特許 7042783 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-17

(45)【発行日】2022-03-28

(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 8/0276 20160101AFI20220318BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20220318BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20220318BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20220318BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0276

H01M8/0271

H01M8/1213

H01M8/12 102A

H01M8/12 101

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019185643

(22)【出願日】2019-10-09

(65)【公開番号】P2020202170

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-02-08

(31)【優先権主張番号】P 2019107664

(32)【優先日】2019-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】竹内 瑞絵

(72)【発明者】

【氏名】石田 暁

(72)【発明者】

【氏名】小野 達也

【審査官】松本 陶子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１３４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８８２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３２５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２２８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７４７１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２７６

Ｈ０１Ｍ ８／０２７１

Ｈ０１Ｍ ８／１２１３

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、
前記第１の方向に貫通する貫通孔が形成され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、
ろう材で形成され、前記セパレータの前記貫通孔を取り囲む部分と前記単セルの周縁部分とを接合するろう付け部と、
をそれぞれ備え、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記単セルの前記周縁部分の少なくとも一部は、前記第１の方向視で前記セパレータの前記貫通孔を取り囲む部分の少なくとも一部に重なっており、
前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面である特定断面において、前記ろう付け部は、
前記第１の方向視で前記単セルの外周線の内側から外側まで延び、前記単セルから離隔し、かつ前記セパレータに接合された中間部と、
前記第１の方向視で前記中間部の内側の端部に隣接し、前記セパレータと前記単セルとに接合された第１の内側部と、
前記第１の方向視で前記中間部の外側の端部に隣接し、前記中間部よりも前記第１の方向に突出するとともに前記単セルから離隔した第１の外側部と、で構成されている、
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、
前記特定断面において、前記ろう付け部の前記第１の外側部は、前記単セルの前記ろう付け部の前記中間部に前記第１の方向視で対向する表面における前記第１の外側部の側の端点よりも前記第１の方向に突出する、
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、
前記特定断面において、前記ろう付け部の前記第１の外側部の前記第１の内側部とは反対側の表面は、前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側に向かうに従って前記第１の内側部の側に傾斜している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項4】

請求項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、
前記セパレータは、
前記特定断面において、
前記貫通孔を取り囲む部分を含む第２の内側部と、
前記第２の内側部よりも外周側に位置する第２の外側部と、
前記第２の内側部と前記第２の外側部とを連結する連結部であって、前記ろう付け部の前記第１の外側部の外周側に位置すると共に、第２の内側部と前記第２の外側部との両方に対して前記第１の方向に突出している連結部と、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5】

請求項４に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記セパレータの前記連結部は、前記ろう付け部から離隔している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項6】

請求項５に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定断面において、
前記セパレータの前記第２の内側部のうちの前記単セルの側の表面に接する接線と、
前記第１の方向に直交する第２の方向の直線とがなす角度θ１（０°≦θ１＜９０°）と、前記セパレータの前記第２の外側部のうちの前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第２の方向の直線とがなす角度θ２（０°≦θ２＜９０°）とは、それぞれ、３５°よりも小さく、
前記セパレータの前記連結部のうちの前記第２の内側部との境界を含む部分における前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第２の方向の直線とがなす角度θ３（０°≦θ３≦９０°）と、前記セパレータの前記連結部のうちの前記第２の外側部との境界を含む部分における前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第２の方向の直線とがなす角度θ４（０°≦θ４≦９０°）とは、それぞれ、３５°以上である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項7】

請求項４から請求項６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、
前記セパレータの前記連結部は、前記第２の内側部と前記第２の外側部との両方に対して前記第１の方向の前記単セルの側に突出している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項8】

請求項７に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定断面において、前記セパレータの前記連結部は、前記単セルの前記ろう付け部の前記中間部に前記第１の方向視で対向する表面である第１の表面における前記連結部の側の端点よりも前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側まで突出している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項9】

請求項８に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定断面において、前記セパレータの前記連結部は、前記単セルの前記第１の表面とは反対側の表面における前記第１の方向視で前記ろう付け部の前記第１の外側部の側の端点よりも前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側まで突出している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項10】

請求項７から請求項９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、
前記セパレータの前記連結部は、前記ろう付け部の前記第１の外側部よりも前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側に突出している、
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備える。

【0003】

また、発電単位は、第１の方向に貫通する貫通孔が形成され、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、ろう材により形成され、セパレータの貫通孔を取り囲む部分と単セルの周縁部分（第１の方向視で単セルの外周線および当該外周線の周辺の部分）とを接合するろう付け部とを備える。従来、ろう付け部は、単セルの上記外周線に接触するように接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１３５８０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来の燃料電池スタックでは、当該燃料電池スタックを構成する各部材（特に、セパレータ，ろう付け部，単セル）の熱膨張差に伴う応力等を原因として、単セルの表面にクラックが発生することがある。そのため、単セルの性能が低下（ひいては、燃料電池スタックの性能が低下）するおそれがある。

【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、前記第１の方向に貫通する貫通孔が形成され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、ろう材で形成され、前記セパレータの前記貫通孔を取り囲む部分と前記単セルの周縁部分とを接合するろう付け部と、をそれぞれ備え、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記単セルの前記周縁部分の少なくとも一部は、前記第１の方向視で前記セパレータの前記貫通孔を取り囲む部分の少なくとも一部に重なっており、前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面である特定断面において、前記ろう付け部は、前記第１の方向視で前記単セルの外周線の内側から外側まで延び、前記単セルから離隔した中間部と、前記第１の方向視で前記中間部の内側の端部に隣接し、前記セパレータと前記単セルとに接合された第１の内側部と、前記第１の方向視で前記中間部の外側の端部に隣接し、前記中間部よりも前記第１の方向に突出するとともに前記単セルから離隔した第１の外側部と、で構成されている。

【0010】

そのため、本電気化学反応セルスタックでは、上記特定断面において、前記ろう付け部は、前記第１の方向視で前記単セルの外周線よりも内側に配置された前記第１の内側部のみが前記単セルに接合されている。言い換えれば、本電気化学反応セルスタックでは、前記ろう付け部が前記単セルの内、上記外周線よりも内側の部分（以下、「前記単セルの内周部分」という。）に接合されている。そのため、前記ろう付け部が前記単セルの上記外周線に接触するように接合された構成と比べて、各部材の熱膨張差に伴う応力に起因する前記単セルのクラックの発生を抑制することができる。

