CN107534167A - 燃料电池发电单元和燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明能够在抑制发电效率降低的同时、抑制由焊接部的突起部的存在引起气密构件的气密性下降。燃料电池发电单元包括单元电池、第1互连件、第2互连件、分隔件、配置在分隔件和第1互连件之间金属制的框架构件、以及具有与分隔件的表面和第2互连件的表面接触并密封空气室或者燃料室的接触部的气密构件。在燃料电池发电单元的在第1方向上与接触部重叠的部分即接触重复部分存在气密构件、分隔件、框架构件、第1互连件和第2互连件。在就距单元电池的外周部的距离而言比接触重复部分远的位置，形成有将分隔件和框架构件之间密封的第1焊接部及将框架构件和第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。

Description

燃料电池发电单元和燃料电池堆
技术领域
由本说明书公开的技术涉及燃料电池发电单元和燃料电池堆。
背景技术
作为燃料电池的种类之一，已知有固体氧化物型燃料电池(以下也称作“SOFC”)。作为SOFC的发电的最小单位的燃料电池发电单元(以下也简称作“发电单元”)例如包括单元电池、金属制的分隔件、第1互连件、第2互连件、金属制的框架构件、以及气密构件。单元电池包含电解质层和隔着电解质层在规定的方向(以下称作“第1方向”)上彼此相对的空气极和燃料极。分隔件是形成有通孔的框架状的构件，分隔件的包围通孔的部分与单元电池的周缘部相接合。利用该结构的分隔件划分出面向空气极的空气室和面向燃料极的燃料室。第1互连件和第2互连件是以隔着单元电池在第1方向上彼此相对的方式配置的平板状的构件。框架构件是配置在分隔件和第1互连件之间且形成有构成燃料室的通孔的框架状的构件。气密构件配置在分隔件和第2互连件之间，其具有与分隔件的靠第2互连件侧的表面和第2互连件的靠分隔件侧的表面这两者接触并将空气室密封的接触部。
在发电单元中，有时利用例如激光焊接等形成将分隔件和框架构件之间密封的焊接部。在该结构中，因形成在焊接部的焊道等突起部而无法保持分隔件的表面的平坦性，阻碍了气密构件良好地与分隔件的表面接触，由气密构件实现的空气室的气密性有可能下降。以往已知有一种这样的技术：将框架构件设为由薄板部和在与第1方向正交的第2方向上配置在薄板部的外侧(距单元电池的外周部的距离较远的一侧)的厚板部构成的带台阶的形状，通过将分隔件焊接于框架构件的薄板部，从而确保收容焊接部的突起部的空间，抑制由于突起部的存在引起的、由气密构件实现的空气室的气密性的下降(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－230875号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述以往的技术中，由于气密构件中的与框架构件的厚板部相接触的部分成为承担对空气室的密封功能的接触部，因此接触部位于比形成在框架构件的薄板部位置的焊接部靠外侧的位置。因此，在接触部的内侧，上述收容焊接部的突起部的空间与空气室相连通，该空间成为氧化剂气体的迂回路径，一部分氧化剂气体无助于发电直接从空气室排出，发电效率有可能降低。
另外，对于在框架构件上形成有构成空气室的通孔且气密构件的接触部将燃料室密封的结构，也存在与这样的问题同样的问题。此外，这样的问题并不限于形成有将分隔件和框架构件之间密封的焊接部的结构，形成有将框架构件和第1互连件之间密封的焊接部的结构也存在同样的问题。此外，这样的问题并不限于SOFC，其他类型的燃料电池也存在同样的问题。
在本说明书中，公开了能够解决上述问题的技术。
用于解决问题的方案
本说明书中公开的技术例如能够作为以下的方式来实现。
(1)本说明书中公开的燃料电池发电单元包括：单元电池，其包含电解质层和隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对的空气极及燃料极；金属制的第1互连件和第2互连件，该第1互连件和第2互连件隔着所述单元电池在所述第1方向上彼此相对；金属制的分隔件，其形成有通孔，该分隔件的包围所述通孔的部分与所述单元电池的周缘部相接合，该分隔件划分出面向所述空气极的空气室和面向所述燃料极的燃料室；金属制的框架构件，其配置在所述分隔件和所述第1互连件之间，形成有构成所述燃料室和所述空气室中的一者即第1室的通孔；以及气密构件，其配置在所述分隔件和所述第2互连件之间，具有与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并将所述燃料室和所述空气室中的另一者即第2室密封的接触部，该燃料电池发电单元的特征在于，在所述燃料电池发电单元的一部分且是在所述第1方向上与所述接触部重叠的部分即接触重复部分，存在所述气密构件、所述分隔件、所述框架构件、所述第1互连件和所述第2互连件，在就与所述第1方向正交的第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比与所述接触部中的、配置在最接近所述单元电池的位置的所述接触部相对应的所述接触重复部分远的位置，形成有将所述分隔件和所述框架构件之间密封的第1焊接部及将所述框架构件和所述第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。采用本燃料电池发电单元，由于在就与第1方向正交的第2方向上的距单元电池的外周部的距离而言比在第1方向上与气密构件的接触部重叠的接触重复部分远的位置，形成有第1焊接部和第2焊接部中的至少一者，因此不受形成于焊接部的突起部的影响，能够利用气密构件的接触部良好地密封第2室。并且，采用本燃料电池发电单元，由于利用接触部阻碍了与焊接部重叠的空间同第2室在第2方向上相连通，因此能够抑制以下情况：该空间成为气体的迂回路径而使发电效率降低。
(2)也可以是，在上述燃料电池发电单元中，其特征在于，在所述燃料电池发电单元的一部分且是在所述第1方向上与所述第1焊接部和所述第2焊接部中的至少一者重叠的部分即焊接重复部分中的、在所述第2方向上与所述气密构件重叠的范围存在空间。采用本燃料电池发电单元，由于仅通过调整气密构件的形状就能够获得上述效果，因此例如与对互连件等金属制构件进行槽加工等情况相比较，能够实现制造工序的容易化、高效化。
(3)也可以是，在上述燃料电池发电单元中，其特征在于，在所述燃料电池发电单元的一部分且是在所述第1方向上与所述第1焊接部和所述第2焊接部中的至少一者重叠的部分即焊接重复部分中的、在所述第2方向上与所述第1互连件和所述第2互连件中的至少一者重叠的范围存在空间。采用本燃料电池发电单元，由于不会出于在焊接重复部分确保空间的目的而制约气密构件的形状，因此通过使气密构件的外形与分隔件、框架构件的外形相配合而使对位容易化，从而能够提高组装精度。
(4)也可以是，在上述燃料电池发电单元中，其特征在于，所述气密构件在就所述第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比所述第1焊接部和所述第2焊接部远的位置具有第2接触部，该第2接触部与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并进行密封。采用本燃料电池发电单元，由于因第2接触部的存在而使形成于焊接重复部分的空间成为封闭空间，因此能够容易在空间内配置玻璃密封件等密封材料，能够进一步提高气密性。
(5)也可以是，在上述燃料电池发电单元中，其特征在于，所述气密构件在所述第1方向上与所述框架构件和所述单元电池之间的空间重叠。采用本燃料电池发电单元，由于气密构件延伸到第2方向的更内侧，因此能够进一步减小第2室中的供无助于发电的气体流动的空间的容积，能够更有效地抑制发电效率降低。
