の対向部の間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。ここで、流れ制限部２００，３００が圧縮代と膨張代とを有する状態であるか否かは、次の方法により確認することができる。まず、流れ制限部２００，３００について、次の３つの上下方向の厚みを測定する。
「解体前厚み」：非運転時において燃料電池スタック１００に配置された流れ制限部２００，３００（図４等参照）の厚みである。この解体前厚みは、例えばＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置を用いた観察により測定することができる。また、この解体前厚みは、ＣＴ装置を用いずに、燃料電池スタック１００を切断して得られた断面の写真から測定することもできる。
「解体後厚み」：燃料電池スタック１００を解体して取り出された自然状態の流れ制限部２００，３００の厚みである。
「加圧時厚さ」：上記自然状態の流れ制限部２００，３００に対して上下方向に荷重を付与して圧縮変形させ、かつ、流れ制限部２００，３００が損傷（破断等）しないときの最小厚みである。
そして、「解体前厚み」＜「解体後厚み」の条件を満たす場合、流れ制限部２００，３００は、膨張代がある状態で挟み込まれていると判断できる。「解体前厚み」＞「加圧時厚さ」の条件を満たす場合、流れ制限部２００，３００は、圧縮代がある状態で挟み込まれていると判断できる。
流れ制限部２００，３００は、いずれも弾性を有する材料により形成されており、本実施形態では、絶縁性を有するアルミナ製フェルトにより形成されている。流れ制限部２００，３００は、各ガス室１６６，１７６において上下方向に互いに対向する一対の対向部の間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。ここで、流れ制限部２００，３００が圧縮代と膨張代とを有する状態であるか否かは、次の方法により確認することができる。まず、流れ制限部２００，３００について、次の３つの上下方向の厚みを測定する。
「解体前厚み」：非運転時において燃料電池スタック１００に配置された流れ制限部２００，３００（図４等参照）の厚みである。この解体前厚みは、例えばＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置を用いた観察により測定することができる。また、この解体前厚みは、ＣＴ装置を用いずに、燃料電池スタック１００を切断して得られた断面の写真から測定することもできる。
「解体後厚み」：燃料電池スタック１００を解体して取り出された自然状態の流れ制限部２００，３００の厚みである。
「加圧時厚さ」：上記自然状態の流れ制限部２００，３００に対して上下方向に荷重を付与して圧縮変形させ、かつ、流れ制限部２００，３００が損傷（破断等）しないときの最小厚みである。
そして、「解体前厚み」＜「解体後厚み」の条件を満たす場合、流れ制限部２００，３００は、膨張代がある状態で挟み込まれていると判断できる。「解体前厚み」＞「加圧時厚さ」の条件を満たす場合、流れ制限部２００，３００は、圧縮代がある状態で挟み込まれていると判断できる。
【0048】
具体的には、図４に示すように、空気極側流れ制限部２００は、空気室１６６の天井面を構成するＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０と、空気室１６６の底面を構成する単セル用セパレータ１２０との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。このとき、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０は、特許請求の範囲における第１の対向部の一例であり、単セル用セパレータ１２０は、特許請求の範囲における第２の対向部の一例である。
【0049】
燃料極側流れ制限部３００は、燃料室１７６の天井面を構成する単セル用セパレータ１２０および単セル１１０（燃料極１１６）と、燃料室１７６の底面を構成するＩＣ用セパレータ１８０との間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。このとき、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０は、特許請求の範囲における第１の対向部の一例であり、ＩＣ用セパレータ１８０は、特許請求の範囲における第２の対向部の一例である。
