(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】2022-10-14
(45)【発行日】2022-10-24
(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 20160101AFI20221017BHJP
H01M 8/0215 20160101ALI20221017BHJP
H01M 8/0247 20160101ALI20221017BHJP
H01M 8/248 20160101ALI20221017BHJP
C25B 15/00 20060101ALI20221017BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20221017BHJP
H01M 8/2483 20160101ALI20221017BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20221017BHJP
【ＦＩ】
H01M8/2465
H01M8/0215
H01M8/0247
H01M8/248
C25B15/00 302Z
C25B9/00 A
H01M8/2483
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019137412
(22)【出願日】2019-07-26
(65)【公開番号】P2021022461
(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】高木 康晴
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２０９０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】再公表特許第２０１６／１５２９２４（ＪＰ，Ａ１）
【文献】特開２００６－２１０３５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３１１２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７５５９５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／２４６５
Ｈ０１Ｍ ８／０２１５
Ｈ０１Ｍ ８／０２４７
Ｈ０１Ｍ ８／２４８
Ｃ２５Ｂ １５／００
Ｃ２５Ｂ ９／００
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の方向において前記空気極と対向する第１の表面を有する複数の凸部が形成された集電部材と、
前記空気極と前記集電部材との間に配置され、前記空気極と前記凸部とを接合する導電性の酸化物を含む接合部と、
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電気化学反応セルスタックにおいて、
前記電気化学反応単位には、酸化剤ガスが流れる空気室が形成され、
前記空気室は、隣り合う２つの前記凸部間に形成される部分であって、前記空気極と前記接合部とに面する部分を含み、
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、
各前記電気化学反応単位には、前記酸化剤ガス供給マニホールドと前記空気室とを連通する少なくとも１つの酸化剤供給ガス流路と、前記酸化剤ガス排出マニホールドと前記空気室とを連通する少なくとも１つの酸化剤排出ガス流路と、が形成され、
前記酸化剤供給ガス流路と前記酸化剤排出ガス流路の内の一方を第１の酸化剤ガス流路としたときに、一の前記電気化学反応単位に形成された各前記第１の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計は、前記一の前記電気化学反応単位の温度よりも低い温度の少なくとも１つの前記電気化学反応単位に形成された各前記第１の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計よりも大きい、
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、前記酸化剤供給ガス流路と前記酸化剤排出ガス流路の内の他方を第２の酸化剤ガス流路としたときに、前記一の前記電気化学反応単位に形成された各前記第２の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計は、前記一の前記電気化学反応単位の温度よりも低い温度の少なくとも１つの前記電気化学反応単位に形成された各前記第２の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計よりも大きい、
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、
前記接合部は、前記第１の方向視で、前記第１の表面の外周線の内側に収まるように各前記凸部の前記第１の表面に接続されている、
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、前記集電部材は、インターコネクタであり、
前記電気化学反応単位は、
前記集電部材で形成された集電部を有するインターコネクタと、
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、前記第１のガス室と前記第２のガス室とを区画する第２のセパレータと、を備え、
前記電気化学反応ブロックは、
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、
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】
発電単位は、また、空気極に対向する空気極側集電部と、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酸化物を含む接合部（以下、単に「接合部」という。）とを備える。接合部により、空気極側集電部が単セルの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。
【0004】
燃料電池スタックには、燃料電池スタックの外部から酸化剤ガス（例えば空気）が導入され、酸化剤ガスを各発電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、各発電単位から排出された酸化剤ガスを燃料電池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る。
【0005】
各発電単位には、酸化剤ガス供給マニホールドと空気室（空気極に面する空間）とを連通する一つまたは複数の酸化剤供給ガス流路と、酸化剤ガス排出マニホールドと空気室とを連通する一つまたは複数の酸化剤排出ガス流路とが形成される。
【0006】
従来、各発電単位の酸化剤供給ガス流路の断面積が均一であり、各発電単位の酸化剤排出ガス流路の断面積が均一である燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここでいう「酸化剤供給ガス流路の断面積」は、酸化剤供給ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積であり、酸化剤供給ガス流路が複数形成されている場合には各酸化剤供給ガス流路の断面積の合計である。同様に、「酸化剤排出ガス流路の断面積」は、酸化剤排出ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積であり、酸化剤排出ガス流路が複数形成されている場合には各酸化剤排出ガス流路の断面積の合計である。また、ここでいう「均一」は、発電単位間におけるばらつきがないことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【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】