(6)本说明书中公开的燃料电池堆包括在第1方向上排列配置的多个燃料电池发电单元和隔着所述多个燃料电池发电单元在所述第1方向上彼此相对的金属制的第1端板和第2端板，该燃料电池堆的特征在于，各所述燃料电池发电单元包括：单元电池，其包含电解质层和隔着所述电解质层在所述第1方向上彼此相对的空气极及燃料极；金属制的第1互连件和第2互连件，该第1互连件和第2互连件在所述第1方向上与所述单元电池相对；金属制的分隔件，其形成有通孔，该分隔件的包围所述通孔的部分与所述单元电池的周缘部相接合，该分隔件划分出面向所述空气极的空气室和面向所述燃料极的燃料室；金属制的框架构件，其配置在所述分隔件和与所述分隔件的一个面相对的所述第1互连件之间，形成有构成所述燃料室和所述空气室中的任一者即第1室的通孔；以及气密构件，其配置在所述分隔件和所述第2互连件之间，所述第2互连件与所述分隔件的同所述框架构件相对的面相反侧的面相对，该气密构件具有接触部，该接触部与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并将所述燃料室和所述空气室中的另一者即第2室密封，在所述燃料电池堆的一部分且是在所述第1方向上与各所述燃料电池发电单元的所述接触部重叠的部分即接触重复部分，存在各所述燃料电池发电单元的所述气密构件、所述分隔件、所述框架构件、所述第1互连件、所述第2互连件、所述第1端板和第2端板，在各所述燃料电池发电单元中，在就与所述第1方向正交的第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比与所述接触部中的、配置在最接近所述单元电池的位置的所述接触部相对应的所述接触重复部分远的位置，形成有将所述分隔件和所述框架构件之间密封的第1焊接部及将所述框架构件和所述第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。采用本燃料电池堆，在就与第1方向正交的第2方向上的距单元电池的外周部的距离而言比在第1方向上与气密构件的接触部重叠的接触重复部分远的位置，形成有第1焊接部和第2焊接部中的至少一者，因此不受形成于焊接部的突起部的影响，能够利用气密构件的接触部良好地密封第2室。并且，采用本燃料电池堆，由于利用接触部阻碍了与焊接部重叠的空间同第2室在第2方向上相连通，因此能够抑制以下情况：该空间成为气体的迂回路径而使发电效率降低。
另外，本说明书中公开的技术能够以各种各样的方式来实现，例如能够以燃料电池发电单元、包括多个燃料电池发电单元的燃料电池堆、包括燃料电池堆的发电组件、包括发电组件的燃料电池系统等方式来实现。
附图说明
图1是表示第1实施方式的燃料电池堆100的外观结构的立体图。
图2是表示第1实施方式的燃料电池堆100的上侧的XY平面结构的说明图。
图3是表示第1实施方式的燃料电池堆100的下侧的XY平面结构的说明图。
图4是表示图1～图3的IV－IV线的位置处的燃料电池堆100的XZ截面结构的说明图。
图5是表示图1～图3的V－V线的位置处的燃料电池堆100的YZ截面结构的说明图。
图6是表示与图4所示的截面相同的位置处的彼此相邻的两个发电单元102的XZ截面结构的说明图。
图7是表示第1实施方式的空气极侧框架130的位置处的发电单元102的XY截面结构的说明图。
图8是表示第1实施方式的燃料极侧框架140的位置处的发电单元102的XY截面结构的说明图。
图9是表示第1实施方式的分隔件120的位置处的发电单元102的XY截面结构的说明图。
图10是表示第1实施方式的互连件150的位置处的发电单元102的XY截面结构的说明图。
图11是表示第1实施方式的热交换部103的XY截面结构的说明图。
图12是表示图7～图10的XII－XII线的位置处的发电单元102的一部分的XZ截面结构的说明图。
图13是表示比较例的发电单元102X的一部分的XZ截面结构的说明图。
图14是表示第1实施方式的发电单元102的一部分的XZ截面结构的另一个说明图。
图15是表示第2实施方式的发电单元102a的一部分的XZ截面结构的说明图。
图16是表示第3实施方式的发电单元102b的一部分的XZ截面结构的说明图。
图17是表示第4实施方式的发电单元102c的一部分的XZ截面结构的说明图。
图18是表示第5实施方式的发电单元102d的一部分的XZ截面结构的说明图。
图19是表示第6实施方式的发电单元102e的一部分的XZ截面结构的说明图。
图20是表示第7实施方式的发电单元102f的一部分的XZ截面结构的说明图。
图21是表示第8实施方式的燃料电池堆100g的XZ截面结构的说明图。
图22是表示第8实施方式的发电单元102g的一部分的XZ截面结构的说明图。
具体实施方式
A.第1实施方式：
A－1.燃料电池堆100的结构：
图1～图6是概略地表示第1实施方式的燃料电池堆100的结构的说明图。图1表示了燃料电池堆100的外观结构，图2表示了燃料电池堆100的上侧的平面结构，图3表示了燃料电池堆100的下侧的平面结构，图4表示了图1～图3的IV－IV线的位置处的燃料电池堆100的截面结构，图5表示了图1～图3的V－V线的位置处的燃料电池堆100的截面结构，图6表示了图1～图3的VI－VI线的位置处的燃料电池堆100的截面结构。在各图中表示了用于指定方向的互相正交的XYZ轴。在本说明书中，为了方便起见，将Z轴正方向称作上方向，将Z轴负方向称作下方向，但燃料电池堆100实际上也可以以与这样的方向不同的方向设置。图7及其之后的图也是同样的。
燃料电池堆100包括多个(在本实施方式中是6个)发电单元102、热交换部103、以及一对端板104、106。6个发电单元102在规定的排列方向(在本实施方式中是上下方向)排列配置。但是，6个发电单元102中的3个发电单元102以彼此相邻的方式配置，剩余的3个发电单元102也以彼此相邻的方式配置，在上述3个发电单元102和上述剩余的3个发电单元102之间配置有热交换部103。即，热交换部103配置在由热交换部103和6个发电单元102构成的集合体的上下方向的中央附近。一对端板104、106以从上下夹持由热交换部103和6个发电单元102构成的集合体的方式配置。
在构成燃料电池堆100的各层(发电单元102、热交换部103、端板104、端板106)的绕Z方向的周缘部形成有在上下方向上贯通的多个(在本实施方式中是8个)孔，形成于各层且互相对应的孔在上下方向上相互连通，构成从一个端板104到另一个端板106沿上下方向延伸的连通孔108。
在各连通孔108中插入有沿上下方向延伸的螺栓22，利用螺栓22和嵌在螺栓22两侧的螺母24将燃料电池堆100紧固。另外，如图4～图6所示，在嵌在螺栓22的一侧(上侧)的螺母24和构成燃料电池堆100的上端的端板104的上侧表面之间、以及嵌在螺栓22的另一侧(下侧)的螺母24和构成燃料电池堆100的下端的端板106的下侧表面之间夹设有绝缘片26。但是，在设有后述的气体通路构件27的部位，在螺母24和端板106的表面之间夹设有气体通路构件27及分别配置在气体通路构件27的上侧和下侧的绝缘片26。绝缘片26例如由云母片、陶瓷纤维片、陶瓷粉末压片、玻璃片、玻璃陶瓷复合剂等构成。
各螺栓22的杆部的外径小于各连通孔108的内径。因此，在各螺栓22的杆部的外周面和各连通孔108的内周面之间确保有空间。如图2～图4所示，由位于燃料电池堆100的绕Z方向的外周的1个顶点(Y轴负方向侧和X轴负方向侧的顶点)附近的螺栓22(螺栓22A)和插入有该螺栓22A的连通孔108形成的空间，作为从燃料电池堆100的外部导入氧化剂气体OG的气体流路即氧化剂气体导入歧管161发挥功能，由位于燃料电池堆100的绕Z方向的外周的1个边(与Y轴平行的两个边中的X轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22C)和插入有该螺栓22C的连通孔108形成的空间，作为将从热交换部103排出来的氧化剂气体OG朝向各发电单元102运送的气体流路即氧化剂气体供给歧管163发挥功能。此外，如图2、图3及图5所示，由位于燃料电池堆100的绕Z方向的外周的1个边(与Y轴平行的两个边中的X轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22B)和插入有该螺栓22B的连通孔108形成的空间，作为将从各发电单元102排出来的未反应的氧化剂气体OG即氧化剂废气OOG向燃料电池堆100的外部排出的氧化剂气体排出歧管162发挥功能。另外，在本实施方式中，例如使用空气作为氧化剂气体OG。