【0050】
Ａ－３－３．流れ制限部（２００，３００）の上下方向の厚み：
図７には、流れ制限部２００，３００の周辺部分Ｘ１の構成が拡大して示されている。なお、図７の全体構成では、流れ制限部２００，３００が省略されている。図７に示すように、流れ制限部２００，３００を挟み込む一対の対向部の表面は凹凸形状を有している。
図７には、流れ制限部２００，３００の周辺部分Ｘ１の構成が拡大して示されている。なお、図７の全体構成では、流れ制限部２００，３００が省略されている。図７に示すように、流れ制限部２００，３００を挟み込む一対の対向部の表面は凹凸形状を有している。
【0051】
具体的には、空気室１６６の天井面では、インターコネクタ１９０がＩＣ用セパレータ１８０に対して下方に突出している。このため、空気極側流れ制限部２００が配置される空間には、小スペースＳ１と大スペースＳ２とが存在する。小スペースＳ１は、インターコネクタ１９０と単セル用セパレータ１２０とが第１の距離Ｌ１だけ離間して対向する空間である。大スペースＳ２は、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが第２の距離Ｌ２だけ離間して対向する空間である。第２の距離Ｌ２は、第１の距離Ｌ１よりも長い。
【0052】
空気極側流れ制限部２００は、第１の流れ制限部材２１０と第２の流れ制限部材２２０とを含む（図７の拡大図参照）。第１の流れ制限部材２１０は、小スペースＳ１と大スペースＳ２との両方にわたって配置されている。第２の流れ制限部材２２０は、小スペースＳ１には配置されず、大スペースＳ２において第１の流れ制限部材２１０に重ねて配置されている。第１の流れ制限部材２１０と第２の流れ制限部材２２０とは、上下方向において互いに密着するように配置されている。また、第１の流れ制限部材２１０と第２の流れ制限部材２２０とは、いずれも全体にわたって厚みが均一な板状部材である。第２の流れ制限部材２２０の上下方向の厚みＤ２は、第１の流れ制限部材２１０の上下方向の厚みＤ１よりも厚い。
【0053】
燃料室１７６の天井面では、単セル１１０が単セル用セパレータ１２０に対して下方に突出している。このため、燃料極側流れ制限部３００が配置される空間には、小スペースＳ３と大スペースＳ４とが存在する。小スペースＳ３は、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが第１の距離Ｌ３だけ離間して対向する空間である。大スペースＳ４は、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とが第２の距離Ｌ４だけ離間して対向する空間である。第２の距離Ｌ４は、第１の距離Ｌ３よりも長い。
【0054】
燃料極側流れ制限部３００は、第１の流れ制限部材３１０と第２の流れ制限部材３２０とを含む。第１の流れ制限部材３１０は、小スペースＳ３と大スペースＳ４との両方にわたって配置されている。第２の流れ制限部材３２０は、小スペースＳ３には配置されず、大スペースＳ４において第１の流れ制限部材３１０に重ねて配置されている。第１の流れ制限部材３１０と第２の流れ制限部材３２０とは、上下方向において互いに密着するように配置されている。また、第１の流れ制限部材３１０と第２の流れ制限部材３２０とは、いずれも全体にわたって厚みが均一な板状部材である。第２の流れ制限部材３２０の上下方向の厚みは、第１の流れ制限部材３１０の上下方向の厚みよりも厚い。
【0055】
Ａ－３－４．流れ制限部（２００，３００）と流路画定部との間の隙間：
