JP7353345B2 - 電気化学反応セルスタック - Google Patents

Description

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。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、複数の構成単位（以下、「燃料電池発電単位」または「発電単位」という。）が所定の方向に並べて配置された燃料電池スタックの形態で利用される。各発電単位は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）を有する。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで上記所定の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを備える。以下、空気極と燃料極とを、まとめて「電極」という。

燃料電池スタックには、各発電単位の電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されている。また、各発電単位には、マニホールドと電極とを連通する連通流路が形成されている。以下、マニホールドと連通流路とを、まとめて「ガス流路」という。

燃料電池スタックの製造時や運転時には、燃料電池スタックを構成する部材由来の異物が発生することがあり、燃料電池スタックの運転時に、ガス流路を流通するガスに該異物が混入することがある。このような異物のサイズは、５０μｍ以下であることが多い。ガス流路を流通するガスに異物が混入すると、例えば以下のような現象が発生し、燃料電池スタックの性能が低下したり、燃料電池スタックを含むシステムに不具合を起こしたりするおそれがある。
（１）単セルに異物が付着することにより、単セルが被毒される。
（２）単セルや他の部材に異物が付着することにより、付着部分の温度が異常上昇して、単セルや他の部材にクラックや割れが生じたり、性能に悪影響を及ぼす反応生成物が形成されたりする。
（３）燃料電池スタックから排出された異物が燃料電池スタック外の改質触媒や燃焼触媒などに付着することにより、触媒性能が悪化する。
（４）燃料電池スタックから排出された異物が燃料電池スタック外の流体の配管、ポンプや弁などの補機類に析出することにより、該配管や該補機類において流通不良を起こす。

従来、燃料電池スタックにおいて、発電に寄与しない非発電セルを設け、該非発電セルに不純物除去流路を形成することにより、燃料電池スタック内を流通するガスに含まれる不純物を除去し、不純物が発電セルに流れ込むことを抑制する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９７３５００号公報

上記従来の燃料電池スタックの構成では、ガスに含まれる異物の除去のために、発電に寄与しない非発電セルを設けることが必要であり、部品点数が増大すると共に、燃料電池スタックのサイズが積層方向に長くなる、という課題がある。

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単セルを含む電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの燃料電池や電解セルにも共通の課題である。

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。

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。

（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互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルをそれぞれ有する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は、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極のそれぞれについて、各前記電気化学反応単位の前記特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されている。各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されている。前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、（１）特定の方向に略平行に延伸する複数の溝が形成されており、かつ、（２）前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下である、という条件を満たす領域である特定領域が存在する。

このように、本電気化学反応セルスタックでは、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、特定の方向に略平行な複数の溝が形成された特定領域が存在する。特定領域における特定の方向（複数の溝の延伸方向に略平行な方向）に交差する方向に沿った最大高さＲｚは、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であることから、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸の大きさは、過度に小さくも大きくもない。ここで、ガス流路を流れるガスに混入する異物のサイズは５０μｍ以下であることが多く、また、異物の形状はきれいな球体であることは少なく、いびつな形状をしていることが多い。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流路を流れるガスに異物が混入しても、ガス流路を画定する部材の表面における特定領域に存在する過度に小さくも大きくもない凹凸によって、いびつな形状の異物を引っ掛けてトラップすることができる。また、本電気化学反応セルスタックでは、ガスに混入した異物の除去のために、発電に寄与しない非発電セルを設けることを要さないため、部品点数の増大や電気化学反応セルスタックのサイズの増大を抑制することができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、部品点数の増大や電気化学反応セルスタックのサイズの増大を抑制しつつ、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが０．１μｍ以上である領域であ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、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸がある程度大きいため、マニホールドや連通流路を流れるガス中の異物を、ガス流路の表面の特定領域における凹凸によって効果的に引っ掛けてトラップすることができ、その結果、該異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが２０μｍ以下である領域であ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、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸がある程度小さいため、マニホールドや連通流路を流れるガス中の異物を、ガス流路の表面の特定領域における凹凸によって引っ掛けてトラップすることを実現しつつ、該凹凸に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができる。

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、各前記電気化学反応単位は、金属の母材と、前記母材の表面に形成された酸化被膜と、を含む金属部材を有し、前記特定領域は、前記金属部材の表面に存在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、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸を比較的シャープな形状とすることができ、該凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、その結果、該異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向であ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、特定領域における複数の溝の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができる。

（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向であ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、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

（７）上記電気化学反応セルスタックにおいて、複数の前記特定領域が存在し、一の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向であり、他の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向であ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、一の特定領域における複数の溝の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができると共に、他の特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができる。

（８）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記マニホールドとして、ガスを供給する供給側マニホールドと、ガスを排出する排出側マニホールドと、が形成されており、各前記電気化学反応単位には、前記連通流路として、前記供給側マニホールドと前記特定電極とを連通する供給側連通流路と、前記排出側マニホールドと前記特定電極とを連通する排出側連通流路と、が形成されており、前記供給側マニホールドと前記供給側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、前記排出側マニホールドと前記排出側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、の両方に、前記特定領域が存在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、ガス供給側とガス排出側との両方について、ガス流路を流れるガスに混入した異物を、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸によってトラップすることができ、異物の発生箇所にかかわらず、異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

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、複数の電気化学反応単セルまたは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。

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 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 図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図 図１のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図 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 図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図 図４に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図 図５のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図 図５のＩＸ－ＩＸの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図 性能評価結果を示す説明図 変形例としての燃料電池スタック２００２の外観構成を示す説明図 他の変形例としての燃料電池スタック１１００の外観構成を示す説明図 他の変形例としての燃料電池スタック３１００の外観構成を示す説明図

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のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図４は、図１のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図５以降についても同様である。

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、末端セパレータ２１０と、上端プレート２２０と、下端プレート１８９と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、絶縁部２００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。一対のターミナルプレート４１０，４２０のうちの一方（以下、「上側ターミナルプレート４１０」という。）は、７つの発電単位１０２から構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という。）の上側に配置されており、一対のターミナルプレート４１０，４２０のうちの他方（以下、「下側ターミナルプレート４２０」という。）は、発電ブロック１０３の下側に配置されている。末端セパレータ２１０は、上側ターミナルプレート４１０の上側に配置されており、下端プレート１８９は、下側ターミナルプレート４２０の下側に配置されている。絶縁部２００は、末端セパレータ２１０の上側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの一方（以下、「上側エンドプレート１０４」という。）は、絶縁部２００の上側に配置されており、一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの他の（以下、「下側エンドプレート１０６」という。）は、下端プレート１８９の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、発電ブロック１０３と、末端セパレータ２１０と、下端プレート１８９と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、絶縁部２００とを上下から挟むように配置されている。

図１および図４に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（発電ブロック１０３、末端セパレータ２１０、下端プレート１８９、一対のターミナルプレート４１０，４２０、および、絶縁部２００）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されている。上側エンドプレート１０４のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、孔（ネジ孔）が貫通形成されており、下側エンドプレート１０６のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、孔（ネジ孔）が貫通形成されている。これらの各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。以下の説明では、ボルト孔１０９を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、ボルト孔１０９と呼ぶ場合がある。