此外，如图2、图3及图6所示，由位于燃料电池堆100的绕Z方向的外周的1个边(与X轴平行的两个边中的Y轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22D)和插入有该螺栓22D的连通孔108形成的空间，作为从燃料电池堆100的外部导入燃料气体FG并将该燃料气体FG向各发电单元102供给的燃料气体导入歧管171发挥功能，由位于该边的相反侧的边(与X轴平行的两个边中的Y轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22E)和插入有该螺栓22E的连通孔108形成的空间，作为将从各发电单元102排出来的未反应的燃料气体FG、含有燃料气体FG发电后的气体在内的燃料废气FOG向燃料电池堆100的外部排出的燃料气体排出歧管172发挥功能。另外，在本实施方式中，例如使用将都市燃气改性而成的富氢的气体作为燃料气体FG。
如图4～图6所示，在燃料电池堆100设有4个气体通路构件27。各气体通路构件27具有中空筒状的主体部28和自主体部28的侧面分支出的中空筒状的分支部29。分支部29的孔与主体部28的孔相连通。在各气体通路构件27的分支部29上连接有气体配管(未图示)。此外，如图4所示，配置在形成氧化剂气体导入歧管161的螺栓22A的位置的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体导入歧管161相连通。此外，如图5所示，配置在形成氧化剂气体排出歧管162的螺栓22B的位置的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体排出歧管162相连通。此外，如图6所示，配置在形成燃料气体导入歧管171的螺栓22D的位置的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体导入歧管171相连通，配置在形成燃料气体排出歧管172的螺栓22E的位置的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体排出歧管172相连通。
(端板104、106的结构)
一对端板104、106是矩形的平板形状的导电性构件，例如由不锈钢形成。一个端板104配置在位于最上方的发电单元102的上侧，另一个端板106配置在位于最下方的发电单元102的下侧。利用一对端板104、106将热交换部103和多个发电单元102以被按压的状态夹持。上侧的端板104作为燃料电池堆100的正极侧的输出端子发挥作用，下侧的端板106作为燃料电池堆100的负极侧的输出端子发挥作用。
(发电单元102的结构)
如图4～图6所示，作为发电的最小单元的发电单元102包括单元电池110、分隔件120、空气极侧框架130、空气极侧集电体134、燃料极侧框架140、燃料极侧集电体144、以及构成发电单元102的最上层和最下层的一对互连件150。
图7～图10是概略地表示第1实施方式的发电单元102的结构的说明图。图7～图10分别表示了空气极侧框架130、燃料极侧框架140、分隔件120、互连件150的位置处的发电单元102的与Z方向正交的截面结构。如图7～图10所示，在空气极侧框架130、燃料极侧框架140、分隔件120、互连件150的绕Z方向的周缘部形成有与供上述的螺栓22插入的连通孔108相对应的孔。
如图10所示，互连件150是矩形的平板形状的导电性构件，例如由铁氧体系不锈钢形成。互连件150用于确保发电单元102之间的电导通，并且防止发电单元102之间的反应气体的混合。另外，如图4～图6所示，在本实施方式中，在两个发电单元102相邻配置的情况下，1个互连件150被相邻的两个发电单元102所共有。即，一个发电单元102的上侧的互连件150和在该发电单元102的上侧与该发电单元102相邻的另一个发电单元102的下侧的互连件150是同一个构件。此外，由于燃料电池堆100具备一对端板104、106，因此在燃料电池堆100中位于最上方的发电单元102不具备上侧的互连件150，位于最下方的发电单元102不具备下侧的互连件150。
如图5所示，单元电池110包括电解质层112、隔着电解质层112在上下方向(发电单元102排列的排列方向)上彼此相对的空气极(阴极)114和燃料极(阳极)116。另外，本实施方式的单元电池110是利用燃料极116支承电解质层112和空气极114的燃料极支承型的单元电池。空气极114和燃料极116相对的方向(上下方向)相当于技术方案中的第1方向。
电解质层112是矩形的平板形状构件，例如由YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)、ScSZ(氧化钪稳定化氧化锆)、SDC(钐掺杂氧化铈)、GDC(钆掺杂氧化铈)、钙钛矿型氧化物等固体氧化物形成。空气极114是矩形的平板形状构件，例如由钙钛矿型氧化物(例如LSCF(镧锶钴铁氧化物)、LSM(镧锶锰氧化物)、LNF(镧镍铁氧体))形成。燃料极116是矩形的平板形状构件，例如由Ni(镍)、包含Ni和陶瓷粒子的金属陶瓷、Ni基合金等形成。这样，本实施方式的单元电池110(发电单元102)是使用固体氧化物作为电解质的固体氧化物型燃料电池(SOFC)。
如图9所示，分隔件120是在中央附近形成有沿上下方向贯通的矩形的孔121的框架状的构件，例如由金属形成。如图5所示，分隔件120的孔121的周围部分与电解质层112的靠空气极114侧的表面的周缘部相对。分隔件120利用由配置在该相对的部分的钎焊材料(例如Ag钎料)形成的接合部124与电解质层112(单元电池110)相接合。利用分隔件120划分出面向空气极114的空气室166和面向燃料极116的燃料室176，并抑制了气体从单元电池110的周缘部的一个电极侧向另一个电极侧的泄漏。另外，将接合有分隔件120的单元电池110也称作带分隔件的单元电池。
如图7所示，空气极侧框架130是在中央附近形成有沿上下方向贯通的矩形的孔131的框架状的构件，例如由云母、固力特(Thermiculite)、蛭石等绝缘体形成。空气极侧框架130的孔131构成面向空气极114的空气室166。此外，在空气极侧框架130上形成有使氧化剂气体供给歧管163和空气室166连通的氧化剂气体供给连通孔132以及使空气室166和氧化剂气体排出歧管162连通的氧化剂气体排出连通孔133。如图4～图6所示，空气极侧框架130同分隔件120的与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面的周缘部和互连件150的与空气极114相对的那一侧的表面的周缘部相接触。更详细地讲，空气极侧框架130在被螺栓22的紧固力沿上下方向施加了压缩力的状态下与分隔件120的表面和互连件150的表面相接触。利用该结构的空气极侧框架130使空气室166密封，并且将发电单元102所包含的一对互连件150之间电绝缘。另外，利用空气极侧框架130进行的密封也被称作压缩密封。之后详细说明空气极侧框架130的结构。
