JP7611181B2

JP7611181B2 - 複合体

Info

Publication number: JP7611181B2
Application number: JP2022021692A
Authority: JP
Inventors: 琢也星子; 信行堀田; 哲也森川; 肇大村
Original assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Current assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2025-01-09
Anticipated expiration: 2042-02-16
Also published as: JP2023119076A

Description

本明細書によって開示される技術は、複合体に関する。

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、固体酸化物を含む電解質層を備える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の構成単位である燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第１の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。

ＳＯＦＣは、一般に、単セルを有する発電単位が、第１の方向に複数並べて配置された発電ブロックを備えるとともに、燃料極と空気極との一方である特定電極に面するガス室に連通するマニホールドが形成された燃料電池スタックの形態で利用される。燃料電池スタックは、さらに、エンド部材とガス通路部材と接合部材とを備える。エンド部材は、発電ブロックにおける第１の方向の一方側に配置されている。エンド部材には、第１の方向に貫通するとともにマニホールドに連通しているエンド貫通孔が形成されている。ガス通路部材は、エンド部材に対して第１の方向の上記一方側（発電ブロックとは反対側）に配置されている。ガス通路部材は、第１の方向に貫通し、かつ、エンド貫通孔に連通するガス貫通孔が形成された筒状体である。接合部材は、発電ブロックとエンド部材との間に配置されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１０８０４号公報

ところで、本願発明者は、立設部が形成されたエンド部材を備える燃料電池スタックについて検討した。立設部は、第１の方向の上記一方側に突出し、かつ、エンド貫通孔を囲む筒状である。ガス通路部材は、エンド部材の立設部に接続される。このような構成では、ガス通路部材に外力が加わって変位すると、エンド部材のうち、立設部とガス通路部材との接続部分の外形線を取り囲む部分である接続周囲部分が変形しやすい。ここで、仮に、接合部材が、第１の方向視で、エンド部材の接続周囲部分に重なる位置に配置されている構成では、接続周囲部分の変形に伴って接合部材に応力が加わり、接合部材による接合箇所が損傷するおそれがある、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。さらに、このような課題は、電気化学反応セルスタック等に限らず、第１の貫通孔および立設部を備える第１の部材と、その立設部に接続される筒状部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材との接合する接合部材とを備える複合体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複合体は、第１の方向に貫通する第１の貫通孔が形成されるとともに、前記第１の方向の一方側に突出し、かつ、前記第１の貫通孔を囲む筒状の立設部が形成されている第１の部材と、前記第１の部材の前記第１の貫通孔に連通するように前記立設部に接続されている筒状部材と、前記第１の部材に対して前記第１の方向の他方側に配置されている第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、かつ、前記第１の方向視で前記第１の貫通孔の周囲に配置されている接合部材と、を備える、複合体において、前記第１の方向視で、前記接合部材は、前記筒状部材のうち、前記立設部との接続部分の外形線を取り囲む部分である前記第１の部材の接続周囲部よりも外側に配置されている。本複合体では、接合部材が、筒状部材のうち、第１の部材の立設部との接続部分の外形線を取り囲む部分である第１の部材の接続周囲部よりも外側に配置されている。そのため、仮に、筒状部材の変位に伴って第１の部材の接続周囲部が変形しても、その変形が接合部材に伝わりにくい。これにより、本複合体によれば、筒状部材の変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷することを抑制することができる。

（２）上記複合体において、前記第２の部材は、前記第１の部材に対して前記第１の方向の他方側に隣り合うように配置されている構成としてもよい。本複合体では、接合部材が、第１の部材と、それに隣り合う第２の部材との間に配置されている。このように接合部材が第１の部材の変形箇所に近い位置に配置された構成であっても、本発明を適用することにより、筒状部材の変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷することを抑制することができる。

（３）上記複合体において、前記第１の部材のうち、前記第１の方向視で前記接合部材と重なる重複部の剛性は、前記接続周囲部の剛性よりも高い構成としてもよい。本複合体によれば、第１の部材の接続周囲部が変形しても、第１の部材の重複部は変形しにくい。そのため、第１の部材の変形が接合部材に伝わることが抑制され、筒状部材の変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。