各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されている。各ボルト２２の上端部は、上側エンドプレート１０４の孔を介してナット２４のネジ孔に螺合しており、各ボルト２２の下端部は、下側エンドプレート１０６の孔を介してナット２４のネジ孔に螺合している。このような構成のボルト２２およびナット２４により、燃料電池スタック１００の各層が一体に締結されている。

また、図１から図３に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、下側ターミナルプレート４２０、下端プレート１８９、下側エンドプレート１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、各層を上下方向に貫通する４つの孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、最上部の発電単位１０２から下側エンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。なお、以下、連通孔１０８のうち、下側エンドプレート１０６に形成された孔を、特にエンド貫通孔１０７という。

図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。酸化剤ガス供給マニホールド１６１および酸化剤ガス排出マニホールド１６２は、各発電単位１０２の空気極１１４（後述）との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の１つの連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の１つの連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２は、各発電単位１０２の燃料極１１６（後述）との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、燃料ガスＦＧとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。また、以下では、空気室１６６と燃料室１７６とを、まとめて「ガス室」という。

図１から図３に示すように、燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８とフランジ部２９とを有している。本体部２８には、上下方向に貫通するガス貫通孔２６が形成されている。本体部２８の一端（上端）は、下側エンドプレート１０６に形成されたエンド貫通孔１０７に接続されている。具体的には、本体部２８の上端は、エンド貫通孔１０７内に挿入され、例えば溶接により接合されている。なお、本体部２８の上端の外径および内径は、本体部２８の他端（下端）の外径および内径より小さくなっている。フランジ部２９は、本体部２８の下端側から上下方向（Ｚ軸方向）に垂直な面方向（ＸＹ平面に平行な方向）に張り出すように設けられている。なお、フランジ部２９の上下方向視での形状は、略矩形状であり、４つの角部のそれぞれにはボルト孔２９Ａ（図１参照）が形成されている。各ボルト孔２９Ａには、燃料電池スタック１００を外部装置に接続するためのボルト（図示しない）が挿入される。

図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の位置に配置されたガス通路部材２７のガス貫通孔２６は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に配置されたガス通路部材２７のガス貫通孔２６は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１の位置に配置されたガス通路部材２７のガス貫通孔２６は、燃料ガス供給マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に配置されたガス通路部材２７のガス貫通孔２６は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。一対のエンドプレート１０４，１０６の中央付近には、それぞれ、Ｚ軸方向に貫通する孔３２，３４が形成されている。Ｚ軸方向視で、一対のエンドプレート１０４，１０６のそれぞれに形成された孔３２，３４の内周線は、後述する各単セル１１０の少なくとも一部を内包している。各ボルト２２およびナット２４による締結によって生じるＺ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位１０２の周縁部（後述する各単セル１１０より外周側の部分）に作用する。なお、エンドプレート１０４，１０６は、それぞれ、１枚の板状部材をプレス加工（屈曲）して形成されたものである。

図２から図４に示すように、上側エンドプレート１０４は、平面部３１０と、凸部３２０と、を含んでいる。平面部３１０は、Ｚ軸方向に垂直な面方向（ＸＹ平面に平行な方向）に沿った平坦部分である。具体的には、平面部３１０のＺ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔１０９を構成する孔は、平面部３１０におけるＺ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部３２０は、平面部３１０から上側に突出したリブである。凸部３２０は、外側凸部３２２と、内側凸部３２４と、を有している。外側凸部３２２は、平面部３１０の外周部から上側に突出している。外側凸部３２２は、平面部３１０の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部３２４は、平面部３１０の内周部から上側に突出している。内側凸部３２４は、平面部３１０の内周部の全周にわたって形成されている。

また、下側エンドプレート１０６は、平面部５１０と、凸部５２０と、を含んでいる。平面部５１０は、Ｚ軸方向に垂直な面方向（ＸＹ平面に平行な方向）に沿った平坦部分である。具体的には、平面部５１０のＺ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔１０９を構成する孔は、平面部５１０におけるＺ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部５２０は、平面部５１０から下側に突出したリブである。凸部５２０は、外側凸部５２２と、内側凸部５２４と、を有している。外側凸部５２２は、平面部５１０の外周部から下側に突出している。外側凸部５２２は、平面部５１０の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部５２４は、平面部５１０の内周部から下側に突出している。内側凸部５２４は、平面部５１０の内周部の全周にわたって形成されている。

図２および図３に示すように、下側エンドプレート１０６には、補強部材６００が固定されている。補強部材６００は、平板部分６１０と、筒部分６２０と、を有する。平板部分６１０は、下側エンドプレート１０６の平面部５１０に平行な平板状の部分である。平板部分６１０の上下方向視での形状は、略矩形である。平板部分６１０は、下側エンドプレート１０６の平面部５１０から下方に離間した位置に配置されている。平板部分６１０の長手方向の一方側の辺は、外側凸部５２２の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されており、平板部分６１０の長手方向の他方側の辺は、内側凸部５２４の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分６１０には、ガス通路部材２７の本体部２８を挿入可能な貫通孔６１２が形成されている。筒部分６２０は、平板部分６１０の貫通孔６１２に連通する貫通孔６２２を有する円筒状の部分である。筒部分６２０は、平板部分６１０における貫通孔６１２の周囲部分から下側に突出するように形成されている。平板部分６１０の貫通孔６１２および筒部分６２０の貫通孔６２２を構成する内壁面がガス通路部材２７の本体部２８の外周面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分６１０と筒部分６２０とは、一体に形成されている。補強部材６００は、耐熱性材料や、下側エンドプレート１０６やガス通路部材２７等と同一材料または熱膨張率が同じ材料により形成されていることが好ましく、例えば金属（フェライト系ステンレス等）により形成されている。

（ターミナルプレート４１０，４２０の構成）
一対のターミナルプレート４１０，４２０は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。上側ターミナルプレート４１０の中央付近には、Ｚ軸方向に貫通する孔４１２が形成されている。Ｚ軸方向視で、上側ターミナルプレート４１０に形成された孔４１２の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。Ｚ軸方向視で、一対のターミナルプレート４１０，４２０のそれぞれの一方側（Ｘ軸正方向側）の端部は、発電ブロック１０３から側方に張り出している。本実施形態では、上側ターミナルプレート４１０の張り出し部分は、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、下側ターミナルプレート４２０の張り出し部分は、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。

（上端プレート２２０の構成）
上端プレート２２０は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。上端プレート２２０は、発電ブロック１０３の上側に配置されており、発電ブロック１０３における上端に位置するインターコネクタ１９０（後述）に電気的に接続されている。本実施形態では、上端プレート２２０とインターコネクタ１９０とは、後述の燃料極側集電部材１４４と同一構造の接続部材を介して電気的に接続されている。

（末端セパレータ２１０の構成）
末端セパレータ２１０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔２１１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。末端セパレータ２１０における貫通孔２１１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、上端プレート２２０の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。末端セパレータ２１０は、上端プレート２２０と発電ブロック１０３との間の空間と燃料電池スタック１００の外部空間とを区画する。