如图8所示，燃料极侧框架140是在中央附近形成有沿上下方向贯通的矩形的孔141的框架状的构件，例如由金属形成。燃料极侧框架140的孔141构成面向燃料极116的燃料室176。此外，在燃料极侧框架140上形成有使燃料气体导入歧管171和燃料室176连通的燃料气体供给连通孔142以及使燃料室176和燃料气体排出歧管172连通的燃料气体排出连通孔143。如图4～图6所示，燃料极侧框架140同分隔件120的与电解质层112相对的那一侧的表面的周缘部和互连件150的与燃料极116相对的那一侧的表面的周缘部相接触。之后详细说明燃料极侧框架140的结构。
如图4～图7所示，空气极侧集电体134配置在空气室166内。空气极侧集电体134由空开规定的间隔地排列的多个大致四棱柱状的导电性构件构成，例如由铁氧体系不锈钢形成。空气极侧集电体134通过同空气极114的与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面和互连件150的与空气极114相对的那一侧的表面相接触，从而将空气极114和互连件150电连接。另外，空气极侧集电体134和互连件150也可以作为一体的构件形成。
如图4～图6及图8所示，燃料极侧集电体144配置在燃料室176内。燃料极侧集电体144包括互连件相对部146、多个电极相对部145、以及连接各电极相对部145和互连件相对部146的连接部147，例如由镍、镍合金、不锈钢等形成。各电极相对部145同燃料极116的与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面相接触，互连件相对部146同互连件150的与燃料极116相对的那一侧的表面相接触。因此，燃料极侧集电体144将燃料极116和互连件150电连接。另外，在电极相对部145和互连件相对部146之间配置有例如由云母形成的隔离件149。因此，燃料极侧集电体144能够追随由温度循环、反应气体压力变动引起的发电单元102的变形，良好地维持燃料极116和互连件150之间借助燃料极侧集电体144实现的电连接。
(热交换部103的结构)
图11是概略地表示第1实施方式的热交换部103的结构的说明图。图11表示了热交换部103的与Z方向正交的截面结构。如图4～图6及图11所示，热交换部103是矩形的平板形状构件，例如由铁氧体系不锈钢形成。如上所述，在热交换部103的绕Z方向的周缘部形成有构成供螺栓22插入的连通孔108的8个孔。此外，在热交换部103的中央附近形成有沿上下方向贯通的孔182。并且，在热交换部103形成有使中央的孔182和形成氧化剂气体导入歧管161的连通孔108连通的连通孔184以及使中央的孔182和形成氧化剂气体供给歧管163的连通孔108连通的连通孔186。热交换部103被在热交换部103的上侧与热交换部103相邻的发电单元102所包含的下侧的互连件150和在热交换部103的下侧与热交换部103相邻的发电单元102所包含的上侧的互连件150所夹持。在上述互连件150之间，由孔182、连通孔184以及连通孔186形成的空间作为为了进行后述的热交换而供氧化剂气体OG流动的热交换流路188发挥作用。
A－2.燃料电池堆100的动作：
如图4所示，在经由与设在氧化剂气体导入歧管161的位置的气体通路构件27的分支部29相连接的气体配管(未图示)供给氧化剂气体OG时，氧化剂气体OG经由气体通路构件27的分支部29和主体部28的孔向氧化剂气体导入歧管161供给。如图4和图11所示，供给到氧化剂气体导入歧管161的氧化剂气体OG流入到形成在热交换部103内的热交换流路188内，并经过热交换流路188向氧化剂气体供给歧管163排出。另外，由于氧化剂气体导入歧管161不与各发电单元102的空气室166相连通，因此不会从氧化剂气体导入歧管161向各发电单元102的空气室166供给氧化剂气体OG。如图4、图5及图7所示，排出到氧化剂气体供给歧管163的氧化剂气体OG从氧化剂气体供给歧管163经由各发电单元102的氧化剂气体供给连通孔132向空气室166供给。
此外，如图6和图8所示，在经由与设在燃料气体导入歧管171的位置的气体通路构件27的分支部29相连接的气体配管(未图示)供给燃料气体FG时，燃料气体FG经由气体通路构件27的分支部29和主体部28的孔向燃料气体导入歧管171供给，并从燃料气体导入歧管171经由各发电单元102的燃料气体供给连通孔142向燃料室176供给。
在向各发电单元102的空气室166供给氧化剂气体OG、向燃料室176供给燃料气体FG时，在单元电池110中利用氧化剂气体OG和燃料气体FG的电化学反应进行发电。该发电反应是放热反应。在各发电单元102中，单元电池110的空气极114借助空气极侧集电体134与一个互连件150电连接，燃料极116借助燃料极侧集电体144与另一个互连件150电连接。此外，燃料电池堆100所包含的多个发电单元102虽然隔着热交换部103，但是是电串联连接的。因此，能够从作为燃料电池堆100的输出端子发挥作用的端板104、106取出在各发电单元102中生成的电能。另外，由于SOFC在比较高的温度(例如700℃～1000℃)下进行发电，因此也可以在起动之后利用加热器(未图示)加热燃料电池堆100直到成为能够利用因发电产生的热维持高温的状态为止。
如图5和图7所示，从各发电单元102的空气室166排出来的氧化剂废气OOG经由氧化剂气体排出连通孔133被排出到氧化剂气体排出歧管162，进而经由设在氧化剂气体排出歧管162的位置的气体通路构件27的主体部28和分支部29的孔，经与该分支部29相连接的气体配管(未图示)向燃料电池堆100的外部排出。此外，如图6和图8所示，从各发电单元102的燃料室176排出来的燃料废气FOG经由燃料气体排出连通孔143被排出到燃料气体排出歧管172，进而经由设在燃料气体排出歧管172的位置的气体通路构件27的主体部28和分支部29的孔，经与该分支部29相连接的气体配管(未图示)向燃料电池堆100的外部排出。
A－3.发电单元102的详细结构：
图12是表示第1实施方式的发电单元102的详细结构的说明图。图12表示了图7～图10的XII－XII线的位置的发电单元102的局部的截面结构。如图12所示，在发电单元102中，燃料极侧框架140焊接于分隔件120，并且也焊接于一对互连件150中的下侧(燃料极116侧)的互连件150。即，在发电单元102形成有将燃料极侧框架140和分隔件120之间密封的第1焊接部410以及将燃料极侧框架140和互连件150之间密封的第2焊接部420。第1焊接部410和第2焊接部420例如利用激光焊接形成。在形成第1焊接部410和第2焊接部420时，形成有焊道等突起部BU，有时导致焊接面的平坦性下降。
如图8和图9所示，将燃料极侧框架140和分隔件120之间密封的第1焊接部410沿着发电单元102的绕Z方向的外周的内侧连续地形成。同样，如图8和图10所示，将燃料极侧框架140和互连件150之间密封的第2焊接部420也沿着发电单元102的绕Z方向的外周的内侧连续地形成。
如图12所示，在与Z方向正交的方向(以下也称作“面方向”)上，空气极侧框架130的外形尺寸小于燃料极侧框架140、互连件150的外形尺寸。其结果，空气极侧框架130在Z方向上不与第1焊接部410和第2焊接部420重叠。即，在将发电单元102中的、在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的部分设为焊接重复部分Aw时，在焊接重复部分Aw中的、与空气极侧框架130在面方向上重叠的范围内存在空间SP1。也就是说，在对燃料电池堆100沿Z方向施加压力的情况下，由于存在空间SP1，因而不会对焊接重复部分Aw施加过度的压力，能够抑制由形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU引起的各构件的变形、位移。