（４）上記複合体において、前記接合部材は、前記第１の方向視で前記第１の貫通孔の周囲を囲む第２の貫通孔が形成されており、前記第１の方向視で、少なくとも、前記筒状部材の前記接続部分の外形線により囲まれた空間の中心から互いに異なる方向に延びる２本の仮想直線上において、前記筒状部材の前記接続部分と前記接合部材との離間距離は互いに異なっている構成としてもよい。本複合体によれば、例えば筒状部材が、上記離間距離が長い方向側に変位した場合において接合部材による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。

（５）上記複合体において、前記複合体は、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルを有している、電気化学反応ブロックを備え、前記電気化学反応ブロックが、前記第１の部材に対して前記第１の方向の他方側に配置され、前記第２の部材が、前記電気化学反応ブロックと前記第１の部材との間に配置されており、各前記電気化学反応単位における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との間でガスのやり取りを行うマニホールドが、前記電気化学反応ブロックの内部から前記第１の部材の前記第１の貫通孔を介して前記筒状部材に至るように形成されている、電気化学反応セルスタックである構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックでは、接合部材が、筒状部材のうち、エンド部材との接続部分の外形線を取り囲む部分である接続周囲部よりも外側に配置されている。そのため、仮に、外力による筒状部材の変位に伴ってエンド部材の接続周囲部が変形しても、その変形が接合部材に伝わりにくい。これにより、本電気化学反応セルスタックによれば、筒状部材の変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷することを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）、上記複合体、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下側エンドプレート１０６と下側ターミナルプレート４２０との接合構造を拡大して示す説明図阿呆に図１０のＸＩ－ＸＩの位置におけるガス通路部材２７等のＸＹ平面構成を示す説明図

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、特許請求の範囲における複合体の一例であり、上下方向（Ｚ軸方向）は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。

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のうちの他方（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。発電単位１０２は、特許請求の範囲における電気化学反応単位の一例であり、発電ブロック１０３は、特許請求の範囲における電気化学反応ブロックの一例である。

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、例えばアルミニウムを含むフェライト系ステンレス等の導電材料（金属材料）により形成され、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。本体部２８の板厚（外径と内径との差）は、例えば０．６ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下とすることができる。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、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料（金属材料）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。エンドプレート１０４，１０６の板厚は、例えば１ｍｍ以上、３ｍｍ以下とすることができ、ガス通路部材２７の本体部２８の板厚と同じ、またはガス通路部材２７の本体部２８の板厚より薄くてもよい。

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、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系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、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。単セル１１０は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルの一例である。

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．下側エンドプレート１０６と下側ターミナルプレート４２０との接合構造：
次に、本実施形態の燃料電池スタック１００における下側エンドプレート１０６と下側ターミナルプレート４２０との接合構造について説明する。図１０は、下側エンドプレート１０６と下側ターミナルプレート４２０との接合構造を拡大して示す説明図であり、図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩの位置におけるガス通路部材２７等のＸＹ平面構成を示す説明図である。図１１には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通するガス通路部材２７が例示されている。図１１では、ガス通路部材２７および下側エンドプレート１０６は実線で示されており、下側エンドプレート１０６の背後に位置するガラスシール部材１９７や連通孔１０８等は点線で示されている。

図２から図４、図１０および図１１に示すように、本実施形態の下側エンドプレート１０６には、４つの立設部５３０が形成されている。立設部５３０は、下側エンドプレート１０６の平面部５１０から下側（Ｚ軸負方向側）に突出し、かつ、上下方向視で下側エンドプレート１０６のエンド貫通孔１０７を囲む筒状である。立設部５３０は、平面部５１０に一体的に形成されている。本実施形態では、下側エンドプレート１０６のうち、エンド貫通孔１０７を画定する内壁面と、立設部５３０の内周壁とは、段差がなく面一でつながっている。下側エンドプレート１０６は、特許請求の範囲における第１の部材の一例であり、エンド貫通孔１０７は、特許請求の範囲における第１の貫通孔の一例である。