末端セパレータ２１０は、末端セパレータ２１０の貫通孔周囲部を含む内側部２１６と、内側部２１６より外周側に位置する外側部２１７と、内側部２１６と外側部２１７とを連結する連結部２１８とを備える。本実施形態では、内側部２１６および外側部２１７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部２１８は、内側部２１６と外側部２１７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２１８における下側（発電ブロック１０３側）の部分は凸部となっており、連結部２１８における上側（上側エンドプレート１０４側）の部分は凹部となっている。このため、連結部２１８は、Ｚ軸方向における位置が内側部２１６および外側部２１７とは異なる部分を含んでいる。

（下端プレート１８９の構成）
下端プレート１８９は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。下端プレート１８９の周縁部は、下側ターミナルプレート４２０と下側エンドプレート１０６との間に挟み込まれており、これにより、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２のシール性と、下側ターミナルプレート４２０と下側エンドプレート１０６との絶縁性とが確保されている。

（絶縁部２００の構成）
絶縁部２００は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔が形成されたフレーム状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。絶縁部２００は、上側エンドプレート１０４と末端セパレータ２１０との間に挟み込まれており、これにより、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２のシール性と、上側エンドプレート１０４と末端セパレータ２１０との絶縁性とが確保されている。

（発電単位１０２の構成）
図５は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図６は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図８は、図５のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図９は、図５のＩＸ－ＩＸの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

図５から図７に示すように、発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という。）１１０と、単セル用セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電部材１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１９０および一対のＩＣ用セパレータ１８０とを備えている。単セル用セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、ＩＣ用セパレータ１８０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する各連通孔１０８を構成する孔と、各ボルト孔１０９を構成する孔とが形成されている。

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２のＺ軸方向の一方側（上側）に配置された空気極１１４と、電解質層１１２のＺ軸方向の他方側（下側）に配置された燃料極１１６と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された反応防止層１１８とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、反応防止層１１８）を支持する燃料極支持形の単セルである。

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル１１０は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、例えばペロブスカイト型酸化物（例えば、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物））を含むように構成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。反応防止層１１８は、Ｚ軸方向視で空気極１１４と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）を含むように構成されている。反応防止層１１８は、空気極１１４から拡散した元素（例えば、Ｓｒ）が電解質層１１２に含まれる元素（例えば、Ｚｒ）と反応して高抵抗な物質（例えば、ＳｒＺｒＯ_３）が生成されることを抑制する機能を有する。空気極１１４および燃料極１１６は、特許請求の範囲における特定電極の一例である。

単セル用セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部における上側の表面に対向している。単セル用セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、単セル１１０（電解質層１１２）と接合されている。単セル用セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク（クロスリーク）が抑制される。

単セル用セパレータ１２０は、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部を含む内側部１２６と、内側部１２６より外周側に位置する外側部１２７と、内側部１２６と外側部１２７とを連結する連結部１２８とを備える。本実施形態では、内側部１２６および外側部１２７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部１２８は、内側部１２６と外側部１２７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部１２８における下側（燃料室１７６側）の部分は凸部となっており、連結部１２８における上側（空気室１６６側）の部分は凹部となっている。このため、連結部１２８は、Ｚ軸方向における位置が内側部１２６および外側部１２７とは異なる部分を含んでいる。

単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１付近には、ガラスを含むガラスシール部１２５が配置されている。ガラスシール部１２５は、接合部１２４に対して空気室１６６側に位置しており、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部の表面と、単セル１１０（本実施形態では電解質層１１２）の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部１２５により、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク（クロスリーク）が効果的に抑制される。

インターコネクタ１９０は、略矩形の平板形状の平板部１５０と、平板部１５０から空気極１１４側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部１３４とを有する導電性の部材であり、金属（例えば、フェライト系ステンレス）により形成されている。本実施形態では、インターコネクタ１９０の表面（空気室１６６に面する表面）に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層１９４が形成されている。以下では、被覆層１９４に覆われたインターコネクタ１９０を、単にインターコネクタ１９０という。インターコネクタ１９０（の各空気極側集電部１３４）は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材１９６を介して、単セル１１０の空気極１１４に接合されており、これにより単セル１１０の空気極１１４に電気的に接続されている。インターコネクタ１９０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を抑制する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１９０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１９０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１９０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は下側ターミナルプレート４２０および下端プレート１８９を備えているため、燃料電池スタック１００において最も下側に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１９０を備えていない（図２から図４参照）。

ＩＣ用セパレータ１８０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１８１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。ＩＣ用セパレータ１８０における貫通孔１８１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、インターコネクタ１９０の平板部１５０の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。ある発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０のうち、上側のＩＣ用セパレータ１８０は、該発電単位１０２の空気室１６６と、該発電単位１０２に対して上側に隣り合う他の発電単位１０２の燃料室１７６とを区画する。また、ある発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０のうち、下側のＩＣ用セパレータ１８０は、該発電単位１０２の燃料室１７６と、該発電単位１０２に対して下側に隣り合う他の発電単位１０２の空気室１６６とを区画する。このように、ＩＣ用セパレータ１８０により、発電単位１０２の周縁部における発電単位１０２間のガスのリークが抑制される。なお、燃料電池スタック１００において最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０に接合されたＩＣ用セパレータ１８０は、上側ターミナルプレート４１０に電気的に接続されている。

ＩＣ用セパレータ１８０は、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部を含む内側部１８６と、内側部１８６より外周側に位置する外側部１８７と、内側部１８６と外側部１８７とを連結する連結部１８８とを備える。本実施形態では、内側部１８６および外側部１８７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部１８８は、内側部１８６と外側部１８７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部１８８における下側（空気室１６６側）の部分は凸部となっており、連結部１８８における上側（燃料室１７６側）の部分は凹部となっている。このため、連結部１８８は、Ｚ軸方向における位置が内側部１８６および外側部１８７とは異なる部分を含んでいる。

図８に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近にＺ軸方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における上側の表面と、上側のＩＣ用セパレータ１８０の周縁部における下側の表面とに接触しており、両者の間のガスシール性（すなわち、空気室１６６のガスシール性）を確保するシール部材として機能する。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０間（すなわち、一対のインターコネクタ１９０間）が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。

図９に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近にＺ軸方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における下側の表面と、下側のＩＣ用セパレータ１８０の周縁部における上側の表面とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔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。

図５から図７に示すように、燃料極側集電部材１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電部材１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６の下側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１９０（の平板部１５０）の上側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下側に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１９０を備えていないため、該発電単位１０２における燃料極側集電部材１４４のインターコネクタ対向部１４６は、下側ターミナルプレート４２０に接触している。燃料極側集電部材１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１９０（または下端プレート１８９）とを電気的に接続する。なお、燃料極側集電部材１４４の電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電部材１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電部材１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１９０（または下側ターミナルプレート４２０）との電気的接続が良好に維持される。燃料極側集電部材１４４は、例えば、平板状の材料（例えば、厚さ１０～２００μｍのニッケル箔）に複数の矩形の切り込みを入れ、該材料の上に複数の孔が形成されたシート状の燃料極側集電部材１４４を配置した状態で、複数の矩形部分を曲げ起こしてスペーサー１４９を挟むように加工することにより作製される。曲げ起こされた各矩形部分が電極対向部１４５となり、曲げ起こされた部分以外の穴が開いた状態の平板部分がインターコネクタ対向部１４６となり、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ部分が連接部１４７となる。