此外，空气极侧框架130中的、与分隔件120的表面和互连件150的表面接触的部分作为将空气室166密封的接触部137发挥作用。在图12所示的截面中，空气极侧框架130整体成为接触部137。在面方向上，接触部137与单元电池110的外周部之间的距离比第1焊接部410和第2焊接部420与单元电池110的外周部之间的距离近。此外，在将发电单元102中的、与接触部137在Z方向上重叠的部分设为接触重复部分Ac时，在接触重复部分Ac的任一个位置均存在空气极侧框架130、分隔件120、燃料极侧框架140以及互连件150中的任一者，不存在空间。另外，在本实施方式中，在接触重复部分Ac存在有空气极侧框架130、分隔件120、燃料极侧框架140以及上下的互连件150。
采用以上说明的本实施方式的发电单元102，像以下说明的那样，能够在抑制发电效率降低的同时，抑制由于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的存在引起的、利用空气极侧框架130实现的空气室166的气密性的下降。
图13是表示比较例的发电单元102X的详细结构的说明图。在图13所示的比较例的发电单元102X中，燃料极侧框架140成为由薄板部510和在面方向上配置在薄板部510外侧(距单元电池110的外周部的距离较远的一侧)的厚板部520构成的带台阶的形状。将分隔件120和燃料极侧框架140之间密封的第1焊接部410形成在薄板部510的位置。因此，在比较例的发电单元102X中，确保了收容第1焊接部410的突起部BU的空间SP2。此外，空气极侧框架130中的、与燃料极侧框架140的厚板部520相对的部分作为接触部137发挥作用。因此，在比较例的发电单元102X中，能够抑制由于第1焊接部410的突起部BU的存在引起的、利用空气极侧框架130实现的空气室166的气密性的下降。
但是，在比较例的发电单元102X中，在面方向上，承担对空气室166的密封功能的空气极侧框架130的接触部137位于比第1焊接部410靠外侧的位置。因此，在比接触部137靠内侧(距单元电池110的外周部的距离较近的一侧)的位置，收容第1焊接部410的突起部BU的空间SP2与空气室166相连通，该空间SP2成为氧化剂气体OG的迂回路径，一部分的氧化剂气体OG无助于发电直接从空气室166排出，发电效率有可能降低。
另一方面，如图12所示，在本实施方式的发电单元102中，在面方向上的距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420。因此，能够不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响地利用接触部137良好地密封空气室166。另外，在本实施方式中，由于在发电单元102的焊接重复部分Aw存在空间SP1，在发电单元102的接触重复部分Ac的任一个位置均存在构件(不存在空间)(由于在发电单元102的接触重复部分Ac存在有空气极侧框架130、分隔件120、燃料极侧框架140以及上下的互连件150)，因此抑制了由于突起部BU的影响导致的接触部137变形或者位移，能够利用接触部137可靠地密封空气室166。并且，在本实施方式的发电单元102中，利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。
此外，在本实施方式的发电单元102中，仅通过调整空气极侧框架130的形状就能够获得上述效果，因此，与例如对燃料极侧框架140、互连件150等金属制构件进行槽加工等的情况相比较，能够实现制造工序的容易化、高效化。
另外，在本实施方式的发电单元102中，一对互连件150中的下侧(燃料极116侧)的互连件150相当于技术方案中的第1互连件，上侧(空气极114侧)的互连件150相当于技术方案中的第2互连件，燃料室176相当于技术方案中的第1室，空气室166相当于技术方案中的第2室，Z方向(上下方向)相当于技术方案中的第1方向，与Z方向正交的方向(面方向)相当于技术方案中的第2方向。
此外，在本实施方式中，第1焊接部410和第2焊接部420除了形成在上述发电单元102的绕Z方向的外周附近之外，还形成在包围各连通孔108的位置。图14是表示第1实施方式的发电单元102的详细结构的另一个说明图。图14表示了与图5所示的位置相同的位置处的发电单元102的局部截面结构。如图14和图8～图10所示，第1焊接部410和第2焊接部420也形成在包围各连通孔108的位置。空气极侧框架130以也不与形成在该位置的第1焊接部410和第2焊接部420重叠的方式形成。即，空气极侧框架130中的构成连通孔108的通孔的直径大于燃料极侧框架140、互连件150中的构成连通孔108的通孔的直径。因此，在本实施方式的发电单元102中，就各连通孔108而言，也能够抑制空气极侧框架130所实现的气密性的下降。
B.第2实施方式：
图15是表示第2实施方式的发电单元102a的详细结构的说明图。在第2实施方式的发电单元102a中，空气极侧框架130a的结构与图12所示的第1实施方式的发电单元102不同。由于第2实施方式的发电单元102a的其他结构与第1实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
如上所述，在图12所示的第1实施方式的发电单元102中，空气极侧框架130以在Z方向上不与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的方式形成，但在图15所示的第2实施方式的发电单元102a中，空气极侧框架130a在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠。但是，在空气极侧框架130a的该重叠的部分中的、与分隔件120相对的表面侧的一部分缺失，空气极侧框架130a的处于焊接重复部分Aw的部分的板厚比空气极侧框架130a的其他部分的板厚薄。因此，在第2实施方式的发电单元102a中，也在发电单元102a的焊接重复部分Aw中的、在面方向上与空气极侧框架130a重叠的范围存在空间SP1。
在第2实施方式的发电单元102a中，与上述的第1实施方式的发电单元102同样，在面方向上的、距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420，因此不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。此外，由于仅通过调整空气极侧框架130a的形状就能够获得上述效果，因此，与例如对燃料极侧框架140、互连件150等金属制构件进行槽加工等的情况相比较，能够实现制造工序的容易化、高效化。
另外，在第2实施方式中，第1焊接部410的突起部BU面向空间SP1，但第2焊接部420的突起部BU不面向空间SP1。但是，利用存在于焊接重复部分Aw的空间SP1，除了能够吸收由形成于第1焊接部410的突起部BU引起的各构件的变形、位移之外，还能够吸收由形成于第2焊接部420的突起部BU引起的各构件的变形、位移，因此能够利用接触部137良好地密封空气室166。也就是说，在对燃料电池堆100沿Z方向施加压力的情况下，由于空间SP1的存在，因而不会对焊接重复部分Aw施加过度的压力，能够抑制由形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU引起的各构件的变形、位移。此外，在第2实施方式的空气极侧框架130a中，也可以不是与分隔件120相对的表面侧的部分缺失而是与互连件150相对的表面侧的部分缺失，该部分的板厚比其他部分的板厚薄。
C.第3实施方式：
图16是表示第3实施方式的发电单元102b的详细结构的说明图。在第3实施方式的发电单元102b中，互连件150b和空气极侧框架130b的结构与图12所示的第1实施方式的发电单元102不同。由于第3实施方式的发电单元102b的其他结构与第1实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
