JP7561667B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、燃料電池スタックに関する。

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、「発電単位」という。）が所定の方向（以下、「第１の方向」という。）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。）と、インターコネクタと、単セル用セパレータとを備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを備える。インターコネクタは、空気極と燃料極との一方（以下、「特定電極」という。）に対して第１の方向の電解質層とは反対側に配置され、特定電極に電気的に接続される。インターコネクタは、第１の方向視において単セルの外側に位置する部分（以下、「インターコネクタ外側部」という。）を有する。単セル用セパレータは、単セルに接続されている。単セル用セパレータは、第１の方向視においてインターコネクタ外側部に重なる部分（以下、「セパレータ外側部」という。）を有する。

各発電単位には、ガス導入口と、ガス導入流路と、単セル側ガス流路とが形成されている。ガス導入口は、特定電極に面するガス室（以下、単に「ガス室」という。）に反応ガスを導入するための開口部である。ガス導入口は、第１の方向視においてセパレータ外側部とインターコネクタ外側部とに重なっている。ガス導入流路と単セル側ガス流路とはいずれも、ガス室の部分であり、反応ガスを通すための流路として機能する空間である。ガス導入流路は、セパレータ外側部とインターコネクタ外側部とにより画定された部分であり、ガス導入口に連なっている。単セル側ガス流路は、ガス導入流路に対してガス流れ下流側であり、第１の方向視で単セルに重なっている。ガス導入口から反応ガスがガス室に導入され、ガス導入流路、単セル側ガス流路の順に流れた後にガス室から排出される。

セパレータ外側部と、第１の方向の隣に位置するインターコネクタ外側部との一方を「第１外側部」とし、他方を「第２外側部」としたときに、第１外側部の全体が、第２外側部に対して第１の方向の一方側に位置している。

特開２０２０－９７４４号公報

上記従来の燃料電池スタックでは、上述したように、第１外側部の全体が第２外側部に対して第１の方向の一方側に位置している。このような燃料電池スタックでは、ガス導入口から導入され、ガス導入流路を、第１の方向に直交する方向（以下、「ガス導入方向」という。）に流れる反応ガスが、第１の方向視でガス導入方向に直交する方向（以下、「ガス導入直交方向」という。）に十分に拡散せず、ガス導入直交方向の一部に集中することがある。これにより、単セル側ガス流路を流れた後に単セル内を流れる反応ガスの供給量にバラツキが生じ、単セル内を流れる反応ガスの流れがガス導入直交方向の一部に集中することがある。単セル内を流れる反応ガスの流れがガス導入直交方向の一部に集中すると、単セルの一部で、発熱反応である発電反応が過度に生じることにより、単セルの当該一部が過度に高温となる。単セルは温度がある上限値を超えると発電性能が著しく低下するため、上記従来の燃料電池スタックでは、単セルの一部の温度が温度上限を超えることにより、単セルの発電性能（ひいては燃料電池スタックの発電性能）が低下するおそれがある。

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燃料電池スタックは、電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える単セルと、前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して前記第１の方向の前記電解質層とは反対側に配置され、前記特定電極に電気的に接続されるインターコネクタであって、前記第１の方向視において前記単セルの外側に位置する部分であるインターコネクタ外側部を有するインターコネクタと、前記単セルに接続された単セル用セパレータであって、前記第１の方向視において前記インターコネクタ外側部に重なる部分であるセパレータ外側部を有する単セル用セパレータと、前記特定電極に面するガス室にガスを導入するためのガス導入口であって、前記第１の方向視において前記セパレータ外側部と前記インターコネクタ外側部とに重なるガス導入口と、前記ガス室の部分であって、前記ガス導入口に連なり、かつ、前記セパレータ外側部と前記インターコネクタ外側部とにより画定された部分であるガス導入流路と、前記ガス室の部分であって、前記ガス導入流路に対して前記ガス流れ下流側であり、前記第１の方向視で前記単セルに重なる部分である単セル側ガス流路と、をそれぞれ備え、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える燃料電池スタックにおいて、前記セパレータ外側部と前記インターコネクタ外側部との一方を第１の外側部とし、他方を第２の外側部とし、かつ、前記第１の方向視において、前記ガス導入口と前記単セルとを最短距離で結ぶ直線の方向を第２の方向とし、前記第２の方向に直交する方向を第３の方向とし、前記単セルの前記第３の方向の中央に位置する部分であって、前記第３の方向の幅が前記単セルの前記第３の方向の最大幅の２／３である部分を単セル中央部としたときに、前記第１の方向と前記第２の方向とに沿った断面であって、前記単セル中央部を含む断面である第１特定断面と、前記第１の方向と前記第２の方向とに沿った断面であって、前記ガス導入口を含む断面である第２特定断面と、のそれぞれにおいて、前記第１の外側部は、前記ガス導入流路のうち前記単セルとは反対側の端部を画定する第１の部分であって、前記ガス導入流路を画定する輪郭線である特定輪郭線が前記第２の方向に延伸している第１の部分を有し、前記第２の外側部は、前記第１の部分に対して前記ガス流れ下流側において前記ガス導入流路を画定する第２の部分であって、前記第１の方向の前記第１の外側部側の端部が、前記第１の方向において、前記特定輪郭線と重なる仮想直線の位置から前記仮想直線よりも前記第１の外側部寄りであって前記第１の外側部の手前までの領域に配置された第２の部分を有する。

本燃料電池スタックにおいては、第２の方向に延伸している第１の部分に沿って当該方向に流れる反応ガスは、第２の外側部の第２の部分が第１の方向の上記仮想直線よりも第１の外側部から離れた領域までしか配置されていない構成と比較して、ガス導入流路において第２の部分に衝突することにより、第２の方向に流れることが抑制されつつ、第３の方向に流れ易くなる。これにより、単セル側ガス流路内における第３の方向のガス拡散性が向上し、ひいては、単セル内における第３の方向のガス拡散性が向上し、単セル内における反応ガスの拡散性が比較的均一となる。そのため、本燃料電池スタックによれば、反応ガスの流れが単セルの一部に集中して発電反応が過度に生じることに起因する単セルの発電性能（ひいては燃料電池スタック、以下同様）の低下を抑制することができる。