【0011】

ここで、本電気化学反応セルスタックでは、前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部は前記単セルから離隔しているので、前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間に前記空間が形成される。このような構成の本電気化学反応セルスタックにおいては、前記燃料室（前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部が面するガス室）に供給される燃料ガスが前記空間に流れ込んで前記第１の内側部に衝突することにより、前記第１の内側部の剥離が発生することが懸念される。

【0012】

本電気化学反応セルスタックでは、前記ろう付け部は、前記中間部よりも前記第１の方向に突出する前記第１の外側部を備える。前記ろう付け部の前記第１の外側部は、前記中間部よりも前記第１の方向に突出しているので、前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の前記空間への燃料ガスの進入を抑制する壁として機能する。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記第１の内側部への燃料ガスの衝突を抑制することができ、ひいては、前記第１の内側部の剥離を抑制することができる。

【0013】

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定断面において、前記ろう付け部の前記第１の外側部は、前記単セルの前記ろう付け部の前記中間部に前記第１の方向視で対向する表面における第１の外側部の側の端点よりも前記第１の方向に突出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、前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の前記空間への燃料ガスの進入をより効果的に抑制することができる。

【0014】

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定断面において、前記ろう付け部の前記第１の外側部の前記第１の内側部とは反対側の表面は、前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側に向かうに従って前記第１の内側部の側に傾斜している構成としてもよい。

【0015】

ここで、本電気化学反応セルスタックにおいて、前記ろう付け部の前記第１の外側部の上記表面が傾斜せずに前記第１の方向に延びている構成では、前記燃料室内に供給された燃料ガス（特に、前記第１の方向に垂直な方向に流れる燃料ガス）が前記ろう付け部の前記第１の外側部の当該表面に接触したときに当該燃料ガスの円滑な流れが阻害され易い。そのため、燃料ガスが前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の前記空間に流れ込み、前記第１の内側部に衝突し易い。

【0016】

本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、前記ろう付け部の前記第１の外側部の前記第１の内側部とは反対側の表面は、前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側に向かうに従って前記第１の内側部の側に傾斜している。そのため、前記燃料室内に供給された燃料ガスが、前記ろう付け部の前記第１の外側部の上記表面に案内されるように円滑に流れ易くなる。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、燃料ガスが前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の前記空間に流入することをより効果的に抑制することができ、ひいては前記第１の内側部の剥離をより効果的に抑制することができる。

【0017】

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セパレータは、前記特定断面において、前記貫通孔を取り囲む部分を含む第２の内側部と、前記第２の内側部よりも外周側に位置する第２の外側部と、前記第２の内側部と前記第２の外側部とを連結する連結部であって、前記ろう付け部の前記第１の外側部の外周側に位置すると共に、前記第２の内側部と前記第２の外側部との両方に対して前記第１の方向に突出している連結部と、を備える構成としてもよい。

【0018】

前記第２の内側部と前記第２の外側部とを連結する連結部が上記連結部のように突出していない構成では、熱サイクルやヒートショック等によって前記セパレータが前記第１の方向に直交する方向（面方向）に変形すると、脆性部材である電解質層（やガラスシール部）等に過大な応力が発生し、電解質層（やガラスシール部）等にクラック(割れ)が発生することがある。

【0019】

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述した構成である前記連結部は、面方向に容易に伸び縮みするバネのように機能する。そのため、前記セパレータは、前記第２の内側部と前記第２の外側部とを連結する連結部が上記連結部のように突出していない構成と比較して、前記連結部の位置で前記第１の方向に変形しやすい。そのため、発電による熱サイクルや製造時の溶接工程等によるヒートショック等によって前記セパレータを面方向に変形させる荷重がかかると、前記セパレータが主として前記連結部の位置で前記第１の方向に変形し、その結果、上記荷重によって前記ろう付け部、前記単セル等に発生する応力が緩和される（以下、この機能を単に「応力緩和機能」という。）。本電気化学反応セルスタックでは、前記セパレータの前記連結部の存在により前記単セルの電解質層１１２等に発生する応力が緩和されるため、前記単セルの前記電解質層等にクラックが発生することを抑制することができる。

【0020】

（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セパレータの前記連結部は、前記ろう付け部から離隔している構成としてもよい。

【0021】

上述したように、発電による熱サイクルや製造時の溶接工程等によるヒートショック等によって前記セパレータを面方向に変形させる荷重がかかると、前記セパレータが主として前記連結部の位置で前記第１の方向に変形する。そのため、前記ろう付け部は前記セパレータの前記連結部に接触していると、当該前記連結部の当該変形によって前記セパレータからの剥離することがある（以下、この剥離を単に「前記ろう付け部の剥離」という。）。

【0022】

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述した通り、前記セパレータの前記連結部は、前記ろう付け部から離隔している。そのため、前記セパレータが変形した際に前記ろう付け部に荷重がかかることが抑制され、ひいては前記ろう付け部の剥離の発生が抑制される。従って、本電気化学反応セルスタックにおいては、前記連結部による上記の応力緩和機能が得られるものでありながら、前記ろう付け部の剥離の発生を抑制することができる。

【0023】

（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定断面において、前記セパレータの前記第２の内側部のうちの前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第１の方向に直交する第２の方向の直線とがなす角度θ１（０°≦θ１＜９０°）と、前記セパレータの前記第２の外側部のうちの前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第２の方向の直線とがなす角度θ２（０°≦θ２＜９０°）とは、それぞれ、３５°よりも小さく、前記セパレータの前記連結部のうちの前記第２の内側部との境界を含む部分における前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第２の方向の直線とがなす角度θ３（０°≦θ３≦９０°）と、前記セパレータの前記連結部のうちの前記第２の外側部との境界を含む部分における前記単セルの側の表面に接する接線と、前記第２の方向の直線とがなす角度θ４（０°≦θ４≦９０°）とは、それぞれ、３５°以上である構成としてもよい。そのため、本電気化学反応セルスタックにおいては、前記ろう付け部の剥離の発生をより効果的に抑制することができる。

【0024】

（７）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セパレータの前記連結部は、前記第２の内側部と前記第２の外側部との両方に対して前記第１の方向の前記単セルの側に突出している構成としてもよい。

【0025】

前記セパレータの前記連結部は、前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側に突出していることにより、前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の空間へのガスの進入を抑制する壁として機能する。従って、本電気化学反応セルスタックにおいては、前記セパレータの前記連結部の存在により、前記ろう付け部の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の空間へのガスの進入を効果的に抑制することができる。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記セパレータの前記連結部の存在により、上述したガスの進入を抑制することができ、さらには、前記セパレータの前記連結部だけでは十分に当該効果を十分に得られない場合であっても、上述したように、前記ろう付け部の前記第１の外側部の存在により、上述したガスの進入をより効果的に抑制することができる。