図８に示すように、空気極側フレーム１３０の孔１３１を形成する内周面は、空気室１６６の外周を画定する。孔１３１は、上下方向視で略矩形である。すなわち、孔１３１を形成する内周面は、ガス流れ方向（Ｘ軸方向）に沿った一対の平行面１３１ｘ，１３１ｘと、ガス流れ方向に交差（直交）する一対の交差面１３１ｙ，１３１ｙとを有している。空気室１６６には、２つの空気極側流れ制限部２００が配置されており、各空気極側流れ制限部２００は、ガス流れ方向に長い長尺状であり、一対の平行面１３１ｘ，１３１ｘのそれぞれに沿うように配置されている。空気極側流れ制限部２００の上流側の端部と、上流側に位置する交差面１３１ｙとの距離を、上流側距離Ｌ５とし、空気極側流れ制限部２００の下流側の端部と、下流側に位置する交差面１３１ｙとの距離を、下流側距離Ｌ６とする。上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６とは互いに異なっている。上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６との差は、例えば０．１ｍｍ以上とすることができる。なお、図８では、上流側距離Ｌ５が下流側距離Ｌ６より短くなっているが、上流側距離Ｌ５が下流側距離Ｌ６より長くてもよい。なお、各交差面１３１ｙは、特許請求の範囲における第３の対向部および第４の対向部の一例であり、上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６とは、特許請求の範囲における第３の距離および第４の距離の一例である。
図８に示すように、空気極側フレーム１３０の孔１３１を形成する内周面は、空気室１６６の外周を画定する。孔１３１は、上下方向視で略矩形である。すなわち、孔１３１を形成する内周面は、ガス流れ方向（Ｘ軸方向）に沿った一対の平行面１３１ｘ，１３１ｘと、ガス流れ方向に交差（直交）する一対の交差面１３１ｙ，１３１ｙとを有している。空気室１６６には、２つの空気極側流れ制限部２００が配置されており、各空気極側流れ制限部２００は、ガス流れ方向に長い長尺状であり、一対の平行面１３１ｘ，１３１ｘのそれぞれに沿うように配置されている。空気極側流れ制限部２００の上流側の端部と、上流側に位置する交差面１３１ｙとの距離を、上流側距離Ｌ５とし、空気極側流れ制限部２００の下流側の端部と、下流側に位置する交差面１３１ｙとの距離を、下流側距離Ｌ６とする。上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６とは互いに異なっている。上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６との差は、例えば０．１ｍｍ以上とすることができる。なお、図８では、上流側距離Ｌ５が下流側距離Ｌ６より短くなっているが、上流側距離Ｌ５が下流側距離Ｌ６より長くてもよい。なお、各交差面１３１ｙは、特許請求の範囲における第３の対向部および第４の対向部の一例であり、上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６とは、特許請求の範囲における第３の距離および第４の距離の一例である。
【0056】
図９に示すように、燃料極側フレーム１４０の孔１４１を形成する内周面は、燃料室１７６の外周を画定する。孔１４１は、上下方向視で略矩形である。すなわち、孔１４１を形成する内周面は、ガス流れ方向（Ｘ軸方向）に沿った一対の平行面１４１ｘ，１４１ｘと、ガス流れ方向に交差する一対の交差面１４１ｙ，１４１ｙとを有している。燃料室１７６には、２つの燃料極側流れ制限部３００が配置されており、各燃料極側流れ制限部３００は、ガス流れ方向に長い長尺状であり、一対の平行面１４１ｘ，１４１ｘのそれぞれに沿うように配置されている。燃料極側流れ制限部３００の上流側の端部と、上流側に位置する交差面１４１ｙとの距離を、上流側距離Ｌ７とし、燃料極側流れ制限部３００の下流側の端部と、下流側に位置する交差面１４１ｙとの距離を、下流側距離Ｌ８とする。上流側距離Ｌ７と下流側距離Ｌ８とは互いに異なっている。上流側距離Ｌ７と下流側距離Ｌ８との差は、例えば０．１ｍｍ以上とすることができる。なお、図９では、上流側距離Ｌ７が下流側距離Ｌ８より短くなっているが、上流側距離Ｌ７が下流側距離Ｌ８より長くてもよい。なお、各交差面１４１ｙは、特許請求の範囲における第３の対向部および第４の対向部の一例であり、上流側距離Ｌ７と下流側距離Ｌ８とは、特許請求の範囲における第３の距離および第４の距離の一例である。
【0057】
Ａ－３－５．流れ制限部（２００，３００）の外形形状：
図１０は、互いに外形形状が異なる空気極側流れ制限部２００，２００Ａを例示する説明図である。同図（Ａ）には、比較例の空気極側流れ制限部２００Ａが示されており、同図（Ｂ）には、上記空気極側流れ制限部２００が示されている。各図（Ａ）（Ｂ）には、上下方向視において、空気極側流れ制限部２００，２００Ａと空気極側フレーム１３０の一部とが示されている。
