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7645683環状スペーサ、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形電解セル
(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】2025-03-06
(45)【発行日】2025-03-14
(54)【発明の名称】環状スペーサ、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形電解セル
(51)【国際特許分類】
H01M 8/2483 20160101AFI20250307BHJP
H01M 8/0206 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/0208 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/021 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/0258 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/1226 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/12 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20250307BHJP
H01M 8/0612 20160101ALI20250307BHJP
C25B 9/63 20210101ALN20250307BHJP
C25B 13/02 20060101ALN20250307BHJP
【ＦＩ】
H01M8/2483
H01M8/0206
H01M8/0208
H01M8/021
H01M8/0258
H01M8/1226
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
H01M8/00 Z
H01M8/04 Z
H01M8/0612
C25B9/63
C25B13/02 302
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021059954
(22)【出願日】2021-03-31
(65)【公開番号】P2022156333
(43)【公開日】2022-10-14
【審査請求日】2023-11-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000000284
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】神家 規寿
(72)【発明者】
【氏名】大西 久男
(72)【発明者】
【氏名】越後 満秋
(72)【発明者】
【氏名】稲家 章雄
(72)【発明者】
【氏名】依田 将和
【審査官】守安 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－２０１３５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１４３０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３５３４２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１４７５３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１４０６８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２０９７３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２００８７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／２４
Ｈ０１Ｍ ８／００
Ｈ０１Ｍ ８／０２
Ｈ０１Ｍ ８／０４
Ｈ０１Ｍ ８／０６
Ｃ２５Ｂ １／００
Ｃ２５Ｂ ９／００
Ｆ１６Ｊ １５／００
Ｆ１６Ｌ ９／００
Ｆ１６Ｌ ２１／００
Ｆ１６Ｌ ２３／００
Ｆ１６Ｌ ２５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表裏にわたる貫通孔を備える板状の環状スペーサであって、他の部材に挟まれた状態で前記貫通孔の内側の空間から前記環状スペーサの外側の空間まで気体を通流させる流路を備え、
前記環状スペーサの中央部において、前記貫通孔の周壁を形成するように、表面及び裏面の少なくとも一方に周囲よりも表裏方向に突出するフランジ状のフランジ部を備える環状スペーサ。
【請求項2】
平板状の基部と、前記基部における表面及び裏面の少なくとも一方に周囲よりも表裏方向に突出する突出部を備え、前記突出部の周囲の空間が前記流路として機能し、前記基部の中央部に前記フランジ部を備える請求項１に記載の環状スペーサ。
【請求項3】
隙間を空けて配置される複数の第１部位と、前記第１部位を連結する第２部位と、を備え、前記隙間が前記流路として機能し、前記第２部位が前記フランジ部となるように構成してある請求項１に記載の環状スペーサ。
【請求項4】
電気伝導性を有する材料により形成される請求項１から３のいずれか１項に記載の環状スペーサ。
【請求項5】
前記材料が、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、インコネル、銅及びインバー材を何れか１つ以上含む請求項４に記載の環状スペーサ。
【請求項6】
電解質層と、前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極と、前記電解質層と前記第１電極と前記第２電極とを支持する板状支持体と、を備える電気化学素子であって、前記板状支持体は、導電性の第一板状体と、導電性の第二板状体と、前記第一板状体と前記第二板状体との対向面間に形成された内部流路と、を備え、
請求項１から５の何れか１項に記載の環状スペーサが前記第一板状体と前記第二板状体との間に配置されている電気化学素子。
【請求項7】
前記第一板状体及び前記第二板状体のうち少なくとも一方が、前記内部流路への気体の供給路を形成する貫通部を備え、前記板状支持体の厚さ方向視において前記貫通部と前記環状スペーサの前記貫通孔とが重なるように、前記環状スペーサが配置されている請求項６に記載の電気化学素子。
【請求項8】
請求項６または７に記載の電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュール。
【請求項9】
請求項６または７に記載の電気化学素子もしくは請求項８に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学素子または前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学素子または前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器とを少なくとも有する電気化学装置。
【請求項10】
請求項６または７に記載の電気化学素子もしくは請求項８に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学素子もしくは前記電気化学モジュールから電力を取り出すあるいは前記電気化学素子もしくは前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器とを少なくとも有する電気化学装置。
【請求項11】
請求項９または１０に記載の電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有するエネルギーシステム。
【請求項12】
請求項６または７に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池。
【請求項13】
請求項６または７に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせる固体酸化物形電解セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、環状スペーサ、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形電解セルに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、燃料電池（電気化学発電セル）や電解セル等の電気化学装置を構成する電気化学素子積層体は、特許文献１に示すように、気体透過領域を備えるとともに前記気体透過領域を覆って電気化学反応部を形成してなる金属基板や、スペーサやセパレータとして機能する金属基板等を含む多数の基板を気密に積層した構成となっていた。そして、電気化学反応部を備えた金属基板（電気化学素子）の両面に沿って空気（酸化性成分ガス）の空気流路と燃料ガス（還元性成分ガス）の燃料ガス流路とを画定し、それぞれの流路に空気と燃料ガスを流通する。すなわち、電気化学素子の複数を積層して電気化学モジュールとして一体に形成したものとなっていた。これにより、前記電気化学反応部において空気と燃料ガスとの反応から電力等の電気化学出力を生成するものとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２０１７－５０８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、このように電気化学モジュールは、多数の基板を積層して空気流路と燃料ガス流路とを形成するから、多数の金属基板を確実に密閉固定する必要がある。そのため、このような電気化学モジュールを作製するには、信頼性高く確実に固定するために、多大な工数と細心の注意を必要とする。そのため、このような電気化学モジュールを作製するための作製費は大きく膨らむとともに、作製される電気化学モジュールの信頼性（金属基板間の気密性や電気的接続の確実性など）が低下することになっていた。
【0005】
したがって、本発明は上記実状に鑑み、電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュールの作成を容易にする手段を提供すること、また、その電気化学モジュールを作製するにあたって、取り扱い容易な構造の電気化学素子を提供することを目的とする。また、電気化学モジュールを利用した電気化学装置やエネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セルを安価に提供することをさらなる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決する手段として、本発明の環状スペーサは、表裏にわたる貫通孔を備える板状の環状スペーサであって、他の部材に挟まれた状態で前記貫通孔の内側の空間から前記環状スペーサの外側の空間まで気体を通流させる流路を備え、前記環状スペーサの中央部において、前記貫通孔の周壁を形成するように、表面及び裏面の少なくとも一方に周囲よりも表裏方向に突出するフランジ状のフランジ部を備えることを特徴とする。
【0007】
本構成によれば、環状スペーサを他の部材に挟んだとき、貫通孔の内部の空間から環状スペーサの外側の空間まで気体を通流させることができる。このような環状スペーサは、電気化学素子の板状支持体に好適に適用できる。例えば、板状支持体が２枚の板状体を対向させて構成され、２枚の板状体の間の空間が気体の流路（内部流路）として利用される場合がある。この場合、環状スペーサを、２枚の板状体に挟まれる状態で配置すると、様々な利点が生じる。まず、板状支持体の剛性を高めることができる。電気化学モジュールを作成するとき、複数の電気化学素子が集合され、集合方向に力が加えられる。環状スペーサの存在により、板状体の変形を抑制し、内部流路の形状を保つことができる。また、環状スペーサの貫通孔及び流路を、板状支持体の内部流路への気体の供給に用いることができる。従って、環状スペーサにより、電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュールの作成を容易に行なうことができる。換言すれば、環状スペーサにより、電気化学モジュールを作製するにあたって、取り扱い容易な構造の電気化学素子を提供することができる。
また、本構成では、環状スペーサの中央部において、貫通孔の周壁を形成するように、表面及び裏面の少なくとも一方に周囲よりも表裏方向に突出するフランジ状のフランジ部を備える。これにより、環状スペーサを２枚の板状体に挟まれる状態で配置したときに、例えば一方の板状体に設けた貫通部にフランジ部を配設することにより、環状スペーサを、前記板状体に対して位置決めすることができる。
また、本構成では、環状スペーサの中央部において、貫通孔の周壁を形成するように、表面及び裏面の少なくとも一方に周囲よりも表裏方向に突出するフランジ状のフランジ部を備える。これにより、環状スペーサを２枚の板状体に挟まれる状態で配置したときに、例えば一方の板状体に設けた貫通部にフランジ部を配設することにより、環状スペーサを、前記板状体に対して位置決めすることができる。
【0008】