【0026】

（８）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定断面において、前記セパレータの前記連結部は、前記単セルの前記ろう付け部の前記中間部に前記第１の方向視で対向する表面である第１の表面における前記連結部の側の端点よりも前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側まで突出している構成としてもよい。そのため、本電気化学反応セルスタックにおいては、前記セパレータの前記連結部が上述した構成であることにより、より効果的に上記の応力緩和機能を奏する。

【0027】

（９）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定断面において、前記セパレータの前記連結部は、前記単セルの前記第１の表面とは反対側の表面における前記第１の方向視で前記ろう付け部の前記第１の外側部の側の端点よりも前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側まで突出している構成としてもよい。そのため、本電気化学反応セルスタックでは、前記セパレータの前記連結部が上述した構成であることにより、より効果的に上記の応力緩和機能を奏する。

【0028】

（１０）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セパレータの前記連結部は、前記ろう付け部の前記第１の外側部よりも前記第１の方向の前記セパレータの側とは反対側に突出している構成としてもよい。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記セパレータの前記連結部の存在により、ろう付け部１２４の前記中間部および前記第１の外側部と前記単セルとの間の空間へのガスの進入をより効果的に抑制することができる。

【0029】

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】

【0030】

【図1】第１実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。

【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である。

【図3】図１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。

【図4】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る。

【図5】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ＹＺ断面構成を示す説明図である。

【図6】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る。

【図7】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8】ろう付け部１２４とその周辺の部分（図４のＰｘ部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。

【図9】第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおける、互いに隣接する２つの発電単位１０２ＡのＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図10】第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおける、互いに隣接する２つの発電単位１０２ＡのＹＺ断面構成を示す説明図である。

【図11】初期（燃料電池スタック１００Ａの運転前）における、ろう付け部１２４およびセパレータ１２０Ａの詳細構成を示す説明図である。

【図12】燃料電池スタック１００Ａの運転時または運転後における、ろう付け部１２４およびセパレータ１２０Ａの詳細構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、第１実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１（および後述する図６，７）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）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。

【0032】

燃料電池スタック１００は、複数の（第１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、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（第１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は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。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。

【0033】

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（第１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。

【0034】

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。

【0035】

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導入マニホールド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、第１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。

【0036】

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導入マニホールド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、第１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。

【0037】

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、酸化剤ガス導入マニホールド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、酸化剤ガス導入マニホールド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、燃料ガス導入マニホールド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、燃料ガス導入マニホールド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。

【0038】

（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、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。

【0039】

（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のＹＺ断面構成を示す説明図である。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。

【0040】

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電部１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電部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１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ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。

【0041】

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、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１５０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防止する。なお、第１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１５０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１５０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１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、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は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、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１５０を備えていない（図２および図３参照）。

【0042】

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とを備える。言い換えると、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、第１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）を支持する燃料極支持形の単セルである。単セル１１０の周縁部分は、上下方向視でセパレータ１２０の後述の貫通孔１２１を取り囲む部分と重なっている。言い換えると、上下方向視で単セル１１０の外周線は、セパレータ１２０の貫通孔１２１を規定する端面よりも外側に位置している。なお、「単セル１１０の周縁部分」とは、上下方向視における単セル１１０の外周線と当該外周線の周辺を含む部分である。「セパレータ１２０の貫通孔１２１を取り囲む部分」とは、セパレータ１２０の貫通孔１２１を規定する端面と当該端面の周辺を含む部分である。

【0043】

電解質層１１２は、Ｚ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、第１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。

【0044】

空気極１１４は、Ｚ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。空気極１１４は、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）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。

【0045】

燃料極１１６は、Ｚ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。

【0046】

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。セパレータ１２０の貫通孔１２１を取り囲む部分は、上下方向において単セル１１０の周縁部分の表面（第１実施形態では電解質層１１２における空気極１１４の側の表面）に対向している。言い換えると、セパレータ１２０の貫通孔１２１を取り囲む部分は、上下方向視で単セル１１０の周縁部分と重なっている。セパレータ１２０は、単セル１１０から離隔しており、その対向した部分に配置されたろう材（例えばＡｇろう）により形成されたろう付け部１２４により、単セル１１０（第１実施形態では電解質層１１２）と接合されている。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の周縁部分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、ろう付け部１２４の形成材料は、液相線温度が比較的高いＡｇろうなどの所謂、硬ろうに限られず、液相線温度が比較的低い所謂、軟ろう（はんだ）であってもよい。

【0047】

電解質層１１２におけるろう付け部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、セパレータ１２０の貫通孔１２１を取り囲む部分の表面と、単セル１１０（第１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。

【0048】

図４～６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、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、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド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。

【0049】

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、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、インターコネクタ１５０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、燃料ガス導入マニホールド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。

【0050】

図４，５，７に示すように、燃料極側集電部１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電部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１５０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１５０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、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電部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１５０（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、燃料極側集電部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１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（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。

【0051】

図４～６に示すように、空気極側集電部１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電部１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電部１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電部１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電部１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、空気極側集電部１３４とインターコネクタ１５０とが一体の部材として構成されていてもよい。また、空気極側集電部１３４が導電性のコートによって覆われていてもよく、また、空気極１１４と空気極側集電部１３４との間に両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。

【0052】

なお、空気極側集電部１３４を構成する２つの隣り合う集電体要素の間の空間は、酸化剤ガスＯＧが流れるガス流路として機能する。図６に示すように、第１実施形態では、各集電体要素は、軸方向（長手方向）がＸ軸方向に略一致する向きで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶように配置されている。そのため、酸化剤ガスＯＧが流れるガス流路は、Ｚ軸方向視でＸ軸方向およびＹ軸方向に格子状に延びるような形状となっている。

【0053】

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、酸化剤ガス導入マニホールド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導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド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、燃料ガス導入マニホールド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導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド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。

【0054】

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はインターコネクタ１５０および空気極側集電部１３４の集合体に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部１４４を介してインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、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。

【0055】

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。

【0056】

Ａ－３．ろう付け部１２４の詳細構成：
図８は、ろう付け部１２４とその周辺の部分（図４のＰｘ部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。第１実施形態の燃料電池スタック１００では、図８に示されたＸＺ断面において、ろう付け部１２４は、中間部１２４Ａと、第１の内側部１２４Ｂと、第１の外側部１２４Ｃとで構成されている。第１実施形態では、中間部１２４Ａと、第１の内側部１２４Ｂと、第１の外側部１２４Ｃとは、一体の部材として形成されている。