ガス通路部材２７は、下側エンドプレート１０６の立設部５３０に接続されており、ガス通路部材２７のガス流路が下側エンドプレート１０６のエンド貫通孔１０７に連通している。具体的には、ガス通路部材２７の先端部分２８ａが立設部５３０の内周側に挿入されており、ガス通路部材２７の先端部分２８ａと立設部５３０とが、例えば溶接等により接合されている。ガス通路部材２７は、特許請求の範囲における筒状部材の一例である。

下側エンドプレート１０６と下側ターミナルプレート４２０との間には、ガラス製のガラスシール部材１９７が配置されている。ガラスシール部材１９７は、上下方向視で発電ブロック１０３に形成された連通孔１０８（以下、「ブロック連通孔１０８Ｂ」という）の周囲に枠状に配置されている。ガラスシール部材１９７は、上下方向に互いに隣り合う部材同士（下側エンドプレート１０６、下側ターミナルプレート４２０）を接合する部材である。ガラスシール部材１９７の厚みは例えば１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とすることができる。ガラスシール部材１９７は、特許請求の範囲における接合部材の一例であり、下側ターミナルプレート４２０は、特許請求の範囲における第２の部材の一例である。

図１１に示すように、ガラスシール部材１９７は、上下方向視で、下側エンドプレート１０６における接続周囲部５２０ｂよりも外側に配置されている。接続周囲部５２０ｂは、上下方向視で、下側エンドプレート１０６（平面部５１０）のうち、ガス通路部材２７における立設部５３０との接続部分の外形線（図１１において、ガス通路部材２７の本体部２８の先端部分２８ａの輪郭線）を取り囲む部分である。具体的には、ガラスシール部材１９７は、挿通孔１９７ａが形成された枠状部材であり、上下方向視で、挿通孔１９７ａの輪郭線が、下側エンドプレート１０６のエンド貫通孔１０７の周囲を取り囲んでいる。ガラスシール部材１９７の内径と外径との差は、例えば２ｍｍ以上、４ｍｍ以下とすることができる。上下方向視で、挿通孔１９７ａの輪郭線は、全周にわたって、下側エンドプレート１０６の接続周囲部５２０ｂよりも外側に位置している。挿通孔１９７ａは、特許請求の範囲における第２の貫通孔の一例である。

図１１中の符号Ｏは、ガス通路部材２７の接続部分（先端部分２８ａ）の外形線により囲まれた空間の中心（以下、「接続部分の中心Ｏ」という）である。上下方向視で、少なくとも、接続部分の中心Ｏから互いに異なる方向に延びる２本の仮想直線Ｌ１，Ｌ２上において、ガス通路部材２７の接続部分とガラスシール部材１９７との離間距離は互いに異なっている。具体的には、図１１に示すように、第１の仮想直線Ｌ１（接続部分の中心ＯからＹ軸負方向に延びる仮想直線）上における接続部分とガラスシール部材１９７との第１の離間距離Ｄ１と、第２の仮想直線Ｌ２（接続部分の中心ＯからＹ軸正方向に延びる仮想直線）上における接続部分とガラスシール部材１９７との第２の離間距離Ｄ２とは互いに異なっている。換言すれば、本実施形態では、中心Ｏを通る一の仮想直線Ｌ１（Ｌ２）上において存在する、接続部分とガラスシール部材１９７との２つの離間距離Ｄ１，Ｄ２は互いに異なっている。

より具体的には、発電ブロック１０３のブロック連通孔１０８Ｂのうち、酸化剤ガス供給マニホールド１６１を構成するブロック連通孔１０８Ｂは、所定方向（Ｙ軸方向）に延びる長孔である。上下方向視で、下側エンドプレート１０６のエンド貫通孔１０７（立設部５３０）は、ブロック連通孔１０８Ｂの輪郭線内において、上記所定方向において偏った位置（Ｙ軸正方向側）に配置されている。ガラスシール部材１９７の挿通孔１９７ａは、ブロック連通孔１０８Ｂよりも一回り大きい長孔であり、挿通孔１９７ａの輪郭線は、ブロック連通孔１０８Ｂの周囲を取り囲んでいる。このような構成により、第１の離間距離Ｄ１は、第２の離間距離Ｄ２よりも長くなっている。