【0008】
上述の構成の燃料電池スタックにおいて、例えば燃料電池スタックの構造上の理由等により、発電単位間の温度のばらつきが生じることがある。比較的高温の発電単位においては、比較的低温の発電単位に比べて空気室に酸化剤ガスが供給されにくいので、空気室内の酸素の濃度が低くなり易い。空気室内の酸素の濃度が低いと、導電性の酸化物を含む接合部が還元することにより劣化し、ひいて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。）が発生することがある。従って、上述の構成の燃料電池スタックにおいては、発電単位間の温度のばらつきに起因して接合部の剥離が発生し、これにより燃料電池スタックの電気的性能が低下するおそれがある。
【0009】
特許文献１に記載の技術では、各発電単位の酸化剤供給ガス流路の断面積が均一であり、各発電単位の酸化剤排出ガス流路の断面積が均一であるので、比較的高温の発電単位の空気室に酸化剤ガスが供給されにくいことを特段抑制するものではない。
【0010】
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セルスタックにも共通の課題である。
【0011】
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】
【0012】
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。
【0013】
（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、前記空気極に対向する集電部材と、前記空気極と前記集電部材との間に配置され、前記空気極と前記集電部材とを接合する導電性の酸化物を含む接合部と、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、各前記電気化学反応単位には、前記酸化剤ガス供給マニホールドと前記空気極に面する空気室とを連通する少なくとも１つの酸化剤供給ガス流路と、前記酸化剤ガス排出マニホールドと前記空気極に面する空気室とを連通する少なくとも１つの酸化剤排出ガス流路と、が形成され、前記酸化剤供給ガス流路と前記酸化剤排出ガス流路の内の一方を第１の酸化剤ガス流路としたときに、一の前記電気化学反応単位に形成された各前記第１の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計は、前記一の前記電気化学反応単位の温度よりも低い温度の少なくとも１つの前記電気化学反応単位に形成された各前記第１の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計よりも大きい。
【0014】
本電気化学反応セルスタックにおいて、例えば上記電気化学反応セルスタックの構造上の理由等により、前記電気化学反応単位間の温度のばらつきが生じることがある。各前記電気化学反応単位の前記酸化剤供給ガス流路の断面積が均一であり、各前記電気化学反応単位の酸化剤排出ガス流路の断面積が均一である上記特許文献１に記載の技術では、比較的高温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。）においては、比較的低温である他の前記電気化学反応単位に比べて前記空気室に前記酸化剤ガスが供給されにくいので、前記空気室内の酸素の濃度が低くなり易い。前記空気室内の酸素の濃度が低いと、導電性の酸化物を含む前記接合部が還元することにより劣化し、ひいては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で剥離（以下、単に「前記接合部の剥離」という。）が発生することがある。従って、上述の構成の電気化学反応セルスタックにおいては、前記電気化学反応単位間の温度のばらつきに起因して前記接合部の剥離が発生し、ひいては、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。
【0015】
これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、前記第１の酸化剤供給ガス流路の断面積合計は、他の前記酸化剤供給ガス流路の断面積合計よりも大きいので、比較的高温となる前記第１の電気化学反応単位において前記酸化剤ガス（酸素）が導入され易い。これにより、前記電気化学反応単位間の前記空気室内の酸素の濃度のばらつきが抑制される。そのため、前記第１の電気化学反応単位の前記接合部が還元して劣化することに起因する前記第１の電気化学反応単位の前記接合部の剥離の発生が抑制され、ひいては上記電気化学反応セルスタックの使用時において上記電気化学反応セルスタックの電気的性能が低下することが抑制される。
【0016】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記酸化剤供給ガス流路と前記酸化剤排出ガス流路の内の他方を第２の酸化剤ガス流路としたときに、前記一の前記電気化学反応単位に形成された各前記第２の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計は、前記一の前記電気化学反応単位の温度よりも低い温度の少なくとも１つの前記電気化学反応単位に形成された各前記第２の酸化剤ガス流路のガス流れ方向に直交する断面の面積の合計よりも大きい構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、比較的高温となる前記第１の電気化学反応単位において前記酸化剤ガス（酸素）が更に導入され易いので、前記電気化学反応単位間の前記空気室内の酸素の濃度のばらつきが更に効果的に抑制される。
【0017】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記集電部材には、それぞれ前記第１の方向において前記空気極と対向する第１の表面を有する凸部が形成され、前記接合部は、前記第１の方向視で、前記第１の表面の外周線の内側に収まるように各前記凸部の前記第１の表面に接続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、そのため、前記接合部と前記凸部との接触面積が小さいので、前記接合部が前記凸部から剥離し易い。従って、そのような構成で本発明の構成を適用すると特に効果的である。
【0018】
（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記集電部材は、インターコネクタであり、前記電気化学反応単位は、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、前記第１のガス室と前記第２のガス室とを区画する第２のセパレータと、を備え、前記電気化学反応ブロックは、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、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、を備える構成としてもよい。
【0019】