本発明において、平板状の基部と、前記基部における表面及び裏面の少なくとも一方に周囲よりも表裏方向に突出する突出部を備え、前記突出部の周囲の空間が前記流路として機能し、前記基部の中央部に前記フランジ部を備えると好適である。
【0009】
本構成によれば、簡易な構成により環状スペーサの流路を実現することができる。
【0010】
本発明において、周方向に隙間を空けて配置される複数の第１部位と、前記第１部位を連結する第２部位と、を備え、前記隙間が前記流路として機能し、前記第２部位が前記フランジ部となるように構成してあると好適である。
【0011】
本構成によれば、簡易な構成により環状スペーサの流路を実現することができる。
【0012】
本発明において、電気伝導性を有する材料により形成されると好適である。
【0013】
本構成によれば、環状スペーサを他の２つの部材に挟んだとき、環状スペーサを通じて２つの部材が導通可能となる。すなわち、環状スペーサを電気化学素子の板状支持体に用いたとき、板状支持体の電気伝導性を向上させることができる。
【0014】
本発明において、前記材料が、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、インコネル、銅及びインバー材を何れか１つ以上含むと好適である。
【0015】
本構成によれば、容易に入手可能な素材を用いて環状スペーサを安価に作製することができる。
【0016】
上述した課題を解決する手段として、本発明の電気化学素子は、電解質層と、前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極と、前記電解質層と前記第１電極と前記第２電極とを支持する板状支持体と、を備える電気化学素子であって、前記板状支持体は、導電性の第一板状体と、導電性の第二板状体と、前記第一板状体と前記第二板状体との対向面間に形成された内部流路と、を備え、上述の環状スペーサが前記第一板状体と前記第二板状体との間に配置されていることを特徴とする。
【0017】
本構成によれば、環状スペーサが第一板状体と第二板状体との間に配置されるので、第一板状体及び第二板状体の変形を抑制し、内部流路の形状を保つことができる。換言すれば、板状支持体の剛性を高めることができる。また、環状スペーサの貫通孔及び流路を、板状支持体の内部流路への気体の供給に用いることができる。従って、電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュールの作成を容易に行なうことができる。換言すれば、環状スペーサにより、電気化学モジュールを作製するにあたって、取り扱い容易な構造の電気化学素子を提供することができる。
【0018】
本発明において、前記第一板状体及び前記第二板状体のうち少なくとも一方が、前記内部流路への気体の供給路を形成する貫通部を備え、前記板状支持体の厚さ方向視において前記貫通部と前記環状スペーサの前記貫通孔とが重なるように、前記環状スペーサが配置されていると好適である。
【0019】
本構成によれば、貫通部からの気体を、環状スペーサの貫通孔及び流路を通じて、第一板状体と第二板状体との間の内部流路に供給することができる。
【0020】
上述した課題を解決する手段として、本発明の電気化学モジュールは、上述の電気化学素子が複数集合した状態で配置されることを特徴とする。
【0021】
本構成によれば、上述の電気化学素子が複数集合した状態で配置されるので、材料コストと加工コストを抑制しつつ、コンパクトで高性能な、強度と信頼性に優れた電気化学モジュールを得ることができる。
【0022】
上述した課題を解決する手段として、本発明の電気化学装置は、上述の電気化学素子もしくは上述の電気化学モジュールと、前記電気化学素子または前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学素子または前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器とを少なくとも有することを特徴とする。
【0023】
本構成によれば、電気化学素子又は電気化学モジュールを燃料電池として動作させる場合、都市ガス等の既存の原燃料供給インフラを用いて供給される天然ガス等を基に、改質器などの燃料変換器により水素を生成するように構成でき、耐久性・信頼性及び性能に優れた電気化学素子又は電気化学モジュールを備えた電気化学装置を実現できる。また、電気化学モジュールから流通される未利用の燃料ガスをリサイクルするシステムを構築し易くなるため、高効率な電気化学装置を実現できる。
一方、電気化学素子又は電気化学モジュールを電解セルとして動作させる場合は、電極層に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスが流通され、電極層と対極電極層との間に電圧が印加される。そうすると、電極層において電子ｅ－と水分子Ｈ２Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ２が反応して、水素分子Ｈ２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ２－となる。発生した酸素イオンＯ２－は、電解質層を通って対極電極層へ移動する。そして、対極電極層において、酸素イオンＯ２－が電子を放出して酸素分子Ｏ２となる。以上の反応により、水蒸気を含有するガスが流通する場合には、水分子Ｈ２Ｏが水素Ｈ２と酸素Ｏ２とに分解され、二酸化炭素分子ＣＯ２を含有するガスが流通する場合には、一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ２とに電気分解される。
したがって、水蒸気と二酸化炭素分子ＣＯ２とを含有するガスが流通される場合は、上記電気分解により電気化学素子又は電気化学モジュールで生成した水素及び一酸化炭素等から炭化水素などの種々の化合物を合成する燃料変換器を設けることができる。これにより、燃料変換器が生成した炭化水素等を電気化学素子又は電気化学モジュールに流通する、或いは本システム・装置外に取り出して別途燃料や化学原料として利用することが可能となる。
一方、電気化学素子又は電気化学モジュールを電解セルとして動作させる場合は、電極層に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスが流通され、電極層と対極電極層との間に電圧が印加される。そうすると、電極層において電子ｅ－と水分子Ｈ２Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ２が反応して、水素分子Ｈ２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ２－となる。発生した酸素イオンＯ２－は、電解質層を通って対極電極層へ移動する。そして、対極電極層において、酸素イオンＯ２－が電子を放出して酸素分子Ｏ２となる。以上の反応により、水蒸気を含有するガスが流通する場合には、水分子Ｈ２Ｏが水素Ｈ２と酸素Ｏ２とに分解され、二酸化炭素分子ＣＯ２を含有するガスが流通する場合には、一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ２とに電気分解される。
したがって、水蒸気と二酸化炭素分子ＣＯ２とを含有するガスが流通される場合は、上記電気分解により電気化学素子又は電気化学モジュールで生成した水素及び一酸化炭素等から炭化水素などの種々の化合物を合成する燃料変換器を設けることができる。これにより、燃料変換器が生成した炭化水素等を電気化学素子又は電気化学モジュールに流通する、或いは本システム・装置外に取り出して別途燃料や化学原料として利用することが可能となる。
【0024】
上述した課題を解決する手段として、本発明の電気化学装置は、上述の電気化学素子もしくは上述の電気化学モジュールと、前記電気化学素子もしくは前記電気化学モジュールから電力を取り出すあるいは前記電気化学素子もしくは前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器とを少なくとも有することを特徴とする。
【0025】
本構成によれば、電力変換器は、電気化学素子もしくは電気化学モジュールが発電した電力を取り出し、あるいは、電気化学素子もしくは電気化学モジュールに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学素子もしくは電気化学モジュールは、燃料電池として作用し、あるいは、電解セルとして作用する。よって、上記構成によれば、燃料等の化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する、あるいは電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学素子等を提供することができる。
なお、例えば、電力変換器としてインバータを用いる場合、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学素子もしくは電気化学モジュールから得られる電気出力を、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学素子もしくは電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。また、電気分解に供する場合は、交流電源から直流を得て、電気化学素子もしくは電気化学モジュールへ直流の電力供給できる電気化学装置を構築できるので好ましい。
なお、例えば、電力変換器としてインバータを用いる場合、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学素子もしくは電気化学モジュールから得られる電気出力を、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学素子もしくは電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。また、電気分解に供する場合は、交流電源から直流を得て、電気化学素子もしくは電気化学モジュールへ直流の電力供給できる電気化学装置を構築できるので好ましい。
【0026】
上述した課題を解決する手段として、本発明のエネルギーシステムは、上述の電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有することを特徴とする。
【0027】
本構成によれば、電気化学装置と、電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部を有するので、耐久性・信頼性および性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現することができる。なお、電気化学装置から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリットシステムを実現することもできる。
【0028】
上述した課題を解決する手段として、本発明の固体酸化物形燃料電池は、上述の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせることを特徴とする。
【0029】
本構成によれば、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形燃料電池として発電反応を行うことができるので、高耐久・高性能な固体酸化物形燃料電池を得る事ができる。なお、定格運転時に６５０℃以上の温度域で運転可能な固体酸化物形燃料電池であると、都市ガス等の炭化水素系ガスを原燃料とする燃料電池システムにおいて、原燃料を水素に変換する際に必要となる熱を燃料電池の排熱で賄うことが可能なシステムを構築できるため、燃料電池システムの発電効率を高めることができるので、より好ましい。また、定格運転時に９００℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、金属支持型電気化学素子からのＣｒ揮発の抑制効果が高められるのでより好ましく、定格運転時に８５０℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、Ｃｒ揮発の抑制効果を更に高められるので更に好ましい。
【0030】
上述した課題を解決する手段として、本発明の固体酸化物形電解セルは、上述の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせることを特徴とする。
【0031】
本構成によれば、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形電解セルとして電解反応によるガスの生成を行うことができるので、高耐久・高性能な固体酸化物形電解セルを得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】電気化学素子の概略図
【図10】電気化学反応部の要部拡大図
【図11】電気化学モジュールの概略図
【図12】エネルギーシステムの概略図
【図13】別の形態に係る電気化学モジュールの説明図
【図14】別のエネルギーシステムの概略図
【図15】環状スペーサの斜視図
【図16】環状スペーサの平面図
【図17】電気化学素子の断面図
【図18】環状スペーサの斜視図
【図19】環状スペーサの平面図