在第3实施方式的发电单元102b中，互连件150b中的、在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的部分成为薄板部152。薄板部152是以使Z方向的板厚变薄的方式从互连件150b的与空气极侧框架130b相对的表面侧进行槽加工而成的部分。将互连件150b和燃料极侧框架140之间密封的第2焊接部420形成在薄板部152的位置。在第3实施方式的发电单元102b中，在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的焊接重复部分Aw中的、在面方向上与互连件150b重叠的范围存在空间SP1。
此外，在第3实施方式的发电单元102b中，空气极侧框架130b以在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的方式形成。即，在面方向上，空气极侧框架130b的外形尺寸与燃料极侧框架140、互连件150b的外形尺寸相同。
在第3实施方式的发电单元102b中，与上述的第1实施方式的发电单元102同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420，因此不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。
此外，在第3实施方式的发电单元102b中，由于不会出于在焊接重复部分Aw中确保空间SP1的目的而制约空气极侧框架130b的形状，因此通过使空气极侧框架130b的外形与分隔件120、燃料极侧框架140的外形相配合而使对位容易化，从而能够提高组装精度。
另外，在第3实施方式中，第2焊接部420的突起部BU面向空间SP1，但第1焊接部410的突起部BU不面向空间SP1。但是，利用存在于焊接重复部分Aw的空间SP1，除了能够吸收由形成于第2焊接部420的突起部BU引起的各构件的变形、位移之外，还能够吸收由形成于第1焊接部410的突起部BU引起的各构件的变形、位移，因此能够利用接触部137良好地密封空气室166。
D.第4实施方式：
图17是表示第4实施方式的发电单元102c的详细结构的说明图。在第4实施方式的发电单元102c中，空气极侧框架130c的结构与图12所示的第1实施方式的发电单元102不同。由于第4实施方式的发电单元102c的其他结构与第1实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
在第4实施方式的发电单元102c中，与第1实施方式的发电单元102同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420。在第4实施方式的发电单元102c中，还在面方向上距单元电池110的外周部的距离比第1焊接部410和第2焊接部420距单元电池110的外周部的距离远的位置存在空气极侧框架130c。空气极侧框架130c的该部分与接触部137同样地与分隔件120的表面和互连件150的表面接触并作为将两者之间密封的第2接触部138发挥功能。
在第4实施方式的发电单元102c中，与上述的第1实施方式的发电单元102同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420，因此不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。此外，由于仅通过调整空气极侧框架130c的形状就能够获得上述效果，因此与例如对燃料极侧框架140、互连件150等金属制构件进行槽加工等的情况相比较，能够实现制造工序的容易化、效率化。
并且，在第4实施方式的发电单元102c中，由于因第2接触部138的存在而使空间SP1成为封闭空间，因此能够容易在空间SP1内配置玻璃密封件等密封材料，能够进一步提高气密性。
E.第5实施方式：
图18是表示第5实施方式的发电单元102d的详细结构的说明图。在第5实施方式的发电单元102d中，空气极侧框架130d和互连件150d的结构与图16所示的第3实施方式的发电单元102b不同。由于第5实施方式的发电单元102d的其他结构与第3实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
在第5实施方式的发电单元102d中，与第3实施方式的发电单元102b同样，互连件150d中的、在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的部分成为薄板部152d。因此，在发电单元102d中，在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的焊接重复部分Aw中的、在面方向上与互连件150d重叠的范围存在空间SP1。但是，在第5实施方式的发电单元102d中，薄板部152d形成在比互连件150d的外缘部靠内侧的位置而不是形成在互连件150d的外缘部。此外，在第5实施方式的发电单元102d中，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比第1焊接部410和第2焊接部420距单元电池110的外周部的距离远的位置存在空气极侧框架130d。空气极侧框架130d的该部分与接触部137同样地与分隔件120的表面和互连件150的表面接触并作为将两者之间密封的第2接触部138发挥功能。
在第5实施方式的发电单元102d中，与上述的第3实施方式的发电单元102b同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420，因此不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。
此外，在第5实施方式的发电单元102d中，由于不会出于在焊接重复部分Aw中确保空间SP1的目的而制约空气极侧框架130d的形状，因此通过使空气极侧框架130d的外形与分隔件120、燃料极侧框架140的外形相配合而使对位容易化，从而能够提高组装精度。
并且，在第5实施方式的发电单元102d中，由于因第2接触部138的存在而使空间SP1成为封闭空间，因此能够容易在空间SP1内配置玻璃密封件等密封材料，能够进一步提高气密性。
另外，在第5实施方式中，第2焊接部420的突起部BU面向空间SP1，但第1焊接部410的突起部BU不面向空间SP1。但是，利用存在于焊接重复部分Aw的空间SP1，除了能够吸收由形成于第2焊接部420的突起部BU引起的各构件的变形、位移之外，还能够吸收由形成于第1焊接部410的突起部BU引起的各构件的变形、位移，因此能够利用接触部137良好地密封空气室166。
F.第6实施方式：
图19是表示第6实施方式的发电单元102e的详细结构的说明图。在第6实施方式的发电单元102e中，互连件150e的结构与图16所示的第3实施方式的发电单元102b不同。由于第6实施方式的发电单元102e的其他结构与第3实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
在第6实施方式的发电单元102e中，互连件150e以在Z方向上不与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的方式形成。即，在面方向上，互连件150e的外形尺寸小于燃料极侧框架140、空气极侧框架130e的外形尺寸。因此，在发电单元102e中，在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的焊接重复部分Aw中的、在面方向上与互连件150e重叠的范围存在空间SP1。另外，在本实施方式中，没有形成将燃料极侧框架140和互连件150之间密封的第2焊接部420。