（２）上記燃料電池スタックにおいて、前記第１特定断面と前記第２特定断面とのそれぞれにおいて、前記ガス導入流路は、少なくとも一部が前記第１の部分により画定される部分である第１の流路部であって、前記第２の方向に延伸している第１の流路部と、前記第１の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第１の流路部に連なり、かつ、少なくとも一部が前記第２の部分により画定される部分である第２の流路部であって、前記単セル側ほど前記第１の方向の一方側に位置するように前記第２の方向に対して傾斜する方向に延伸している第２の流路部と、を有する構成としてもよい。

本燃料電池スタックによれば、上述したように主に第２の部分を有することにより単セル内における第３の方向のガス拡散性を向上させるものでありながら、第１の流路部が第２の方向に延伸し、かつ、第２の流路部が上述したように第２の方向に対して傾斜する方向（単セル側ほど第１の方向の一方側に位置するように第２の方向に対して傾斜する方向）に延伸していることにより、第２の方向（厳密には、第２の方向の成分を有する方向）のガス流れもある程度以上確保することができる。

（３）上記燃料電池スタックにおいて、前記第１特定断面と前記第２特定断面とのそれぞれにおいて、前記ガス導入流路のうち、前記第２の流路部と前記単セル側ガス流路とに連なる部分は、前記第２の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第２の流路部に連なる第３の流路部であって、前記第２の方向に延伸している第３の流路部と、前記第３の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第３の流路部に連なる第４の流路部であって、前記単セル側ほど前記第１の方向の前記一方と反対側に位置するように前記第２の方向に対して傾斜する方向に延伸している第４の流路部と、前記第４の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第４の流路部に連なる第５の流路部であって、前記第２の方向に延伸している第５の流路部と、を有する構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、より効果的に、第３の方向のガス拡散性を向上させつつ第２の方向（厳密には、第２の方向の成分を有する方向）のガス流れを確保することができる。

（４）上記燃料電池スタックにおいて、前記第１特定断面と前記第２特定断面とのそれぞれにおいて、前記第２の流路部を画定する前記第１の外側部の部分と前記第２の外側部の部分との間の最短距離（以下、「第２最短距離」という。）は、前記第１の流路部を画定する前記第１の外側部の部分と前記第２の外側部の部分との間の最短距離（以下、「第１最短距離」という。）よりも短い構成としてもよい。本燃料電池スタックでは、第１最短距離と第２最短距離とが同等である構成と比較して、第２の流路部を反応ガスが第２の方向に流れる際の抵抗が高まり、これにより第２の流路部における第３の方向のガス拡散性が向上する。従って、本燃料電池スタックによれば、単セル内における第３の方向のガス拡散性を更に向上させることができる。

（５）上記燃料電池スタックにおいて、前記第２の部分は前記第３の方向に沿って前記単セル中央部の前記幅以上の長さで延在している構成としてもよい。そのため、本燃料電池スタックによれば、特に効果的に、単セル側ガス流路内における第３の方向のガス拡散性を向上させることができる。

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、燃料電池スタック、燃料電池スタック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５および図６のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図 図５および図６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 単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１とその周辺の詳細構成（図５のＸ１部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図 単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１とその周辺の詳細構成（図６のＸ２部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図

Ａ．実施形態：
Ａ－１．全体構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１（および後述する図７および図８）のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１（および後述する図７および図８）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（および後述する図７および図８）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、下端用セパレータ１８９と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの一方（以下、「上側エンドプレート１０４」という。）は、７つの発電単位１０２からなる発電ブロック１０３と下端用セパレータ１８９とから構成される集合体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、発電ブロック１０３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を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

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（上側エンドプレート１０４、各発電単位１０２、下端用セパレータ１８９）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つの角部付近における上側の表面には、孔（ネジ孔）が形成されている。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の下端部は下側エンドプレート１０６に形成されたネジ孔に螺号しており、各ボルト２２の上端部にはナット２４が嵌められている。ナット２４の下側の表面は、絶縁シート２６を介してエンドプレート１０４の上側の表面に当接している。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。なお、絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

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、下端用セパレータ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。

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。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。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。

図２および図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、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。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の本体部２８の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス供給マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。なお、各ガス通路部材２７と下側エンドプレート１０６の表面との間には、絶縁シート２６が介在している。

（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を内包している。そのため、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。また、本実施形態では、上側エンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側エンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

（下端用セパレータ１８９の構成）
下端用セパレータ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、例えば金属により形成されている。下端用セパレータ１８９の周縁部は、発電ブロック１０３と下側エンドプレート１０６との間に挟み込まれた状態で、下側エンドプレート１０６と例えば溶接により接合されており、下側エンドプレート１０６と電気的に接続されている。

（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５および図６のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図８は、図５および図６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る。

図５および図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とを備えている。単セル用セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ用セパレータ１９０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。空気極１１４および燃料極１１６は、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向しているといえる。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）とＹＳＺと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。

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の板厚は、比較的薄く、例えば０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下程度である。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（接続）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、基部（以下、「インターコネクタ基部」という。）１５１と、セパレータ（以下、「インターコネクタ用セパレータ」という。）１９１とを備える。

インターコネクタ基部１５１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、インターコネクタ基部１５１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基部１５１を、単にインターコネクタ基部１５１という。各発電単位１０２において、上側のインターコネクタ基部１５１（の平板部１５０）は、単セル１１０に対して空気室１６６を挟んで上側（空気極１１４に対してＺ軸方向の電解質層１１２とは反対側）に配置されている。上側のインターコネクタ基部１５１（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。また、各発電単位１０２において、下側のインターコネクタ基部１５１は、単セル１１０に対して燃料室１７６を挟んで下側に配置されており、後述する燃料極側集電部材１４４を介して、単セル１１０の燃料極１１６に電気的に接続されている。インターコネクタ基部１５１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基部１５１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基部１５１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基部１５１と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は下端用セパレータ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基部１５１を備えていない（図２から図４参照）。