Ａ－２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８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のガス貫通孔２６を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図６に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８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のガス貫通孔２６を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は上側のインターコネクタ１９０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部材１４４を介して下側のインターコネクタ１９０（または、下端プレート１８９）に電気的に接続されている。すなわち、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。また、最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０およびＩＣ用セパレータ１８０は、上側ターミナルプレート４１０に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位１０２の燃料極側集電部材１４４には、下側ターミナルプレート４２０が電気的に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するターミナルプレート４１０，４２０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６００℃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。

図２および図５に示すように、各発電単位１０２の空気室１６６から酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８のガス貫通孔２６を経て、当該本体部２８に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、図３および図６に示すように、各発電単位１０２の燃料室１７６から燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８のガス貫通孔２６を経て、当該本体部２８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。

なお、本実施形態の燃料電池スタック１００は、各発電単位１０２において、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（Ｘ軸正方向からＸ軸負方向へ向かう方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸負方向からＸ軸正方向へ向かう方向）とが略反対方向（互いに対向する方向）である、カウンターフロータイプのＳＯＦＣである。

Ａ－３．ガス流路の詳細構成：
次に、本実施形態の燃料電池スタック１００におけるガス流路の詳細構成について説明する。ここで言うガス流路は、各マニホールドと各連通流路とから構成されるガス流路である。なお、マニホールドには、ガス通路部材２７内に形成された流路が含まれる。例えば、空気極側の供給側のマニホールドは、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の位置に配置されたガス通路部材２７内に形成された流路と、から構成される。空気極側の排出側のマニホールド、燃料極側の供給側のマニホールドおよび燃料極側の排出側のマニホールドについても同様に、それぞれ、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２と、それぞれの位置に配置されたガス通路部材２７内に形成された流路と、から構成される。また、連通流路は、マニホールドと電極とを連通する流路であり、マニホールドとガス室とを連通する連通孔と、ガス室の一部分（連通孔と電極との間に位置する部分）と、から構成される。例えば、空気極側の供給側連通流路は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気極１１４とを連通する流路であり、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６における酸化剤ガス供給連通孔１３２と空気極１１４との間に位置する一部分と、から構成される。同様に、空気極側の排出側連通流路は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３と、空気室１６６における酸化剤ガス排出連通孔１３３と空気極１１４との間に位置する一部分と、から構成される。また、燃料極側の供給側連通流路は、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６における燃料ガス供給連通孔１４２と燃料極１１６との間に位置する一部分と、から構成され、燃料極側の排出側連通流路は、燃料ガス排出マニホールド１７２と燃料室１７６とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３と、燃料室１７６における燃料ガス排出連通孔１４３と燃料極１１６との間に位置する一部分と、から構成される。

本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路を画定する部材の表面（該ガス流路に面する表面）に、以下の条件（１）および条件（２）を満たす特定領域ＳＡが存在する。
（１）特定の方向に略平行に延伸する複数の溝１１が形成されており、かつ、
（２）上記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下である。

本明細書において、２つの方向が略平行であるとは、２つの方向のなす角が１０度以下であることを意味する。そのため、上記条件（１）は、複数の溝１１が互いに平行である形態に限られず、複数の溝１１の延伸方向が互いに平行な状態からわずかにずれており、複数の溝１１が互いに交差している形態も含む。

また、上記条件（２）における最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定された表面粗さの指標値である。最大高さＲｚは、非接触式または接触式の表面粗さ計により測定することができる。上記条件（２）における最大高さＲｚは、特定の方向（複数の溝１１の延伸方向に略平行な方向）に交差する方向に沿った最大高さＲｚであることから、複数の溝１１の存在に起因する表面の凹凸の大きさの程度を表す指標値であると言える。なお、上記条件（２）における「特定の方向に交差する方向」は、例えば、特定の方向に直交する方向である。

上記条件（１）および条件（２）を満たす特定領域ＳＡは、例えば、対象部材に対する研磨加工、レーザ加工、エッチング加工等によって複数の溝１１を形成することにより実現することができる。また、このような溝１１の形成加工は、対象部材の形成材料に対して行ってもよいし、該形成材料を加工して対象部材を作製した後に行ってもよい。

図５に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路の一部としての酸化剤ガス排出マニホールド１６２を画定する部材の表面に、特定領域ＳＡが存在する。なお、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を画定する部材の表面は、具体的には、単セル用セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、ＩＣ用セパレータ１８０、下側ターミナルプレート４２０、下端プレート１８９および下側エンドプレート１０６における連通孔１０８の内周面である。この点は、後述する酸化剤ガス供給マニホールド１６１、燃料ガス排出マニホールド１７２および燃料ガス供給マニホールド１７１のそれぞれを画定する部材の表面についても、同様である。本実施形態では、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を画定する部材の表面の略全体が特定領域ＳＡとなっている。酸化剤ガス排出マニホールド１６２を画定する部材の表面の特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（酸化剤オフガスＯＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＺ軸方向）に略平行な方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、酸化剤オフガスＯＯＧの主たる流れ方向（Ｚ軸方向）に略平行に延伸している複数の溝１１が形成されている。

また、図示しないが、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路の一部としての酸化剤ガス供給マニホールド１６１を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域ＳＡが存在する。本実施形態では、酸化剤ガス供給マニホールド１６１を画定する部材の表面の略全体が特定領域ＳＡとなっている。酸化剤ガス供給マニホールド１６１を画定する部材の表面の特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（酸化剤ガスＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＺ軸方向）に略平行な方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（Ｚ軸方向）に略平行に延伸している複数の溝１１が形成されている。

図６に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路の一部としての燃料ガス排出マニホールド１７２を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域ＳＡが存在する。本実施形態では、燃料ガス排出マニホールド１７２を画定する部材の表面の略全体が特定領域ＳＡとなっている。燃料ガス排出マニホールド１７２を画定する部材の表面の特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（燃料オフガスＦＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＺ軸方向）に略平行な方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、燃料オフガスＦＯＧの主たる流れ方向（Ｚ軸方向）に略平行に延伸している複数の溝１１が形成されている。

また、図示しないが、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路の一部としての燃料ガス供給マニホールド１７１を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域ＳＡが存在する。本実施形態では、燃料ガス供給マニホールド１７１を画定する部材の表面の略全体が特定領域ＳＡとなっている。燃料ガス供給マニホールド１７１を画定する部材の表面の特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（燃料ガスＦＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＺ軸方向）に略平行な方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｚ軸方向）に略平行に延伸している複数の溝１１が形成されている。

なお、酸化剤ガス供給マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２のそれぞれについて、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２を画定する部材の表面に加えて、もしくは該表面に代えて、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２の位置に配置されたガス通路部材２７内に形成された流路を画定する部材の表面に、特定領域ＳＡが存在するとしてもよい。

