(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-14
(45)【発行日】2022-02-22
(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 20160101AFI20220215BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20220215BHJP
C25B 15/00 20060101ALI20220215BHJP
H01M 8/021 20160101ALI20220215BHJP
H01M 8/0247 20160101ALI20220215BHJP
H01M 8/0273 20160101ALI20220215BHJP
H01M 8/248 20160101ALI20220215BHJP
H01M 8/2483 20160101ALI20220215BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20220215BHJP
【ＦＩ】
H01M8/2465
C25B9/00 A
C25B15/00 302Z
H01M8/021
H01M8/0247
H01M8/0273
H01M8/248
H01M8/2483
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019137411
(22)【出願日】2019-07-26
(65)【公開番号】P2021022460
(43)【公開日】2021-02-18
【審査請求日】2021-03-08
(73)【特許権者】
【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】特許業務法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】眞邉 健太
(72)【発明者】
【氏名】堀田 信行
【審査官】小森 重樹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１０／０３８８６９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１５３６７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３１７４９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０６６４１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２９６２７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０５８１０１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／２４６５
Ｃ２５Ｂ ９／００
Ｃ２５Ｂ １５／００
Ｈ０１Ｍ ８／０２１
Ｈ０１Ｍ ８／０２４７
Ｈ０１Ｍ ８／０２７３
Ｈ０１Ｍ ８／２４８
Ｈ０１Ｍ ８／２４８３
Ｈ０１Ｍ ８／１２
(57)【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一方である第１の電極に対向する集電部を有するインターコネクタと、
前記第１の電極に面する第１のガス室、または前記空気極と前記燃料極との他方である第２の電極に面する第２のガス室を取り囲む第１の貫通孔が形成されたフレーム部材と、
第２の貫通孔が形成され、前記第２の貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が前記単セルの周縁部と接合され、前記第１のガス室と前記第２のガス室とを区画する第１のセパレータと、
第３の貫通孔が形成され、前記第３の貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が前記インターコネクタの周縁部と接合された第２のセパレータと、
前記第１の電極と前記集電部との間に配置され、前記第１の電極と前記集電部とを接合する導電性の接合部と、
を備える電気化学反応単位が前記第１の方向に複数並べて配置された電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックにおける前記第１の方向の両側にそれぞれ位置する一対のエンド部材と、
前記フレーム部材と前記第１のセパレータと前記第２のセパレータと前記一対のエンド部材とを前記第１の方向に貫く貫通孔に挿入され、前記電気化学反応ブロックを締結する締結部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記一対のエンド部材の少なくとも一方には、少なくとも前記電気化学反応ブロック側に開口する空間であって、前記第１の方向視で輪郭線が前記単セルを内包する空間が形成されており、
少なくとも１つの前記電気化学反応単位に含まれる前記第１のセパレータまたは前記第２のセパレータである特定セパレータは、
前記貫通孔周囲部を含む内側部と、
前記内側部より外周側に位置する外側部と、
前記内側部と前記外側部とを連結し、かつ、前記内側部と前記外側部との両方に対して、前記第１の方向の一方側に突出している連結部と、
を備え、
前記電気化学反応セルスタックは、さらに、
一の前記電気化学反応単位の前記第１の電極に接続される前記接合部と、他の前記電気化学反応単位の前記第１の電極に接続される前記接合部と、の間に位置する金属部材であって、前記締結部材が挿入される貫通孔が形成され、厚さが１ｍｍ以上である金属部材を備える、
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、前記金属部材の厚さは、前記電気化学反応単位を構成する他のどの部材よりも厚い、
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、前記金属部材は、前記第１の方向においてＭ（Ｍは１以上の整数）番目に位置する前記接合部と、Ｎ（ＮはＭより大きい整数）番目に位置する前記接合部と、の間に挟まれ、
式：Ｌ×０．３≦Ｍ＜Ｎ≦Ｌ×０．７
ただし、
Ｌ：前記電気化学反応セルスタックに含まれる前記電気化学反応単位の総数
を満たす、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項4】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記金属部材は、前記第２のセパレータに接合されており、
前記金属部材と、前記第２のセパレータと、前記インターコネクタとは、いずれもステンレスで形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項5】
請求項１から請求項４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、前記金属部材は、前記フレーム部材の形成材料よりも熱伝導率の高い材料で形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項6】
請求項５に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、前記電気化学反応セルスタックには、前記電気化学反応セルスタックの外部から酸化剤ガスが導入され、前記酸化剤ガスを各前記電気化学反応単位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と、各前記電気化学反応単位から排出された前記酸化剤ガスを前記電気化学反応セルスタックの外部に排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールドと、が形成されており、
前記金属部材は、前記酸化剤ガス供給マニホールドおよび前記酸化剤ガス排出マニホールドに連通するガス流路に面している、
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、燃料電池発電単位（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。）に複数並べて配置された積層体（以下、「発電ブロック」という。）を備える燃料電池スタックの形態で利用される。発電単位は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）を備える。単セルは、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。
【0003】
燃料電池スタックは、さらに、発電ブロックにおける第１の方向の両側にそれぞれ位置する一対のエンド部材と、発電ブロックおよび一対のエンド部材を第１の方向に貫く貫通孔に挿入され、発電ブロックを締結する締結部材とを備える。
【0004】
発電単位は、また、空気極に対向する空気極側集電部を有するインターコネクタと、空気極と空気極側集電部との間に配置され、空気極と空気極側集電部とを接合する導電性の接合部（以下、単に「接合部」という。）とを備える。接合部により、空気極側集電部が空気極と電気的に接続され、単セルにおいて生成された電気エネルギーが空気極側集電部を介して取り出し可能となる。
【0005】
上述した構成である燃料電池スタックは、以下の工程を経て製造される。まず、複数の発電単位の構成要素となる各部材（単セルなど）と、一対のエンド部材とが所定の配列方向に並べて配置された積層体を作製する。次に、当該積層体における上下方向視で単セルと重なる部分（つまり、締結部材によって直接締結されている部分でない側の部分）を上方から治具により押圧することにより、当該積層体の当該部分に上下方向の圧縮荷重（以下、単に「圧縮荷重」という。）を加える。これにより、各発電単位において、空気極と空気極側集電部が硬化前の接合部に密着した状態となる。空気極と空気極側集電部が硬化前の接合部に密着した状態で硬化前の接合部を焼成する処理を行うことにより、接合部を形成する（以下、この工程を「接合工程」という。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第２０１６／１５２９２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記の接合工程において、治具による圧縮荷重が一部の発電単位に偏ることがある。例えば、治具による圧縮荷重が一方側（上下方向の内、治具で押圧される側）に位置する発電単位に偏り、その結果、他方側に位置する発電単位にかかる圧縮荷重が比較的小さくなることがある。そのため、上記他方側に位置する発電単位における空気極と接合部との界面および／または空気極側集電部と接合部との界面の接触面積が小さくなり、これにより、燃料電池スタックの使用時において当該発電単位における空気極と接合部との界面および／または空気極側集電部と接合部との界面が剥離することがある。