図１０は、互いに外形形状が異なる空気極側流れ制限部２００，２００Ａを例示する説明図である。同図（Ａ）には、比較例の空気極側流れ制限部２００Ａが示されており、同図（Ｂ）には、上記空気極側流れ制限部２００が示されている。各図（Ａ）（Ｂ）には、上下方向視において、空気極側流れ制限部２００，２００Ａと空気極側フレーム１３０の一部とが示されている。
【0058】
図８および図１０に示すように、孔１３１を形成する内周面は、各角部が上下方向視で円弧状の曲面に形成されている。上下方向視で、比較例の空気極側流れ制限部２００Ａの外形形状は、この内周面に沿う曲面形状とされている。このため、比較例の空気極側流れ制限部２００Ａと孔１３１を形成する内周面との間に隙間が形成され難くい。このため、空気室１６６に供給された酸化剤ガスＯＧが、比較例の空気極側流れ制限部２００Ａの外周側の迂回経路（空気極側流れ制限部２００Ａと孔１３１を形成する内周面との間の経路）に流れ込むことを抑制できるメリットがある。
【0059】
但し、比較例の空気極側流れ制限部２００Ａでは、次のデメリットがある。すなわち、燃料電池スタック１００の製造過程で、製造ロボット（図示しない）が、空気極側流れ制限部２００Ａを空気室１６６に配置する場合、空気極側流れ制限部２００Ａを空気室１６６の所定の位置に正確に配置できないおそれがある。すなわち、製造ロボットが、空気極側流れ制限部２００Ａを撮像し、その撮像画像に対して、例えば幅方向（Ｙ方向）とガス流れ方向（Ｘ軸方向）との直交する２方向の座標系に基づき、空気極側流れ制限部２００Ａの中心位置を認識する場合、その中心位置を正確に特定できないおそれがある。なぜなら、空気極側流れ制限部２００Ａのガス流れ方向の両端部Ｘａ，Ｘａは、いずれも曲面である。このため、空気極側流れ制限部２００Ａの両端の位置を正確に特定することができず、その結果、ガス流れ方向における空気極側流れ制限部２００Ａの中心位置を正確に特定できないおそれがあるからである。なお、空気極側流れ制限部２００Ａの幅方向の両端部Ｙａ，Ｙａは、その幅方向に略直交する直線部分を有するため、幅方向における空気極側流れ制限部２００Ａの中心位置を正確に特定できる可能性がある。
【0060】
これに対して、図１０（Ｂ）に示すように、空気極側流れ制限部２００のガス流れ方向の両端部Ｘｂ，Ｘｂは、そのガス流れ方向に略直交する直線部分を有し、かつ、空気極側流れ制限部２００の幅方向の両端部Ｙｂ，Ｙｂは、その幅方向に略直交する直線部分を有する。具体的には、第１の流れ制限部材２１０のガス流れ方向の両端部Ｘｂ，Ｘｂは、そのガス流れ方向に略直交する直線部分を有する。また、第１の流れ制限部材２１０の幅方向の両端部Ｙｂ，Ｙｂは、その幅方向に略直交する直線部分を有する。第２の流れ制限部材２２０のガス流れ方向の両端部Ｘｂ，Ｘｂは、そのガス流れ方向に略直交する直線部分を有する。また、第２の流れ制限部材２２０の幅方向の両端部Ｙｂ，Ｙｂは、その幅方向に略直交する直線部分を有する。なお、第１の流れ制限部材２１０と第２の流れ制限部材２２０とは、いずれも、上下方向視の形状が、全ての辺が直線である多角形に形成されている。
【0061】
このような多角形状に形成された空気極側流れ制限部２００では、上記比較例の空気極側流れ制限部２００Ａに比べて、孔１３１を形成する内周面との間に隙間が形成され易い。これに対して、上述したように、空気極側流れ制限部２００を、上流側距離Ｌ５と下流側距離Ｌ６とが互いに異なるように配置することで、空気室１６６に供給された酸化剤ガスＯＧが、空気極側流れ制限部２００の外周側の迂回経路（空気極側流れ制限部２００と孔１３１を形成する内周面との間の経路）に流れ込むことを抑制できる。なお、燃料極側流れ制限部３００の外形形状も、空気極側流れ制限部２００と同様に多角形状に形成されている。
【0062】