また、図５および図８に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路の一部としての空気極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域ＳＡが存在する。上述したように、空気極側の供給側連通流路は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６における酸化剤ガス供給連通孔１３２と空気極１１４との間に位置する一部分と、から構成される。また、空気極側の排出側連通流路は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３と、空気室１６６における酸化剤ガス排出連通孔１３３と空気極１１４との間に位置する一部分と、から構成される。そのため、特定領域ＳＡは、空気極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材である、空気極側フレーム１３０と単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とインターコネクタ１９０との少なくとも１つの表面に存在する。本実施形態では、空気極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面の略全体が特定領域ＳＡとなっている。

図８に示すように、空気極側の排出側連通流路を構成する酸化剤ガス排出連通孔１３３を画定する部材としての空気極側フレーム１３０の表面（酸化剤ガス排出連通孔１３３の内周面）に存在する特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（酸化剤オフガスＯＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＸ軸方向）に略直交する方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、酸化剤オフガスＯＯＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に略直交する方向に延伸している複数の溝１１が形成されている。本明細書において、２つの方向が略直交するとは、２つの方向のなす角が９０度±１０度の範囲内にあることを意味する。図示しないが、空気極側の供給側連通流路を構成する酸化剤ガス供給連通孔１３２を画定する部材としての空気極側フレーム１３０の表面（酸化剤ガス供給連通孔１３２の内周面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。

また、図８に示すように、空気極側の供給側連通流路を構成する空気室１６６の一部を画定する部材としての空気極側フレーム１３０の表面（孔１３１の内周面）に存在する特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（酸化剤ガスＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＸ軸方向）に略直交する方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に略直交する方向に延伸している複数の溝１１が形成されている。図示しないが、空気極側の排出側連通流路を構成する空気室１６６の一部を画定する部材としての空気極側フレーム１３０の表面（孔１３１の内周面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。

また、図５に示すように、空気極側の供給側連通流路を構成する酸化剤ガス供給連通孔１３２および空気室１６６の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ１２０の表面（上面）に存在する特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（酸化剤ガスＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＸ軸方向）に略平行な方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に略平行な方向に延伸している複数の溝１１が形成されている。図示しないが、空気極側の排出側連通流路を構成する酸化剤ガス排出連通孔１３３および空気室１６６の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ１２０の表面（上面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。また、図示しないが、空気極側の供給側連通流路を構成する酸化剤ガス供給連通孔１３２および空気室１６６の一部を画定する部材としてのＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０の表面（下面）に存在する特定領域ＳＡ、および、空気極側の排出側連通流路を構成する酸化剤ガス排出連通孔１３３および空気室１６６の一部を画定する部材としてのＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０の表面（下面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。

また、図６および図９に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したガス流路の一部としての燃料極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域ＳＡが存在する。上述したように、燃料極側の供給側連通流路は、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６における燃料ガス供給連通孔１４２と燃料極１１６との間に位置する一部分と、から構成される。また、燃料極側の排出側連通流路は、燃料ガス排出マニホールド１７２と燃料室１７６とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３と、燃料室１７６における燃料ガス排出連通孔１４３と燃料極１１６との間に位置する一部分と、から構成される。そのため、特定領域ＳＡは、燃料極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材である、燃料極側フレーム１４０とＩＣ用セパレータ１８０とインターコネクタ１９０と単セル用セパレータ１２０との少なくとも１つの表面に存在する。本実施形態では、燃料極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面の略全体が特定領域ＳＡとなっている。

図９に示すように、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料ガス排出連通孔１４３を画定する部材としての燃料極側フレーム１４０の表面（燃料ガス排出連通孔１４３の内周面）に存在する特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（燃料オフガスＦＯＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＸ軸方向）に略直交する方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、燃料オフガスＦＯＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に略直交する方向に延伸している複数の溝１１が形成されている。図示しないが、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料ガス供給連通孔１４２を画定する部材としての燃料極側フレーム１４０の表面（燃料ガス供給連通孔１４２の内周面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。

また、図９に示すように、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料室１７６の一部を画定する部材としての燃料極側フレーム１４０の表面（孔１４１の内周面）に存在する特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（燃料ガスＦＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＸ軸方向）に略直交する方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に略直交する方向に延伸している複数の溝１１が形成されている。図示しないが、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料室１７６の一部を画定する部材としての燃料極側フレーム１４０の表面（孔１４１の内周面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。

また、図６に示すように、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料ガス供給連通孔１４２および燃料室１７６の一部を画定する部材としてのＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０の表面（上面）に存在する特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における「特定の方向」は、該特定領域ＳＡの位置でのガス（燃料ガスＦＧ）の主たる流れ方向（本実施形態ではＸ軸方向）に略平行な方向である。すなわち、この特定領域ＳＡには、燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｘ軸方向）に略平行な方向に延伸している複数の溝１１が形成されている。図示しないが、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料ガス排出連通孔１４３および燃料室１７６の一部を画定する部材としてのＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０の表面（上面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。また、図示しないが、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料ガス供給連通孔１４２および燃料室１７６の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ１２０の表面（下面）に存在する特定領域ＳＡ、および、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料ガス排出連通孔１４３および燃料室１７６の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ１２０の表面（下面）に存在する特定領域ＳＡについても同様である。

なお、上述したガス流路を画定する部材が、金属の母材と、母材の表面に形成された酸化被膜と、を含む金属部材である場合には、特定領域ＳＡは、該金属部材の表面（すなわち、酸化被膜の表面）に存在する。このような金属部材としては、例えば、金属の母材としての平板部１５０および空気極側集電部１３４と、母材の表面に形成された酸化被膜としての被覆層１９４と、を含むインターコネクタ１９０が挙げられる。また、上記酸化被膜は、金属の母材の表面に自然に形成された酸化被膜（例えば、クロミア被膜やアルミナ被膜）を含む。

Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００は、単セル１１０をそれぞれ有する複数の発電単位１０２を備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６と、を含む。燃料電池スタック１００には、各発電単位１０２の電極（空気極１１４または燃料極１１６）との間でガスのやり取りを行うマニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２）が形成されている。各発電単位１０２には、マニホールドと電極とを連通する連通流路（酸化剤ガス供給連通孔１３２、酸化剤ガス排出連通孔１３３、酸化剤ガス供給連通孔１３２または酸化剤ガス排出連通孔１３３と空気極１１４との間に位置する空気室１６６の一部分、燃料ガス供給連通孔１４２、燃料ガス排出連通孔１４３、燃料ガス供給連通孔１４２または燃料ガス排出連通孔１４３と燃料極１１６との間に位置する燃料室１７６の一部分）が形成されている。燃料電池スタック１００におけるマニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、
（１）特定の方向に略平行に延伸する複数の溝１１が形成されており、かつ、
（２）該特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下である、
という条件を満たす領域である特定領域ＳＡが存在する。