【0008】
従って、従来の燃料電池スタックの構成では、空気極と接合部との界面および／または空気極側集電部と接合部との界面で剥離（以下、単に「接合部の剥離」という。）が発生して電気化学反応セルスタックの電気的性能が低下するおそれがある。
【0009】
なお、このような課題は、燃料極に対向する燃料極側集電部を有するインターコネクタと、燃料極と燃料極側集電部との間に配置され、燃料極と燃料極側集電部とを接合する導電性の接合部とを備える燃料電池スタックにおいても、接合部の剥離に起因する同様の課題が発生する。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問題である。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、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。
【0010】
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】
【0011】
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。
【0012】
（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一方である第１の電極に対向する集電部を有するインターコネクタと、前記第１の電極に面する第１のガス室、または前記空気極と前記燃料極との他方である第２の電極に面する第２のガス室を取り囲む第１の貫通孔が形成されたフレーム部材と、第２の貫通孔が形成され、前記第２の貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が前記単セルの周縁部と接合され、前記第１のガス室と前記第２のガス室とを区画する第１のセパレータと、第３の貫通孔が形成され、前記第３の貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が前記インターコネクタの周縁部と接合された第２のセパレータと、前記第１の電極と前記集電部との間に配置され、前記第１の電極と前記集電部とを接合する導電性の接合部と、を備える電気化学反応単位が前記第１の方向に複数並べて配置された電気化学反応ブロックを備える。前記電気化学反応セルスタックは、さらに、前記電気化学反応ブロックにおける前記第１の方向の両側にそれぞれ位置する一対のエンド部材と、前記フレーム部材と前記第１のセパレータと前記第２のセパレータと前記一対のエンド部材とを前記第１の方向に貫く貫通孔に挿入され、前記電気化学反応ブロックを締結する締結部材と、を備える。前記一対のエンド部材の少なくとも一方には、少なくとも前記電気化学反応ブロック側に開口する空間であって、前記第１の方向視で輪郭線が前記単セルを内包する空間が形成されている。少なくとも１つの前記電気化学反応単位に含まれる前記第１のセパレータまたは前記第２のセパレータである特定セパレータは、前記貫通孔周囲部を含む内側部と、前記内側部より外周側に位置する外側部と、前記内側部と前記外側部とを連結し、かつ、前記内側部と前記外側部との両方に対して、前記第１の方向の一方側に突出している連結部と、を備える。前記電気化学反応セルスタックは、さらに、一の前記電気化学反応単位（以下、「第１の電気化学反応単位」という。）の前記接合部と、他の前記電気化学反応単位（以下、「第２の電気化学反応単位」という。）の前記接合部と、の間に位置する金属部材であって、前記締結部材が挿入される貫通孔が形成され、厚さが１ｍｍ以上である金属部材を備える。
【0013】
前記電気化学反応セルスタックは、上記のような構成である前記金属部材を備えるので、下記の通り、前記接合部の剥離を抑制することができる。前記金属部材は、厚さが１ｍｍ以上であるので剛性が高い。前記金属部材は、前記金属部材に形成された前記貫通孔に挿入された前記締結部材により、前記フレーム部材、前記エンド部材と共に締結されている。前記電気化学反応セルスタックでは、そのような構成である前記金属部材が第１の電気化学反応単位の前記接合部と第２の電気化学反応単位の前記接合部の間に備えられるので、前記接合部を形成する接合工程において、治具による圧縮荷重は、前記金属部材に対して前記第１の方向の第１の電気化学反応単位の側に位置する前記電気化学反応単位と、前記金属部材に対して前記第１の方向の第２の電気化学反応単位の側に位置する前記電気化学反応単位とに比較的均等に分散される。これにより、上述の圧縮荷重の偏りが緩和される。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、一部の前記発電単位（例えば、前記第１の方向の第２の電気化学反応単位の側に位置する前記発電単位）における前記空気極と前記接合部との界面および／または前記空気極側集電部と前記接合部との界面の接触面積が小さくなることが抑制され、ひいては、前記電気化学反応セルスタックの使用時における前記接合部の剥離を抑制することができる。
【0014】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記金属部材の厚さは、前記電気化学反応単位を構成する他のどの部材よりも厚い構成としてもよい。そのような構成では、比較的薄い他の部材の剛性が低い。従って、そのような構成において前記金属部材が備えられない場合には、前記接合部を形成する接合工程における圧縮荷重が特に偏り易い。一方で、比較的厚い前記金属部材は剛性が高いので、このような前記金属部材を備えることにより、上述の圧縮荷重の偏りがより確実に緩和される。従って、そのような構成（前記金属部材が前記電気化学反応セルスタックを構成する他のどの部材よりも厚い構成）で本発明を適用すると特に効果的である。
【0015】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記金属部材は、下記の（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たす構成としてもよい。
（Ａ）前記第１の方向においてＭ（Ｍは１以上の整数）番目に位置する前記接合部と、Ｎ（ＮはＭより大きい整数）番目に位置する前記接合部と、の間に挟まれている。
（Ｂ）式：Ｌ×０．３≦Ｍ＜Ｎ≦Ｌ×０．７
ただし、Ｌ：前記電気化学反応セルスタックに含まれる前記電気化学反応単位の総数
本電気化学反応セルスタックによれば、前記接合部を形成する接合工程において、治具による圧縮荷重は、前記金属部材に対して前記第１の方向の第１の電気化学反応単位の側に位置する前記電気化学反応単位と、前記金属部材に対して前記第１の方向の第２の電気化学反応単位の側に位置する前記電気化学反応単位とに、より均等に分散される。その結果、上述の圧縮荷重の偏りが、より効果的に緩和される。そのため、前記電気化学反応セルスタックによれば、圧縮荷重の偏りに起因して前記空気極と前記接合部との界面および／または前記空気極側集電部と前記接合部との界面の接触面積が小さくなることをより効果的に抑制することができる。
（Ａ）前記第１の方向においてＭ（Ｍは１以上の整数）番目に位置する前記接合部と、Ｎ（ＮはＭより大きい整数）番目に位置する前記接合部と、の間に挟まれている。
（Ｂ）式：Ｌ×０．３≦Ｍ＜Ｎ≦Ｌ×０．７
ただし、Ｌ：前記電気化学反応セルスタックに含まれる前記電気化学反応単位の総数
本電気化学反応セルスタックによれば、前記接合部を形成する接合工程において、治具による圧縮荷重は、前記金属部材に対して前記第１の方向の第１の電気化学反応単位の側に位置する前記電気化学反応単位と、前記金属部材に対して前記第１の方向の第２の電気化学反応単位の側に位置する前記電気化学反応単位とに、より均等に分散される。その結果、上述の圧縮荷重の偏りが、より効果的に緩和される。そのため、前記電気化学反応セルスタックによれば、圧縮荷重の偏りに起因して前記空気極と前記接合部との界面および／または前記空気極側集電部と前記接合部との界面の接触面積が小さくなることをより効果的に抑制することができる。
【0016】
（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記金属部材は、前記第２のセパレータに接合されており、前記金属部材と、前記第２のセパレータと、前記インターコネクタとは、いずれもステンレスで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では、前記金属部材と、前記第２のセパレータと、前記インターコネクタとのいずれかがステンレス以外の材料で形成されている場合に比べて、前記金属部材と、記第２のセパレータおよび前記インターコネクタとの間の熱膨張係数の差が小さくなる。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記金属部材と記第２のセパレータおよび前記インターコネクタとの間の熱膨張係数の差に起因して前記金属部材と前記第２のセパレータとの間の接合強度が損なわれることを抑制することができる。
【0017】
（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記金属部材は、前記フレーム部材の形成材料よりも熱伝導率の高い材料で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、前記電気化学反応セルスタックの放熱性をより向上させることができる。
【0018】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記電気化学反応セルスタックには、前記電気化学反応セルスタックの外部から酸化剤ガスが導入され、前記酸化剤ガスを各前記電気化学反応単位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と、各前記電気化学反応単位から排出された前記酸化剤ガスを前記電気化学反応セルスタックの外部に排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールドと、が形成されており、前記金属部材は、前記酸化剤ガス供給マニホールドおよび前記酸化剤ガス排出マニホールドに連通するガス流路に面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、前記電気化学反応セルスタック内を通るガスの熱をより効果的に放出することができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、前記電気化学反応セルスタックの放熱性をより向上させることができる。