インターコネクタ用セパレータ１９１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。インターコネクタ用セパレータ１９１の板厚は、比較的薄く、例えば０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下程度である。インターコネクタ用セパレータ１９１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に含まれる一対のインターコネクタ用セパレータ１９１のうち、上側のインターコネクタ用セパレータ１９１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に含まれる一対のインターコネクタ用セパレータ１９１のうち、下側のインターコネクタ用セパレータ１９１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、インターコネクタ用セパレータ１９１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に接合されたインターコネクタ用セパレータ１９１は、上側エンドプレート１０４に電気的に接続されている。

図５および図７に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における上側の表面と、上側のインターコネクタ用セパレータ１９１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に含まれる一対のインターコネクタ用セパレータ１９１間（すなわち、一対のインターコネクタ１９０間）間が電気的に絶縁される。

図６および図８に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における下側の表面と、下側のインターコネクタ用セパレータ１９１の周縁部における上側の表面とに接触している。

図５および図６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、下端用セパレータ１８９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（または下端用セパレータ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（または下端用セパレータ１８９）との電気的接続が良好に維持される。

Ａ－２．単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１とその周辺の詳細構成：
図９は、単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１とその周辺の詳細構成（図５のＸ１部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図１０は、単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１とその周辺の詳細構成（図６のＸ２部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。

なお、図７および図８に示すように、単セル１１０のＹ軸方向（Ｘ軸方向に直交する方向）の中央に位置する部分であって、Ｙ軸方向の幅Ｗ１１が単セル１１０のＹ軸方向の最大幅Ｗ１２の２／３である部分を「単セル中央部１１１」という。また、図９および図１０に示す断面は、燃料電池スタック１００のうち、上下方向（空気極１１４と燃料極１１６とが対向する方向）とＸ軸方向（上下方向視においてガス導入口ＧＩ１と単セル１１０とを最短距離で結ぶ直線Ｌ１１（図７参照）の方向）とに沿った断面であって、単セル中央部１１１を含む断面に相当し、すなわち、特許請求の範囲における第１特定断面に相当する。図９および図１０に示す断面は、また、上下方向（空気極１１４と燃料極１１６とが対向する方向）とＸ軸方向（上下方向視においてガス導入口ＧＩ１と単セル１１０とを最短距離で結ぶ直線Ｌ１１（図７参照）の方向）とに沿った断面であって、ガス導入口ＧＩ１を含む断面に相当し、すなわち、特許請求の範囲における第２特定断面にも相当する。本実施形態では、Ｘ軸方向は特許請求の範囲の第２の方向に相当し、Ｙ軸方向は特許請求の範囲の第３の方向に相当する。以下、図９および図１０を参照しながら、燃料電池スタック１００の当該断面構成について説明する。なお、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上下方向視で単セル１１０周りの全周に亘って、以下に説明するような断面構成となっている。

（インターコネクタ用セパレータ１９１の構成）
インターコネクタ用セパレータ１９１は、上下方向視において単セル１１０の外側に位置する部分（以下、「インターコネクタ外側部」という。）１９２を有している。

インターコネクタ外側部１９２は、第１の部分１９２１と、第２の部分１９２２と、第３の部分１９２３と、第４の部分１９２４と、第５の部分１９２５とを有している。

第１の部分１９２１は、インターコネクタ外側部１９２のうち、単セル１１０から最も遠い端部である。第１の部分１９２１は、Ｘ軸方向に延伸している。ここでいう「ある方向に延伸」とは、当該方向について±５°の誤差が許容されるものであってもよい（以下において、ある方向に延伸、というときも同様）。

第２の部分１９２２は、第１の部分１９２１の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第１の部分１９２１に対して単セル１１０側に位置している。第２の部分１９２２は、単セル１１０側ほど下方（Ｚ軸負方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第３の部分１９２３は、第２の部分１９２２の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第２の部分１９２２に対して単セル１１０側に位置している。第３の部分１９２３は、Ｘ軸方向に延伸している。

第４の部分１９２４は、第３の部分１９２３の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第３の部分１９２３に対して単セル１１０側に位置している。第４の部分１９２４は、単セル１１０側ほど上方（Ｚ軸正方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第５の部分１９２５は、第４の部分１９２４の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第４の部分１９２４に対して単セル１１０側に位置している。第５の部分１９２５は、Ｘ軸方向に延伸している。

（単セル用セパレータ１２０の構成）
単セル用セパレータ１２０は、上下方向視において単セル１１０の外側に位置する部分（以下、「セパレータ外側部」という。）１２９を有している。本実施形態では、セパレータ外側部１２９の全体は、上下方向視においてインターコネクタ用セパレータ１９１に重なっている。従って、セパレータ外側部１２９は、上下方向視においてインターコネクタ用セパレータ１９１に重なっている部分を有しているといえる。

セパレータ外側部１２９は、第１の部分１２９１と、第２の部分１２９２と、第３の部分１２９３と、第４の部分１２９４と、第５の部分１２９５とを有している。

第１の部分１２９１は、空気極側フレーム１３０よりも単セル１１０側のセパレータ外側部１２９のうち、単セル１１０から最も遠い端部である。第１の部分１２９１は、Ｘ軸方向に延伸している。

第２の部分１２９２は、第１の部分１２９１の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第１の部分１２９１に対して単セル１１０側に位置している。第２の部分１２９２は、単セル１１０側ほど下方（Ｚ軸負方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第３の部分１２９３は、第２の部分１２９２の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第２の部分１２９２に対して単セル１１０側に位置している。第３の部分１２９３は、Ｘ軸方向に延伸している。

第４の部分１２９４は、第３の部分１２９３の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第３の部分１２９３に対して単セル１１０側に位置している。第４の部分１２９４は、単セル１１０側ほど上方（Ｚ軸正方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第５の部分１２９５は、第４の部分１２９４の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第４の部分１２９４に対して単セル１１０側に位置している。第５の部分１２９５は、Ｘ軸方向に延伸している。