このように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、特定の方向に略平行な複数の溝１１が形成された特定領域ＳＡが存在する。特定領域ＳＡにおける特定の方向（複数の溝１１の延伸方向に略平行な方向）に交差する方向に沿った最大高さＲｚは、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であることから、特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさは、過度に小さくも大きくもない。ここで、ガス流路を流れるガスに混入する異物のサイズは５０μｍ以下であることが多く、また、異物の形状はきれいな球体であることは少なく、いびつな形状をしていることが多い。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、ガス流路を流れるガスに異物が混入しても、ガス流路を画定する部材の表面における特定領域ＳＡに存在する過度に小さくも大きくもない凹凸によって、いびつな形状の異物を引っ掛けてトラップすることができる。また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、ガスに混入した異物の除去のために、発電に寄与しない非発電セルを設けることを要さないため、部品点数の増大や燃料電池スタック１００のサイズの増大を抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、部品点数の増大や燃料電池スタック１００のサイズの増大を抑制しつつ、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２は、金属の母材（例えば、平板部１５０および空気極側集電部１３４)と、該母材の表面に形成された酸化被膜（例えば、被覆層１９４や、金属の母材の表面に自然に形成された酸化被膜（例えば、クロミア被膜やアルミナ被膜））と、を含む金属部材（例えば、インターコネクタ１９０）を有し、該金属部材の表面に特定領域ＳＡが存在する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因する凹凸を比較的シャープな形状とすることができ、該凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、その結果、該異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、少なくとも一部の特定領域ＳＡについて、特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における特定の方向は、特定領域ＳＡの位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、少なくとも一部の特定領域ＳＡについて、特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における特定の方向は、特定領域ＳＡの位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００には複数の特定領域ＳＡが存在し、一の特定領域ＳＡについては、特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における特定の方向は、特定領域ＳＡの位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向であり、他の特定領域ＳＡについては、特定領域ＳＡに関する上記条件（１）における特定の方向は、特定領域ＳＡの位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、一の特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができると共に、他の特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、マニホールドとして、ガスを供給する供給側マニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１６１および燃料ガス供給マニホールド１７１）と、ガスを排出する排出側マニホールド（酸化剤ガス排出マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１７２）と、が形成されている。また、各発電単位１０２には、連通流路として、供給側マニホールドと電極とを連通する供給側連通流路（酸化剤ガス供給連通孔１３２、燃料ガス供給連通孔１４２、空気室１６６の一部分、燃料室１７６の一部分）と、排出側マニホールドと電極とを連通する排出側連通流路（酸化剤ガス排出連通孔１３３、燃料ガス排出連通孔１４３、空気室１６６の一部分、燃料室１７６の一部分）と、が形成されている。また、供給側マニホールドと供給側連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面と、排出側マニホールドと排出側連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面と、の両方に、特定領域ＳＡが存在する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、ガス供給側とガス排出側との両方について、ガス流路を流れるガスに混入した異物を、特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の存在に起因する凹凸によってトラップすることができ、異物の発生箇所にかかわらず、異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。

なお、燃料電池スタック１００において、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面の全面積に対する特定領域ＳＡの面積の割合は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。該割合が５％以上であると、特定領域ＳＡに存在する凹凸によって異物を効果的にトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。また、該割合が１０％以上であると、特定領域ＳＡに存在する凹凸によって異物を極めて効果的にトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を極めて効果的に抑制することができる。

Ａ－５．性能評価：
燃料電池スタック１００におけるガス流路の構成に関し、性能評価を行った。図１０は、性能評価結果を示す説明図である。性能評価には、ガス流路を画定する部材の表面の構成が互いに異なる６つの燃料電池スタック１００のサンプル（サンプルＳ１～Ｓ６）を用いた。具体的には、空気極側および燃料極側の供給側および排出側連通流路を構成する空気室１６６の一部および燃料室１７６の一部を画定する部材である単セル用セパレータ１２０、ＩＣ用セパレータ１８０およびインターコネクタ１９０の表面に、ガスの主たる流れ方向に略平行に延伸する複数の溝１１（サンプル毎に凹凸の大きさが異なる）を形成した（図５および図６参照）。複数の溝１１が形成された表面におけるガスの主たる流れ方向に直交する方向に沿った最大高さＲｚを非接触式の表面粗さ計で測定したところ、３回の測定値の平均値は図１０に示す通りの値であった。

各サンプルについて、７００℃で１０００時間の発電運転を行った後、「凹凸への異物の付着」、「セルへの異物の付着」、「セルのクラック・割れ」、「ガス流配の低下」という４つの項目について評価を行った。「凹凸への異物の付着」については、上述したガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１を形成して凹凸形状とした箇所に異物が付着しているか否かを、顕微鏡およびＳＥＭを用いて確認した。「セルへの異物の付着」については、単セル１１０を構成する各層の表面に異物が付着しているか否かを、顕微鏡およびＳＥＭを用いて確認した。「セルのクラック・割れ」については、単セル１１０を構成する各層におけるクラックや割れの有無を、顕微鏡およびＳＥＭを用いて確認した。「ガス流配の低下」については、上述したガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１を形成して凹凸形状とした箇所におけるガス流配の低下の有無を、流体シミュレーションにより解析して確認した。４つの項目の評価結果を踏まえ、Ａ（極めて良好）、Ｂ（良好）、Ｃ（良好ではない）の３段階で総合評価を行った。

サンプルＳ１～Ｓ４では、「凹凸への異物の付着」が「あり」であり、「セルへの異物の付着」が「なし」であり（ただし、サンプルＳ１については「わずかにあり」）、「セルのクラック・割れ」が「なし」であった（ただし、サンプルＳ１については「わずかにあり」）。これらのサンプルでは、最大高さＲｚが０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさが過度に小さくも大きくもなく適度であるため、該凹凸によって異物をトラップすることができ、その結果、単セル１１０への異物の付着を抑制することができたものと考えられる。ただし、サンプルＳ１では、最大高さＲｚが０．１μｍ未満であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさがやや小さく、該凹凸によって異物をトラップする効果がサンプルＳ２～Ｓ４ほどには得られなかったものと考えられる。また、サンプルＳ４では、最大高さＲｚが２０μｍ超であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさがやや大きく、「ガス流配の低下」がわずかにみられた。これらの結果から、サンプルＳ２，Ｓ３については、総合評価：Ａ（極めて良好）と判定し、サンプルＳ１，Ｓ４については、総合評価：Ｂ（良好）と判定した。

一方、サンプルＳ５，Ｓ６では、「凹凸への異物の付着」が「なし」であり、「セルへの異物の付着」が「あり」であり、「セルのクラック・割れ」が「あり」であった。サンプルＳ５では、最大高さＲｚが０．０１μｍ未満であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさが過度に小さく、該凹凸によって異物をトラップすることができず、単セル１１０への異物の付着を抑制することができなかったものと考えられる。また、サンプルＳ６では、最大高さＲｚが５０μｍ超であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさが過度に大きく、異物が該凹凸をすり抜けてしまい、単セル１１０への異物の付着を抑制することができなかったものと考えられる。なお、サンプルＳ６では、複数の溝１１の存在に起因する凹凸の大きさが過度に大きいことから、「ガス流配の低下」もみられた。これらの結果から、サンプルＳ５，Ｓ６については、総合評価：Ｃ（良好ではない）と判定した。