【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．装置構成：
（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６，７，９）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６，７，９）のＩＩＩ－ＩＩＩ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４以降についても同様である。
Ａ－１．装置構成：
（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６，７，９）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６，７，９）のＩＩＩ－ＩＩＩ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４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１０個の）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という。）１０２と、金属部材１０７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。１０個の発電単位１０２と金属部材１０７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。金属部材１０７は、上から５番目（下から６番目）に位置する発電単位１０２の下側に隣接するように配置されている。従って、金属部材１０７は、金属部材１０７よりも上側に配置された発電単位１０２が備える後述の接合部１３８と、金属部材１０７よりも下側に配置された発電単位１０２が備える接合部１３８との間に位置している。下端用セパレータ１８９は、１０個の発電単位１０２および金属部材１０７から構成される集合体の下側に隣接して配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、１０個の発電単位１０２と金属部材１０７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。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【0023】
燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、金属部材１０７、下端用セパレータ１８９、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８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、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート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。
【0024】
各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。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。なお、ボルト２２およびナット２４は、特許請求の範囲における締結部材に相当する。連通孔１０８は、特許請求の範囲における「締結部材が挿入される貫通孔」に相当する。
【0025】
各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における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）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。
【0026】
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軸方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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に供給する燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、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。
【0027】
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。また、図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａ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を形成するボルト２２Ｂ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を形成するボルト２２Ｄ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を形成するボルト２２Ｅ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。
【0028】
（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、後述の孔１０４Ａ，１０６Ａが形成された略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート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、下側のエンドプレート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、後述の孔１０４Ａ，１０６Ａが形成された略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート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、下側のエンドプレート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。
【0029】
上側のエンドプレート１０４には、中央付近に上下方向に貫通する孔１０４Ａが形成されている。下側のエンドプレート１０６には、中央付近に上下方向に貫通する孔１０６Ａが形成されている。この結果、上側のエンドプレート１０４の孔１０４Ａによって取り囲まれた空間は、発電ブロック１０３側に開口し、上下方向視で輪郭線が単セル１１０を内包している。下側のエンドプレート１０６の孔１０６Ａによって取り囲まれた空間は、発電ブロック１０３側に開口し、上下方向視で輪郭線が単セル１１０を内包している。また、上側のエンドプレート１０４における孔１０４Ａの周囲部分は、空気極側フレーム１３０の周縁部に対向している。下側のエンドプレート１０６における孔１０６Ａの周囲部分は、燃料極側フレーム１４０の周縁部に対向している。なお、エンドプレート１０４，１０６は、特許請求の範囲におけるエンド部材に相当する。
【0030】
（下端用セパレータ１８９の構成）
下端用セパレータ１８９は、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の中央付近には、発電ブロック１０３において最も下に位置する発電単位１０２の燃料極側集電体１４４が接合されている。下端用セパレータ１８９の周縁部は、発電ブロック１０３と下側のエンドプレート１０６との間に挟み込まれている。
下端用セパレータ１８９は、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の中央付近には、発電ブロック１０３において最も下に位置する発電単位１０２の燃料極側集電体１４４が接合されている。下端用セパレータ１８９の周縁部は、発電ブロック１０３と下側のエンドプレート１０６との間に挟み込まれている。
【0031】
（発電単位１０２の構成）
図４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および金属部材１０７のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５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および金属部材１０７のＹＺ断面構成を示す説明図である。図５の上部には、発電単位１０２の一部分のＹＺ断面構成が拡大して示されている。また、図６は、図４のＶＩ－ＶＩ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７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ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４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および金属部材１０７のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５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および金属部材１０７のＹＺ断面構成を示す説明図である。図５の上部には、発電単位１０２の一部分のＹＺ断面構成が拡大して示されている。また、図６は、図４のＶＩ－ＶＩ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７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ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４および図５に示すように、発電単位１０２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、燃料極側集電体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、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【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四角柱状の空気極側集電部１３４とを備えている。インターコネクタ１９０は、導電性部材であり、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。インターコネクタ１９０の上下方向の厚さは、１ｍｍ未満である。空気極側集電部１３４の構成については後述する。インターコネクタ１９０は、上下方向視で空気極側フレーム１３０の後述の孔１３１の内側に収まっている。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。なお、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２のインターコネクタ１９０は、後述するＩＣ用セパレータ１８０に接触しており、ＩＣ用セパレータ１８０を介して上側のエンドプレート１０４に電気的に接続されている。