【0057】

ろう付け部１２４の中間部１２４Ａは、上下方向視で単セル１１０の外周線の内側から外側まで延びている。中間部１２４Ａは、単セル１１０から離隔している。従って、単セル１１０の内、上下方向視でろう付け部１２４の中間部１２４Ａに対向する部分は、ろう付け部１２４に覆われずに露出している。第１実施形態では、中間部１２４Ａは、セパレータ１２０に接合されている。中間部１２４Ａは、燃料室１７６に面している。

【0058】

ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂは、上下方向視で中間部１２４Ａの内側の端部に隣接し、連結している。第１実施形態では、第１の内側部１２４Ｂは、セパレータ１２０と単セル１１０とに接合されている。第１の内側部１２４Ｂは、第１の内側部１２４Ｂに対して上述の第１の外側部１２４Ｃの側において燃料室１７６に面している。

【0059】

ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃは、上下方向視で中間部１２４Ａの外側の端部に隣接し、連結している。セパレータ１２０と単セル１１０とに接合された第１の内側部１２４Ｂに連結されている中間部１２４Ａに第１の外側部１２４Ｃが連結されていることにより、第１の外側部１２４Ｃの脱落が防止される。第１実施形態では、中間部１２４Ａがセパレータ１２０に接合されているので、第１の外側部１２４Ｃの脱落がより効果的に防止される。第１の外側部１２４Ｃは、単セル１１０から離隔している。第１の外側部１２４Ｃは、燃料室１７６に面している。

【0060】

第１実施形態の燃料電池スタック１００では、図８に示されたＸＺ断面において、第１の外側部１２４Ｃは、セパレータ１２０の下側（上下方向の内、単セル１１０の側の方向）の表面から、単セル１１０のろう付け部１２４の中間部１２４Ａに上下方向視で対向する表面における第１の外側部１２４Ｃの側の端点Ｅよりも下方に突出している。従って、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、図８に示されたＸＺ断面において、第１の外側部１２４Ｃは、中間部１２４Ａよりも下方に突出している。

【0061】

図８に示すように、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、図８に示されたＸＺ断面において、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの第１の内側部１２４Ｂは反対側の表面Ｓは、上下方向のセパレータ１２０の側とは反対側に向かうに従ってろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂの側に傾斜している。なお、図８に示されたＸＺ断面は、特許請求の範囲における特定断面に相当する。

【0062】

第１実施形態の燃料電池スタック１００では、ろう付け部１２４は、単セル１１０の表面（第１実施形態では電解質層１１２における空気極１１４の側の表面）の周縁部分の全周にわたって上述の中間部１２４Ａと第１の内側部１２４Ｂと第１の外側部１２４Ｃとを備えている。言い換えると、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、図８に示されたＸＺ断面とは異なる他の断面（上下方向に平行な断面であって、上下方向視における燃料電池スタック１００の中心を通る任意の断面）においても、上述の中間部１２４Ａと第１の内側部１２４Ｂと第１の外側部１２４Ｃとを備えている。なお、これらの他の断面も、特許請求の範囲における特定断面に相当する。

【0063】

第１実施形態の燃料電池スタック１００では、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃは、酸化剤ガス供給連通孔１３２のガス流れ方向（第１実施形態ではＺ軸方向に垂直な方向。例えば、図４，図８に示されたＸＺ断面ではＸ軸方向）視で酸化剤ガス供給連通孔１３２に重なる領域に配置されている。

【0064】

上述した構成のろう付け部１２４の接合構造は、例えば、以下の方法で形成される。まず、セパレータ１２０の表面（貫通孔１２１を取り囲む部分の表面の内、中間部１２４Ａ、第１の内側部１２４Ｂ、および第１の外側部１２４Ｃが形成される部分）に、溶融したペースト状のろう材（例えばＡｇろう）をスクリーン印刷により塗布する。この際のペースト状のろう材の厚さは略均一である。この際に塗布されるペースト状のろう材は、ろう付け部１２４の内、中間部１２４Ａの全体、第１の内側部１２４Ｂおよび第１の外側部１２４Ｃの一部（全体の内、セパレータ１２０に近い側の部分）となる部分である。次に、既に塗布したペースト状のろう材の表面に、第１の内側部１２４Ｂおよび第１の外側部１２４Ｃの残りの部分となるペースト状のろう材をさらにスクリーン印刷により塗布する。次に、既に塗布したペースト状のろう材を加熱することにより、上述した構成の中間部１２４Ａと第１の内側部１２４Ｂと第１の外側部１２４Ｃとを備えるろう付け部１２４が形成される。

【0065】

Ａ－４．第１実施形態の効果：
以上説明したように、第１実施形態の燃料電池スタック１００は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、ろう付け部１２４とを備え、上下方向に並べて配置された複数の発電単位１０２を備える。単セル１１０の周縁部分は、上下方向視でセパレータ１２０の貫通孔１２１を取り囲む部分と重なっている。第１実施形態の燃料電池スタック１００では、上下方向（Ｚ方向）に平行な断面である特定断面（例えば、図８に示されたＸＺ断面）において、ろう付け部１２４は、中間部１２４Ａと、第１の内側部１２４Ｂと、第１の外側部１２４Ｃとで構成されている。中間部１２４Ａは、上下方向視で単セル１１０の外周線の内側から外側まで延び、単セル１１０から離隔する部分である。第１の内側部１２４Ｂは、上下方向視で中間部１２４Ａの内側の端部に隣接し、セパレータ１２０と単セル１１０とに接合された部分である。第１の外側部１２４Ｃは、上下方向視で中間部１２４Ａの外側の端部に隣接し、中間部１２４Ａよりも上下方向に突出しているとともに単セル１１０から離隔した部分である。

【0066】

そのため、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、上記特定断面において、ろう付け部１２４は、上下方向視で単セル１１０の外周線よりも内側に配置された第１の内側部１２４Ｂのみが単セル１１０に接合されている。言い換えれば、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、ろう付け部１２４が単セル１１０の内、上記外周線よりも内側の部分（以下、「単セル１１０の内周部分」という。）に接合されている。そのため、ろう付け部１２４が単セル１１０の上記外周線に接触するように接合された構成と比べて、各部材の熱膨張差に伴う応力に起因する単セル１１０のクラックの発生を抑制することができる。

【0067】

ここで、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃは単セル１１０から離隔しているので、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間に空間１２６が形成されている。このような構成の第１実施形態の燃料電池スタック１００においては、燃料室１７６（ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃが面するガス室）に供給される燃料ガスＦＧが空間１２６に流れ込んでろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂに衝突することにより、第１の内側部１２４Ｂの剥離が発生することが懸念される。