【図20】電気化学素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下に、本発明の環状スペーサ、電気化学素子、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形電解セルを説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。なお、層の位置関係などを表す際、例えば電極層から見て電解質層の側を「上」「上側」、第一板状体の側を「下」「下側」などと呼ぶ。
【0034】
（電気化学素子）
図１～図９に示すように、電気化学素子Ａは、導電性の第一板状体１と導電性の第二板状体２との対向面間に形成された内部流路Ａ１を有する板状支持体１０を備え、板状支持体１０は、当該板状支持体１０を構成する第一板状体１及び第二板状体２の少なくとも一部において、当該板状支持体１０の内側である内部流路Ａ１と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部１Ａと、気体通流許容部１Ａの全部又は一部を被覆する状態で、膜状の電極層３１と膜状の電解質層３２と膜状の対極電極層３３とを記載順に有する電気化学反応部３とを備える（図５～図９参照）。また、板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１にたとえば燃料ガス等の還元性成分ガス及びたとえば空気等の酸化性成分ガスのうちの一方である第一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を一端部側に備え、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備える（図１、図３，図８，図９参照、尚、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。
図１～図９に示すように、電気化学素子Ａは、導電性の第一板状体１と導電性の第二板状体２との対向面間に形成された内部流路Ａ１を有する板状支持体１０を備え、板状支持体１０は、当該板状支持体１０を構成する第一板状体１及び第二板状体２の少なくとも一部において、当該板状支持体１０の内側である内部流路Ａ１と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部１Ａと、気体通流許容部１Ａの全部又は一部を被覆する状態で、膜状の電極層３１と膜状の電解質層３２と膜状の対極電極層３３とを記載順に有する電気化学反応部３とを備える（図５～図９参照）。また、板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１にたとえば燃料ガス等の還元性成分ガス及びたとえば空気等の酸化性成分ガスのうちの一方である第一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を一端部側に備え、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備える（図１、図３，図８，図９参照、尚、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。
【0035】
（板状支持体）
第一板状体１は、電極層３１と電解質層３２と対極電極層３３とを有する電気化学反応部３を支持して電気化学素子Ａの強度を保つ役割を担う。第一板状体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性および耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、第一板状体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、ＴｉおよびＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金であると特に好適である。
第一板状体１は、電極層３１と電解質層３２と対極電極層３３とを有する電気化学反応部３を支持して電気化学素子Ａの強度を保つ役割を担う。第一板状体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性および耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、第一板状体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、ＴｉおよびＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金であると特に好適である。
【0036】
第二板状体２は、第一板状体１と重ね合わされた状態で、周縁部１ａを溶接一体化されて板状支持体１０を構成する（図２～図９参照）。第二板状体２は、第一板状体１に対して複数に分割されていてもよく、逆に第一板状体１が第二板状体２に対して複数に分割された状態であってもよい。また、一体化するに際して、溶接に替え、接着、嵌合等他の手段を採用することができ、内部流路を外部と区画して形成できるのであれば、周縁部１ａ以外の部分で一体化してもよい。
【0037】
第一板状体１は全体として板状である。そして、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を多数設けてなる気体通流許容部１Ａを有する（図５～図９参照）。なお、例えば、貫通孔１１は、レーザー加工などにより、第一板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。気体通流許容部１Ａは、第一板状体１における電極層３１が設けられる領域より小さい領域に設けられることが好ましい。
【0038】
第一板状体１にはその表面に、拡散抑制層としての金属酸化物層１２（後述、図１０参照）が設けられる。すなわち、第一板状体１と後述する電極層３１との間に、拡散抑制層が形成されている。金属酸化物層１２は、第一板状体１の外部に露出した面だけでなく、電極層３１との接触面（界面）にも設けられる。また、貫通孔１１の内側の面に設けることもできる。この金属酸化物層１２により、第一板状体１と電極層３１との間の元素相互拡散を抑制することができる。例えば、第一板状体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１２が主にクロム酸化物となる。そして、第一板状体１のクロム原子等が電極層３１や電解質層３２へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１２が抑制する。金属酸化物層１２の厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚みであれば良い。
【0039】
金属酸化物層１２は種々の手法により形成されうるが、第一板状体１の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、第一板状体１の表面に、金属酸化物層１２をスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、スパッタリング法やＰＬＤ法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成しても良いし、メッキと酸化処理によって形成しても良い。更に、金属酸化物層１２は導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。
【0040】
第一板状体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、電極層３１や電解質層３２の材料であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア、ＣＧＯとも呼ぶ）等と熱膨張係数が近い。従って、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も電気化学素子Ａがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。なお、第一板状体１は、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を有する。なお、例えば、貫通孔１１は、機械的、化学的あるいは光学的穿孔加工などにより、第一板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。第一板状体１に気体透過性を持たせるために、多孔質金属を用いることも可能である。例えば、第一板状体１は、焼結金属や発泡金属等を用いることもできる。
【0041】
第二板状体２は、第一板状体１の気体通流許容部１Ａに対向する領域において、一端部側から他端部側に向かう複数の副流路Ａ１１、Ａ１１………を備えた内部流路Ａ１を形成する波板状に形成される（図１，図５参照）。また、第二板状体２は、表裏両面とも波板状に形成されており、内部流路Ａ１を区画形成する面の反対面は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に電気的に接続し、波型形状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分の近傍に形成される通路が、通流部Ａ２として機能する。この副流路Ａ１１は長方形状に形成される板状支持体１０の長辺に沿って複数平行に設けられており、一端部に設けられる供給路４から他端部に設けられる排出路５に至る内部流路Ａ１を構成する。また、第一貫通部４１と内部流路Ａ１との接続箇所は、第一板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、第一貫通部４１ら流通される第一ガスを副流路Ａ１１の夫々に分配する分配部Ａ１２を備え（図１参照）、第二貫通部５１と内部流路Ａ１の接続箇所は、第一板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、副流路Ａ１１のそれぞれを通流した第一ガスを集約して第二貫通部５１に導く合流部Ａ１３を備える（図１，図３，図４，図６～図９参照、尚、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。また、第二板状体２の材料については、耐熱性の金属であることが好ましく、第一板状体１との熱膨張差の低減や、溶接などの接合性の信頼性確保の観点から、第一板状体１と同じ材料であれば、より好ましい。
【0042】
（電気化学反応部）
（電極層）
電極層３１は、図５～１０に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通孔１１が設けられた領域の全体が、電極層３１に覆われている。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電極層３１が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１１が電極層３１に面して設けられている。
（電極層）
電極層３１は、図５～１０に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通孔１１が設けられた領域の全体が、電極層３１に覆われている。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電極層３１が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１１が電極層３１に面して設けられている。
【0043】
電極層３１は、気体透過性を持たせるため、その内部および表面に複数の細孔を有する。
すなわち電極層３１は、多孔質な層として形成される。電極層３１は、例えば、その緻密度が３０％以上８０％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。なお緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１－空孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。
すなわち電極層３１は、多孔質な層として形成される。電極層３１は、例えば、その緻密度が３０％以上８０％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。なお緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１－空孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。
【0044】
電極層３１の材料としては、例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用いることができる。これらの例では、ＧＤＣ、ＹＳＺ、ＣｅＯ2を複合材の骨材と呼ぶことができる。なお、電極層３１は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法やパルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能なプロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに、良好な電極層３１が得られる。そのため、第一板状体１を傷めることなく、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【0045】