【0034】
なお、本実施形態では、インターコネクタ１９０の表面に、例えばＣｒ酸化物により構成された酸化被膜層１９４が形成されており、さらに酸化被膜層１９４の上に、例えばスピネル型酸化物により構成された被覆層１９６が形成されている。以下では、表面に酸化被膜層１９４が形成され、さらに被覆層１９６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。
【0035】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２の上下方向（第１の方向）の一方側（下側）に配置された燃料極（アノード）１１６と、電解質層１１２の上下方向の他方側（上側）に配置された空気極（カソード)１１４と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された中間層１１８とを備える。すなわち、空気極１１４および燃料極１１６は、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向している。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、中間層１１８を支持する燃料極支持形の単セルである。
【0036】
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、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。すなわち、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）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。
【0037】
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、多孔質な層である。本実施形態では、空気極１１４は、ペロブスカイト型酸化物であるＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）とＬＳＣ（ランタンストロンチウムコバルト酸化物）との少なくとも一方から構成されている。本実施形態では、空気極１１４は、特許請求の範囲における第１の電極に相当する。
【0038】
燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。本実施形態では、燃料極１１６は、特許請求の範囲における第２の電極に相当する。
【0039】
中間層１１８は、略矩形の平板形状部材であり、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）を含むように形成されている。中間層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。
【0040】
なお、単セル１１０を構成する各部材（電解質層１１２，燃料極１１６，空気極１１４，中間層１１８）の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）はいずれも１ｍｍ未満である。
【0041】
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における孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。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、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。言い換えると、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部は、単セル１１０の周縁部と接合されている。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が抑制される。なお、単セル用セパレータ１２０は、特許請求の範囲における第１のセパレータに相当する。孔１２１は、特許請求の範囲における第２の貫通孔に相当する。
【0042】
電解質層１１２における接合部１２４に対して空気室１６６側には、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、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リーク（クロスリーク）が効果的に抑制される。
【0043】
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における上側の表面の周縁部と、例えば溶接により接合されている。ＩＣ用セパレータ１８０は、発電単位１０２の上側と下側にそれぞれ配置されている。上側のＩＣ用セパレータ１８０は、発電単位１０２の最上層の周縁部を構成している。上側のＩＣ用セパレータ１８０により、空気室１６６と、上側に隣接する発電単位１０２における燃料室１７６とが区画される。なお、金属部材１０７の下側に隣接する発電単位１０２が備える上側のＩＣ用セパレータ１８０は、金属部材１０７に、例えば溶接により接合されている。下側のＩＣ用セパレータ１８０は、発電単位１０２の最下層の周縁部を構成している。下側のＩＣ用セパレータ１８０により、燃料室１７６と、下側に隣接する発電単位１０２における空気室１６６とが区画される。上記のように区画するＩＣ用セパレータ１８０により、単セル１１０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、ＩＣ用セパレータ１８０は、特許請求の範囲における第２のセパレータに相当する。孔１８１は、特許請求の範囲における第３の貫通孔に相当する。
【0044】
図４から図６に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下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の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）は、１ｍｍ未満である。空気極側フレーム１３０の熱伝導率は０．６７Ｗ／ｍ・Ｋである。空気極側フレーム１３０は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。すなわち、空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気室１６６を取り囲んでいる。空気極側フレーム１３０は、単セル用セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、上側のＩＣ用セパレータ１８０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部とに接触しており、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に含まれる一対の単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ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。なお、空気極側フレーム１３０は、特許請求の範囲におけるフレーム部材に相当する。本実施形態では、孔１３１は、特許請求の範囲における第１の貫通孔に相当する。本実施形態では、空気室１６６は、特許請求の範囲における第１のガス室に相当する。
【0045】
図４，５，７に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下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の上下方向の厚さは、１ｍｍ未満である。燃料極側フレーム１４０の熱伝導率は１９Ｗ／ｍ・Ｋである。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における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、下側のＩＣ用セパレータ１８０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。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。なお、燃料極側フレーム１４０は、特許請求の範囲におけるフレーム部材に相当する。本実施形態では、孔１４１は、特許請求の範囲における第１の貫通孔に相当する。本実施形態では、燃料室１７６は、特許請求の範囲における第２のガス室に相当する。
【0046】