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、流れ制限部２００，３００を備える（図４、図７から図９参照）。流れ制限部２００，３００は、各ガス室１６６，１７６において上下方向に互いに対向する一対の対向部の間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。このため、本実施形態では、例えば流れ制限部が圧縮代と膨張代との少なくとも一方を有しない状態で配置された構成に比べて、温度変化等に伴う一対の対向部の変位や変形に追従するように流れ制限部が変形する。従って、本実施形態によれば、ガス流路（空気室１６６、燃料室１７６）に供給されたガス（酸化剤ガスＯＧ、燃料ガスＦＧ）が流れ制限部２００，３００の配置領域に流れ込むことを効果的に抑制することができる。また、流れ制限部２００，３００に荷重が加わることに起因して流れ制限部２００，３００が破損することを抑制することができる。また、流れ制限部２００，３００が膨張代を有するため、固定具や接合材を用いなくても、流れ制限部２００，３００自身の弾性により生じる面圧と摩擦とによって、ガス流路内における流れ制限部２００，３００の位置ずれが抑制される。
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、流れ制限部２００，３００を備える（図４、図７から図９参照）。流れ制限部２００，３００は、各ガス室１６６，１７６において上下方向に互いに対向する一対の対向部の間に、圧縮代と膨張代とを有する状態で挟み込まれている。このため、本実施形態では、例えば流れ制限部が圧縮代と膨張代との少なくとも一方を有しない状態で配置された構成に比べて、温度変化等に伴う一対の対向部の変位や変形に追従するように流れ制限部が変形する。従って、本実施形態によれば、ガス流路（空気室１６６、燃料室１７６）に供給されたガス（酸化剤ガスＯＧ、燃料ガスＦＧ）が流れ制限部２００，３００の配置領域に流れ込むことを効果的に抑制することができる。また、流れ制限部２００，３００に荷重が加わることに起因して流れ制限部２００，３００が破損することを抑制することができる。また、流れ制限部２００，３００が膨張代を有するため、固定具や接合材を用いなくても、流れ制限部２００，３００自身の弾性により生じる面圧と摩擦とによって、ガス流路内における流れ制限部２００，３００の位置ずれが抑制される。
【0063】
本実施形態では、流れ制限部２００，３００は、第１の流れ制限部材２１０，３１０と第２の流れ制限部材２２０，３２０とを部分的に重ね合わせて上下方向の凹凸が形成された構成である（図７の拡大図参照）。このため、本実施形態によれば、一対の対向部が凹凸スペースＳ１～Ｓ４を形成する形態において、例えば流れ制限部２００，３００が１つの部材で形成された構成に比べて、複雑な形状の部材を要することなく、ガス流路（空気室１６６、燃料室１７６）に供給されたガスが流れ制限部２００，３００の配置領域に流れ込むことを効果的に抑制することができる。
【0064】
本実施形態では、流れ制限部２００，３００は、上流側距離Ｌ５，Ｌ７と下流側距離Ｌ６，Ｌ８とが互いに異なるように配置されている（図８および図９参照）。このため、本実施形態によれば、例えば、上流側距離Ｌ５，Ｌ７と下流側距離Ｌ６，Ｌ８とが同じである構成に比べて、流れ制限部２００，３００の外周側に流れ込むガスの流路の最小断面積が小さい分だけ、ガス流路に供給されたガスが流れ制限部２００，３００の配置領域に流れ込むことを、より効果的に抑制することができる。
【0065】
本実施形態では、流れ制限部２００，３００は、アルミナ製フェルトにより形成されている。このため、本実施形態によれば、比較的に加工がしやすいセラミックフェルトを用いることにより、ガス流路に供給されたガスが流れ制限部２００，３００の配置領域に流れ込むことを、より効果的に抑制することができる。
【0066】
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。
【0067】
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、空気室１６６と燃料室１７６との両方に流れ制限部２００，３００を配置する構成であったが、例えば、空気室１６６と燃料室１７６とのいずれか一方だけに流れ制限部を配置する構成でもよい。
【0068】
上記実施形態では、ガス流路として、空気室１６６および燃料室１７６を例示したが、ガス流路は、必ずしも四方が囲まれた空間である必要はなく、要するに、空気極と燃料極とのいずれか一方の電極に面する空間であればよい。また、「流路画定部」として、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０等を挙げたが、これに限らず、例えば金属支持基板を有する、いわゆるメタルサポート型の燃料電池スタックでは、その金属支持基板は、流路画定部の一例である。