上述の通り、本電気化学反応セルスタックでは、前記エンド部材には、前記発電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。本電気化学反応セルスタックは、上述の構成の前記第１のセパレータおよび前記第２のセパレータを備える。このような構成（以下、「構成α」という。）である本電気化学反応セルスタックでは、前記発電ブロックの内、上記電気化学反応セルスタック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、前記第１の方向視で前記単セルに重なる部分）と、治具により直接押圧される側でない部分（つまり、前記締結部材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、前記締結部材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。
【0020】
また、本電気化学反応セルスタックでは、上記の構成αを備えるため、前記締結部材による締結力は、前記発電ブロックの内、前記締結部材によって直接締結された側の部分から、前記第１の方向視で前記単セルに重なる部分に伝達されにくい。そのため、前記空気極と前記集電部材との接合は、前記締結部材の締結力に依らずに、前記接合部の固着力のみに依ってなされる傾向となる。そのため、上記の構成αを備える構成においては、上記電気化学反応セルスタックの使用時などにおいて、前記接合部の剥離が生じ易い。従って、上記の構成αを備える構成で本発明を適用すると特に効果的である。
【0021】
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】
【0022】
【図1】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
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６，７，８）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６，７，８）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．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６，７，８）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６，７，８）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。
【0024】
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。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。
【0025】
燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、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。
【0026】
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とによる上下方向の圧縮力によって、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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
本実施形態の燃料電池スタック１００は、上からの４番目（下から４番目）に位置する発電単位１０２（以下、「第１の発電単位１０２Ａ」という。）が他の発電単位１０２よりも高温になる構成となっている。どの発電単位１０２が他の発電単位１０２よりも高温となるかは、燃料電池スタック１００の構成、および燃料電池スタック１００の周囲に備えられる発熱装置もしくは冷却装置の存否などに依る。他の発電単位１０２よりも高温になる発電単位１０２を特定する方法としては、例えば、各発電単位１０２の温度を測定する方法が採用される。各発電単位１０２の温度を測定する方法としては、例えば、サーモグラフィーを用いて各発電単位１０２の温度を測定する方法、各発電単位１０２内の電圧を測定した測定値に基づいて各発電単位１０２の温度を測定する方法、各発電単位１０２内のガスの組成に基づいて各発電単位１０２の温度を測定する方法が採用される。なお、各発電単位１０２内の電圧を測定する方法は、各発電単位１０２内に電圧線を設けて、燃料電池スタック１００の運転時の各発電単位１０２内における電圧を測定することにより行う。
【0031】
（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。
【0032】
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。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側に開口している。上下方向視で当該空間の輪郭線は、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側に開口している。上下方向視で当該空間の輪郭線は、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。
【0033】
（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。
【0034】
（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。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の位置における後述の第１の発電単位１０２Ａ以外の発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。また、図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における第１の発電単位１０２ＡのＸＹ断面構成を示す説明図である。また、図８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。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の位置における後述の第１の発電単位１０２Ａ以外の発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。また、図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における第１の発電単位１０２ＡのＸＹ断面構成を示す説明図である。また、図８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。
【0035】
本実施形態の燃料電池スタック１００は、上からの４番目（下から４番目）に位置する発電単位１０２（以下、「第１の発電単位１０２Ａ」という。）が他の発電単位１０２よりも高温になる構成となっている。第１の発電単位１０２Ａは、他の発電単位１０２とは後述の酸化剤供給ガス流路１３２，酸化剤排出ガス流路１３３の構成が異なる点で相違している。まず、第１の発電単位１０２Ａと第１の発電単位１０２Ａ以外の発電単位１０２とで共通する構成について説明し、第１の発電単位１０２Ａと他の発電単位１０２とで相違する酸化剤供給ガス流路１３２，酸化剤排出ガス流路１３３の詳細構成の構成については後述する。
【0036】
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、インターコネクタ１９０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。
【0037】
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。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。インターコネクタ１９０は、特許請求の範囲における集電部材に相当する。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。空気極１１４は、特許請求の範囲における第１の電極または第２の電極に相当する。