図４，５，７に示すように、燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体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。燃料極側集電体１４４の上下方向の厚さは、１ｍｍ未満である。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対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における燃料極１１６に対向する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、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下端用セパレータ１８９に接触しており、下端用セパレータ１８９を介して下側のエンドプレート１０６に電気的に接続されている。燃料極側集電体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（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、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、燃料極側集電体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、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１９０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。
【0047】
図４から図６に示すように、上述したインターコネクタ１９０を構成する空気極側集電部１３４は、単セル１１０の空気極１１４の側、すなわち、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電部１３４は、空気極１１４に対向しており、後述する接合部１３８を介して空気極１１４と電気的に接合されている。なお、金属部材１０７の上側に隣接する発電単位１０２における空気極側集電部１３４は、金属部材１０７に対向しており、接合部１３８を介して金属部材１０７と電気的に接合されている。空気極側集電部１３４は、特許請求の範囲における集電部に相当する。
【0048】
図４および図５に示すように、空気極１１４と、インターコネクタ１９０を構成する空気極側集電部１３４とは、空気極１１４と空気極側集電部１３４との間に配置された導電性の接合部１３８により接合されている。接合部１３８は、Ｍｎを含有する材料、例えばＭｎを含有するスピネル型結晶構造を有する酸化物（例えば、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４やＭｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４、ＣｕＭｎ２Ｏ４）により形成されている。接合部１３８により、空気極１１４と空気極側集電部１３４とが電気的に接続される。本実施形態では、接合部１３８は、各空気極側集電部１３４について互いに独立して設けられている。ただし、一の空気極側集電部１３４に設けられた接合部１３８と、他の空気極側集電部１３４に設けられた接合部１３８とが、一体的に（連続的に）構成されていてもよい。
【0049】
Ａ－２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４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孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５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孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
図２および図４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孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５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孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【0050】
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は接合部１３８を介してインターコネクタ１９０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介してインターコネクタ１９０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。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。
【0051】
各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、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、さらに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、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、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、さらに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（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【0052】
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に供給された酸化剤ガスＯＧの一部は、後述のガス流路１６７に供給され、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を経て、上記と同様にガス通路部材２７等を経て燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【0053】
Ａ－３．単セル用セパレータ１２０，ＩＣ用セパレータ１８０の詳細構成：
図８は、単セル用セパレータ１２０，ＩＣ用セパレータ１８０の詳細構成を示す説明図である。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（単セル用セパレータ１２０における孔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は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行である。外側部１２７は、単セル用セパレータ１２０の周縁部を含んでいる。本実施形態では、外側部１２７は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行である。
図８は、単セル用セパレータ１２０，ＩＣ用セパレータ１８０の詳細構成を示す説明図である。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（単セル用セパレータ１２０における孔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は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行である。外側部１２７は、単セル用セパレータ１２０の周縁部を含んでいる。本実施形態では、外側部１２７は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行である。
【0054】
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、上下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。連結部１２８は、例えば、プレス加工により形成される。
【0055】
単セル用セパレータ１２０は、上下方向における位置が内側部１２６および外側部１２７とは異なる連結部１２８を含んでいるので、上下方向に垂直な方向に容易に伸び縮みするばね性を有する。ばね性を有する単セル用セパレータ１２０により、燃料電池スタック１００の内、上下方向視で単セル１１０に重なる部分（単セル１１０、インターコネクタ１９０など）と、ボルト２２とナット２４とによって直接締結された側の部分（空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、エンドプレート１０４，１０６など）との間の圧力の伝達が分離される。
【0056】
単セル用セパレータ１２０の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）ｔ１は、１ｍｍ未満である。単セル用セパレータ１２０の厚さｔ１は、０．０１ｍｍ以上であればよく、耐酸化性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０３ｍｍ以上、より好ましくは０．０５ｍｍ以上であって、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。単セル用セパレータ１２０の厚さｔ１を０．０３ｍｍ以上とすることにより、単セル用セパレータ１２０の耐酸化性の低下を抑制することができ、単セル用セパレータ１２０の厚さｔ１を０．２ｍｍ以下とすることにより、連結部１２８のバネ性を一定程度以上確保することができる。このため、熱サイクルやヒートショック等によって単セル１１０またはインターコネクタ１９０を面方向に変形させる圧縮荷重がかかった場合に、単セル用セパレータ１２０の連結部１２８の存在により、単セル１１０やインターコネクタ１９０に発生する応力が緩和される。
【0057】
単セル用セパレータ１２０の連結部１２８の凹部の深さ（上下方向の深さ）（以下、「連結部深さＨ１」という。）は単セル用セパレータ１２０の板厚ｔ１より大きいことが好ましい。連結部深さＨ１を単セル用セパレータ１２０の板厚ｔ１より大きくすることにより、単セル１１０やインターコネクタ１９０に発生する応力が緩和される効果を確保することができる。
【0058】