在第6实施方式的发电单元102e中，与上述的第3实施方式的发电单元102b同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410，因此不受形成于第1焊接部410的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。
此外，在第6实施方式的发电单元102e中，由于不会出于在焊接重复部分Aw中确保空间SP1的目的而制约空气极侧框架130e的形状，因此通过使空气极侧框架130e的外形与分隔件120、燃料极侧框架140的外形相配合而使对位容易化，从而能够提高组装精度。
并且，在第6实施方式的发电单元102e中，不像第3实施方式那样进行在互连件150b上形成薄板部152的情况下进行的槽加工等复杂的加工，就能够在焊接重复部分Aw确保空间SP1。
另外，在第6实施方式中，第1焊接部410的突起部BU不面向空间SP1。但是，由于利用存在于焊接重复部分Aw的空间SP1能够吸收由形成于第1焊接部410的突起部BU引起的各构件的变形、位移，因此能够利用接触部137良好地密封空气室166。
G.第7实施方式：
图20是表示第7实施方式的发电单元102f的详细结构的说明图。在第7实施方式的发电单元102f中，空气极侧框架130f的结构与图12所示的第1实施方式的发电单元102不同。由于第7实施方式的发电单元102f的其他结构与第1实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
在第7实施方式的发电单元102f中，与第1实施方式的发电单元102相比较，空气极侧框架130f延伸到面方向的更内侧。即，空气极侧框架130f在Z方向上与存在于燃料极侧框架140和单元电池110之间的空间SP3重叠。
在第7实施方式的发电单元102f中，与上述的第1实施方式的发电单元102同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420，因此不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于利用接触部137阻碍了存在于焊接重复部分Aw的空间SP1与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。此外，由于仅通过调整空气极侧框架130f的形状就能够获得上述效果，因此与例如对燃料极侧框架140、互连件150等金属制构件进行槽加工等的情况相比较，能够实现制造工序的容易化、高效化。
并且，在第7实施方式的发电单元102f中，由于空气极侧框架130f延伸到面方向的更内侧，因此能够进一步减小空气室166的供无助于发电的氧化剂气体OG流动的空间的容积，能够更有效地抑制发电效率降低。
H.第8实施方式：
图21是概略地表示第8实施方式的燃料电池堆100g的结构的说明图。此外，图22是表示第8实施方式的发电单元102g的详细结构的说明图。图21表示了与图5同样的位置的燃料电池堆100g的截面结构，图22表示了图21的Px部的放大图。在第8实施方式的燃料电池堆100g中，端板104g、106g的结构和发电单元102g的结构与第1实施方式不同。由于第8实施方式的燃料电池堆100g的其他结构与第1实施方式相同，因此通过标注相同的附图标记而省略其说明。
如图22所示，在第8实施方式中，在各发电单元102g的焊接重复部分Aw不存在空间SP1。取而代之，端板104g、106g以在Z方向上不与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的方式形成。即，在面方向上，端板104g、106g的外形尺寸小于燃料极侧框架140、互连件150的外形尺寸。因此，在燃料电池堆100g中，在Z方向上与第1焊接部410和第2焊接部420重叠的部分中的、在面方向上与端板104g、106g重叠的范围存在空间SP1。也就是说，在利用端板104g、106g按压并夹持各发电单元102g的情况下，能够利用设于端板104g、106g的空间SP1，在不会对焊接重复部分Aw施加过度的压力的前提下，抑制由形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU引起的各构件的变形、位移。另外，在第88实施方式中，在接触重复部分Ac存在有各发电单元102g的空气极侧框架130、分隔件120、燃料极侧框架140、上下的互连件150和端板104g、106g。
在第8实施方式中，与上述的第1实施方式同样，在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置(即，比与该接触部137相对应的接触重复部分Ac距单元电池110的外周部的距离远的位置)，形成有第1焊接部410和第2焊接部420，因此不受形成于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的影响，能够利用接触部137良好地密封空气室166。此外，由于空间SP1不会与空气室166相连通，因此能够抑制以下情况：该空间SP1成为氧化剂气体OG的迂回路径而使发电效率降低。
并且，在第8实施方式中，由于与构成发电单元102g的各构件相比厚度较厚的板状构件即端板104g、106g的面方向的尺寸变小，因此能够使燃料电池堆100g轻量化。
I.变形例：
在本说明书中公开的技术并不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内变形为各种各样的方式，例如也可以如下那样变形。
在上述各实施方式中，也可以不必是空气极侧框架130整体作为接触部137发挥作用，而是空气极侧框架130的一部分作为接触部137发挥作用。
此外，在上述各实施方式中，不必在发电单元102上形成有第1焊接部410和第2焊接部420这两者，在发电单元102上形成有第1焊接部410和第2焊接部420中的至少一者即可。此外，在上述各实施方式中，第1焊接部410和第2焊接部420的面方向上的位置不必相同，两者的位置也可以错开。
此外，在上述实施方式中，发电单元102包括：燃料极侧框架140，其形成有构成燃料室176的孔141；以及空气极侧框架130，其具有与分隔件120的表面和互连件150的表面这两者接触并将空气室166密封的接触部137，形成有将分隔件120和燃料极侧框架140之间密封的第1焊接部410以及将燃料极侧框架140和互连件150之间密封的第2焊接部420，但在该结构中也可以使燃料极侧和空气极侧相反。即，也可以是，发电单元102包括：金属制的框架构件，其形成有构成空气室166的通孔；以及气密构件，其具有与分隔件120的表面和互连件150的表面这两者接触并将燃料室176密封的接触部，形成有将分隔件120和框架构件之间密封的第1焊接部以及将框架构件和互连件150之间密封的第2焊接部。
此外，在上述实施方式中，也可以在空间SP1中插入有柔软的填塞物(例如杨氏模量比构成发电单元102的各构件小的物品)。
此外，在上述实施方式中，燃料电池堆100所包含的发电单元102的个数只不过是一例，发电单元102的个数能够与燃料电池堆100所要求的输出电压等相应地适当决定。
此外，在上述实施方式中，燃料电池堆100的排列方向上的热交换部103的位置只不过是一例，热交换部103的位置能够变更为任意的位置。但是，为了缓和燃料电池堆100的排列方向上的热分布，优选热交换部103的位置是与燃料电池堆100所包含的多个发电单元102中的、温度较高的发电单元102相邻的位置。例如在燃料电池堆100的排列方向中央附近的发电单元102易于成为较高温度的情况下，优选像上述实施方式那样在燃料电池堆100的排列方向中央附近设置热交换部103。此外，燃料电池堆100也可以包括两个以上的热交换部103。