なお、本実施形態では、発電ブロック１０３のブロック連通孔１０８Ｂのうち、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成するブロック連通孔１０８Ｂも、所定方向（Ｙ軸方向）に延びる長孔である（図８等参照）。このため、この酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通するように配置されたガラスシール部材１９７も、同様に、ガス通路部材２７の接続部分の中心を通る一の仮想直線上において存在する、接続部分との２つの離間距離は互いに異なっている。一方、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料ガス排出マニホールド１７２とをそれぞれ構成するブロック連通孔１０８Ｂは、円形の孔である（図８等参照）。本実施形態では、これらのマニホールド１７１，１７２に連通するように配置されたガラスシール部材１９７の中心は、ガス通路部材２７の接続部分の中心に略一致するように配置されており、ガス通路部材２７の接続部分とガラスシール部材１９７との離間距離は、全周にわたって略均一である。

下側エンドプレート１０６のうち、上下方向視で、ガラスシール部材１９７と重なる重複部５１０ａの剛性は、接続周囲部５２０ｂの剛性よりも高い。具体的には、図１０に示すように、下側エンドプレート１０６の平面部５１０の下面には、補強部５２３が設けられている。補強部５２３は、例えば金属製であり、平面部５１０の下面に接合されている。補強部５２３は、上下方向視で、下側エンドプレート１０６の接続周囲部５２０ｂの周囲を取り囲むように形成されている。なお、補強部５２３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。

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、上下方向視で、下側エンドプレート１０６における接続周囲部５２０ｂよりも外側に配置されている（図１０および図１１参照）。そのため、仮に、ガス通路部材２７の変位に伴って下側エンドプレート１０６の接続周囲部５２０ｂが変形しても、その変形がガラスシール部材１９７に伝わりにくい。これにより、本実施形態によれば、ガス通路部材２７の変位に起因してガラスシール部材１９７による接合箇所が損傷することを抑制することができる。なお、ガス通路部材２７の変位は、例えば、立設部５３０の軸方向（Ｚ軸方向）への移動や、ガス通路部材２７の基端側（下端側）の該軸方向に対する傾きである。また、ガス通路部材２７の変位の発生要因は、例えば、ガス通路部材２７と下側エンドプレート１０６等との熱膨張差により生じる応力や、ガス通路部材２７に対する外力である。

本実施形態では、ガラスシール部材１９７が、下側エンドプレート１０６と、それに隣り合う下側ターミナルプレート４２０との間に配置されている（図１０参照）。このようにガラスシール部材１９７が下側エンドプレート１０６の変形箇所に近い位置に配置された構成であっても、本発明を適用することにより、ガス通路部材２７の変位に起因してガラスシール部材１９７による接合箇所が損傷することを抑制することができる。

本実施形態では、下側エンドプレート１０６のうち、上下方向視で、ガラスシール部材１９７と重なる重複部５１０ａの剛性は、接続周囲部５２０ｂの剛性よりも高い（図１０参照）。そのため、下側エンドプレート１０６の接続周囲部５２０ｂが変形しても、下側エンドプレート１０６の重複部５１０ａは変形しにくい。これにより、下側エンドプレート１０６の変形がガラスシール部材１９７に伝わることが抑制され、ガス通路部材２７の変位に起因してガラスシール部材１９７による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。