ＩＣ用セパレータ１８０は、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部（ＩＣ用セパレータ１８０における孔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。外側部１８７は、ＩＣ用セパレータ１８０の周縁部を含んでいる。本実施形態では、内側部１８６は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行である。本実施形態では、外側部１８７は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行である。
【0059】
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（燃料室１７６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、上下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。連結部１８８は、例えば、プレス加工により形成される。
【0060】
ＩＣ用セパレータ１８０は、上下方向における位置が内側部１８６および外側部１８７とは異なる連結部１８８を含んでいるので、ＩＣ用セパレータ１８０は上下方向に垂直な方向に容易に伸び縮みするばね性を有する。ばね性を有するＩＣ用セパレータ１８０が、燃料電池スタック１００の内、上下方向視で単セル１１０に重なる部分（単セル１１０、インターコネクタ１９０など）と、ボルト２２とナット２４とによって直接締結された側の部分（空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、エンドプレート１０４，１０６など）との間の圧力の伝達が分離される。
【0061】
ＩＣ用セパレータ１８０の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）ｔ２は、１ｍｍ未満である。ＩＣ用セパレータ１８０は、単セル用セパレータ１２０の場合の上記理由と同様の理由から、単セル用セパレータ１２０の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）ｔ２は、０．０１ｍｍ以上であればよく、耐酸化性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０３ｍｍ以上、より好ましくは０．０５ｍｍ以上であって、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。熱サイクルやヒートショック等によって単セル１１０またはインターコネクタ１９０を面方向に変形させる圧縮荷重がかかった場合に、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の存在により、単セル１１０やインターコネクタ１９０に発生する応力が緩和される。
【0062】
ＩＣ用セパレータ１８０は、単セル用セパレータ１２０の場合の上記理由と同様の理由から、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８の凹部の深さ（上下方向の深さ）Ｈ２はＩＣ用セパレータ１８０の厚さｔ２より大きいことが好ましい。
【0063】
Ａ－４．金属部材１０７の詳細構成：
図９は、図４のＩＸ－ＩＸの位置における金属部材１０７のＸＹ断面構成を示す説明図である。図４，５，９に示すように、金属部材１０７は、略矩形の板状の導電性部材であり、ステンレス（例えば、ＳＵＳ材）で形成されている。金属部材１０７の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋである。金属部材１０７の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）ｔ３は、１ｍｍ以上（例えば、２．０ｍｍ）である。ここでいう「金属部材１０７の厚さｔ３は１ｍｍ以上」は、金属部材１０７の上下方向（Ｚ軸方向）の厚さをＸ軸方向とＹ軸方向に１ｍｍピッチで計測することにより得られる各測定値の平均値が１ｍｍ以上であることを意味する。なお、上述した通り、金属部材１０７は、金属部材１０７の下側に隣接する発電単位１０２が備える上側のＩＣ用セパレータ１８０に、例えば溶接により接合されている。
図９は、図４のＩＸ－ＩＸの位置における金属部材１０７のＸＹ断面構成を示す説明図である。図４，５，９に示すように、金属部材１０７は、略矩形の板状の導電性部材であり、ステンレス（例えば、ＳＵＳ材）で形成されている。金属部材１０７の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋである。金属部材１０７の厚さ（板厚）（上下方向の厚さ）ｔ３は、１ｍｍ以上（例えば、２．０ｍｍ）である。ここでいう「金属部材１０７の厚さｔ３は１ｍｍ以上」は、金属部材１０７の上下方向（Ｚ軸方向）の厚さをＸ軸方向とＹ軸方向に１ｍｍピッチで計測することにより得られる各測定値の平均値が１ｍｍ以上であることを意味する。なお、上述した通り、金属部材１０７は、金属部材１０７の下側に隣接する発電単位１０２が備える上側のＩＣ用セパレータ１８０に、例えば溶接により接合されている。
【0064】
金属部材１０７の上側に隣接する発電単位１０２における下側のＩＣ用セパレータ１８０の表面（当該発電単位１０２の電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面）の周縁部には、空気極側フレーム１３０が接続されている。以下、当該空気極側フレーム１３０を特に指すときは、「特定空気極側フレーム１３０Ａ」という。金属部材１０７の上側の表面の周縁部は、特定空気極側フレーム１３０Ａに接触している。特定空気極側フレーム１３０Ａの孔１３１Ａは、ガス流路１６７を取り囲んでいる。すなわち、特定空気極側フレーム１３０Ａは、ガス流路１６７を構成している。ガス流路１６７は、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に連通している。金属部材１０７の上面は、ガス流路１６７に面している。
【0065】
図９に示すように、金属部材１０７におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿入される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【0066】
なお、金属部材１０７には、空気極側フレーム１３０における孔１３１や燃料極側フレーム１４０の孔１４１のように中央付近（上下方向視で単セル１１０に重なる部分）に上下方向に貫通する孔は形成されていない。従って、金属部材１０７は、当該孔が形成されている場合よりも高い剛性を有する。
【0067】
Ａ－５．燃料電池スタック１００の製造方法：
上述した構成である燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば、以下の通りである。はじめに、１０個の発電単位１０２の構成要素となる各部材（単セル１１０など）と、金属部材１０７と、一対のエンドプレート１０４，１０６とが所定の配列方向（例えば上下方向。以下、上下方向とした場合を例として説明する。）に並べて配置した積層体を作製する。この際、接合部１３８については、接合部１３８となる部材であって硬化前の部材（例えばペースト状接合剤）を、単セル１１０と空気極側集電部１３４の間と、金属部材１０７と空気極側集電部１３４の間とに配置する。
上述した構成である燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば、以下の通りである。はじめに、１０個の発電単位１０２の構成要素となる各部材（単セル１１０など）と、金属部材１０７と、一対のエンドプレート１０４，１０６とが所定の配列方向（例えば上下方向。以下、上下方向とした場合を例として説明する。）に並べて配置した積層体を作製する。この際、接合部１３８については、接合部１３８となる部材であって硬化前の部材（例えばペースト状接合剤）を、単セル１１０と空気極側集電部１３４の間と、金属部材１０７と空気極側集電部１３４の間とに配置する。
【0068】
次に、各部材に形成された連通孔１０８にボルト２２を挿入し、ボルト２２の両側にナット２４を嵌めることにより、上記積層体を締結する。
【0069】
次に、上記積層体における上下方向視で単セル１１０に重なる部分（つまり、ボルト２２とナット２４とによって直接締結されている部分でない側の部分）を上方から治具により押圧することにより、上記積層体の当該部分に上下方向の圧縮荷重（以下、単に「圧縮荷重」という。）を加える。これにより、各発電単位１０２において、空気極１１４と空気極側集電部１３４が硬化前の接合部に密着した状態となる。空気極１１４と空気極側集電部１３４が硬化前の接合部に密着した状態で硬化前の接合部を焼成する処理を行うことにより、接合部１３８を形成する（以下、このように接合部１３８を形成する工程を「接合工程」という。）。
【0070】
その他、残りの組み立て工程を行うことにより、上述した構成である燃料電池スタック１００の製造が完了する。
【0071】
Ａ－６．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、発電ブロック１０３を備える。発電ブロック１０３は、複数の発電単位１０２を備える。発電単位１０２は、単セル１１０と、インターコネクタ１９０と、空気極側フレーム１３０と、燃料極側フレーム１４０と、単セル用セパレータ１２０と、ＩＣ用セパレータ１８０と、接合部１３８とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。インターコネクタ１９０は、空気極１１４に対向する空気極側集電部１３４を有する。単セル用セパレータ１２０は、孔１２１が形成され、孔１２１を取り囲む部分である貫通孔周囲部が単セル１１０の周縁部と接合され、空気室１６６と燃料室１７６とを区画する。ＩＣ用セパレータ１８０は、孔１８１が形成され、孔１８１を取り囲む部分である貫通孔周囲部がインターコネクタ１９０の周縁部と接合されている。接合部１３８は、空気極１１４と空気極側集電部１３４との間に配置され、空気極１１４と空気極側集電部１３４とを接合する導電性の部材である。