（中間層）
中間層３４は、電極層３１を覆った状態で、電極層３１の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ～２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層３４の材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層３４の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。
中間層３４は、電極層３１を覆った状態で、電極層３１の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ～２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層３４の材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層３４の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。
【0046】
中間層３４は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３４が得られる。そのため、第一板状体１を傷めることなく、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【0047】
中間層３４としては、酸素イオン（酸化物イオン）伝導性を有することが好ましい。また、酸素イオン（酸化物イオン）と電子との混合伝導性を有すると更に好ましい。これらの性質を有する中間層は、電気化学素子Ａへの適用に適している。
【0048】
また電極層３１において、サーメット材の骨材の含有比、緻密度、および強度を電極層３１の下側から上側にかけて連続的に増加するように構成してもよい。この場合、電極層３１は層として明確に区別できる領域を持たなくてもよい。しかしこの場合であっても、電極層３１における第一板状体１に隣接する部位（下方部位）に比べ、電解質層３２に隣接する部位（上方部位）におけるサーメット材の骨材の含有比、緻密度、強度等を高くすることも可能である。
【0049】
（電解質層）
図５～図１０に示すように、電解質層３２は、電極層３１および中間層３４を覆った状態で、前記中間層の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは、電解質層３２は、中間層３４の上と第一板状体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層３２を第一板状体１に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。
図５～図１０に示すように、電解質層３２は、電極層３１および中間層３４を覆った状態で、前記中間層の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは、電解質層３２は、中間層３４の上と第一板状体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層３２を第一板状体１に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。
【0050】
また電解質層３２は、図５に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に設けられる。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電解質層３２が形成された領域の内側に形成されている。
【0051】
また電解質層３２の周囲においては、電極層３１および前記中間層（図示せず）からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、電気化学素子ＡをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、第一板状体１の裏側から貫通孔１１を通じて電極層３１へガスが供給される。電解質層３２が第一板状体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。なお、本実施形態では電解質層３２によって電極層３１の周囲をすべて覆っているが、電極層３１および前記中間層の上部に電解質層３２を設け、周囲にガスケット等を設ける構成としてもよい。
【0052】
電解質層３２の材料としては、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、ＬＳＧＭ（ストロンチウム・マグネシウム添加ランタンガレート）等の酸素イオンを伝導する電解質材料や、ペロブスカイト型酸化物等の水素イオンを伝導する電解質材料を用いることができる。特にジルコニア系のセラミックスが好適に用いられる。電解質層３２をジルコニア系セラミックスとすると、電気化学素子Ａを用いたＳＯＦＣの稼働温度をセリア系セラミックスや種々の水素イオン伝導性材料に比べて高くすることができる。例えば電気化学素子ＡをＳＯＦＣに用いる場合、電解質層３２の材料としてＹＳＺのような６５０℃程度以上の高温域でも高い電解質性能を発揮できる材料を用い、システムの原燃料に都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の原燃料を用い、原燃料を水蒸気改質等によってＳＯＦＣのアノードガスとするシステム構成とすると、ＳＯＦＣのセルスタックで生じる熱を原燃料ガスの改質に用いる高効率なＳＯＦＣシステムを構築することができる。
【0053】
電解質層３２は、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ（化学気相成長）法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層３２が得られる。そのため、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層３２が低温域で容易に得られやすいので更に好ましい。
【0054】
電解質層３２は、アノードガスやカソードガスのガスリークを遮蔽し、かつ、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層３２の緻密度は９０％以上が好ましく、９５％以上であるとより好ましく、９８％以上であると更に好ましい。電解質層３２は、均一な層である場合は、その緻密度が９５％以上であると好ましく、９８％以上であるとより好ましい。また、電解質層３２が、複数の層状に構成されているような場合は、そのうちの少なくとも一部が、緻密度が９８％以上である層（緻密電解質層）を含んでいると好ましく、９９％以上である層（緻密電解質層）を含んでいるとより好ましい。このような緻密電解質層が電解質層３２の一部に含まれていると、電解質層３２が複数の層状に構成されている場合であっても、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層３２を形成しやすくできるからである。
【0055】
（反応防止層）
反応防止層３５は、電解質層３２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。前記反応防止層の材料としては、電解質層３２の成分と対極電極層３３の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層３５の材料として、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層３５を電解質層３２と対極電極層３３との間に導入することにより、対極電極層３３の構成材料と電解質層３２の構成材料との反応が効果的に抑制され、電気化学素子Ａの性能の長期安定性を向上できる。反応防止層３５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
反応防止層３５は、電解質層３２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。前記反応防止層の材料としては、電解質層３２の成分と対極電極層３３の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層３５の材料として、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層３５を電解質層３２と対極電極層３３との間に導入することにより、対極電極層３３の構成材料と電解質層３２の構成材料との反応が効果的に抑制され、電気化学素子Ａの性能の長期安定性を向上できる。反応防止層３５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【0056】
（対極電極層）
図５～図１０に示すように、対極電極層３３を、電解質層３２もしくは反応防止層３５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。対極電極層３３の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。特に対極電極層３３が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層３３は、カソードとして機能する。
図５～図１０に示すように、対極電極層３３を、電解質層３２もしくは反応防止層３５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。対極電極層３３の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。特に対極電極層３３が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層３３は、カソードとして機能する。
【0057】
なお、対極電極層３３の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＤＶ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【0058】
このような電気化学反応部３を構成することで、例えば、第一板状体１の裏側の面から貫通孔１１を通じて第一ガスとしての水素を含む燃料ガスを電極層３１へ流通し、電極層３１の対極となる対極電極層３３へ第二ガスとしての空気を流通し、例えば、５００℃以上９００℃以下の作動温度に維持する。そうすると、電解質層３２に酸素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ２が電子ｅ－と反応して酸素イオンＯ２－が生成される。その酸素イオンＯ２－が電解質層３２を通って電極層３１へ移動する。電極層３１においては、流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が酸素イオンＯ２－と反応し、水Ｈ２Ｏと電子ｅ－が生成される。電解質層３２に水素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、電極層３１において流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が電子ｅ－を放出して水素イオンＨ＋が生成される。その水素イオンＨ＋が電解質層３２を通って対極電極層３３へ移動する。対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ２と水素イオンＨ＋、電子ｅ－が反応し水Ｈ２Ｏが生成される。以上の反応により、電極層３１と対極電極層３３との間に電気化学出力として起電力が発生する。この場合、電極層３１は燃料電池の燃料極（アノード）として機能し、対極電極層３３は空気極（カソード）として機能する。
【0059】
また、図５～図９にて省略したが、図１０に示すように、本実施の形態では、電気化学反応部３は電極層３１と電解質層３２との間に中間層３４を備える。さらに、電解質層３２と対極電極層３３との間には反応防止層３５が設けられる。
【0060】
（電気化学反応部の製造方法）
次に、電気化学反応部３の製造方法について説明する。尚、図５～図９においては、下記中間層３４及び反応防止層３５を省略した記述としているので、ここでは、主に図１０を用いて説明する。
次に、電気化学反応部３の製造方法について説明する。尚、図５～図９においては、下記中間層３４及び反応防止層３５を省略した記述としているので、ここでは、主に図１０を用いて説明する。
【0061】
（電極層形成ステップ）
電極層形成ステップでは、第一板状体１の表側の面の貫通孔１１が設けられた領域より広い領域に電極層３１が薄膜の状態で形成される。第一板状体１の貫通孔１１はレーザー加工等によって設けることができる。電極層３１の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
電極層形成ステップでは、第一板状体１の表側の面の貫通孔１１が設けられた領域より広い領域に電極層３１が薄膜の状態で形成される。第一板状体１の貫通孔１１はレーザー加工等によって設けることができる。電極層３１の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【0062】