【0042】
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。燃料極１１６は、特許請求の範囲における第１の電極または第２の電極に相当する。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。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。
【0049】
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。
【0050】
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。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。
【0051】
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の孔１３１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における空気極１１４に対向する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供給ガス流路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排出ガス流路１３３とが形成されている。本実施形態では、各発電単位１０２において、複数の酸化剤供給ガス流路１３２と、複数の酸化剤排出ガス流路１３３とが形成されている。本実施形態では、酸化剤供給ガス流路１３２は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から空気室１６６に向かってＸ方向に延びている。本実施形態では、酸化剤排出ガス流路１３３は、空気室１６６から酸化剤ガス排出マニホールド１６２に向かってＸ方向に延びている。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。
【0052】
図４，５，８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、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ガス流路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ガス流路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。
【0053】
図４，５，８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。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。
【0054】
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。空気極側集電部１３４は、特許請求の範囲における凸部に相当する。
【0055】
図４および図５に示すように、空気極１１４と（酸化被膜層１９４および被覆層１９６に覆われた）空気極側集電部１３４とは、導電性の接合部１３８により接合されている。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。先に、空気極側集電部１３４は空気極１１４の表面と接触していると説明したが、正確には、空気極側集電部１３４と空気極１１４との間には接合部１３８が介在している。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。
【0056】
空気極側集電部１３４の表面１３４Ａは、側面部分１３４Ｂと、底面部分１３４Ｃとを含んでいる。空気極側集電部１３４の側面部分１３４Ｂとは、空気極側集電部１３４の表面１３４Ａ上の各点における仮想的な接平面ＴＰと空気極１１４の表面とのなす角であって、空気極側集電部１３４の表面１３４Ａを含まない側の領域の角θ１（ただし、０度≦θ１≦１８０度）が４５度以上である各点により構成される部分である。また、空気極側集電部１３４の底面部分１３４Ｃとは、空気極側集電部１３４の表面１３４Ａの内、側面部分１３４Ｂによって囲まれ、かつ、上記角θ１が４５度未満である各点により構成される部分である。なお、図５には、側面部分１３４Ｂと底面部分１３４Ｃとの境界の位置における接平面ＴＰ（すなわち、上記角θ１が４５度となる接平面ＴＰ）が示されている。
【0057】
本明細書では、上述した「被覆層１９６の表面１９６Ａの側面部分１３４Ｂまたは底面部分１３４Ｃ」を任意の表面と読み替えたときの当該表面における上記角θ１が４５度未満である場合に、当該表面が上下方向において空気極１１４の表面に対向していることを意味する。従って、空気極側集電部１３４の表面１３４Ａの底面部分１３４Ｃは、上下方向において空気極１１４の表面に対向している。本実施形態では、接合部１３８は、上下方向視で、上下方向において空気極１１４と対向する空気極側集電部１３４の表面１３４Ａの外周線の内側に収まるように空気極側集電部１３４の表面１３４Ａの底面部分１３４Ｃに接続されている。本実施形態では、空気極側集電部１３４の表面１３４Ａの底面部分１３４Ｃは、特許請求の範囲における第１の表面に相当する。
【0058】
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の酸化剤供給ガス流路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の燃料ガス供給ガス流路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の酸化剤供給ガス流路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の燃料ガス供給ガス流路１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【0059】
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。
【0060】
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、酸化剤排出ガス流路１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、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、燃料ガス排出ガス流路１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、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。
【0061】
Ａ－３．酸化剤供給ガス流路１３２，酸化剤排出ガス流路１３３の詳細構成：
図６は、図４のＶＩ－ＶＩの位置における第１の発電単位１０２Ａ（他の発電単位１０２よりも高温である発電単位１０２）以外の発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における第１の発電単位１０２ＡのＸＹ断面構成を示す説明図である。
図６は、図４のＶＩ－ＶＩの位置における第１の発電単位１０２Ａ（他の発電単位１０２よりも高温である発電単位１０２）以外の発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における第１の発電単位１０２ＡのＸＹ断面構成を示す説明図である。