【0068】

第１実施形態の燃料電池スタック１００では、ろう付け部１２４は、中間部１２４Ａよりも上下方向に突出する第１の外側部１２４Ｃを備えている。ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃは、中間部１２４Ａよりも下方向に突出しているので、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６への燃料ガスＦＧの進入を抑制する壁として機能する。そのため、第１実施形態の燃料電池スタック１００によれば、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂへの燃料ガスＦＧの衝突を抑制することができ、ひいては、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂの剥離を抑制することができる。

【0069】

また、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、上記特定断面において、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃは、単セル１１０のろう付け部１２４の中間部１２４Ａに上下方向視で対向する表面における外側の端点Ｅよりも下方（上下方向の内の一方）に突出している。そのため、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６への燃料ガスＦＧの進入をより効果的に抑制することができる。

【0070】

また、第１実施形態の燃料電池スタック１００では、上記特定断面において、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの第１の内側部１２４Ｂとは反対側の表面Ｓは、上下方向のセパレータ１２０の側とは反対側に向かうに従って第１の内側部１２４Ｂの側に傾斜している。

【0071】

ここで、第１実施形態の燃料電池スタック１００において、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの上記表面が傾斜せずに上下方向に延びている構成では、燃料室１７６内に供給された燃料ガスＦＧ（特に、上下方向に垂直な方向に流れる燃料ガスＦＧ）がろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの当該表面に接触したときに当該燃料ガスＦＧの円滑な流れが阻害され易い。そのため、燃料ガスＦＧがろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６に流れ込み、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂに衝突し易い。

【0072】

第１実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの第１の内側部１２４Ｂは反対側の表面Ｓは、上下方向のセパレータ１２０の側とは反対側に向かうに従ってろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂの側に傾斜している。そのため、燃料室１７６内に供給された燃料ガスＦＧが、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの上記表面に案内されるように円滑に流れ易くなる。そのため、第１実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料ガスＦＧがろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６に流入することをより効果的に抑制することができ、ひいてはろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂの剥離をより効果的に抑制することができる。

【0073】

Ｂ．第２実施形態：
Ｂ－１．構成：
図９は、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおける、互いに隣接する２つの発電単位１０２ＡのＸＺ断面構成を示す説明図である。図１０は、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおける、互いに隣接する２つの発電単位１０２ＡのＹＺ断面構成を示す説明図である。以下では、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａの構成の内、上述した第１実施形態の燃料電池スタック１００の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

【0074】

図９および図１０に示すように、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａの構成は、上述した第１実施形態の燃料電池スタック１００の構成と比較して、基本的な構成は同様であるが、発電単位１０２Ａに備えられるセパレータ１２０Ａの構成が異なっている。

【0075】

Ｂ－２．セパレータ１２０Ａの詳細構成：
図１１は、初期（燃料電池スタック１００Ａの運転前）における、ろう付け部１２４およびセパレータ１２０Ａの詳細構成を示す説明図である。図１２は、燃料電池スタック１００Ａの運転時または運転後における、ろう付け部１２４およびセパレータ１２０Ａの詳細構成を示す説明図である。図１１および図１２には、図９のＰｘＡ部の構成が拡大して示されている。

【0076】

第２実施形態のセパレータ１２０Ａは、上下方向視での中央付近に上下方向（発電単位１０２Ａの配列方向）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点などの基本的な構成については第１実施形態のセパレータ１２０と同様である。

【0077】

第２実施形態のセパレータ１２０Ａは、上下方向に平行な断面であって、上下方向視における燃料電池スタック１００Ａの中心を通る任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面。以下、当該各断面をいうときは、単に「上下方向に平行な任意の各断面」ともいう。）において、第２の内側部１２０Ｂと、第２の外側部１２０Ｃと、連結部１２０Ｄとを備えている。第２の内側部１２０Ｂは、貫通孔１２１（セパレータ１２０Ａに形成された上下方向に貫通する貫通孔１２１）を取り囲む部分を含む部分である。第２の外側部１２０Ｃは、第２の内側部１２０Ｂよりも外周側に位置する部分である。連結部１２０Ｄは、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとを連結する部分である。なお、図１１に示されたＸＺ断面は、特許請求の範囲における特定断面に相当する。

【0078】

第２の内側部１２０Ｂおよび第２の外側部１２０Ｃは、上下方向に直交する方向（面方向。以下、単に「面方向」ともいう。）に略平行である。第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの上下方向における位置は、互いに略同一である。なお、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する方向は、第２の方向に相当する。

【0079】

連結部１２０Ｄは、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの上下方向における位置から燃料室１７６側（下側）に突出するように湾曲した形状を有している。すなわち、連結部１２０Ｄにおける燃料室１７６側（下側）は凸部となり、連結部１２０Ｄにおける空気室１６６側（上側）は凹部となる。このように、連結部１２０Ｄは、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの両方に対して下側（上下方向の単セル１１０の側）に突出している。ここでいう「第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの両方に対して下側（上下方向の単セル１１０の側）に突出している」とは、より厳密には、第２の内側部１２０Ｂのうちの連結部１２０Ｄとの境界ＢＬ１を含む部分と、第２の外側部１２０Ｃのうちの連結部１２０Ｄとの境界ＢＬ２を含む部分との両方に対して下側（上下方向の単セル１１０の側）に突出していることを意味する。従って、「第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの両方に対して下側（上下方向の単セル１１０の側）に突出している」とは、第２の内側部１２０Ｂの全体に対して下側に突出している構成や、第２の外側部１２０Ｃの全体に対して下側に突出している構成に限られるものではなく、例えば、第２の内側部１２０Ｂ（または第２の外側部１２０Ｃ）が面方向に対して傾いており、これにより第２の内側部１２０Ｂ（または第２の外側部１２０Ｃ）の一部が連結部１２０Ｄよりも下側に位置している構成も含むものである。連結部１２０Ｄは、上下方向視で、上記貫通孔１２１を取り囲むように形成されている。連結部１２０Ｄは、ろう付け部１２４から離隔している。連結部１２０Ｄは、例えば、プレス加工により形成される。

【0080】

より厳密には、第２の内側部１２０Ｂと、第２の外側部１２０Ｃと、連結部１２０Ｄとは、下記の条件（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３），（Ａ４）により区分される。

【0081】

すなわち、第２の内側部１２０Ｂは、下記の条件（Ａ１）を満たす部分である。
条件（Ａ１）
上下方向に平行な任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面）において、第２の内側部１２０Ｂのうちの単セル１１０の側の表面１２０Ｅに接する接線Ｔ１と上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ１（０°≦θ１＜９０°。すなわち、θ１は鋭角である）は、３５°よりも小さい。