電極層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。まず電極層３１の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作製し、第一板状体１の表側の面に塗布し、８００℃～１１００℃で焼成する。
【0063】
（拡散抑制層形成ステップ）
上述した電極層形成ステップにおける焼成工程時に、第一板状体１の表面に金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成される。なお、上記焼成工程に、焼成雰囲気を酸素分圧が低い雰囲気条件とする焼成工程が含まれていると元素の相互拡散抑制効果が高く、抵抗値の低い良質な金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成されるので好ましい。電極層形成ステップを、焼成を行わないコーティング方法とする場合を含め、別途の拡散抑制層形成ステップを含めても良い。いずれにおいても、第一板状体１の損傷を抑制可能な１１００℃以下の処理温度で実施することが望ましい。
上述した電極層形成ステップにおける焼成工程時に、第一板状体１の表面に金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成される。なお、上記焼成工程に、焼成雰囲気を酸素分圧が低い雰囲気条件とする焼成工程が含まれていると元素の相互拡散抑制効果が高く、抵抗値の低い良質な金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成されるので好ましい。電極層形成ステップを、焼成を行わないコーティング方法とする場合を含め、別途の拡散抑制層形成ステップを含めても良い。いずれにおいても、第一板状体１の損傷を抑制可能な１１００℃以下の処理温度で実施することが望ましい。
【0064】
（中間層形成ステップ）
中間層形成ステップでは、電極層３１を覆う形態で、電極層３１の上に中間層３４が薄層の状態で形成される。中間層３４の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
中間層形成ステップでは、電極層３１を覆う形態で、電極層３１の上に中間層３４が薄層の状態で形成される。中間層３４の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【0065】
中間層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。
まず、中間層３４の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作製し、第一板状体１の表側の面に塗布する。そして中間層３４を圧縮成形し（中間層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３４の圧延は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ 、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、中間層３４の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、第一板状体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３４を形成できるためである。また、中間層３４の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うと更に好ましい。これは、中間層３４の焼成温度を低下させる程に、第一板状体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、電気化学素子Ａを形成できるからである。また、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
なお、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
まず、中間層３４の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作製し、第一板状体１の表側の面に塗布する。そして中間層３４を圧縮成形し（中間層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３４の圧延は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ 、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、中間層３４の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、第一板状体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３４を形成できるためである。また、中間層３４の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うと更に好ましい。これは、中間層３４の焼成温度を低下させる程に、第一板状体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、電気化学素子Ａを形成できるからである。また、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
なお、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
【0066】
（電解質層形成ステップ）
電解質層形成ステップでは、電極層３１および中間層３４を覆った状態で、電解質層３２が中間層３４の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成されても良い。電解質層３２の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
電解質層形成ステップでは、電極層３１および中間層３４を覆った状態で、電解質層３２が中間層３４の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成されても良い。電解質層３２の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【0067】
緻密で気密性およびガスバリア性能の高い、良質な電解質層３２を１１００℃以下の温度域で形成するためには、電解質層形成ステップをスプレーコーティング法で行うことが望ましい。その場合、電解質層３２の材料を第一板状体１上の中間層３４に向けて噴射し、電解質層３２を形成する。
【0068】
（反応防止層形成ステップ）
反応防止層形成ステップでは、反応防止層３５が電解質層３２の上に薄層の状態で形成される。反応防止層３５の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。なお反応防止層３５の上側の面を平坦にするために、例えば反応防止層３５の形成後にレベリング処理や表面を切削・研磨処理を施したり、湿式形成後焼成前に、プレス加工を施してもよい。
反応防止層形成ステップでは、反応防止層３５が電解質層３２の上に薄層の状態で形成される。反応防止層３５の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。なお反応防止層３５の上側の面を平坦にするために、例えば反応防止層３５の形成後にレベリング処理や表面を切削・研磨処理を施したり、湿式形成後焼成前に、プレス加工を施してもよい。
【0069】
（対極電極層形成ステップ）
対極電極層形成ステップでは、対極電極層３３が反応防止層３５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層３３の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
対極電極層形成ステップでは、対極電極層３３が反応防止層３５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層３３の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【0070】
以上の様にして、電気化学反応部３を製造することができる。
【0071】
なお電気化学反応部３において、中間層３４と反応防止層３５とは、何れか一方、あるいは両方を備えない形態とすることも可能である。すなわち、電極層３１と電解質層３２とが接触して形成される形態、あるいは電解質層３２と対極電極層３３とが接触して形成される形態も可能である。この場合に上述の製造方法では、中間層形成ステップ、反応防止層形成ステップが省略される。なお、他の層を形成するステップを追加したり、同種の層を複数積層したりすることも可能であるが、いずれの場合であっても、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【0072】
（電気化学素子積層体）
図１１に示すように、電気化学素子積層体Ｓ（電気化学素子集合体）は、電気化学素子Ａを複数有し、隣接する電気化学素子Ａに関して、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０とが対向する形態で、且つ、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における電気化学反応部３が配置される第一板状体１とは別の第二板状体２の外面と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における第一板状体１の外面とが電気的に接続される形態で、且つ、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って第二ガスが通流する通流部Ａ２が形成される形態で、複数の電気化学素子Ａが積層配置（集合配置）されている。電気的に接続させるためには、電気伝導性表面部同士を単純に接触させる他、接触面に面圧を印可したり、高電気伝導性の材料を介在させて接触抵抗を下げる方法などが採用可能である。具体的には、長方形状の各電気化学素子が一端部の第一貫通部４１と他端部の第二貫通部５１とを揃えた状態で、それぞれの電気化学素子Ａの電気化学反応部３が上向きになる状態で整列して、各第一貫通部４１、第二貫通部５１同士の間に第一環状シール部４２、第二環状シール部５２を介在して、積層（集合）されることにより、上記構成となる。
図１１に示すように、電気化学素子積層体Ｓ（電気化学素子集合体）は、電気化学素子Ａを複数有し、隣接する電気化学素子Ａに関して、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０とが対向する形態で、且つ、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における電気化学反応部３が配置される第一板状体１とは別の第二板状体２の外面と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における第一板状体１の外面とが電気的に接続される形態で、且つ、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って第二ガスが通流する通流部Ａ２が形成される形態で、複数の電気化学素子Ａが積層配置（集合配置）されている。電気的に接続させるためには、電気伝導性表面部同士を単純に接触させる他、接触面に面圧を印可したり、高電気伝導性の材料を介在させて接触抵抗を下げる方法などが採用可能である。具体的には、長方形状の各電気化学素子が一端部の第一貫通部４１と他端部の第二貫通部５１とを揃えた状態で、それぞれの電気化学素子Ａの電気化学反応部３が上向きになる状態で整列して、各第一貫通部４１、第二貫通部５１同士の間に第一環状シール部４２、第二環状シール部５２を介在して、積層（集合）されることにより、上記構成となる。
【0073】
板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１に還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの一方である第一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を長方形状の板状支持体１０の長手方向一端部側に備え、通流部Ａ２内において、板状支持体１０の両外面に夫々形成される第一貫通部４１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第一環状シール部４２を備え、第一貫通部４１及び第一環状シール部４２により、第一ガスを内部流路Ａ１に流通する供給路４が形成される。尚、第一板状体１における第一環状シール部４２の接当する部位の周囲には第一板状体１における前記内部流路Ａ１とは反対側面に環状の膨出部ａを設けて第一環状シール部４２の第一板状体１の面に沿う方向での位置決めを容易にしてある。
【0074】