【0062】
図６，図７に示すように、第１の発電単位１０２Ａの各酸化剤供給ガス流路１３２（以下、当該酸化剤供給ガス流路１３２を「第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａ」という。）のＹ軸方向の幅ＷＡ１１，ＷＡ１２，…，ＷＡ１６は、他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のＹ軸方向の幅Ｗ１１，Ｗ１２，…，Ｗ１６よりも長い。各第１の酸化剤供給ガス流路１３２ＡのＺ軸方向の高さは、他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のＺ軸方向の高さと略同一である。従って、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１は、他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１よりも大きい。従って、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１の合計は、他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１の合計よりも大きい。
【0063】
図６，図７に示すように、第１の発電単位１０２Ａの各酸化剤排出ガス流路１３３（以下、当該酸化剤排出ガス流路１３３を「第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａ」という。）のＹ軸方向の幅ＷＡ２１，ＷＡ２２，…，ＷＡ２４は、他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のＹ軸方向の幅Ｗ２１，Ｗ２２，…，Ｗ２４よりも長い。各第１の酸化剤排出ガス流路１３３ＡのＺ軸方向の高さは、他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のＺ軸方向の高さと略同一である。従って、各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２は、他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２よりも大きい。従って、各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２の合計は、他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２の合計よりも大きい。
【0064】
Ａ－４．燃料電池スタック１００の製造方法：
上述した構成の燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば、以下の通りである。はじめに、７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、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、単セル１１０と空気極側集電部１３４の間に配置する。
上述した構成の燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば、以下の通りである。はじめに、７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、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、単セル１１０と空気極側集電部１３４の間に配置する。
【0065】
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。
【0066】
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。）。
【0067】
その他、残りの組み立て工程を行うことにより、上述した構成の燃料電池スタック１００の製造が完了する。
【0068】
Ａ－５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００は、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、空気極１１４に対向する空気極側集電部１３４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とを含む部材である。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。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酸化物を含む部材である。
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、空気極１１４に対向する空気極側集電部１３４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とを含む部材である。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。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酸化物を含む部材である。
【0069】
燃料電池スタック１００には、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、酸化剤ガスＯＧを発電単位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、発電単位１０２から排出された酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００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１６２とが形成されている。各発電単位１０２には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気極１１４に面する空気室１６６とを連通する複数の酸化剤供給ガス流路１３２と、酸化剤ガス排出マニホールド１６２と空気極１１４に面する空気室１６６とを連通する複数の酸化剤排出ガス流路１３３とが形成されている。
【0070】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、一の発電単位１０２である第１の発電単位１０２Ａに形成された第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１の合計（以下、単に「第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａの断面積合計」という。）は、第１の発電単位１０２Ａの温度よりも低い温度の発電単位１０２に形成された各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１の合計（以下、単に「他の酸化剤供給ガス流路１３２の断面積合計」という。）よりも大きい。
【0071】