（空気室１６６等のガス流路の構成）
図９および図５に示すように、各発電単位１０２は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連なるガス導入口ＧＩ１と、空気室１６６の部分であるガス導入流路ＧＰ１および単セル側ガス流路ＧＰ２と、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連なるガス排出流路ＧＰ３を含んでいる。

ガス導入口ＧＩ１は、空気室１６６に酸化剤ガスＯＧ（反応ガス）を導入するための開口部である。ガス導入口ＧＩ１は、上下方向視においてセパレータ外側部１２９とインターコネクタ外側部１９２とに重なっており、セパレータ外側部１２９とインターコネクタ外側部１９２と空気極側フレーム１３０とにより画定されている。

ガス導入流路ＧＰ１は、ガス導入口ＧＩ１に連なっている。ガス導入流路ＧＰ１は、セパレータ外側部１２９とインターコネクタ外側部１９２とにより画定されている。

単セル側ガス流路ＧＰ２は、ガス導入流路ＧＰ１に連なり、かつ、ガス導入流路ＧＰ１に対してガス流れ（酸化剤ガスＯＧの流れ）下流側である。単セル側ガス流路ＧＰ２は、上下方向視で単セル１１０に重なっている。単セル側ガス流路ＧＰ２は、主に単セル１１０とインターコネクタ１９０とにより画定されている。

ガス排出流路ＧＰ３は、単セル側ガス流路ＧＰ２に連なり、かつ、単セル側ガス流路ＧＰ２に対してガス流れ（酸化剤ガスＯＧの流れ）下流側である。

ガス導入流路ＧＰ１は、第１の流路部ＧＰ１１と、第２の流路部ＧＰ１２と、第３の流路部ＧＰ１３と、第４の流路部ＧＰ１４と、第５の流路部ＧＰ１５とを含んでいる。

第１の流路部ＧＰ１１は、インターコネクタ外側部１９２の第１の部分１９２１と、セパレータ外側部１２９の第１の部分１２９１とにより画定されている。第１の流路部ＧＰ１１は、ガス導入流路ＧＰ１のうち、単セル１１０から最も遠い端部である。第１の流路部ＧＰ１１は、Ｘ軸方向に延伸している。

第２の流路部ＧＰ１２は、インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２と、セパレータ外側部１２９の第２の部分１２９２とにより画定されている。第１の流路部ＧＰ１１の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第１の流路部ＧＰ１１に対して単セル１１０側（換言すれば、第１の流路部ＧＰ１１に対してガス流れ下流側）に位置している。第２の流路部ＧＰ１２は、単セル１１０側ほど下方（Ｚ軸負方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第３の流路部ＧＰ１３は、インターコネクタ外側部１９２の第３の部分１９２３と、セパレータ外側部１２９の第３の部分１２９３とにより画定されている。第３の流路部ＧＰ１３は、第２の流路部ＧＰ１２の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第２の流路部ＧＰ１２に対して単セル１１０側に位置している。第３の流路部ＧＰ１３は、Ｘ軸方向に延伸している。

第４の流路部ＧＰ１４は、インターコネクタ外側部１９２の第４の部分１９２４と、セパレータ外側部１２９の第４の部分１２９４とにより画定されている。第４の流路部ＧＰ１４は、第３の流路部ＧＰ１３の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第３の流路部ＧＰ１３に対して単セル１１０側に位置している。第４の流路部ＧＰ１４は、単セル１１０側ほど上方（Ｚ軸正方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第５の流路部ＧＰ１５は、インターコネクタ外側部１９２の第５の部分１９２５と、セパレータ外側部１２９の第５の部分１２９５とにより画定されている。第５の流路部ＧＰ１５は、第４の流路部ＧＰ１４の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第４の流路部ＧＰ１４に対して単セル１１０側に位置している。第５の流路部ＧＰ１５は、Ｘ軸方向に延伸している。

（燃料室１７６等のガス流路の構成）
以下において、隣（より正確には、Ｚ軸負方向側の隣）の発電単位１０２を構成するインターコネクタ用セパレータ１９１を、「隣接インターコネクタ用セパレータ１９１Ａ」といい、隣接インターコネクタ用セパレータ１９１Ａにおけるインターコネクタ外側部１９２を「隣接インターコネクタ外側部１９２Ａ」といい、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第１の部分１９２１、・・・、第５の部分１９２５を「第１の部分１９２１Ａ、・・・、第５の部分１９２５Ａ」という。
という。

図１０および図６に示すように、各発電単位１０２は、燃料ガス供給マニホールド１７１に連なるガス導入口ＧＩ２と、燃料室１７６の部分であるガス導入流路ＧＰ４および単セル側ガス流路ＧＰ５と、燃料ガス排出マニホールド１７２に連なるガス排出流路ＧＰ６とを含んでいる。

ガス導入口ＧＩ２は、燃料室１７６に燃料ガスＦＧ（反応ガス）を導入するための開口部である。ガス導入口ＧＩ２は、上下方向視において隣接インターコネクタ外側部１９２Ａとセパレータ外側部１２９とに重なっており、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａとセパレータ外側部１２９と燃料極側フレーム１４０とにより画定されている。

ガス導入流路ＧＰ４は、ガス導入口ＧＩ２に連なっている。ガス導入流路ＧＰ４は、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａとセパレータ外側部１２９とにより画定されている。

単セル側ガス流路ＧＰ５は、ガス導入流路ＧＰ４に対してガス流れ（燃料ガスＦＧの流れ）下流側である。単セル側ガス流路ＧＰ５は、上下方向視で単セル１１０に重なっている。単セル側ガス流路ＧＰ５は、主にインターコネクタ１９０と単セル１１０とにより画定されている。