また、板状支持体１０は、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備え、第二貫通部５１は、第二ガスと区画された状態で第一ガスを通流させる構成であり、通流部Ａ２内において、板状支持体１０の両外面に夫々形成される第二貫通部５１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第二環状シール部５２を備え、第二貫通部５１及び第二環状シール部５２により、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを流通する排出路５が形成される。
【0075】
第一、第二環状シール部４２，５２は、アルミナ等の絶縁性セラミックス材料やこれを被覆した金属、あるいは、マイカ繊維、ガラスなどの材料からなり、隣接する電気化学素子どうしを電気的に絶縁する絶縁シール部として機能する。
【0076】
（電気化学モジュール）
図１１に示すように、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体Ｓを内装する絶縁体からなる筐体Ｂと、筐体Ｂの外部から供給路４を介して内部流路Ａ１に第一ガスを流通する第一ガス供給部６１と、反応後の第一ガスを流通する第一ガス排出部６２と、筐体Ｂの外部から通流部Ａ２に第二ガスを流通する第二ガス供給部７１と、反応後の第二ガスを流通する第二ガス排出部７２と、電気化学反応部３における電気化学反応に伴う出力を得る出力部８とを備え、筐体Ｂ内に、第二ガス供給部７１から流通される第二ガスを通流部Ａ２に分配流通する分配室９を備えている。
分配室９は、電気化学素子積層体Ｓに対して当該電気化学素子積層体Ｓの流通部の入口や出口となる側（側方）に位置する空間であり、通流部Ａ２は、空間側に開口形成されて当該空間と連通している。
図１１に示すように、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体Ｓを内装する絶縁体からなる筐体Ｂと、筐体Ｂの外部から供給路４を介して内部流路Ａ１に第一ガスを流通する第一ガス供給部６１と、反応後の第一ガスを流通する第一ガス排出部６２と、筐体Ｂの外部から通流部Ａ２に第二ガスを流通する第二ガス供給部７１と、反応後の第二ガスを流通する第二ガス排出部７２と、電気化学反応部３における電気化学反応に伴う出力を得る出力部８とを備え、筐体Ｂ内に、第二ガス供給部７１から流通される第二ガスを通流部Ａ２に分配流通する分配室９を備えている。
分配室９は、電気化学素子積層体Ｓに対して当該電気化学素子積層体Ｓの流通部の入口や出口となる側（側方）に位置する空間であり、通流部Ａ２は、空間側に開口形成されて当該空間と連通している。
【0077】
電気化学素子積層体Ｓは、筐体Ｂに対して、一対の集電体８１、８２に挟持された状態で内装されており、この集電体８１、８２に出力部８が延設され、筐体Ｂ外部の電力供給先に電力供給自在に接続されるとともに、集電体８１，８２は筐体Ｂに対して電気化学素子積層体Ｓを気密に収容し、かつ集電体８１，８２が各電気化学素子Ａに対する緩衝材として機能するよう設けられている。
【0078】
これにより電気化学モジュールＭは、第一ガス供給部６１から燃料ガスを流通するとともに、第二ガス供給部７１から空気を流通することで、図１１破線矢印に示すように燃料ガスが進入し実線矢印に示すように空気が進入する。第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、電気化学素子積層体Ｓの最上部の電気化学素子Ａの第一貫通部４１より供給路４に誘導され、第一環状シール部４２により区画される供給路４より、すべての電気化学素子Ａの内部流路Ａ１に通流する。また第二ガス供給部７１から流通された空気は、分配室９に一時流入したのち、各電気化学素子Ａ間に形成される通流部Ａ２に通流する。
ちなみに、第二板状体２を基準にすると、波板状の第二板状体２部分が第一板状体１から膨出する部分で第一板状体１と第二板状体２との間に内部流路Ａ１が形成されるとともに、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に接触して電気接続可能にする。一方、波板状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分が第一板状体１と電気接続し、第二板状体２と隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３との間に通流部Ａ２を形成する。
図１０の一部に内部流路Ａ１を含む断面の現れる電気化学素子Ａと、通流部Ａ２を含む断面の現れる電気化学素子Ａとを便宜的に並べて示す部分があるが、第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、分配部Ａ１２に達し（図１，４，７参照）、分配部Ａ１２を介して一端部側の幅方向に沿って広がって流れ、内部流路Ａ１のうち各副流路Ａ１１に達する（図１，図３，図７参照）。すると、内部流路Ａ１に進入した燃料ガスは気体通流許容部１Ａを介して電極層３１に進入できる。また、燃料ガスは、電気化学反応済みの燃料ガスとともに、さらに内部流路Ａ１を進み、合流部Ａ１３、第二貫通部５１を介して、第二環状シール部５２によって形成される排出路５に進み、他の電気化学素子Ａからの電気化学反応済みの燃料ガスとともに第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される。一方、第二ガス供給部７１から流通された空気は、分配室９を介して通流部Ａ２に進入し、対極電極層３３に進入できる。また、空気は、電気化学反応済みの空気とともに、さらに電気化学反応部３に沿って通流部Ａ２を進み第二ガス排出部７２より筐体Ｂ外に流通される。
ちなみに、第二板状体２を基準にすると、波板状の第二板状体２部分が第一板状体１から膨出する部分で第一板状体１と第二板状体２との間に内部流路Ａ１が形成されるとともに、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に接触して電気接続可能にする。一方、波板状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分が第一板状体１と電気接続し、第二板状体２と隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３との間に通流部Ａ２を形成する。
図１０の一部に内部流路Ａ１を含む断面の現れる電気化学素子Ａと、通流部Ａ２を含む断面の現れる電気化学素子Ａとを便宜的に並べて示す部分があるが、第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、分配部Ａ１２に達し（図１，４，７参照）、分配部Ａ１２を介して一端部側の幅方向に沿って広がって流れ、内部流路Ａ１のうち各副流路Ａ１１に達する（図１，図３，図７参照）。すると、内部流路Ａ１に進入した燃料ガスは気体通流許容部１Ａを介して電極層３１に進入できる。また、燃料ガスは、電気化学反応済みの燃料ガスとともに、さらに内部流路Ａ１を進み、合流部Ａ１３、第二貫通部５１を介して、第二環状シール部５２によって形成される排出路５に進み、他の電気化学素子Ａからの電気化学反応済みの燃料ガスとともに第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される。一方、第二ガス供給部７１から流通された空気は、分配室９を介して通流部Ａ２に進入し、対極電極層３３に進入できる。また、空気は、電気化学反応済みの空気とともに、さらに電気化学反応部３に沿って通流部Ａ２を進み第二ガス排出部７２より筐体Ｂ外に流通される。
【0079】
この燃料ガス及び空気の流れに従って電気化学反応部３で生じた電力は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３と第二板状体２との接触により集電体８１，８２どうしの間で直列に接続され、合成出力が出力部８より取り出される形態となる。
【0080】
以上説明した電気化学モジュールＭを用いて、電気化学装置１００およびエネルギーシステムＺを構築することができる。
【0081】
なお、電気化学モジュールＭにおいて、電気化学素子Ａが積層されていなくてもよい。換言すれば、電気化学モジュールＭにおいて、電気化学素子Ａが複数集合した状態で配置されてもよい。
【0082】
（環状スペーサ）
図３、図８、図９、図１１に示されるように、電気化学素子Ａの夫々において、環状スペーサ９１が第一板状体１と第二板状体２との間に配置されている。環状スペーサ９１は、板状支持体１０における一端部側（第一貫通部４１）及び他端部側（第二貫通部５１）に配置されている。
図３、図８、図９、図１１に示されるように、電気化学素子Ａの夫々において、環状スペーサ９１が第一板状体１と第二板状体２との間に配置されている。環状スペーサ９１は、板状支持体１０における一端部側（第一貫通部４１）及び他端部側（第二貫通部５１）に配置されている。
【0083】
（環状スペーサの第１例）
図１５、図１６、図１７を参照しながら、環状スペーサ９１の第１例について説明する。なお、図１７の断面図では、環状スペーサ９１の断面は、図１６に示される面ＣＳ１による断面として描かれている。
図１５、図１６、図１７を参照しながら、環状スペーサ９１の第１例について説明する。なお、図１７の断面図では、環状スペーサ９１の断面は、図１６に示される面ＣＳ１による断面として描かれている。
【0084】
環状スペーサ９１は、表裏にわたる貫通孔９１ａを備える板状の部材である。環状スペーサ９１は、他の部材（第一板状体１及び第二板状体２）に挟まれた状態で貫通孔９１ａの内側の空間ＳＩから環状スペーサ９１の外側の空間ＳＯまで気体を通流させる流路９１ｂを備える。
【0085】
具体的には、環状スペーサ９１は、中央に貫通孔９１ａを有する円盤状の部材である。環状スペーサ９１は、プレス加工により一体的に形成され得る。環状スペーサ９１は、電気伝導性を有する材料により形成されてもよい。例えば、環状スペーサ９１は金属製である。環状スペーサ９１の材料が、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、インコネル、銅及びインバー材を何れか１つ以上含むと好ましい。環状スペーサ９１の材料が絶縁体でもよい。
【0086】
第１例の環状スペーサ９１は、基部９２と、突出部９３と、フランジ部９４と、を備える。
【0087】
基部９２は、平板状に延びる部位である。
【0088】
突出部９３は、基部９２において、周囲よりも表裏方向（図１７における上下方向、電気化学素子における上下方向）に突出する部位である。図示例では、環状スペーサ９１は、周方向に均等に並んで配置される８個の突出部９３を備える。突出部９３の上面は平坦である。全ての突出部９３の上面は、ほぼ同じ高さである。環状スペーサ９１が、表面と裏面との両方に突出部を備えてもよい。突出部９３の数は、８に限られず、１から７でもよいし、９以上でもよい。
【0089】
フランジ部９４は、基部９２の中央部において、表裏方向に突出するフランジ状の部位である。フランジ部９４は、貫通孔９１ａの周壁である。図示例では、フランジ部９４は、表裏方向において突出部９３と反対側に突出している。フランジ部９４は、環状に形成されている。フランジ部９４は、連続した円環状である。フランジ部９４の一部が切り欠かれていてもよい。換言すれば、フランジ部９４が、非連続の環状であってもよい。
【0090】
図１７に、第１例の環状スペーサ９１が第一板状体１と第二板状体２との間に配置された状態が示されている。フランジ部９４が、第二板状体２の第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）に入り込んでいる。フランジ部９４により、環状スペーサ９１が第二板状体２に対して位置決めされる。環状スペーサ９１の上面、すなわち突出部９３の上面が、第一板状体１の下面と接触する。基部９２の下面が、第二板状体２の上面と接触する。環状スペーサ９１を通じて、第一板状体１と第二板状体２とが導通可能である。環状スペーサ９１が無い場合に比べて、第一板状体１と第二板状体２との間の電気伝導性が向上する。
【0091】
突出部９３の存在により、基部９２と第一板状体１との間に空間Ｐが生じる。空間Ｐは、突出部９３の周囲の空間である。空間Ｐは、板状支持体１０の内部流路Ａ１（環状スペーサ９１の外側の空間ＳＯ）と、環状スペーサ９１の貫通孔９１ａの内側の空間ＳＩとを連結する。空間Ｐは、２つの突出部９３の間に形成される。環状スペーサ９１は８個の突出部９３を備えるので、８個の空間Ｐが、貫通孔９１ａの周りに周方向に並んで位置することになる。
【0092】
図１７に示されるように、環状スペーサ９１は、その中心軸（貫通孔９１ａの中心軸）が第二貫通部５１の中心軸と一致する状態で配置される。詳しくは、環状スペーサ９１は、その中心軸（貫通孔９１ａの中心軸）が、第一板状体１に形成された貫通孔１ｂの中心軸、第二板状体２に形成された貫通孔２ｂの中心軸、及び第二環状シール部５２の中心軸と一致する状態で配置される。従って、環状スペーサ９１は、板状支持体１０の厚さ方向視において第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）と環状スペーサ９１の貫通孔９１ａとが重なるように配置される。本実施形態では、環状スペーサ９１は、第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）と貫通孔９１ａの全体とが重なるように配置される。環状スペーサ９１が、第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）と貫通孔９１ａの一部とが重なるように配置されてもよい。