本実施形態の燃料電池スタック１００において、例えば燃料電池スタック１００の構造上の理由等により、発電単位１０２間の温度のばらつきが生じることがある。各発電単位の酸化剤供給ガス流路の断面積が均一であり、各発電単位の酸化剤排出ガス流路の断面積が均一である上記特許文献１に記載の技術では、比較的高温の発電単位１０２である第１の発電単位１０２Ａにおいては、比較的低温である他の発電単位１０２に比べて空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給されにくいので、空気室１６６内の酸素の濃度が低くなり易い。空気室１６６内の酸素の濃度が低いと、導電性の酸化物を含む接合部１３８が還元することにより劣化し、ひいては空気極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との界面で剥離（以下、単に「接合部１３８の剥離」という。）が発生することがある。従って、上述の構成の燃料電池スタック１００においては、発電単位１０２間の温度のばらつきに起因して接合部１３８の剥離が発生し、ひいては、燃料電池スタック１００の電気的性能が低下するおそれがある。
【0072】
これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａの断面積合計は、他の酸化剤供給ガス流路１３２の断面積合計よりも大きいので、比較的高温となる第１の発電単位１０２Ａにおいて酸化剤ガスＯＧ（酸素）が導入され易い。これにより、発電単位１０２間の空気室１６６内の酸素の濃度のばらつきが抑制される。そのため、第１の発電単位１０２Ａの接合部１３８が還元して劣化することに起因する第１の発電単位１０２Ａの接合部１３８の剥離の発生が抑制され、ひいては燃料電池スタック１００の使用時において燃料電池スタック１００の電気的性能が低下することが抑制される。
【0073】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、一の発電単位１０２である第１の発電単位１０２Ａに形成された各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２の合計（以下、単に「第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａの断面積合計」という。）は、他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２の合計（以下、単に「他の酸化剤排出ガス流路１３３の断面積合計」という。）よりも大きい。そのため、比較的高温となる第１の発電単位１０２Ａにおいて酸化剤ガスＯＧ（酸素）が更に導入され易いので、発電単位１０２間の空気室１６６内の酸素の濃度のばらつきが更に効果的に抑制される。
【0074】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａの断面積合計が他の酸化剤供給ガス流路１３２の断面積合計よりも大きく、尚且つ、第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａの断面積合計が他の酸化剤排出ガス流路１３３の断面積合計よりも大きい。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、比較的高温である第１の発電単位１０２Ａの空気室１６６の酸素濃度の低下をより効果的に抑制することができ、ひいては、接合部１３８が還元することに起因する接合部１３８の剥離をより効果的に抑制することができる。
【0075】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、接合部１３８は、上下方向視で、上下方向において空気極１１４と対向する空気極側集電部１３４の表面である底面部分１３４Ｃの外周線の内側に収まるように空気極側集電部１３４の表面の底面部分１３４Ｃに接続されている。そのため、接合部１３８と空気極側集電部１３４との接触面積が小さいので、接合部１３８が空気極側集電部１３４から剥離し易い。従って、そのような構成で本実施形態の構成を適用すると特に効果的である。
【0076】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００は、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とを備える。燃料極側フレーム１４０は、空気極１１４に面する空気室１６６を取り囲む孔１３１が形成された空気極側フレーム１３０と、燃料極１１６に面する燃料室１７６を取り囲む孔１４１が形成された部材である。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とを区画する部材である。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、空気室１６６と燃料室１７６とを区画する部材である。本実施形態の燃料電池スタック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部材である。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を締結する部材である。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。
【0077】
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とを連結し、かつ、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。
【0078】
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。連結部１８８は、内側部１８６と外側部１８７とを連結し、かつ、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。
【0079】
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。本実施形態の燃料電池スタック１００は、上述の構成の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。このような構成（以下、「構成α」という。）である本実施形態の燃料電池スタック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。
【0080】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上記の構成αを備えるため、ボルト２２およびナット２４による締結力は、発電ブロック１０３の内、ボルト２２およびナット２４によって直接締結された側の部分から、上下方向視で単セル１１０に重なる部分に伝達されにくい。そのため、空気極１１４とインターコネクタ１９０との接合は、ボルト２２およびナット２４の締結力に依らずに、接合部１２４の固着力のみに依ってなされる傾向となる。そのため、上記の構成αを備える構成においては、燃料電池スタック１００の使用時などにおいて、接合部１２４の剥離が生じ易い。従って、上記の構成αを備える構成で本発明を適用すると特に効果的である。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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において、接合部１３８は、上下方向視で、上下方向において空気極１１４と対向する空気極側集電部１３４の表面の外周線の内側に収まるように空気極側集電部１３４の表面の底面部分１３４Ｃに接続されている構成としてもよい。すなわち、上述の「被覆層１９６の表面１９６Ａの側面部分１３４Ｂまたは底面部分１３４Ｃ」を「空気極側集電部１３４の表面１３４Ａ」または「酸化被膜層１９４の内、空気極側集電部１３４の凸部１９２とは反対側の表面１９４」と読み替えればよい。この場合においても、接合部１３８と空気極側集電部１３４との接触面積が小さいので、接合部１３８が空気極側集電部１３４から剥離し易い。従って、このような構成で本発明を適用すると特に効果的である。
【0088】