以上の性能評価結果によれば、ガス流路を画定する部材の表面に複数の溝１１が形成され、該溝１１の延伸方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であれば、複数の溝１１の存在に起因する凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を抑制することができると言える。また、該最大高さＲｚが０．１μｍ以上であれば、複数の溝１１の存在に起因する凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック１００の性能低下や燃料電池スタック１００を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができるため、より好ましいと言える。また、該最大高さＲｚが２０μｍ以下であれば、複数の溝１１の存在に起因する凹凸によってガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができるため、より好ましいと言える。

Ｂ．変形例：
本明細書に開示される技術は、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。

上記実施形態における燃料電池スタック１００や発電単位１０２の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。

上記実施形態では、ガス流路を画定する部材の表面の略全体が、上記条件（１）および条件（２）を満たす特定領域ＳＡとなっているが、ガス流路を画定する部材の表面の少なくとも一部が特定領域ＳＡとなっていればよい。例えば、燃料極側と空気極側との一方のみにおいて、ガス流路を画定する部材の表面が特定領域ＳＡとなっていてもよい。また、供給側と排出側との一方のみにおいて、ガス流路を画定する部材の表面が特定領域ＳＡとなっていてもよい。また、マニホールドと連通流路との一方のみにおいて、ガス流路を画定する部材の表面が特定領域ＳＡとなっていてもよい。また、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、連通流路を画定する部材の表面が特定領域ＳＡとなっていてもよい。

上記実施形態では、特定領域ＳＡにおける複数の溝１１の延伸方向が、特定領域ＳＡの位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向、または、該ガスの主たる流れ方向に略直交する方向であるが、複数の溝１１の延伸方向がそれ以外の方向であってもよい。

上記実施形態では、一対のエンドプレート１０４，１０６に孔３２，３４が形成されているが、一対のエンドプレート１０４，１０６の少なくとも一方について該孔３２，３４が形成されていなくてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００が一対のターミナルプレート４１０，４２０を備えているが、他の部材（例えば、一対のエンドプレート１０４，１０６）をターミナルプレートとしても機能させ、専用部材としてのターミナルプレート４１０，４２０を省略してもよい。

上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０が、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の連結部１２８を有しているが、連結部１２８の形状は他の形状であってもよい。また、単セル用セパレータ１２０が連結部１２８を有さなくてもよい。ＩＣ用セパレータ１８０における連結部１８８についても同様である。

上記実施形態では、単セル用セパレータ１２０における孔１２１付近にガラスシール部１２５が配置されているが、ガラスシール部１２５は省略されてもよい。

上記実施形態では、インターコネクタ１９０は導電性の被覆層１９４を含んでいるが、インターコネクタ１９０が該被覆層１９４を含んでいなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル１１０が反応防止層１１８を有しているが、単セル１１０が反応防止層１１８を有さないとしてもよい。

上記実施形態では、単セル１１０は燃料極支持形の単セルであるが、電解質支持形や金属支持形等の他のタイプの単セルであってもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００がカウンターフロータイプの燃料電池であるが、燃料電池スタック１００がコフロータイプといった他のタイプの燃料電池であってもよい。

上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０の個数（発電単位１０２の個数）は、あくまで一例であり、単セル１１０の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。また、本明細書に開示される技術は、第１の燃料電池スタックから排出されたオフガスを第２の燃料電池スタックに供給する形態における少なくとも一方の燃料電池スタックにも同様に適用可能である。

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、本明細書に開示される技術は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位や、電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セル単位および電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６－８１８１３号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発電単位１０２および燃料電池スタック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、マニホールド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、マニホールド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スタックにおいても、上記実施形態と同様の構成を採用すると、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する電解セルスタックの性能低下や電解セルスタックを含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。

上記実施形態では、いわゆる平板型の燃料電池スタックを例に用いて説明したが、本明細書に開示される技術は、以下に説明するように、平板型に限らず、他のタイプ（いわゆる円筒平板型や円筒形）の燃料電池スタックにも同様に適用可能である。

図１１は、変形例としての燃料電池スタック２００２の外観構成を示す説明図である。図１１に示す変形例の燃料電池スタック２００２は、複数の単セル２００３を備える。単セル２００３は、上下方向に伸びる柱状の支持体を有する。支持体は、断面が扁平状であり、一対の対向する平坦面を有する。支持体の内部には、上下方向に伸びるガス流路が形成されている。支持体の一方の平坦面上には、燃料極と、固体電解質層と、空気極とが順次積層されており、他方の平坦面のうち空気極が形成されていない部位には、インターコネクタが積層されている。隣接する単セル２００３間に導電部材２００４を配置することにより、単セル２００３同士が電気的に直列に接続されている。単セル２００３は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。

各単セル２００３の下端は、ガラス等のシール材２０１６により、マニホールド２００７に固定されている。各単セル２００３の支持体に形成されたガス流路は、マニホールド２００７の内部空間に連通している。マニホールド２００７の側面には、燃料ガスをマニホールド２００７内に供給するための燃料ガス供給管２００８が接続されている。燃料ガス供給管２００８を介してマニホールド２００７に供給された燃料ガスは、マニホールド２００７から各単セル２００３の支持体に形成されたガス流路を介して、燃料極に供給される。

図１１に示す変形例の燃料電池スタック２００２において、マニホールド２００７および燃料ガス供給管２００８等のガス流路は、各単セル２００３の燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、各単セル２００３の支持体に形成されたガス流路のうち支持体のマニホールド２００７側の端部から燃料極に到達するまでの部分は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。図１１に示す変形例の燃料電池スタック２００２においても、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面には、上述した条件（１）および条件（２）を満たす特定領域ＳＡが存在する。そのため、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック２００２の性能低下や燃料電池スタック２００２を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。

図１２は、他の変形例としての燃料電池スタック１１００の外観構成を示す説明図である。この変形例における燃料電池スタック１１００は、マニホールド１００２と、複数の単セル１０１０とを備える。なお、図１２では、一部の単セル１０１０の図示を省略している。

マニホールド１００２は、各単セル１０１０に燃料ガスＦＧを供給すると共に、各単セル１０１０から排出されたガスを回収するための部材であり、内部に空間が形成された中空体である。マニホールド１００２の内部空間は、仕切板１０２４によってガス供給室１０２１とガス回収室１０２２とに区画されている。マニホールド１００２には、ガス供給室１０２１に連通するガス供給管１２０１が接続されており、ガス供給管１２０１を介してガス供給室１０２１に燃料ガスＦＧが供給される。また、マニホールド１００２には、ガス回収室１０２２に連通するガス回収管１２０２が接続されており、ガス回収管１２０２を介してガス回収室１０２２内のガスが外部に排出される。マニホールド１００２の上面を構成する上板部１２３１には、マニホールド１００２の外側（外部空間）とガス供給室１０２１およびガス回収室１０２２とを連通する複数の貫通孔が、Ｚ軸方向に沿って並ぶように形成されている。

各単セル１０１０は、ＹＺ断面形状がＹ軸方向を長軸とする略楕円形であり、Ｘ軸方向に延伸する筒形の部材である。各単セル１０１０の基端部は、マニホールド１００２の貫通孔に挿入された状態で、シール部によってマニホールド１００２に接合されている。これにより、複数の単セル１０１０は、Ｚ軸方向に沿って並ぶように配置される。Ｚ軸方向に沿って隣り合う２つの単セル１０１０の間の空間は、酸化剤ガスの流路として機能する。単セル１０１０は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。