本実施形態では、上下方向視で、少なくとも、接続部分の中心Ｏから互いに異なる方向に延びる２本の仮想直線Ｌ１，Ｌ２上において、ガス通路部材２７の接続部分とガラスシール部材１９７との離間距離は互いに異なっている（図１１参照）。本実施形態によれば、例えばガス通路部材２７が、上記離間距離が長い方向（第１の離間距離Ｄ１）側の接続周囲部５２０ｂを変形させる向きに変位した場合においてガラスシール部材１９７による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。本実施形態では、図１１に示すように、下側エンドプレート１０６のエンド貫通孔１０７は、下側ターミナルプレート４２０（発電ブロック１０３）に形成されたブロック連通孔１０８Ｂに対して偏った位置に配置されている。このため、下側エンドプレート１０６（平面部５１０）のうち、第１の離間距離Ｄ１側の部分は、第２の離間距離Ｄ２側の部分に比べて変形しやすい。これに対して、本実施形態では、第１の離間距離Ｄ１は、第２の離間距離Ｄ２よりも長いため、ガス通路部材２７が第１の離間距離Ｄ１側の接続周囲部５２０ｂを変形させる向きに変位した場合においてガラスシール部材１９７による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。

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、下側エンドプレート１０６のうち、連通孔１０８を画定する内壁面と、立設部５３０の内周壁とは、段差がなく面一でつながっていたが、これに限らず、例えば、上下方向視で、立設部５３０の内周壁が、連通孔１０８を画定する内壁面よりも外側に位置する構成でもよい。上記実施形態では、第１の貫通孔として、下側エンドプレート１０６に形成された円形状や長孔状の連通孔１０８を例示したが、これに限らず、例えば矩形状や多角形状の貫通孔でもよい。

上記実施形態において、下側エンドプレート１０６の立設部５３０がガス通路部材２７の先端部分２８ａ内に挿入された構成や、立設部５３０の下端面とガス通路部材２７の上端面とが突き合わされて接合された構成でもよい。上記実施形態では、筒状部材の一例として、ガス流路が形成されたガス通路部材２７を例示したが、これに限らず、第１の部材の立設部に接続される部材であれば、ガス流路を構成しない、単なる筒状の部材でもよい。また、筒状部材の形状は、ガス通路部材２７のような直線状に限らず、曲がった形状でもよい。

上記実施形態では、接合部材として、ガラス製のガラスシール部材１９７を例示したが、接合機能を有する部材であれば、ガラス以外の材料（例えば金属や樹脂製）により形成されたものでもよい。また、上記実施形態では、ガラスシール部材１９７は、上下方向視で、下側エンドプレート１０６に形成された連通孔１０８の周囲を取り囲むように形成され（図１１参照）、ガス漏れを抑制するシール部材として機能したが、これに限らず、例えば、ガラスシール部材１９７が、下側エンドプレート１０６に形成された連通孔１０８の周囲の一部だけに形成された構成でもよい。

上記実施形態では、第２の部材として、下側エンドプレート１０６に対して上下方向に隣り合う下側ターミナルプレート４２０を例示したが、これに限らず、下側エンドプレート１０６に対して上下方向に隣り合わない部材でもよい。例えば、上記実施形態において、下側エンドプレート１０６と下側ターミナルプレート４２０との間に、１または複数の中間部材が配置された構成でもよい。この構成において、接合部材は、下側エンドプレート１０６と中間部材とを接合する部材でもよいし、下側ターミナルプレート４２０と中間部材とを接合する部材でもよいし、中間部材同士を接合する部材でもよい。

上記実施形態では、下側エンドプレート１０６の重複部５１０ａの剛性を、接続周囲部５２０ｂの剛性よりも高くする手段として、下側エンドプレート１０６に補強部５２３を設けた構成が採用されていた。その他の手段として、下側エンドプレート１０６の重複部５１０ａの肉厚を、接続周囲部５２０ｂの肉厚よりも厚くする構成（重複部５１０ａと接続周囲部５２０ｂとは同一材料により形成）や、下側エンドプレート１０６の重複部５１０ａにリブ等を形成する構成などを採用してもよい。

上記実施形態において、異なる方向に延びる２本の仮想直線として、接続部分の中心Ｏから互いに反対方向に延びる仮想直線Ｌ１，Ｌ２を例示したが、これに限らず、互いに交差する方向に延びる２本の仮想直線でもよい。例えば、図１１の構成に対して、エンド貫通孔１０７が、ブロック連通孔１０８Ｂに対して、ブロック連通孔１０８Ｂの長手方向（Ｙ軸方向）において中央に位置する構成でもよい。この構成では、接続部分の中心Ｏから互いに直交する方向（Ｙ軸方向、Ｘ軸方向）にそれぞれ延びる２本の仮想直線上において、ガス通路部材２７の接続部分とガラスシール部材１９７との離間距離が互いに異なっている。このような構成であれば、ガス通路部材２７がＹ軸方向側に変位した場合においてガラスシール部材１９７による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。