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。
【0089】
また、上記実施形態において、各発電単位１０２に含まれる酸化剤供給ガス流路１３２や酸化剤排出ガス流路１３３の数は特に限定されず、例えば、各発電単位１０２に含まれる酸化剤供給ガス流路１３２の数または／および酸化剤排出ガス流路１３３の数が１つであってもよい。
【0090】
また、上記実施形態では、単セル１１０が中間層１１８を備えているが、単セル１１０が中間層１１８を備えないとしてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、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。
【0091】
また、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１の合計よりも大きくなっていれば、各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積は特に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、同一の発電単位１０２内の各酸化剤供給ガス流路１３２のＹ軸方向の幅および／またはＺ軸方向の高さにばらつきがあってもよい。また、上記実施形態では、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２ＡのＺ軸方向の高さが他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のＺ軸方向の高さと略同一であるが、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２ＡのＺ軸方向の高さが他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のＺ軸方向の高さよりも長い構成としてもよい。これらの場合においても、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１の合計よりも大きくなっていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0092】
同様に、各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２の合計よりも大きくなっていれば、各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積は特に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、同一の発電単位１０２内の各酸化剤排出ガス流路１３３のＹ軸方向の幅および／またはＺ軸方向の高さにばらつきがあってもよい。この場合においても、各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２の合計よりも大きくなっていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0093】
また、上記実施形態において、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１の合計よりも大きい構成と、各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２の合計よりも大きい構成とのいずれかのみが採用されてもよい。
【0094】
また、本実施形態において、燃料電池スタック１００は、複数の第１の発電単位１０２Ａを備えていてもよい。また、本実施形態において、燃料電池スタック１００は、第１の発電単位１０２Ａよりも高温の発電単位１０２を備えていてもよい。
【0095】
本実施形態では、他の発電単位１０２よりも高温である発電単位１０２（第１の発電単位１０２Ａ）が１つであるが、他のいずれかの発電単位１０２との関係で比較的高温である発電単位１０２が複数ある場合に、比較的高温である各発電単位１０２において、各第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ１の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ１の合計よりも大きい構成としてもよい。同様に、比較的高温である各発電単位１０２において、各第１の酸化剤排出ガス流路１３３Ａのガス流れ方向に直交する断面の面積ＳＡ２の合計が他の発電単位１０２の各酸化剤排出ガス流路１３３のガス流れ方向に直交する断面の面積Ｓ２の合計よりも大きい構成としてもよい。これらの場合においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0096】
また、燃料電池スタック１００に備えられた一の発電単位１０２（他の発電単位１０２よりも高温である発電単位１０２。例えば、第１の発電単位１０２Ａ）よりも低温である発電単位１０２（前記他の発電単位１０２）に形成された酸化剤供給ガス流路１３２の断面積合計（ガス流れ方向に直交する断面の面積の合計。以下、同様）に対する前記一の発電単位１０２の酸化剤供給ガス流路１３２の断面積合計の割合は、発電単位１０２間の空気室１６６内の酸素の濃度のばらつきの抑制等の観点から、２００％以上であることがより好ましい。その一例として、例えば、上記実施形態において、他の発電単位１０２の各酸化剤供給ガス流路１３２のＹ軸方向の幅Ｗ１１，Ｗ１２，…，Ｗ１６を３ｍｍとし、第１の酸化剤供給ガス流路１３２Ａの幅ＷＡ１１，ＷＡ１２，…，ＷＡ１６を８ｍｍとしてもよい。また、同様の理由から、燃料電池スタック１００に備えられる一の発電単位１０２よりも低温である発電単位１０２に形成された酸化剤排出ガス流路１３３の断面積合計に対する前記一の発電単位１０２の酸化剤排出ガス流路１３３の断面積合計の割合は、２００％以上であることがより好ましい。
【0097】
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、上述した構成の酸化剤供給ガス流路１３２または酸化剤排出ガス流路１３３を採用することにより、比較的高温である発電単位１０２の空気室１６６の酸素濃度の低下を抑制することができ、ひいては、接合部１３８が還元することに起因する接合部１３８の剥離を抑制することを抑制することができる。
【0098】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、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】
【0099】
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 １０２Ａ：第１の発電単位 １０３：発電ブロック １０４：エンドプレート １０４Ａ：孔 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 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 １３１：孔 １３２：酸化剤供給ガス流路 １３２Ａ：第１の酸化剤供給ガス流路 １３３：酸化剤排出ガス流路 １３３Ａ：第１の酸化剤排出ガス流路 １３４：空気極側集電部 １３８：接合部 １４０：燃料極側フレーム １４２：燃料ガス供給ガス流路 １４３：燃料ガス排出ガス流路 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 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 １９２：凸部 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】