【0069】
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が流れ制限部２００，３００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が流れ制限部２００，３００を備えている必要はなく、少なくとも１つの発電単位１０２が流れ制限部２００，３００を備えていればよい。
【0070】
流れ制限部２００，３００の構成は種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、流れ制限部２００，３００は、２つの流れ規制部材を部分的に重ね合わせて上下方向の凹凸が形成された構成であったが、３つ以上の流れ規制部材を部分的に重ね合わせて上下方向の凹凸が形成された構成でもよい。また、流れ制限部２００，３００は、第１の流れ制限部材２１０，３１０と第２の流れ制限部材２２０，３２０とが一体的に形成された構成でもよい。また、流れ制限部２００，３００は、上下方向の凹凸を有しない平板状の形状でもよい。
【0071】
流れ制限部２００，３００は、上下方向視で発電領域Ｅに対して幅方向の両側に配置されていたが、例えば、発電領域Ｅに対して幅方向の一方側だけに配置されてもよい。また、流れ制限部２００，３００は、上下方向視で発電領域Ｅに対してガス流れ方向の少なくとも一方側において、ガスの主経路に重ならない位置に配置されてもよい。例えば空気極側流れ制限部２００を、空気極側フレーム１３０の孔１３１を形成する上記直交面１３１ｙにおける幅方向の端部付近に配置して、空気室１６６の角部へのＯＧの流れ込みを抑制してもよい。
【0072】
流れ制限部２００，３００の形成材料として、アルミナ製フェルトを例示したが、弾性を有する材料であればよく、例えば、アルミナ製フェルト以外のセラミックフェルト、マイカやバーミキュライト等でもよい。また、流れ制限部２００，３００の形成材料として、弾性を有する材料と弾性を有さない材料とを組み合わせて全体して弾性を有する構成としてもよい。さらに、作動温度がＳＯＦＣより低い燃料電池に本発明を適用する場合には、流れ制限部２００，３００の形成材料として耐熱性のゴムを用いてもよい。また、上記実施形態では、流れ制限部２００，３００の外形形状は、多角形状であったが、上記比較例の空気極側流れ制限部２００Ａと同じ形状でもよいし、それら以外の任意の形状でもよい。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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）や固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）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】
【0081】
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 ３２，３４，１３１，１４１：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 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 １２１，１８１：貫通孔 １２４：接合部 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 １３１ｘ，１４１ｘ：平行面 １３１ｙ，１４１ｙ：交差面 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 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 ２００，２００Ａ：空気極側流れ制限部 ２１０，３１０：第１の流れ制限部材 ２２０，３２０：第２の流れ制限部材 Ｅ：発電領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】