ガス排出流路ＧＰ６は、単セル側ガス流路ＧＰ５に連なり、かつ、単セル側ガス流路ＧＰ５に対してガス流れ（燃料ガスＦＧの流れ）下流側である。

ガス導入流路ＧＰ４は、第１の流路部ＧＰ４１と、第２の流路部ＧＰ４２と、第３の流路部ＧＰ４３と、第４の流路部ＧＰ４４と、第５の流路部ＧＰ４５とを含んでいる。

第１の流路部ＧＰ４１は、セパレータ外側部１２９の第１の部分１２９１と、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第１の部分１９２１Ａとにより画定されている。第１の流路部ＧＰ４１は、ガス導入流路ＧＰ４のうち、単セル１１０から最も遠い端部である。第１の流路部ＧＰ４１は、Ｘ軸方向に延伸している。

第２の流路部ＧＰ４２は、セパレータ外側部１２９の第２の部分１２９２と、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第２の部分１９２２Ａとにより画定されている。第１の流路部ＧＰ４１の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第１の流路部ＧＰ４１に対して単セル１１０側（換言すれば、第１の流路部ＧＰ４１に対してガス流れ下流側）に位置している。第２の流路部ＧＰ４２は、単セル１１０側ほど下方（Ｚ軸負方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第３の流路部ＧＰ４３は、セパレータ外側部１２９の第３の部分１２９３と、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第３の部分１９２３Ａとにより画定されている。第３の流路部ＧＰ４３は、第２の流路部ＧＰ４２の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第２の流路部ＧＰ４２に対して単セル１１０側に位置している。第３の流路部ＧＰ４３は、Ｘ軸方向に延伸している。

第４の流路部ＧＰ４４は、セパレータ外側部１２９の第４の部分１２９４と、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第４の部分１２９４Ａとにより画定されている。第４の流路部ＧＰ４４は、第３の流路部ＧＰ４３の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第３の流路部ＧＰ４３に対して単セル１１０側に位置している。第４の流路部ＧＰ４４は、単セル１１０側ほど上方（Ｚ軸正方向）側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。

第５の流路部ＧＰ４５は、セパレータ外側部１２９の第５の部分１２９５と、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第５の部分１２９５Ａとにより画定されている。第５の流路部ＧＰ４５は、第４の流路部ＧＰ４４の単セル１１０側の端部に連なり、かつ、第４の流路部ＧＰ４４に対して単セル１１０側に位置している。第５の流路部ＧＰ４５は、Ｘ軸方向に延伸している。

なお、インターコネクタ外側部１９２の各部（第１の部分１９２１，・・・，第５の部分１９２５）の形状や、セパレータ外側部１２９の各部（第１の部分１２９１，・・・，第５の部分１２９５）の形状や、ガス導入流路ＧＰ１，ＧＰ４の各部（第１の流路部ＧＰ１１、・・・、第５の流路部ＧＰ１５）の形状は、製品出荷時においては上述の通りであるが、燃料電池スタック１００の運転に伴ってインターコネクタ外側部１９２やセパレータ外側部１２９が変形すること等により、変化することがある。

（特徴的構成）
図９に示すように、セパレータ外側部１２９の第１の部分１２９１は、ガス導入流路ＧＰ１を画定する輪郭線（以下、「特定輪郭線」という。）Ｃ１がＸ軸方向に延伸している。インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２は、セパレータ外側部１２９側の下端部（上下方向のセパレータ外側部１２９側の端部）が、上下方向において、特定輪郭線Ｃ１と重なる仮想直線Ｌ１の位置から当該仮想直線Ｌ１よりもセパレータ外側部１２９寄り（下方）であって当該セパレータ外側部１２９（第２の部分１２９２や第３の部分１２９３）の手前までの領域に配置されている。これは、図９に示すように、インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２は、セパレータ外側部１２９側の下端部が、上下方向において、当該仮想直線Ｌ１よりもセパレータ外側部１２９寄り（下方）の領域にまで配置されている態様とすることを含む。また、このような態様に換えて、インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２は、セパレータ外側部１２９側の下端部が、上下方向において、輪郭線Ｃ１と重なる仮想直線Ｌ１の位置に配置され、当該仮想直線Ｌ１よりもセパレータ外側部１２９寄り（下方）の領域にまでは配置されていない態様とすることも含む。なお、後述するセパレータ外側部１２９の第２の部分１２９２についても同様である。

第２の流路部ＧＰ１２を画定するインターコネクタ外側部１９２の部分（第２の部分１９２２）とセパレータ外側部１２９の部分（第２の部分１２９２）との間の最短距離Ｄ１２（μｍ）は、第１の流路部ＧＰ１１を画定するインターコネクタ外側部１９２の部分（第１の部分１９２１）とセパレータ外側部１２９の部分（第１の部分１２９１）との間の最短距離Ｄ１１（μｍ）よりも短い。なお、最短距離Ｄ１１，Ｄ１２（μｍ）の有効数字は３桁である。

図７に示すように、インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２はＹ軸方向（Ｘ軸方向に直交する方向）に沿って単セル中央部１１１の幅Ｗ１１以上の長さで延在している。

図１０に示すように、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの第１の部分１９２１Ａは、ガス導入流路ＧＰ４を画定する輪郭線（以下、「特定輪郭線」という。）Ｃ２がＸ軸方向に延伸している。セパレータ外側部１２９の第２の部分１２９２は、隣接インターコネクタ外側部１９２Ａ側の下端部（上下方向の隣接インターコネクタ外側部１９２Ａ側の端部）が、上下方向において、特定輪郭線Ｃ２と重なる仮想直線Ｌ２の位置から当該仮想直線Ｌ２よりも隣接インターコネクタ外側部１９２Ａ寄り（下方）であって当該隣接インターコネクタ外側部１９２Ａ（第２の部分１９２２Ａや第３の部分１９２３Ａ）の手前までの領域に配置されている。

第２の流路部ＧＰ４２を画定するセパレータ外側部１２９の部分（第２の部分１２９２）と隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの部分（第２の部分１９２２Ａ）との間の最短距離Ｄ２２（μｍ）は、第１の流路部ＧＰ４１を画定するセパレータ外側部１２９の部分（第１の部分１２９１）と隣接インターコネクタ外側部１９２Ａの部分（第１の部分１９２１Ａ）との間の最短距離Ｄ２１（μｍ）よりも短い。なお、最短距離Ｄ２１，Ｄ２２（μｍ）の有効数字は３桁である。