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。

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、ガス通路部材２７の変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷すること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。

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。さらに、本明細書に開示される技術は、電気化学反応セルスタック等に限らず、第１の貫通孔および立設部を備える第１の部材と、その立設部に接続される筒状部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材との接合する接合部材とを備える複合体にも適用可能である。

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２８ａ：先端部分２９：フランジ部１００：燃料電池スタック１０２：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１０８Ｂ：ブロック連通孔１０９：ボルト孔１１０：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：貫通孔１２４：接合部１２５：ガラスシール部１３０：空気極側フレーム１３２：酸化剤ガス供給連通孔１３３：酸化剤ガス排出連通孔１３４：空気極側集電部１４０：燃料極側フレーム１４２：燃料ガス供給連通孔１４３：燃料ガス排出連通孔１４４：燃料極側集電部材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１９７：ガラスシール部材１９７ａ：挿通孔２００：絶縁部２１０：末端セパレータ２２０：上端プレート３１０，５１０：平面部３２０，５２０：凸部３２２，５２２：外側凸部３２４，５２４：内側凸部４１０，４２０：ターミナルプレート５１０ａ：重複部５２０ｂ：接続周囲部５２３：補強部５３０：立設部６００：補強部材６１０：平板部分６２０：筒部分ＦＧ：燃料ガスＦＯＧ：燃料オフガスＯＧ：酸化剤ガスＯＯＧ：酸化剤オフガス

Claims

第１の方向に貫通する第１の貫通孔が形成されるとともに、前記第１の方向の一方側に突出し、かつ、前記第１の貫通孔を囲む筒状の立設部が形成されている第１の部材と、
前記第１の部材の前記第１の貫通孔に連通するように前記立設部に溶接されている筒状部材と、
前記第１の部材に対して前記第１の方向の他方側に配置されており、前記第１の貫通孔と連通する連通孔を有する第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、かつ、前記第１の方向視で前記第１の貫通孔の周囲に配置されている接合部材と、を備える、複合体において、
前記第１の方向視で、前記接合部材は、前記筒状部材のうち、前記立設部との接続部分の外形線を取り囲む部分である前記第１の部材の接続周囲部よりも外側に配置されており、
前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルを有している、電気化学反応ブロックを備え、
前記電気化学反応ブロックが、前記第１の部材および前記筒状部材に対して前記第１の方向の他方側に配置され、
前記第２の部材が、前記電気化学反応ブロックと前記第１の部材との間に配置されており、
前記筒状部材の内部空間がガス流路となっており、
各前記電気化学反応単位における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との間でガスのやり取りを行うマニホールドが、前記電気化学反応ブロックの内部から前記第１の部材の前記第１の貫通孔および前記第２の部材の前記連通孔を介して前記筒状部材に至るように形成されており、前記マニホールドが前記ガス流路と連通している、電気化学反応セルスタックである、
ことを特徴とする複合体。
請求項１に記載の複合体において、
前記第２の部材は、前記第１の部材に対して前記第１の方向の他方側に隣り合うように配置されている、
ことを特徴とする複合体。
請求項１または請求項２に記載の複合体において、
前記第１の部材のうち、前記第１の方向視で前記接合部材と重なる重複部の剛性は、前記接続周囲部の剛性よりも高い、
ことを特徴とする複合体。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の複合体において、
前記接合部材は、前記第１の方向視で前記第１の貫通孔の周囲を囲む第２の貫通孔が形成されており、
前記第１の方向視で、少なくとも、前記筒状部材の前記接続部分の外形線により囲まれた空間の中心から互いに異なる方向に延びる２本の仮想直線上において、前記筒状部材の前記接続部分と前記接合部材との離間距離は互いに異なっている、
ことを特徴とする複合体。