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、発電ブロック１０３を備える。発電ブロック１０３は、複数の発電単位１０２を備える。発電単位１０２は、単セル１１０と、インターコネクタ１９０と、空気極側フレーム１３０と、燃料極側フレーム１４０と、単セル用セパレータ１２０と、ＩＣ用セパレータ１８０と、接合部１３８とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。インターコネクタ１９０は、空気極１１４に対向する空気極側集電部１３４を有する。単セル用セパレータ１２０は、孔１２１が形成され、孔１２１を取り囲む部分である貫通孔周囲部が単セル１１０の周縁部と接合され、空気室１６６と燃料室１７６とを区画する。ＩＣ用セパレータ１８０は、孔１８１が形成され、孔１８１を取り囲む部分である貫通孔周囲部がインターコネクタ１９０の周縁部と接合されている。接合部１３８は、空気極１１４と空気極側集電部１３４との間に配置され、空気極１１４と空気極側集電部１３４とを接合する導電性の部材である。
【0072】
本燃料電池スタック１００は、さらに、一対のエンドプレート１０４，１０６と、ボルト２２およびナット２４とを備える。一対のエンドプレート１０４，１０６は、発電ブロック１０３における上下方向の両側にそれぞれ位置する。ボルト２２およびナット２４は、空気極側フレーム１３０と燃料極側フレーム１４０と単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０と一対のエンドプレート１０４，１０６とを上下方向に貫く貫通孔に挿入され、発電ブロック１０３を締結するエンドプレート１０４，１０６には、発電ブロック１０３側に開口する空間であって、上下方向視で輪郭線が単セル１１０を内包する空間が形成されている。
【0073】
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（単セル用セパレータ１２０における孔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。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している。
【0074】
ＩＣ用セパレータ１８０は、内側部１８６と、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。内側部１８６は、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部（ＩＣ用セパレータ１８０における孔１８１を取り囲む部分）を含んでいる。外側部１８７は、ＩＣ用セパレータ１８０の周縁部を含んでいる。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している。
【0075】
上述の通り、本実施形態の燃料電池スタック１００では、エンドプレート１０４，１０６には、発電ブロック１０３側に開口する空間であって、上下方向視で輪郭線が単セル１１０を内包する空間が形成されている。本燃料電池スタック１００は、上述の構成である単セル用セパレータ１２０およびＩＣ用セパレータ１８０を備える。そのため、本燃料電池スタック１００では、発電ブロック１０３の内、燃料電池スタック１００の製造の際に治具により直接押圧される側の部分（つまり、上下方向視で単セル１１０に重なる部分）と、治具により直接押圧される側でない部分（つまり、ボルト２２とナット２４とによって直接締結された側の部分）との間の圧力の伝達が分離される。そのため、圧縮荷重の大きさの調整を、ボルト２２とナット２４とによる締結力の調整（すなわち、シール性の調整）から比較的独立して行うことができる。
【0076】
ここで、金属部材１０７を備えない従来の構成では、上記の接合工程において、治具による圧縮荷重が一方側（上下方向の内、治具で押圧される側。例えば上側）に位置する発電単位１０２に偏り、その結果、他方側（例えば下側）に位置する発電単位１０２にかかる圧縮荷重が比較的小さくなることがある。そのため、一方側に位置する発電単位１０２における空気極１１４と接合部１３８との界面および／または空気極側集電部１３４と接合部１３８との界面の接触面積が小さくなり、これにより、燃料電池スタック１００の使用時において当該発電単位１０２における空気極１１４と接合部１３８との界面および／または空気極側集電部１３４と接合部１３８との界面が剥離することがある。
【0077】
上述の連結部１２８を含む単セル用セパレータ１２０と、上述の構成である連結部１８８を含むＩＣ用セパレータ１８０とを備える構成では、上述したように圧力の伝達が分離されるため、ボルト２２およびナット２４による圧縮力が接合箇所（空気極１１４，接合部１３８，空気極側集電部１３４）に伝達されにくい。そのため、金属部材１０７を備えない従来の構成では、接合部１３８の剥離が生じ易い。
【0078】
これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００は、金属部材１０７を備える。金属部材１０７の厚さは１ｍｍ以上である。金属部材１０７には、燃料電池スタック１００を締結するボルト２２が挿入される連通孔１０８が形成されている。金属部材１０７は、金属部材１０７よりも上側に配置された発電単位１０２（以下、「第１の発電単位」という。）の接合部１３８と、金属部材１０７よりも下側に配置された発電単位１０２（以下、「第２の発電単位」という。）の接合部１３８との間に位置している。
【0079】
本燃料電池スタック１００は、このような構成である金属部材１０７を備えるので、下記の通り、接合部１３８の剥離を抑制することができる。金属部材１０７は、厚さが１ｍｍ以上であるので剛性が高い。金属部材１０７は、金属部材１０７に形成された連通孔１０８に挿入されたボルト２２およびナット２４により、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、エンドプレート１０４，１０６などと共に締結されている。本燃料電池スタック１００では、そのような構成である金属部材１０７が第１の発電単位の接合部１３８と第２の発電単位の接合部１３８の間に備えられるので、上記の接合工程において、治具による圧縮荷重は、金属部材１０７に対して上下方向の第１の発電単位の側（例えば上側）に位置する発電単位１０２と、金属部材１０７に対して上下方向の第２の発電単位の側（例えば下側）に位置する発電単位１０２とに比較的均等に分散される。これにより、上述の圧縮荷重の偏りが緩和される。そのため、本燃料電池スタック１００によれば、一部の発電単位１０２（例えば、前記上下方向の第２の発電単位の側に位置する発電単位１０２）における空気極１１４と接合部１３８との界面および／または空気極側集電部１３４と接合部１３８との界面の接触面積が小さくなることが抑制され、ひいては、燃料電池スタック１００の使用時における接合部１３８の剥離を抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料電池スタック１００の使用時における第１の接合部１３８Ａの剥離に起因して燃料電池スタック１００の電気的性能が低下することを抑制することができる。
【0080】
また、本燃料電池スタック１００では、金属部材１０７の厚さは、発電単位１０２を構成する他のどの部材よりも厚い。そのような構成では、比較的薄い他の部材の剛性が低い。従って、そのような構成において金属部材１０７が備えられない場合には、上記の接合工程における圧縮荷重が特に偏り易い。一方で、比較的厚い金属部材１０７は剛性が高いので、このような金属部材１０７を備えることにより、上述の圧縮荷重の偏りがより確実に緩和される。従って、そのような構成（金属部材１０７が燃料電池スタック１００を構成する他のどの部材よりも厚い構成）で本発明を適用すると特に効果的である。
【0081】
また、本燃料電池スタック１００では、金属部材１０７は、上から５番目（下から６番目）に位置する発電単位１０２の下側に隣接するように配置されている。従って、金属部材１０７は、燃料電池スタック１００に含まれる１０個の接合部１３８の内、上から５番目に位置する接合部１３８と、６番目に位置する接合部１３８との間に挟まれる。言い換えれば、金属部材１０７は、燃料電池スタック１００の内、上下方向（単セル１１０や接合部１３８の並び方向）の中央付近に位置する２つの接合部１３８の間に配置される。金属部材１０７がこのような位置に配置されるので、上記の接合工程において、治具による圧縮荷重は、金属部材１０７に対して上下方向の一方側に位置する発電単位１０２と、他方側に位置する発電単位１０２とに、より均等に分散される。その結果、上述の圧縮荷重の偏りが、より効果的に緩和される。そのため、本燃料電池スタック１００によれば、圧縮荷重の偏りに起因して空気極１１４と接合部１３８との界面および／または空気極側集電部１３４と接合部１３８との界面の接触面積が小さくなることをより効果的に抑制することができる。
【0082】
また、本燃料電池スタック１００では、金属部材１０７と、ＩＣ用セパレータ１８０と、インターコネクタ１９０とがいずれもステンレスで形成されている。
【0083】
ここで、金属部材１０７と、ＩＣ用セパレータ１８０と、インターコネクタ１９０とが互いに異なる材料で形成された場合、金属部材１０７と、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０との間で熱膨張係数が異なると、金属部材１０７とＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０との間の熱膨張係数の差に起因して金属部材１０７とＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０とが変位し、これにより金属部材１０７とＩＣ用セパレータ１８０との間の接合強度が不十分となるおそれがある。
【0084】
これに対し、本燃料電池スタック１００では、上記の通り、金属部材１０７と、ＩＣ用セパレータ１８０と、インターコネクタ１９０とがいずれもステンレスで形成されている。これにより、金属部材１０７と、ＩＣ用セパレータ１８０と、インターコネクタ１９０とのいずれかがステンレス以外の材料で形成されている場合に比べて、金属部材１０７と、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０との間の熱膨張係数の差が小さくなる。そのため、本燃料電池スタック１００によれば、金属部材１０７とＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０との間の熱膨張係数の差に起因して金属部材１０７とＩＣ用セパレータ１８０との間の接合強度が損なわれることを抑制することができる。
【0085】
また、本燃料電池スタック１００では、空気極側フレーム１３０の形成材料よりも熱伝導率の高い材料で形成されている金属部材１０７を備えている。そのため、燃料電池スタック１００の放熱性をより向上させることができる。