図８に示すように、セパレータ外側部１２９の第２の部分１２９２はＹ軸方向（Ｘ軸方向に直交する方向）に沿って単セル中央部１１１の幅Ｗ２１以上の長さで延在している。

Ａ－３．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の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から各発電単位１０２のガス導入口ＧＩ１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の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド１７１から各発電単位１０２のガス導入口ＧＩ２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。空気室１６６に供給される酸化剤ガスＯＧは、まず、ガス導入流路ＧＰ１を、第１の流路部ＧＰ１１、・・・、第５の流路部ＧＰ１５の順に流れ、それから、単セル側ガス流路ＧＰ２、ガス排出流路ＧＰ３の順に流れる。同様に、燃料室１７６に供給される燃料ガスＦＧは、まず、ガス導入流路ＧＰ４を、第１の流路部ＧＰ４１、・・・、第５の流路部ＧＰ４５の順に流れ、それから、単セル側ガス流路ＧＰ５、ガス排出流路ＧＰ６の順に流れる。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、下端用セパレータ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およびインターコネクタ用セパレータ１９１は、上側エンドプレート１０４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に電気的に接続された下端用セパレータ１８９は、下側エンドプレート１０６に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エンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

図２および図５に示すように、各発電単位１０２の空気室１６６からガス排出流路ＧＰ３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および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、図３および図６に示すように、各発電単位１０２の燃料室１７６からガス排出流路ＧＰ６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および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

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（以下、「第１の方向」という。）に並べて配置された複数の発電単位１０２を備える。各発電単位１０２は、単セル１１０と、インターコネクタ１９０と、単セル用セパレータ１２０とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを備える。インターコネクタ１９０は、空気極１１４に対して第１の方向の電解質層１１２とは反対側に配置された部材であり、空気極１１４に電気的に接続される。インターコネクタ１９０は、第１の方向視において単セル１１０の外側に位置するインターコネクタ外側部１９２を有する。単セル用セパレータ１２０は、単セル１１０に接続された部材であり、第１の方向視においてインターコネクタ外側部１９２に重なる部分であるセパレータ外側部１２９を有する。各発電単位１０２は、ガス導入口ＧＩ１と、ガス導入流路ＧＰ１と、単セル側ガス流路ＧＰ２とを備える。ガス導入口ＧＩ１は、空気極１１４に面する空気室１６６に反応ガス（酸化剤ガスＯＧ）を導入するための開口部であって、第１の方向視においてセパレータ外側部１２９とインターコネクタ外側部１９２とに重なる。ガス導入流路ＧＰ１は、空気室１６６の部分であって、ガス導入口ＧＩ１に連なり、かつ、セパレータ外側部１２９とインターコネクタ外側部１９２とにより画定されている。単セル側ガス流路ＧＰ２は、空気室１６６の部分であって、ガス導入流路ＧＰ１に対してガス流れ下流側であり、第１の方向視で単セル１１０に重なっている。以下、第１の方向視においてガス導入口ＧＩ１と単セル１１０とを最短距離で結ぶ直線Ｌ１１の方向（本実施形態ではＸ軸方向）を「第２の方向」といい、第１の方向視において第２の方向に直交する方向（本実施形態ではＹ軸方向）を「第３の方向」という。燃料電池スタック１００の第１の方向と第２の方向とに沿った断面（例えば、図９および図１０に示す断面）であって、単セル中央部１１１（単セル１１０の第３の方向の中央に位置する部分であって、第３の方向の幅Ｗ１１が単セル１１０の第３の方向の最大幅Ｗ１２の２／３である部分）を含む断面を「第１特定断面」といい、第１の方向と第２の方向とに沿った断面（例えば、図９および図１０に示す断面）であって、ガス導入口ＧＩ１を含む断面を「第２特定断面」という。