【0082】

第２の内側部１２０Ｂは、下記の条件（Ａ２）を満たす部分である。
条件（Ａ２）
上記の条件（Ａ１）における断面と同一の断面において、第２の外側部１２０Ｃのうちの単セル１１０の側の表面１２０Ｆに接する接線Ｔ２と、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ２（０°≦θ２＜９０°。すなわち、θ２は鋭角である）は、３５°よりも小さい。

【0083】

連結部１２０Ｄは、下記の条件（Ａ３）および条件（Ａ４）を満たす部分である。
条件（Ａ３）
上記の条件（Ａ１）における断面と同一の断面において、連結部１２０Ｄのうちの第２の内側部１２０Ｂとの境界ＢＬ１を含む部分における単セル１１０の側の表面１２０Ｇに接する接線Ｔ３と、上下方向に直交する方向（図１１に示されるＸＺ断面では、Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ３（０°≦θ３≦９０°。すなわち、θ３は鋭角または直角である）は、３５°以上である。
条件（Ａ４）
上記の条件（Ａ１）における断面と同一の断面において、連結部１２０Ｄのうちの第２の外側部１２０Ｃとの境界ＢＬ２を含む部分における単セル１１０の側の表面１２０Ｈに接する接線Ｔ４と、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ４（０°≦θ４≦９０°。すなわち、θ４は鋭角または直角である）は、３５°以上である。

【0084】

なお、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおいては、図１２に示すように、例えば燃料電池スタック１００Ａの運転時における空気室１６６と燃料室１７６との温度差等の要因から、セパレータ１２０Ａが変形することがある。このようにセパレータ１２０Ａが変形した場合においても、セパレータ１２０Ａにおける、第２の内側部１２０Ｂと、第２の外側部１２０Ｃと、連結部１２０Ｄとは、下記の条件（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３），（Ａ４）により区分される。従って、セパレータ１２０Ａが変形した結果、セパレータ１２０Ａの変形前後で、第２の内側部１２０Ｂと連結部１２０Ｄとの境界ＢＬ１や、第２の外側部１２０Ｃと連結部１２０Ｄとの境界ＢＬ２の位置が異なる場合がある。

【0085】

上下方向に平行な任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面）において、連結部１２０Ｄは、単セル１１０のろう付け部１２４の中間部１２４Ａに上下方向（Ｚ軸方向）視で対向する表面（本実施形態では、電解質層１１２の上側の表面）Ｓａとは反対側の表面（本実施形態では、燃料極１１６における下側の表面）Ｓｂにおける上下方向（Ｚ軸方向）視でろう付け部１２４の第２の外側部１２０Ｃの側の端点Ｅｂよりも下側（上下方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側）に突出している。従って、本実施形態では、図１１に示されたＸＺ断面において、連結部１２０Ｄは、単セル１１０の表面（本実施形態では、電解質層１１２の上側の表面）Ｓａにおける上下方向（Ｚ軸方向）視で連結部１２０Ｄの側の端点Ｅａよりも下側（上下方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側）まで突出している。上下方向に平行な任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面）において、連結部１２０Ｄは、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃよりも下側（上下方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側）に突出している。なお、単セル１１０の表面Ｓａは、第１の表面に相当する。

【0086】

Ｂ－３．第２実施形態の効果：
以上説明したように、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、セパレータ１２０Ａは、上下方向に平行な任意の各断面（上下方向に平行な断面であって、上下方向視における燃料電池スタック１００Ａの中心を通る任意の各断面。例えば、図１１に示されたＸＺ断面）において、第２の内側部１２０Ｂと、第２の外側部１２０Ｃと、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとを連結する連結部１２０Ｄを備える。第２の内側部１２０Ｂは、貫通孔１２１を取り囲む部分を含む部分である。第２の外側部１２０Ｃは、第２の内側部１２０Ｂよりも外周側に位置する部分である。連結部１２０Ｄは、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとを連結する部分である。連結部１２０Ｄは、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの外周側に位置すると共に、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの両方に対して上下方向に突出している。

【0087】

第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとを連結する連結部が上述した第２実施形態の連結部１２０Ｄのように突出していない構成では、熱サイクルやヒートショック等によってセパレータ１２０Ａが上下方向に直交する方向（面方向）に変形すると、脆性部材である電解質層１１２（やガラスシール部１２５）等に過大な応力が発生し、電解質層１１２（やガラスシール部１２５）等にクラック(割れ)が発生することがある。

【0088】

これに対し、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、上述した構成である連結部１２０Ｄは、面方向に容易に伸び縮みするバネのように機能する。そのため、第２実施形態のセパレータ１２０Ａは、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとを連結する連結部が上述した第２実施形態の連結部１２０Ｄのように突出していない構成と比較して、連結部１２０Ｄの位置で上下方向に変形しやすい。そのため、発電による熱サイクルや製造時の溶接工程等によるヒートショック等によってセパレータ１２０Ａを面方向に変形させる荷重がかかると、セパレータ１２０Ａが主として連結部１２０Ｄの位置で上下方向に変形し、その結果、上記荷重によってろう付け部１２４、単セル１１０等に発生する応力が緩和される（以下、この機能を単に「応力緩和機能」という。）。第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄの存在により単セル１１０の電解質層１１２等に発生する応力が緩和されるため、単セル１１０の電解質層１１２等にクラックが発生することを抑制することができる。

【0089】

なお、上記の応力緩和機能を考慮すると、図１１に示すように、有効ろう付け部長さＬ、セパレータ１２０Ａの上下方向における厚さ（板厚）ｔ、連結部高さＨ、指標値Ｈ・Ｌは、下記のように設定されることがより好ましい。ここで、有効ろう付け部長さＬは、ろう付け部１２４の内、上下方向においてセパレータ１２０Ａおよび単セル１１０と重なる部分（有効ろう付け部）の面方向における長さである。連結部高さＨは、連結部１２０Ｄの上下方向における高さであり、より詳細には、セパレータ１２０Ａの空気室１６６側の表面において、連結部１２０Ｄにおける最も上に位置する部分から最も下に位置する部分までの距離（深さ）である。指標値Ｈ・Ｌは、有効ろう付け部長さＬと連結部高さＨとの積である。なお、下記のように設定することが好ましい理由については、特許第６４４２３６４号に記載の性能評価により開示されているため、ここでは記載を省略する。