各単セル１０１０は、内部にＸ軸方向に延びる第１ガス流路および第２ガス流路が形成された支持基板と、燃料極と、電解質層と、空気極とを有する。第１ガス流路の基端部はマニホールド１００２のガス供給室１０２１と連通しており、第２ガス流路の基端部はマニホールド１００２のガス回収室１０２２と連通している。また、第１ガス流路と第２ガス流路とは、先端側において、連通部材１００３に形成された連通流路を介して互いに連通している。各単セル１０１０は、集電部材を介して互いに電気的に直列に接続されている。

図１２に示す変形例の燃料電池スタック１１００において、マニホールド１００２、ガス供給管１２０１およびガス回収管１２０２等のガス流路は、各単セル１０１０の燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、各単セル１０１０の支持基板に形成された第１ガス流路および第２ガス流路、および、連通部材１００３に形成された連通流路は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面には、上述した条件（１）および条件（２）を満たす特定領域ＳＡが存在する。そのため、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック１１００の性能低下や燃料電池スタック１１００を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。

図１３は、他の変形例としての燃料電池スタック３１００の外観構成を示す説明図である。図１３に示す変形例の燃料電池スタック３１００は、複数の単セル３００１を備える。各単セル３００１は、複数のセル群３０１０を構成している。燃料電池スタック３１００の幅方向（短辺方向）に、セル群３０１０ａ、セル群３０１０ｂ、セル群３０１０ａの順に区画して配列されており、図１３において右側のセル群３０１０ａと左側のセル群３０１０ａとは紙面奥手においてつながっている。このため、セル群３０１０ａを構成する複数の単セル３００１が接続固定されるマニホールド３００２ｂは、上面視において「コ」字状の形状である。

単セル３００１は円筒形状であり、燃料極と、電解質層と、空気極３００８とを有する。単セル３００１は、さらに、燃料極の両端に電気的に接続された金属キャップ３００４を有する。金属キャップ３００４は、単セル３００１とガラス材料３００５によってシールされている。単セル３００１は、絶縁性支持部材３００６（ブッシュともいう）を介してマニホールド３００２ｂに立設され、ガラスリング３００７により気密固定されている。また単セル３００１の一部は、上面視において「コ」字状のマニホールド３００２ａの下方に、絶縁性支持部材３００６を介して他端側が配置され、ガラスリング３００７によって気密接合されている。複数の単セル３００１は、金属キャップ３００４と空気極３００８の端部とが集電体３００９を介して接続されることにより、電気的に直列に接続されている。単セル３００１は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。

改質器３０１１で改質された燃料ガスは、マニホールド３００２ａの燃料ガス供給管から供給され、マニホールド３００２ａの内部で分散し、マニホールド３００２ａと連通するように接続された上流側のセル群３０１０aのガス流路を他端側から一端側へ流れる。セル群３０１０ａから排出された発電に未使用の燃料ガスは、マニホールド３００２ｂにおいて集約され、他端側が開放された下流側のセル群３０１０ｂのガス流路を一端側から他端側へ向かって流れ、セル群３０１０ｂの上端から排出される。

図１３に示す変形例の燃料電池スタック３１００において、マニホールド３００２等のガス流路は、各単セル３００１の燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、金属キャップ３００４および絶縁性支持部材３００６は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。図１３に示す変形例の燃料電池スタック３１００においても、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面には、上述した条件（１）および条件（２）を満たす特定領域ＳＡが存在する。そのため、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック３１００の性能低下や燃料電池スタック３１００を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。

上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、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。

１１：溝 ２２：ボルト ２４：ナット ２６：ガス貫通孔 ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：フランジ部 ２９Ａ：ボルト孔 ３２，３４：孔 １００：燃料電池スタック １０２：燃料電池発電単位 １０３：発電ブロック １０４：上側エンドプレート １０６：下側エンドプレート １０７：エンド貫通孔 １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０：燃料電池単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １１８：反応防止層 １２０：単セル用セパレータ １２１：孔 １２１：貫通孔 １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １２６：内側部 １２７：外側部 １２８：連結部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 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 １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４：燃料極側集電部材 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：平板部 １６１：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 １８１：貫通孔 １８６：内側部 １８７：外側部 １８８：連結部 １８９：下端プレート １９０：インターコネクタ １９４：被覆層 １９６：導電性接合材 ２００：絶縁部 ２１０：末端セパレータ ２１１：貫通孔 ２１６：内側部 ２１７：外側部 ２１８：連結部 ２２０：上端プレート ３１０：平面部 ３２０：凸部 ３２２：外側凸部 ３２４：内側凸部 ４１０：上側ターミナルプレート ４１２：孔 ４２０：下側ターミナルプレート ５１０：平面部 ５２０：凸部 ５２２：外側凸部 ５２４：内側凸部 ６００：補強部材 ６１０：平板部分 ６１２：貫通孔 ６２０：筒部分 ６２２：貫通孔 １００２：マニホールド １００３：連通部材 １０１０：単セル １０２１：ガス供給室 １０２２：ガス回収室 １０２４：仕切板 １１００：燃料電池スタック １２０１：ガス供給管 １２０２：ガス回収管 １２３１：上板部 ２００２：燃料電池スタック ２００３：単セル ２００４：導電部材 ２００７：マニホールド ２００８：燃料ガス供給管 ２０１６：シール材 ３００１：単セル ３００２：マニホールド ３００４：金属キャップ ３００５：ガラス材料 ３００６：絶縁性支持部材 ３００７：ガラスリング ３００８：空気極 ３００９：集電体 ３０１０：セル群 ３０１１：改質器 ３１００：燃料電池スタック ＳＡ：特定領域

Claims (8)

1. 電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルをそれぞれ有する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、
   前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極のそれぞれについて、各前記電気化学反応単位の前記特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されており、
   各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されており、
   前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、
   （１）特定の方向に略平行に延伸する複数の溝が形成されており、かつ、
   （２）前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが、０．０１μｍ以上、５０μｍ以下である、
   という条件を満たす領域である特定領域が存在する、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
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、
   前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが０．１μｍ以上である領域である、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
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、
   前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さＲｚが２０μｍ以下である領域である、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
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、
   各前記電気化学反応単位は、金属の母材と、前記母材の表面に形成された酸化被膜と、を含む金属部材を有し、
   前記特定領域は、前記金属部材の表面に存在する、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
   前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
   前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
7. 請求項１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、
   複数の前記特定領域が存在し、
   一の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向であり、他の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
8. 請求項１から請求項７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、
   前記マニホールドとして、ガスを供給する供給側マニホールドと、ガスを排出する排出側マニホールドと、が形成されており、
   各前記電気化学反応単位には、前記連通流路として、前記供給側マニホールドと前記特定電極とを連通する供給側連通流路と、前記排出側マニホールドと前記特定電極とを連通する排出側連通流路と、が形成されており、
   前記供給側マニホールドと前記供給側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、前記排出側マニホールドと前記排出側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、の両方に、前記特定領域が存在する、
   ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

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