【0093】
図１７は、環状スペーサ９１が板状支持体１０における他端部側（第二貫通部５１）に配置されている状態を示す。板状支持体１０の一端部側（第一貫通部４１）に配置される環状スペーサ９１も、図１７の図示例と同様の形態である。
【0094】
第一貫通部４１に燃料ガス（第一ガス。「気体」の一例）が供給されると、燃料ガスは環状スペーサ９１の貫通孔９１ａから空間Ｐを通って内部流路Ａ１へ流入する。そして内部流路Ａ１を通流した燃料ガスは、第二貫通部５１の側の環状スペーサ９１の空間Ｐを通って貫通孔９１ａへ流入し、第二貫通部５１へ流出する。このようにして、空間Ｐが流路９１ｂとして機能する。
【0095】
環状スペーサ９１は、８個の空間Ｐに対応して、８個の流路９１ｂを備える。８個の流路９１ｂは、貫通孔９１ａから放射状に延びている。８個の流路９１ｂは、周方向に並んで配置されている。従って、第一貫通部４１からの第一ガスを内部流路Ａ１（分配部Ａ１２）に効果的に拡散させることができる。すなわち、環状スペーサ９１により、第一ガスを複数の副流路Ａ１１に均一に供給することができる。
【0096】
（環状スペーサの第２例）
図１８、図１９、図２０を参照しながら、環状スペーサ９１の第２例について説明する。なお、図２０の断面図では、環状スペーサ９１の断面は、図１９に示される面ＣＳ２による断面として描かれている。
図１８、図１９、図２０を参照しながら、環状スペーサ９１の第２例について説明する。なお、図２０の断面図では、環状スペーサ９１の断面は、図１９に示される面ＣＳ２による断面として描かれている。
【0097】
第２例の環状スペーサ９１は、第１例と同様に、表裏にわたる貫通孔９１ａを備える板状の部材である。環状スペーサ９１は、他の部材（第一板状体１及び第二板状体２）に挟まれた状態で貫通孔９１ａの内側の空間ＳＩから環状スペーサ９１の外側の空間ＳＯまで気体を通流させる流路９１ｂを備える。
【0098】
具体的には、環状スペーサ９１は、中央に貫通孔９１ａを有する円盤状の部材である。環状スペーサ９１は、プレス加工により一体的に形成され得る。環状スペーサ９１は、電気伝導性を有する材料により形成されてもよい。例えば、環状スペーサ９１は金属製である。環状スペーサ９１の材料が、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、インコネル、銅及びインバー材を何れか１つ以上含むと好ましい。環状スペーサ９１の材料が絶縁体でもよい。
【0099】
第２例の環状スペーサ９１は、第１部位９５と、第２部位９６と、を備える。
【0100】
第１部位９５は、平板状に延びる部位である。図示例では、環状スペーサ９１は、周方向に隙間Ｔを空けて配置される８個の第１部位９５を備える。第１部位９５の上面及び下面は平坦である。全ての第１部位９５の上面及び下面は、ほぼ同じ高さである。換言すれば、全ての第１部位９５は、同一平面上に配置される。第１部位９５の上面の高さ、下面の高さ、及び厚さが、第１部位９５のうちで互いに異なってもよい。第１部位９５の数は、８に限られず、２から７でもよいし、９以上でもよい。
【0101】
隙間Ｔは、環状スペーサ９１の外周端から貫通孔９１ａまで延びている。環状スペーサ９１は８個の第１部位９５を備えるので、８個の隙間Ｔが、貫通孔９１ａの周りに周方向に並んで位置することになる。図示例では、８個の隙間Ｔの幅は同じである。隙間Ｔの幅が異なっていてもよい。
【0102】
第２部位９６は、複数の第１部位９５を連結する部位である。第２部位９６は、環状スペーサ９１の中央部において、表裏方向に突出するフランジ状の部位である。第２部位９６は、貫通孔９１ａの周壁である。第２部位９６は、第１部位９５の下面に接続され、第１部位９５から下方に突出している。図示例では、第２部位９６は、環状に形成されている。第２部位９６の一部が切り欠かれていてもよい。換言すれば、第２部位９６が、非連続の環状であってもよい。
【0103】
図２０に、第２例の環状スペーサ９１が第一板状体１と第二板状体２との間に配置された状態が示されている。第２部位９６が、第二板状体２の第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）に入り込んでいる。第２部位９６により、環状スペーサ９１が第二板状体２に対して位置決めされる。環状スペーサ９１の上面、すなわち第１部位９５の上面が、第一板状体１の下面と接触する。第１部位９５の下面が、第二板状体２の上面と接触する。環状スペーサ９１を通じて、第一板状体１と第二板状体２とが導通可能である。環状スペーサ９１が無い場合に比べて、第一板状体１と第二板状体２との間の電気伝導性が向上する。
【0104】
図２０の状態では、隙間Ｔは、２つの第１部位９５と第一板状体１と第二板状体２とに囲まれる。隙間Ｔは、板状支持体１０の内部流路Ａ１（環状スペーサ９１の外側の空間ＳＯ）と、環状スペーサ９１の貫通孔９１ａの内側の空間ＳＩとを連結する。
【0105】
図２０に示されるように、また第１例と同様に、環状スペーサ９１は、その中心軸（貫通孔９１ａの中心軸）が第二貫通部５１の中心軸と一致する状態で配置される。詳しくは、環状スペーサ９１は、その中心軸（貫通孔９１ａの中心軸）が、第一板状体１に形成された貫通孔１ｂの中心軸、第二板状体２に形成された貫通孔２ｂの中心軸、及び第二環状シール部５２の中心軸と一致する状態で配置される。従って、環状スペーサ９１は、板状支持体１０の厚さ方向視において第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）と環状スペーサ９１の貫通孔９１ａとが重なるように配置される。本実施形態では、環状スペーサ９１は、第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）と貫通孔９１ａの全体とが重なるように配置される。環状スペーサ９１が、第二貫通部５１（貫通孔２ｂ）と貫通孔９１ａの一部とが重なるように配置されてもよい。
【0106】
図２０は、環状スペーサ９１が板状支持体１０における他端部側（第二貫通部５１）に配置されている状態を示す。板状支持体１０の一端部側（第一貫通部４１）に配置される環状スペーサ９１も、図２０の図示例と同様の形態である。
【0107】
第一貫通部４１に燃料ガス（第一ガス。「気体」の一例）が供給されると、燃料ガスは環状スペーサ９１の貫通孔９１ａから隙間Ｔを通って内部流路Ａ１へ流入する。そして内部流路Ａ１を通流した燃料ガスは、第二貫通部５１の側の環状スペーサ９１の隙間Ｔを通って貫通孔９１ａへ流入し、第二貫通部５１へ流出する。このようにして、隙間Ｔが流路９１ｂとして機能する。
【0108】
環状スペーサ９１は、８個の隙間Ｔに対応して、８個の流路９１ｂを備える。８個の流路９１ｂは、貫通孔９１ａから放射状に延びている。８個の流路９１ｂは、周方向に並んで配置されている。従って、第一貫通部４１からの第一ガスを内部流路Ａ１（分配部Ａ１２）に効果的に拡散させることができる。すなわち、環状スペーサ９１により、第一ガスを複数の副流路Ａ１１に均一に供給することができる。
【0109】
第１例及び第２例に共通する環状スペーサ９１の利点について述べる。電気化学モジュールＭにおいて、複数の電気化学素子Ａが積層される。複数の電気化学素子Ａは、その積層方向に圧接される。そうすると、第一環状シール部４２及び第二環状シール部５２から板状支持体１０へ、力が作用する。すなわち、板状支持体１０には、厚さ方向に圧縮する力が作用する。環状スペーサ９１の存在により、板状支持体１０の変形（特に、厚さ方向の変形）が抑制される。また、板状支持体１０から第一環状シール部４２及び第二環状シール部５２への反力が大きくなる。第一環状シール部４２及び第二環状シール部５２が、板状支持体１０に強く押しつけられる。第一環状シール部４２と板状支持体１０との接触部、及び、第二環状シール部５２と板状支持体１０との接触部における気密性が向上する。
【0110】
【0111】
第１例及び第２例の環状スペーサ９１は、円形の環状である。環状スペーサ９１が、楕円形、方形、多角形など、いかなる形状の環状であってもよい。
【0112】
（エネルギーシステム、電気化学装置）
図１２には、エネルギーシステムＺおよび電気化学装置１００の概要が示されている。
エネルギーシステムＺは、電気化学装置１００と、電気化学装置１００から流通される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器２００とを有する。
電気化学装置１００は、電気化学モジュールＭと、脱硫器１０１と燃料変換器の一種である改質器１０２とを有し、電気化学モジュールＭに対して還元性成分を含有する燃料ガスを流通する燃料供給部１０３と、電気化学モジュールＭから電力を取り出す出力部８として電力変換器の一種であるインバータ１０４とを有する。
図１２には、エネルギーシステムＺおよび電気化学装置１００の概要が示されている。
エネルギーシステムＺは、電気化学装置１００と、電気化学装置１００から流通される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器２００とを有する。
電気化学装置１００は、電気化学モジュールＭと、脱硫器１０１と燃料変換器の一種である改質器１０２とを有し、電気化学モジュールＭに対して還元性成分を含有する燃料ガスを流通する燃料供給部１０３と、電気化学モジュールＭから電力を取り出す出力部８として電力変換器の一種であるインバータ１０４とを有する。
【0113】
詳しくは電気化学装置１００は、脱硫器１０１、改質水タンク１０５、気化器１０６、改質器１０２、ブロア１０７、燃焼部１０８、インバータ１０４、制御部１１０、および電気化学モジュールＭを有する。
【0114】
脱硫器１０１は、都市ガス等の炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄化合物成分を除去（脱硫）する。原燃料中に硫黄化合物が含有される場合、脱硫器１０１を備えることにより、硫黄化合物による改質器１０２あるいは電気化学素子Ａに対する悪影響を抑制することができる。気化器１０６は、改質水タンク１０５から流通される改質水から水蒸気を生成する。改質器１０２は、気化器１０６にて生成された水蒸気を用いて脱硫器１０１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素を含む改質ガスを生成する。
【0115】
電気化学モジュールＭは、改質器１０２から流通された改質ガスと、ブロア１０７から流通された空気とを用いて、電気化学反応させて発電する。燃焼部１０８は、電気化学モジュールＭから流通される反応排ガスと空気とを混合させて、反応排ガス中の可燃成分を燃焼させる。
【0116】
インバータ１０４は、電気化学モジュールＭの出力電力を調整して、商用系統（図示省略）から受電する電力と同じ電圧および同じ周波数にする。制御部１１０は電気化学装置１００およびエネルギーシステムＺの運転を制御する。
【0117】
改質器１０２は、燃焼部１０８での反応排ガスの燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行う。
【0118】
原燃料は、昇圧ポンプ１１１の作動により原燃料供給路１１２を通して脱硫器１０１に流通される。改質水タンク１０５の改質水は、改質水ポンプ１１３の作動により改質水供給路１１４を通して気化器１０６に流通される。そして、原燃料供給路１１２は脱硫器１０１よりも下流側の部位で、改質水供給路１１４に合流されており、筐体Ｂ外にて合流された改質水と原燃料とが気化器１０６に流通される。
【0119】
改質水は気化器１０６にて気化され水蒸気となる。気化器１０６にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路１１５を通して改質器１０２に流通される。改質器１０２にて原燃料が水蒸気改質され、水素ガスを主成分とする改質ガス（還元性成分を有する第一ガス）が生成される。改質器１０２にて生成された改質ガスは、燃料供給部１０３を通して電気化学モジュールＭに流通される。
【0120】
反応排ガスは燃焼部１０８で燃焼され、燃焼排ガスとなって燃焼排ガス排出路１１６から熱交換器２００に送られる。燃焼排ガス排出路１１６には燃焼触媒部１１７（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去される。
【0121】
熱交換器２００は、燃焼部１０８における燃焼で生じた燃焼排ガスと、流通される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。すなわち熱交換器２００は、電気化学装置１００から排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。
【0122】
なお、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）流通される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。また、第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される反応排ガスの少なくとも一部を図１２中の１００，１０１，１０３，１０６，１１２，１１３，１１５の何れかの部位に合流させリサイクルしても良い。反応排ガスには、電気化学素子Ａにて反応に用いられなかった残余の水素ガスが含まれる。反応排ガス利用部では、残余の水素ガスを利用して、燃焼による熱利用や、燃料電池等による発電が行われ、エネルギーの有効利用がなされる。