【0090】

有効ろう付け部長さＬが３（ｍｍ）より長く、かつ、指標値Ｈ・Ｌが０．５以上であることが好ましい。この条件が満たされれば、ろう付け部１２４（有効ろう付け部）の単位長さあたりの応力を小さくすることができ、電解質層１１２（やガラスシール部１２５）の応力をより効果的に緩和して、電解質層１１２（やガラスシール部１２５）にクラックが発生することをより効果的に抑制することができ、また、連結部１２０Ｄの高さＨを、ろう付け部１２４の有効ろう付け部の長さ（Ｌ）に応じて必要とされる応力緩和機能を発揮するのに十分な値とすることができる。

【0091】

また、連結部高さＨは、０．１（ｍｍ）以上、０．６（ｍｍ）以下であることがさらに好ましい。連結部高さＨを０．１（ｍｍ）以上とすることにより、連結部１２０Ｄによるクラック発生抑制効果を確保することができる。また、連結部高さＨが０．６（ｍｍ）より高くなると、連結部１２０Ｄによってガスの流れが阻害され、発電性能が低下するおそれがあるため好ましくないが、連結部高さＨを０．６（ｍｍ）以下とすることにより、連結部１２０Ｄによって燃料ガスＦＧの流れが阻害されて発電性能が低下することを抑制することができる。

【0092】

なお、セパレータ１２０Ａの配列方向（上下方向）における厚さ（板厚）ｔは、０．０１（ｍｍ）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０．０３（ｍｍ）以上、より好ましくは０．０５（ｍｍ）以上であって、０．２（ｍｍ）以下であることが好ましい。セパレータ１２０Ａの厚さｔを０．０３（ｍｍ）以上とすることにより、セパレータ１２０Ａの耐酸化性の低下を抑制することができ、セパレータ１２０Ａの厚さｔを０．２（ｍｍ）以下とすることにより、連結部１２０Ｄのバネ性を一定程度以上確保することができ、連結部１２０Ｄによるクラック発生抑制効果を確保することができる。

【0093】

また、連結部高さＨはセパレータ１２０Ａの厚さｔより大きいことが好ましい。連結部高さＨをセパレータ１２０Ａの厚さｔより大きくすることにより、連結部１２０Ｄによるクラック発生抑制効果を確保することができる。

【0094】

また、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの上下方向における位置が互いに略同一であると、上下方向における位置が互いに異なる構成と比較して、セパレータ付き単セルの上下方向における高さを抑制することができ、ひいては発電単位１０２Ａ、燃料電池スタック１００Ａの上下方向における高さを抑制することができるため、好ましい。

【0095】

また、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、ろう付け部１２４から離隔している。

【0096】

上述したように、発電による熱サイクルや製造時の溶接工程等によるヒートショック等によってセパレータ１２０Ａを面方向に変形させる荷重がかかると、セパレータ１２０Ａが主として連結部１２０Ｄの位置で上下方向に変形する。そのため、ろう付け部１２４はセパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄに接触していると、当該連結部１２０Ｄの当該変形によってセパレータ１２０Ａからの剥離することがある（以下、この剥離を単に「ろう付け部１２４の剥離」という。）。

【0097】

これに対し、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、上述した通り、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、ろう付け部１２４から離隔している。そのため、セパレータ１２０Ａが変形した際にろう付け部１２４に荷重がかかることが抑制され、ひいては上記のろう付け部１２４の剥離の発生が抑制される。従って、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおいては、当該連結部１２０Ｄによる上記の応力緩和機能が得られるものでありながら、上記のろう付け部１２４の剥離の発生を抑制することができる。

【0098】

また、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、上下方向に平行な任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面）において、第２の内側部１２０Ｂのうちの単セル１１０の側の表面１２０Ｅに接する接線Ｔ１と上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ１（０°≦θ１＜９０°。すなわち、θ１は鋭角である）は、３５°よりも小さい。上記の条件（Ａ１）における断面と同一の断面において、第２の外側部１２０Ｃのうちの単セル１１０の側の表面１２０Ｆに接する接線Ｔ２と、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ２（０°≦θ２＜９０°。すなわち、θ２は鋭角である）は、３５°よりも小さい。上記の条件（Ａ１）における断面と同一の断面において、連結部１２０Ｄのうちの第２の内側部１２０Ｂとの境界ＢＬ１を含む部分における単セル１１０の側の表面１２０Ｇに接する接線Ｔ３と、上下方向に直交する方向（図１１に示されるＸＺ断面では、Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ３（０°≦θ３≦９０°。すなわち、θ３は鋭角または直角である）は、３５°以上である。上記の条件（Ａ１）における断面と同一の断面において、連結部１２０Ｄのうちの第２の外側部１２０Ｃとの境界ＢＬ２を含む部分における単セル１１０の側の表面１２０Ｈに接する接線Ｔ４と、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の直線ＳＬとがなす角度θ４（０°≦θ４≦９０°。すなわち、θ４は鋭角または直角である）は、３５°以上である。

【0099】

そのため、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおいては、上記のろう付け部１２４の剥離の発生をより効果的に抑制することができる（以下において、この効果を「より効果的な剥離抑制効果」という。）。なお、上述したように、セパレータ１２０Ａが変形した結果、セパレータ１２０Ａの変形前後で、第２の内側部１２０Ｂと連結部１２０Ｄとの境界ＢＬ１や、第２の外側部１２０Ｃと連結部１２０Ｄとの境界ＢＬ２の位置が異なる場合がある。上記のろう付け部１２４の剥離を抑制する観点から、初期（燃料電池スタック１００Ａの運転前）だけでなく運転時または運転後においても上記の条件（Ａ３）および条件（Ａ４）を満たす連結部１２０Ｄがろう付け部１２４から離隔している構成がより好ましいが、少なくとも初期において上記の条件（Ａ３）および条件（Ａ４）を満たす連結部１２０Ｄがろう付け部１２４から離隔している構成であれば、上記のより効果的な剥離抑制効果を得ることができる。

【0100】

また、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの両方に対して上下方向の単セル１１０の側に突出している。セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、第１の方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側に突出していることにより、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６への燃料ガスＦＧの進入を抑制する壁として機能する。従って、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおいては、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄの存在により、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６への燃料ガスＦＧの進入を効果的に抑制することができる。そのため、第２実施形態の燃料電池スタック１００によれば、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄの存在により、上述した燃料ガスＦＧの進入を抑制することができ、さらには、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄだけでは十分に当該効果を十分に得られない場合であっても、上述したように、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの存在により、上述した燃料ガスＦＧの進入をより効果的に抑制することができる。