第１特定断面と第２特定断面とのそれぞれにおいて、セパレータ外側部１２９は、ガス導入流路ＧＰ１を画定する第１の部分１２９１を有する。第１の部分１２９１は、ガス導入流路ＧＰ１のうち単セル１１０とは反対側の端部を画定する輪郭線（以下、「特定輪郭線」という。）Ｃ１が第２の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延伸している。インターコネクタ外側部１９２は、第１の部分１２９１に対してガス流れ下流側においてガス導入流路ＧＰ１を画定する第２の部分１９２２を有する。インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２は、セパレータ外側部１２９側の下端部（第１の方向のセパレータ外側部１２９側の端部）が、第１の方向において特定輪郭線Ｃ１と重なる仮想直線Ｌ１の位置から当該仮想直線Ｌ１よりもセパレータ外側部１２９寄りであって当該セパレータ外側部１２９の手前までの領域に配置されている。このような構成である本実施形態の燃料電池スタック１００においては、第２の方向に延伸している第１の部分１２９１に沿って当該方向に流れる反応ガスは、インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２が第１の方向の仮想直線Ｌ１よりもセパレータ外側部１２９から離れた領域までしか配置されていない構成と比較して、ガス導入流路ＧＰ１において第２の部分１９２２に衝突することにより、第２の方向に流れることが抑制されつつ、第３の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に流れ易くなる。これにより、単セル側ガス流路ＧＰ２内における第３の方向のガス拡散性が向上し、ひいては、単セル１１０内における第３の方向のガス拡散性が向上し、単セル１１０内における反応ガスの拡散性が比較的均一となる。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、反応ガスの流れが単セル１１０の一部に集中して発電反応が過度に生じることに起因する単セル１１０の発電性能（ひいては燃料電池スタック１００、以下同様）の低下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、第１特定断面と第２特定断面とのそれぞれにおいて、ガス導入流路ＧＰ１は、少なくとも一部が第１の部分１２９１（セパレータ外側部１２９の第１の部分１２９１）により画定される部分である第１の流路部ＧＰ１１と、第１の流路部ＧＰ１１のガス流れ下流側において第１の流路部ＧＰ１１に連なり、かつ、少なくとも一部が第２の部分１９２２（インターコネクタ用セパレータ１９１の第２の部分１９２２）により画定される部分である第２の流路部ＧＰ１２とを有する。第１の流路部ＧＰ１１は、第２の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延伸している。第２の流路部ＧＰ１２は、単セル１１０側ほど第１の方向の一方側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、上述したように主に第２の部分１９２２を有することにより単セル１１０内における第３の方向（本実施形態ではＹ軸方向）のガス拡散性を向上させるものでありながら、第１の流路部ＧＰ１１が第２の方向に延伸し、かつ、第２の流路部ＧＰ１２が上述したように第２の方向に対して傾斜する方向（単セル１１０側ほど第１の方向の一方側に位置するように第２の方向に対して傾斜する方向）に延伸していることにより、第２の方向（厳密には、第２の方向の成分を有する方向）のガス流れもある程度以上確保することができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１特定断面と第２特定断面とのそれぞれにおいて、ガス導入流路ＧＰ１のうち、第２の流路部ＧＰ１２と単セル側ガス流路ＧＰ２とに連なる部分は、第２の流路部ＧＰ１２のガス流れ下流側において第２の流路部ＧＰ１２に連なる第３の流路部ＧＰ１３と、第３の流路部ＧＰ１３のガス流れ下流側において第３の流路部ＧＰ１３に連なる第４の流路部ＧＰ１４と、第４の流路部ＧＰ１４のガス流れ下流側において第４の流路部ＧＰ１４に連なる第５の流路部ＧＰ１５とを有する。第３の流路部ＧＰ１３は、第２の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延伸している。第４の流路部ＧＰ１４は、単セル１１０側ほど第１の方向の一方と反対側に位置するようにＸ軸方向に対して傾斜する方向に延伸している。第５の流路部ＧＰ１５は、第２の方向に延伸している。このような構成である本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、より効果的に、第３の方向（本実施形態ではＹ軸方向）のガス拡散性を向上させつつ第２の方向（厳密には、第２の方向の成分を有する方向）のガス流れを確保することができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１特定断面と第２特定断面とのそれぞれにおいて、第２の流路部ＧＰ１２を画定するインターコネクタ外側部１９２の部分（第２の部分１９２２）とセパレータ外側部１２９の部分（第２の部分１２９２）との間の最短距離Ｄ１２は、第１の流路部ＧＰ１１を画定するインターコネクタ外側部１９２の部分（第１の部分１９２１）とセパレータ外側部１２９の部分（第１の部分１２９１）との間の最短距離Ｄ１１よりも短い。このような構成である本実施形態の燃料電池スタック１００では、最短距離Ｄ１１と最短距離Ｄ１２とが同等である構成と比較して、第２の流路部ＧＰ１２を反応ガスが第２の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に流れる際の抵抗が高まり、これにより第２の流路部ＧＰ１２における第３の方向（本実施形態ではＹ軸方向）のガス拡散性が向上する。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、単セル１１０内における第３の方向のガス拡散性を更に向上させることができる。

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、インターコネクタ外側部１９２の第２の部分１９２２は第３の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に沿って単セル中央部１１１の幅Ｗ１１以上の長さで延在している。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、特に効果的に、単セル側ガス流路ＧＰ２内における第３の方向のガス拡散性を向上させることができる。

上記では、本発明を、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れに関する構成に適用した部分による効果を説明したが、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの流れに関する構成に適用した部分についても同様の効果が得られる。

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

上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成や燃料電池スタック１００を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、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、セパレータ外側部１２９の形状は、「インターコネクタ用セパレータ１９１の第２の部分１９２２は、第１の方向のセパレータ外側部１２９側の端部が、第１の方向において特定輪郭線Ｃ１と重なる仮想直線Ｌ１の位置から当該仮想直線Ｌ１よりもセパレータ外側部１２９寄りであって当該セパレータ外側部１２９の手前までの領域に配置されている」という条件を満たす限りにおいて、どのようなものであってもよい。このような構成である燃料電池スタック１００においては、上記実施形態と同様に、反応ガスの流れが単セル１１０の一部に集中して発電反応が過度に生じることに起因する単セル１１０の発電性能の低下を抑制することができる。また、インターコネクタ用セパレータ１９１の形状についても同様である。

上記実施形態（または変形例、以下同様）の燃料電池スタック１００では、第１特定断面であり、かつ、第２特定断面でもある断面（例えば、図９および図１０に示す断面）において、単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１等が上述した特徴的構成とされているが、第１特定断面でしかない断面と第２特定断面でしかない断面とがそれぞれ存在し、それら断面において上述した特徴的構成とされていてもよい。

上記実施形態の燃料電池スタック１００では、第１の方向視（上記実施形態では上下方向視）で単セル１１０周りの全周に亘って、単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１等が上述した特徴的構成とされているが、当該全周の一部のみにおいて、上述した特徴的構成とされていてもよい。

上記実施形態では、インターコネクタ１９０が、空気極１１４に対して第１の方向（上記実施形態では上下方向）の電解質層１１２とは反対側に配置された部材であり、空気極１１４に電気的に接続された燃料電池スタック１００に本発明を適用したものである。また、インターコネクタが、燃料室１７６に対して第１の方向の電解質層１１２とは反対側に配置された部材であり、燃料室１７６に電気的に接続された燃料電池スタックに本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１等が上述した特徴的構成とされているが、一部の単セル用セパレータ１２０およびインターコネクタ用セパレータ１９１等のみが上述した特徴的構成とされていてもよい。