【0123】
図１４には、電気化学反応部３を電解セルとして動作させる場合のエネルギーシステムＺおよび電気化学装置１００の一例が示されている。本システムでは供給された水と二酸化炭素が電気化学反応部３において電気分解され、水素及び一酸化炭素等を生成する。更に燃料変換器２５において炭化水素などが合成される。図１４中の熱交換器２４を、燃料変換器２５で起きる反応によって生ずる反応熱と水とを熱交換させ気化させる排熱利用部として動作させるとともに、図１４中の熱交換器２３を、電気化学素子Ａによって生ずる排熱と水蒸気および二酸化炭素とを熱交換させ予熱する排熱利用部として動作させる構成とすることにより、エネルギー効率を高めることができる。
また、電力変換器１０４（コンバータ）は、電気化学素子Ａに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学素子Ａは電解セルとして作用する。
よって、上記構成によれば、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺ等を提供することができる。
また、電力変換器１０４（コンバータ）は、電気化学素子Ａに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学素子Ａは電解セルとして作用する。
よって、上記構成によれば、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺ等を提供することができる。
【0124】
（他の実施形態）
（１）上記の実施形態では、電気化学素子Ａを電気化学装置１００としての固体酸化物形燃料電池に用いたが、電気化学素子Ａは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。また、電気化学素子Ａは、電気化学素子積層体Ｓや電気化学モジュールＭとして複数組み合わせて用いるのに限らず、単独で用いることも可能である。
（１）上記の実施形態では、電気化学素子Ａを電気化学装置１００としての固体酸化物形燃料電池に用いたが、電気化学素子Ａは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。また、電気化学素子Ａは、電気化学素子積層体Ｓや電気化学モジュールＭとして複数組み合わせて用いるのに限らず、単独で用いることも可能である。
【0125】
（２）上記の実施形態では、電極層３１の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用い、対極電極層３３の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用いた。このように構成された電気化学素子Ａは、電極層３１に水素ガスを流通して燃料極（アノード）とし、対極電極層３３に空気を流通して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いることが可能である。この構成を変更して、電極層３１を空気極とし、対極電極層３３を燃料極とすることが可能なように、電気化学素子Ａを構成することも可能である。すなわち、電極層３１の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層３３の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用いる。このように構成した電気化学素子Ａであれば、電極層３１に空気を流通して空気極とし、対極電極層３３に水素ガスを流通して燃料極とし、電気化学素子Ａを固体酸化物形燃料電池セルとして用いることができる。
【0126】
（３）上述の実施形態では、第一板状体１と電解質層３２との間に電極層３１を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に対極電極層３３を配置した。電極層３１と対極電極層３３とを逆に配置する構成も可能である。つまり、第一板状体１と電解質層３２との間に対極電極層３３を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に電極層３１を配置する構成も可能である。この場合、電気化学素子Ａへの気体の流通についても変更する必要がある。
すなわち、電極層３１と対極電極層３３の順や第一ガス、第二ガスのいずれが還元性成分ガス及び酸化性成分ガスの一方または他方であるかについては、電極層３１と対極電極層３３に対して第一ガス、第二ガスが適正に反応する形態で流通されるよう配置されていれば、種々形態を採用しうる。
すなわち、電極層３１と対極電極層３３の順や第一ガス、第二ガスのいずれが還元性成分ガス及び酸化性成分ガスの一方または他方であるかについては、電極層３１と対極電極層３３に対して第一ガス、第二ガスが適正に反応する形態で流通されるよう配置されていれば、種々形態を採用しうる。
【0127】
（４）また、上述の実施形態では、気体通流許容部１Ａを覆って電気化学反応部３を、第一板状体１の第二板状体２とは反対側に設けたが、第一板状体１の第二板状体２側に設けてもよい。すなわち、電気化学反応部３は内部流路Ａ１に配置される構成であっても本発明は成り立つ。
【0128】
（５）上記実施の形態では、第一貫通部４１、第二貫通部５１を長方形状の板状支持体１０の両端部に一対設ける形態としたが、両端部に設ける形態に限らず、また、２対以上設ける形態であってもよい。また、第一貫通部４１、第二貫通部５１は、対で設けられている必要はない。よって、第一貫通部４１、第二貫通部５１それぞれが、１個以上設けられることができる。
さらに、板状支持体１０は長方形状に限らず、正方形状、円形状等種々形態を採用することができる。
さらに、板状支持体１０は長方形状に限らず、正方形状、円形状等種々形態を採用することができる。
【0129】
（６）第一、第二環状シール部４２，５２は、第一、第二貫通部４１、５１どうしを連通させてガスの漏洩を防止できる構成であれば形状は問わない。つまり、第一、第二環状シール部４２，５２は、内部に貫通部に連通する開口部を有する無端状の構成で、隣接する電気化学素子Ａどうしの間をシールする構成あればよい。第一、第二環状シール部４２，５２は例えば環状である。環状には、円形、楕円形、方形、多角形状等いかなる形状でもよい。
【0130】
（７）上記では、板状支持体１０は、第一板状体１及び第二板状体２により構成されている。ここで、第一板状体１と第二板状体２とは、別体の板状体から構成されていてもよいし、図１３に示すように一の板状体から構成されていてもよい。図１３の場合例えば、一の板状体が折り曲げられることで、第一板状体１と第二板状体２とが重ね合される。そして、周縁部１ａが溶接等されることで第一板状体１と第二板状体２とが一体化される。なお、第一板状体１と第二板状体２とは一連の継ぎ目のない板状体から構成されていてもよく、一連の板状体が折り曲げられることで図１３のように成型されてもよい。
また、後述しているが、第二板状体２が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。同様に、第一板状体１が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。
また、後述しているが、第二板状体２が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。同様に、第一板状体１が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。
【0131】
（８）上記の第二板状体２は、第一板状体１とともに内部流路Ａ１を形成する。内部流路Ａ１は、分配部Ａ１２、複数の副流路Ａ１１、合流部Ａ１３を有している。分配部Ａ１２に供給された第一ガスは、図１に示すように、複数の副流路Ａ１１それぞれに分配して供給され、複数の副流路Ａ１１の出口で合流部Ａ１３において合流する。よって、第一ガスは、分配部Ａ１２から合流部Ａ１３に向かうガス流れ方向に沿って流れる。
複数の副流路Ａ１１は、第二板状体２のうち分配部Ａ１２から合流部Ａ１３以外の部分を波板状に形成することで構成されている。そして、図５に示すように、複数の副流路Ａ１１は、第一ガスのガス流れ方向に交差する流れ交差方向での断面視において波板状に構成されている。このような複数の副流路Ａ１１は、図１に示すガス流れ方向に沿って波板が延びて形成されている。複数の副流路Ａ１１は、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間で一連の波状の板状体から形成されていてもよいし、２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。複数の副流路Ａ１１は、例えば、ガス流れ方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよいし、流れ交差方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。
複数の副流路Ａ１１は、第二板状体２のうち分配部Ａ１２から合流部Ａ１３以外の部分を波板状に形成することで構成されている。そして、図５に示すように、複数の副流路Ａ１１は、第一ガスのガス流れ方向に交差する流れ交差方向での断面視において波板状に構成されている。このような複数の副流路Ａ１１は、図１に示すガス流れ方向に沿って波板が延びて形成されている。複数の副流路Ａ１１は、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間で一連の波状の板状体から形成されていてもよいし、２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。複数の副流路Ａ１１は、例えば、ガス流れ方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよいし、流れ交差方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。
【0132】
また、複数の副流路Ａ１１は、図５に示すように同一形状の山及び谷が繰り返し形成されることで波形に構成されている。しかし、第二板状体２は、複数の副流路Ａ１１が形成される領域において板状部分を有していてもよい。例えば、複数の副流路Ａ１１は、板状部分と突状部分とが交互に形成されることで構成されていてもよい。そして、突状部分を第一ガス等の流体が通流する部分とすることができる。
【0133】
（９）上記の第二板状体２において複数の副流路Ａ１１に相当する部分は、全面が波板状に形成されている必要はなく、少なくとも一部が波板状に形成されていればよい。第二板状体２は、例えば、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間において、ガス流れ方向の一部が平板状であり、残りが波板状であってもよい。また、第二板状体２は、流れ交差方向の一部が平板状であり、残りが波板状であってもよい。
【0134】
（１０）上記実施形態において、電気化学装置は、複数の電気化学素子Ａを備える電気化学モジュールＭを備えている。しかし、上記実施形態の電気化学装置は１つの電気化学素子を備える構成にも適用可能である。
【0135】
なお、上記の実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0136】
本発明は、環状スペーサ、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形電解セルに利用可能である。
【符号の説明】
【0137】
１ ：第一板状体
２ ：第二板状体
１０ ：板状支持体
２５ ：燃料変換器
３１ ：電極層（第１電極、第２電極）
３２ ：電解質層
３３ ：対極電極層（第１電極、第２電極）
４１ ：第一貫通部（貫通部）
５１ ：第二貫通部（貫通部）
９１ ：環状スペーサ
９１ａ ：貫通孔
９１ｂ ：流路
９３ ：突出部
９５ ：第１部位
９６ ：第２部位
１００ ：電気化学装置
１０４ ：電力変換器
２００ ：熱交換器（排熱利用部）
Ａ ：電気化学素子
Ａ１ ：内部流路
ＣＳ１ ：面
ＣＳ２ ：面
Ｍ ：電気化学モジュール
Ｐ ：空間
ＳＩ ：空間
ＳＯ ：空間
Ｔ ：隙間
Ｚ ：エネルギーシステム
２ ：第二板状体
１０ ：板状支持体
２５ ：燃料変換器
３１ ：電極層（第１電極、第２電極）
３２ ：電解質層
３３ ：対極電極層（第１電極、第２電極）
４１ ：第一貫通部（貫通部）
５１ ：第二貫通部（貫通部）
９１ ：環状スペーサ
９１ａ ：貫通孔
９１ｂ ：流路
９３ ：突出部
９５ ：第１部位
９６ ：第２部位
１００ ：電気化学装置
１０４ ：電力変換器
２００ ：熱交換器（排熱利用部）
Ａ ：電気化学素子
Ａ１ ：内部流路
ＣＳ１ ：面
ＣＳ２ ：面
Ｍ ：電気化学モジュール
Ｐ ：空間
ＳＩ ：空間
ＳＯ ：空間
Ｔ ：隙間
Ｚ ：エネルギーシステム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】