【0101】

また、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、上下方向に平行な任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面）において、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、単セル１１０のろう付け部１２４の中間部１２４Ａに上下方向視で対向する表面Ｓａにおける連結部１２０Ｄの側の端点Ｅａよりも上下方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側まで突出している。第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａにおいては、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄが上述した構成であることにより、より効果的に上記の応力緩和機能を奏する。

【0102】

また、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、上下方向に平行な任意の各断面（例えば、図１１に示されるＸＹ断面）において、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、単セル１１０の上記表面Ｓａとは反対側の表面Ｓｂにおける上下方向視でろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃの側の端点Ｅｂよりも上下方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側まで突出している。本電気化学反応セルスタックでは、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄが上述した構成であることにより、より効果的に上記の応力緩和機能を奏する。

【0103】

また、第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａでは、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄは、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃよりも上下方向のセパレータ１２０Ａの側とは反対側に突出している。第２実施形態の燃料電池スタック１００Ａによれば、セパレータ１２０Ａの連結部１２０Ｄの存在により、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６への燃料ガスＦＧの進入をより効果的に抑制することができる。

【0104】

Ｃ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0105】

上記実施形態（または変形例。以下、同様）における単セル１１０、発電単位１０２または燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。

【0106】

上記実施形態において、上下方向に平行な断面であって、上下方向視における燃料電池スタック１００Ａの中心を通る任意の各断面のうちの一部の断面のみにおいて、上記の第２の内側部１２０Ｂと、上記の第２の外側部１２０Ｃと、上記の連結部１２０Ｄとを備えている構成であってもよい。

【0107】

上記実施形態において、第２の内側部１２０Ｂおよび第２の外側部１２０Ｃは、上下方向に直交する方向（面方向）に略平行でなくてもよい。また、第２の内側部１２０Ｂと第２の外側部１２０Ｃとの上下方向における位置は、互いに略同一でなくてもよい。

【0108】

上記実施形態において、中間部１２４Ａはセパレータ１２０に接合されていなくてもよい。この構成の燃料電池スタック１００においても、セパレータ１２０と単セル１１０とに接合された第１の内側部１２４Ｂに連結されている中間部１２４Ａに第１の外側部１２４Ｃが連結されていることにより、第１の外側部１２４Ｃの脱落が防止される。

【0109】

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００は、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃが燃料室１７６に面する構成が採用されているが、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃが空気室１６６に面する構成が採用されてもよい。例えば、上記実施形態において、空気極１１４および電解質層１１２は、Ｚ方向視で燃料極１１６の外側にまで突出する部分（以下、「突出部」という。）を有しており、セパレータ１２０は、当該突出部の電解質層１１２におけるＺ方向の燃料極１１６の側の表面（以下、「前記突出部の前記表面」という。）に対向しており、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂは、前記突出部の前記表面とセパレータ１２０とを接合し、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃは、空気室１６６に面する、構成としてもよい。そのような構成においても、ろう付け部１２４の内で第１の内側部１２４Ｂのみが単セル１１０（より厳密には、この変形例では電解質層１１２）に接合されている構成であれば、ろう付け部１２４が単セル１１０の上記外周線に接触するように接合された構成と比べて、各部材の熱膨張差に伴う応力に起因する単セル１１０のクラックの発生を抑制することができる。また、そのような構成が採用される場合においては、ろう付け部１２４は、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気室１６６（ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃが面するガス室）に供給される酸化剤ガスＯＧの進入（ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃと単セル１１０との間の空間１２６への進入）を抑制する壁として機能する。そのため、この構成の燃料電池スタックによれば、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂへの酸化剤ガスＯＧの衝突を抑制することができ、ひいては、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂの剥離を抑制することができる。

【0110】

また、上記実施形態では、ろう付け部１２４が単セル１１０の表面の周縁部分の全周にわたって上述の中間部１２４Ａと第１の内側部１２４Ｂと第１の外側部１２４Ｃとを備えているが、ろう付け部１２４が単セル１１０の表面の周縁部分の一部のみにおいて上述の中間部１２４Ａと第１の内側部１２４Ｂと第１の外側部１２４Ｃとを備えていてもよい。例えば、上記実施形態において、ろう付け部１２４の第１の外側部１２４Ｃは、燃料室１７６（または空気室１６６）内に供給されるガスが通る入口である燃料ガス供給連通孔１４２（空気室１６６の場合は酸化剤ガス供給連通孔１３２）を通る当該ガスの流れ方向視で酸化剤ガス供給連通孔１３２に重なる領域の少なくとも一部にだけ配置されていてもよい。ここでいう「当該ガスの流れ方向」とは、上記実施形態ではＺ軸方向に垂直な方向であり、例えば図４，図８，図９，図１１に示されたＸＺ断面ではＸ軸方向である。

【0111】

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（発電単位１０２）の個数は、あくまで一例であり、単セル１１０（発電単位１０２）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。

【0112】

また、上記実施形態に記載した構成要件（例えば、ろう付け部１２４が単セル１１０の上述の中間部１２４Ａと第１の内側部１２４Ｂと第１の外側部１２４Ｃとを備える）は、必ずしも燃料電池スタック１００を構成する複数の発電単位１０２のすべてにおいて満たされている必要はなく、燃料電池スタック１００を構成する複数の発電単位１０２の内の少なくとも１つにおいて満たされていればよい。

【0113】

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。このような構成の電解セル単位および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のろう付け部を採用することにより、ろう付け部の第１の内側部へのガスの衝突に起因する当該第１の内側部の剥離を抑制することができる。また、ＳＯＥＣを対象とする構成においても、空気極１１４および電解質層１１２は、上記の突出部（Ｚ方向視で燃料極１１６の外側にまで突出する部分）を有しており、セパレータ１２０は、前記突出部の前記表面（前記突出部の電解質層１１２におけるＺ方向の燃料極１１６の側の表面）に対向しており、ろう付け部１２４の第１の内側部１２４Ｂは、前記突出部の前記表面とセパレータ１２０とを接合し、ろう付け部１２４の中間部１２４Ａおよび第１の外側部１２４Ｃは、空気室１６６に面する、構成としてもよい。そのような構成においても、ろう付け部１２４の内で第１の内側部１２４Ｂのみが電解単セル（より厳密には、この変形例では電解質層１１２）に接合されている構成であれば、ろう付け部１２４が電解単セルの上記外周線に接触するように接合された構成と比べて、各部材の熱膨張差に伴う応力に起因する電解単セルのクラックの発生を抑制することができる。

【0114】

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。

【符号の説明】

【0115】

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：発電単位 １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２０Ａ：セパレータ １２１：貫通孔 １２４：ろう付け部 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 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】