２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 ３２，３４：孔 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４，１０６：エンドプレート １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０：単セル １１１：単セル中央部 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 １２９：セパレータ外側部 １２９１：第１の部分 １２９２：第２の部分 １２９３：第３の部分 １２９４：第４の部分 １２９５：第５の部分 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３４：空気極側集電部 １４０：燃料極側フレーム １４１：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 １５１：インターコネクタ基部 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 １８１：貫通孔 １８９：下端用セパレータ １９０：インターコネクタ １９１：インターコネクタ用セパレータ １９１Ａ：隣接インターコネクタ用セパレータ １９２：インターコネクタ外側部 １９２１：第１の部分 １９２２：第２の部分 １９２３：第３の部分 １９２４：第４の部分 １９２５：第５の部分 １９２Ａ：隣接インターコネクタ外側部 １９２１Ａ：第１の部分 １９２２Ａ：第２の部分 １９２３Ａ：第３の部分 １９２４Ａ：第４の部分 １９２５Ａ：第５の部分 １９４：被覆層 １９６：導電性接合材 Ｃ１，Ｃ２：特定輪郭線 Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２：最短距離 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＧＩ１：ガス導入口 ＧＩ２：ガス導入口 ＧＰ１：ガス導入流路 ＧＰ１１：第１の流路部 ＧＰ１２：第２の流路部 ＧＰ１３：第３の流路部 ＧＰ１４：第４の流路部 ＧＰ１５：第５の流路部 ＧＰ２：単セル側ガス流路 ＧＰ３：ガス排出流路 ＧＰ４：ガス導入流路 ＧＰ４１：第１の流路部 ＧＰ４２：第２の流路部 ＧＰ４３：第３の流路部 ＧＰ４４：第４の流路部 ＧＰ４５：第５の流路部 ＧＰ５：単セル側ガス流路 ＧＰ６：ガス排出流路 Ｌ１１：直線 Ｌ１：仮想直線 Ｌ２：仮想直線 ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス Ｗ１１，Ｗ２１：単セル中央部の幅 Ｗ１２：単セルの最大幅

Claims (5)

1. 電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える単セルと、
   前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して前記第１の方向の前記電解質層とは反対側に配置され、前記特定電極に電気的に接続されるインターコネクタであって、前記第１の方向視において前記単セルの外側に位置する部分であるインターコネクタ外側部を有するインターコネクタと、
   前記単セルに接続された単セル用セパレータであって、前記第１の方向視において前記インターコネクタ外側部に重なる部分であるセパレータ外側部を有する単セル用セパレータと、
   前記特定電極に面するガス室にガスを導入するためのガス導入口であって、前記第１の方向視において前記セパレータ外側部と前記インターコネクタ外側部とに重なるガス導入口と、
   前記ガス室の部分であって、前記ガス導入口に連なり、かつ、前記セパレータ外側部と前記インターコネクタ外側部とにより画定された部分であるガス導入流路と、
   前記ガス室の部分であって、前記ガス導入流路に対して前記ガス流れ下流側であり、前記第１の方向視で前記単セルに重なる部分である単セル側ガス流路と、
   をそれぞれ備え、前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える燃料電池スタックにおいて、
   前記セパレータ外側部と前記インターコネクタ外側部との一方を第１の外側部とし、他方を第２の外側部とし、
   かつ、前記第１の方向視において、前記ガス導入口と前記単セルとを最短距離で結ぶ直線の方向を第２の方向とし、前記第２の方向に直交する方向を第３の方向とし、前記単セルの前記第３の方向の中央に位置する部分であって、前記第３の方向の幅が前記単セルの前記第３の方向の最大幅の２／３である部分を単セル中央部としたときに、
   前記第１の方向と前記第２の方向とに沿った断面であって、前記単セル中央部を含む断面である第１特定断面と、前記第１の方向と前記第２の方向とに沿った断面であって、前記ガス導入口を含む断面である第２特定断面と、のそれぞれにおいて、
   前記第１の外側部は、前記ガス導入流路のうち前記単セルとは反対側の端部を画定する第１の部分であって、前記ガス導入流路を画定する輪郭線である特定輪郭線が前記第２の方向に延伸している第１の部分を有し、
   前記第２の外側部は、前記第１の部分に対して前記ガス流れ下流側において前記ガス導入流路を画定する第２の部分であって、前記第１の方向の前記第１の外側部側の端部が、前記第１の方向において、前記特定輪郭線と重なる仮想直線の位置から前記仮想直線よりも前記第１の外側部寄りであって前記第１の外側部の手前までの領域に配置された第２の部分を有する、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１に記載の燃料電池スタックであって、
   前記第１特定断面と前記第２特定断面とのそれぞれにおいて、
   前記ガス導入流路は、
   少なくとも一部が前記第１の部分により画定される部分である第１の流路部であって、前記第２の方向に延伸している第１の流路部と、
   前記第１の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第１の流路部に連なり、かつ、少なくとも一部が前記第２の部分により画定される部分である第２の流路部であって、前記単セル側ほど前記第１の方向の一方側に位置するように前記第２の方向に対して傾斜する方向に延伸している第２の流路部と、を有する、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項２に記載の燃料電池スタックであって、
   前記第１特定断面と前記第２特定断面とのそれぞれにおいて、
   前記ガス導入流路のうち、前記第２の流路部と前記単セル側ガス流路とに連なる部分は、
   前記第２の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第２の流路部に連なる第３の流路部であって、前記第２の方向に延伸している第３の流路部と、
   前記第３の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第３の流路部に連なる第４の流路部であって、前記単セル側ほど前記第１の方向の前記一方と反対側に位置するように前記第２の方向に対して傾斜する方向に延伸している第４の流路部と、
   前記第４の流路部の前記ガス流れ下流側において前記第４の流路部に連なる第５の流路部であって、前記第２の方向に延伸している第５の流路部と、を有する、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項２または請求項３に記載の燃料電池スタックであって、
   前記第１特定断面と前記第２特定断面とのそれぞれにおいて、
   前記第２の流路部を画定する前記第１の外側部の部分と前記第２の外側部の部分との間の最短距離は、前記第１の流路部を画定する前記第１の外側部の部分と前記第２の外側部の部分との間の最短距離よりも短い、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   前記第２の部分は前記第３の方向に沿って前記単セル中央部の前記幅以上の長さで延在している、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。

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