【0086】
また、本燃料電池スタック１００では、金属部材１０７はガス流路１６７に面している。そのため、燃料電池スタック１００内を通るガス（ガス流路１６７を通る酸化剤ガスＯＧ）の熱をより効果的に放出することができる。従って、本燃料電池スタック１００によれば、燃料電池スタック１００の放熱性をより向上させることができる。
【0087】
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。
【0088】
また、上記実施形態において、上側のエンドプレート１０４の孔１０４Ａと下側のエンドプレート１０６の孔１０６Ａの一方が形成されていなくてもよい。上側のエンドプレート１０４の孔１０４Ａと下側のエンドプレート１０６の孔１０６Ａの一方が形成されていない構成では、形成されていない部材は特許請求の範囲におけるエンド部材に含まれない。
【0089】
また、上記実施形態では、発電単位１０２を構成する金属部材１０７以外の各部材の上下方向の厚さ（板厚）は、いずれも１ｍｍ未満である（つまり、金属部材１０７の厚さ（板厚）よりも薄い）が、上記実施形態において、発電単位１０２を構成する金属部材１０７以外の各部材の上下方向の厚さ（板厚）が１ｍｍ以上であってもよい。
【0090】
上記実施形態では、金属部材１０７は、上側のＩＣ用セパレータ１８０に接合されているが、発電単位１０２の最上層を構成するインターコネクタ１９０に接合されていてもよく、当該ＩＣ用セパレータ１８０と当該インターコネクタ１９０の両方に接合されていてもよい。
【0091】
また、上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０の連結部１２８は、内側部１２６と外側部１２７よりも下側に突出するように湾曲した形状となっているが、上側に突出するように湾曲した形状となっていてもよい。この場合においても、単セル用セパレータ１２０は、上下方向における位置が内側部１２６および外側部１２７とは異なる連結部１２８を含んでいるので、上下方向に垂直な方向に容易に伸び縮みするばね性を有する。同様に、ＩＣ用セパレータ１８０の連結部１８８が、上側に突出するように湾曲した形状となっていてもよい。
【0092】
上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０の形状は、平板状であるが、平板状でなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０の内側部１２６と外側部１２７と、ＩＣ用セパレータ１８０の内側部１８６と外側部１８７は、いずれも形状が平坦形状であるが、平坦形状でなくてもよい。
【0093】
また、上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０の内側部１２６と外側部１２７と、ＩＣ用セパレータ１８０の内側部１８６と外側部１８７は、いずれも、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に略平行であるが、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に対して傾いていてもよい。
【0094】
また、上記実施形態において、金属部材１０７は、ステンレス以外の金属で形成されていてもよい。また、上記実施形態において、インターコネクタ１９０は、ステンレス以外の金属で形成されていてもよい。
【0095】
また、本発明における発電単位１０２の個数や金属部材１０７の位置は特に限定されるものではないが、上記実施形態において、下記の（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たす構成とされれば上記実施形態と同様の効果が得られる。
（Ａ）金属部材１０７は、上下方向においてＭ（Ｍは１以上の整数）番目に位置する接合部１３８と、Ｎ（ＮはＭより大きい整数）番目に位置する接合部１３８との間に挟まれる。
（Ｂ）式：Ｌ×０．３≦Ｍ＜Ｎ≦Ｌ×０．７
ただし、
Ｌ：燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の総数
を満たす。
（Ａ）金属部材１０７は、上下方向においてＭ（Ｍは１以上の整数）番目に位置する接合部１３８と、Ｎ（ＮはＭより大きい整数）番目に位置する接合部１３８との間に挟まれる。
（Ｂ）式：Ｌ×０．３≦Ｍ＜Ｎ≦Ｌ×０．７
ただし、
Ｌ：燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の総数
を満たす。
【0096】
すなわち、上記の（１）および（２）の条件を満たす構成とされた場合には、金属部材１０７は、燃料電池スタック１００の内、上下方向（単セル１１０や接合部１３８の並び方向）の中央付近に位置する２つの発電単位１０２の接合部１３８の間に配置される。そのため、上記の接合工程において、治具による圧縮荷重は、金属部材１０７に対して上下方向の一方側に位置する発電単位１０２と、他方側に位置する発電単位１０２とに、より均等に分散される。その結果、上述の圧縮荷重の偏りが、より効果的に緩和される。そのため、本燃料電池スタック１００によれば、圧縮荷重の偏りに起因する接合部１３８の剥離をより効果的に抑制することができる。
【0097】
また、上記実施形態では、インターコネクタ１９０は酸化被膜層１９４および被覆層１９６を含んでいるが、酸化被膜層１９４および／または被覆層１９６を含んでいなくてもよい。酸化被膜層１９４および／または被覆層１９６が含まれていない構成では、含まれていない部材は特許請求の範囲におけるインターコネクタに含まれない。
【0098】
また、上記実施形態において説明した単セル用セパレータ１２０,ＩＣ用セパレータ１８０の構成は、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２において採用されていてもよいし、燃料電池スタック１００に含まれる一部の発電単位１０２のみにおいて採用されていてもよい。また、単セル用セパレータ１２０が内側部１２６と外側部１２７と連結部１２８とを備える構成と、ＩＣ用セパレータ１８０が内側部１８６と外側部１８７と連結部１８８とを備える構成の一方のみが採用されてもよい。
【0099】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００は、金属部材１０７が空気室１６６および／または燃料室１７６に面する構成とされていてもよい。この場合、「空気室１６６および／または燃料室１７６」は、特許請求の範囲における「酸化剤ガス供給マニホールドおよび酸化剤ガス排出マニホールドに連通するガス流路」に相当する。これらの場合においても、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。
【0100】
また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、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、複数の電解セル単位を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、連通孔１０８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、連通孔１０８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。このような構成である電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上述した構成である金属部材１０７を採用することにより、燃料電池スタック１００の使用時における接合部１３８の剥離を抑制することができる。
【0101】
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、本発明は、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。
【0102】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００は、燃料極１１６と燃料極側集電体１４４との間に配置され、燃料極１１６と燃料極側集電体１４４とを接合する導電性の接合部（例えば、接合部１３８の形成材料と同様の材料で形成される部材）（以下、「燃料極側接合部」という。）が設けられていてもよい。この場合においては、上記実施形態の場合と同様の理由から、上記の燃料極側接合部の剥離を抑制することができる。この場合、燃料極１１６は、特許請求の範囲における第１の電極に相当する。燃料極側集電体１４４は、特許請求の範囲における集電部に相当する。燃料極側接合部は、特許請求の範囲における接合部に相当する。
【符号の説明】
【0103】
２２：ボルト ２２Ａ：ボルト ２２Ｂ：ボルト ２２Ｄ：ボルト ２２Ｅ：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 １００：燃料電池スタック １０２：燃料電池発電単位（発電単位） １０３：発電ブロック １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０７：金属部材 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １１８：中間層 １２０：単セル用セパレータ １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １３０：空気極側フレーム １３０Ａ：特定空気極側フレーム 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 １３８：接合部 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：燃料極側集電体 １４９：スペーサー １６１：酸化剤ガス供給マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １６７：ガス流路 １７１：燃料ガス供給マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １８０：ＩＣ用セパレータ １８９：下端用セパレータ １９０：インターコネクタ １９４：酸化被膜層 １９６：被覆層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】