此外，在上述实施方式中，热交换部103构成为使氧化剂气体OG的温度上升，但热交换部103既可以构成为替代氧化剂气体OG而使燃料气体FG的温度上升，也可以构成为使氧化剂气体OG和燃料气体FG的温度都上升。
此外，在上述实施方式中，在螺栓22的两侧嵌有螺母24，但也可以是螺栓22具有头部，螺母24仅嵌装到螺栓22的与头部相反的那一侧。
此外，在上述实施方式中，端板104、106作为输出端子发挥作用，但也可以替代端板104、106，将分别与端板104、106相连接的其他构件(例如配置在各个端板104、106与发电单元102之间的导电板)作为输出端子发挥作用。
此外，在上述实施方式中，将各螺栓22的杆部的外周面和各连通孔108的内周面之间的空间用作各歧管，但取而代之，既可以在各螺栓22的杆部形成轴向的孔，将该孔用作各歧管，也可以相对于供各螺栓22插入的各连通孔108独立地设置各歧管。
此外，在上述实施方式中，在两个发电单元102相邻配置的情况下，1个互连件150被相邻的两个发电单元102所共有，但在该情况下，两个发电单元102也可以具备各自的互连件150。此外，在上述实施方式中，省略了燃料电池堆100中的位于最上方的发电单元102的上侧的互连件150、位于最下方的发电单元102的下侧的互连件150，但也可以不省略而设置这些互连件150。
此外，在上述实施方式中，燃料极侧集电体144既可以是与空气极侧集电体134同样的结构，也可以是同与燃料极侧集电体144相邻的互连件150是一体构件。此外，也可以空气极侧框架130不是绝缘体而燃料极侧框架140是绝缘体。此外，空气极侧框架130、燃料极侧框架140也可以是多层结构。
此外，上述实施方式的形成各构件的材料只不过是例示，也可以由其他的材料形成各构件。
此外，在上述实施方式中，是将都市燃气改性并得到富氢的燃料气体FG，但也可以自LP气体、灯油、甲醇、汽油等其他的原料获得燃料气体FG，也可以使用纯氢气作为燃料气体FG。
此外，在上述实施方式中，燃料电池堆100所包含的所有的发电单元102是上述那样的结构(在面方向上距单元电池110的外周部的距离比接触部137距单元电池110的外周部的距离远的位置形成有第1焊接部410和/或第2焊接部420的结构)，但如果燃料电池堆100所包含的至少1个发电单元102是上述那样的结构，则至少在该发电单元102中能够在抑制发电效率降低的同时抑制由于第1焊接部410和第2焊接部420的突起部BU的存在引起的、由空气极侧框架130实现的空气室166的气密性的下降。
此外，在上述实施方式中，以固体氧化物型燃料电池(SOFC)为例进行了说明，但本发明也可以应用于固体高分子型燃料电池(PEFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)这样的其他类型的燃料电池。
此外，本说明书中公开的技术例如也能够作为以下的方式来实现。
(1)一种燃料电池发电单元，其包括：
单元电池，其包含电解质层和隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对的空气极及燃料极；
金属制的第1互连件和第2互连件，该第1互连件和第2互连件隔着所述单元电池在所述第1方向上彼此相对；
金属制的分隔件，其形成有通孔，该分隔件的包围所述通孔的部分与所述单元电池的周缘部相接合，该分隔件划分出面向所述空气极的空气室和面向所述燃料极的燃料室；
金属制的框架构件，其配置在所述分隔件和所述第1互连件之间，形成有构成所述燃料室和所述空气室中的一者即第1室的通孔；以及
气密构件，其配置在所述分隔件和所述第2互连件之间，具有与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并将所述燃料室和所述空气室中的另一者即第2室密封的接触部，
该燃料电池发电单元的特征在于，
在就与所述第1方向正交的第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比所述接触部中的配置在最接近所述单元电池的位置的所述接触部远的位置，形成有将所述分隔件和所述框架构件之间密封的第1焊接部及将所述框架构件和所述第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。
(2)一种燃料电池堆，其包括在第1方向上排列配置的多个燃料电池发电单元以及隔着所述多个燃料电池发电单元在所述第1方向上彼此相对的金属制的第1端板和第2端板，该燃料电池堆的特征在于，
各所述燃料电池发电单元包括：
单元电池，其包含电解质层和隔着所述电解质层在所述第1方向上彼此相对的空气极及燃料极；
金属制的第1互连件和第2互连件，该第1互连件和第2互连件在所述第1方向上与所述单元电池相对；
金属制的分隔件，其形成有通孔，该分隔件的包围所述通孔的部分与所述单元电池的周缘部相接合，该分隔件划分出面向所述空气极的空气室和面向所述燃料极的燃料室；
金属制的框架构件，其配置在所述分隔件和与所述分隔件的一个面相对的所述第1互连件之间，形成有构成所述燃料室和所述空气室中的任一者即第1室的通孔；以及
气密构件，其配置在所述分隔件和所述第2互连件之间，所述第2互连件与所述分隔件的同所述框架构件相对的面相反侧的面相对，并且该气密构件具有接触部，该接触部与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并将所述燃料室和所述空气室中的另一者即第2室密封，
在各所述燃料电池发电单元中，在就与所述第1方向正交的第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比所述接触部中的配置在最接近所述单元电池的位置的所述接触部远的位置，形成有将所述分隔件和所述框架构件之间密封的第1焊接部及将所述框架构件和所述第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。
附图标记说明
22、螺栓；24、螺母；26、绝缘片；27、气体通路构件；28、主体部；29、分支部；100、燃料电池堆；102、发电单元；103、热交换部；104、端板；106、端板；108、连通孔；110、单元电池；112、电解质层；114、空气极；116、燃料极；120、分隔件；121、孔；124、接合部；130、空气极侧框架；131、孔；132、氧化剂气体供给连通孔；133、氧化剂气体排出连通孔；134、空气极侧集电体；137、接触部；138、第2接触部；140、燃料极侧框架；141、孔；142、燃料气体供给连通孔；143、燃料气体排出连通孔；144、燃料极侧集电体；145、电极相对部；146、互连件相对部；147、连接部；149、隔离件；150、互连件；152、薄板部；161、氧化剂气体导入歧管；162、氧化剂气体排出歧管；163、氧化剂气体供给歧管；166、空气室；171、燃料气体导入歧管；172、燃料气体排出歧管；176、燃料室；182、孔；184、连通孔；186、连通孔；188、热交换流路；410、第1焊接部；420、第2焊接部；510、薄板部；520、厚板部。

Claims (7)

1.一种燃料电池发电单元，其包括：
单元电池，其包含电解质层和隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对的空气极及燃料极；
金属制的第1互连件和第2互连件，该第1互连件和第2互连件隔着所述单元电池在所述第1方向上彼此相对；
金属制的分隔件，其形成有通孔，该分隔件的包围所述通孔的部分与所述单元电池的周缘部相接合，该分隔件划分出面向所述空气极的空气室和面向所述燃料极的燃料室；
金属制的框架构件，其配置在所述分隔件和所述第1互连件之间，形成有构成所述燃料室和所述空气室中的一者即第1室的通孔；以及
气密构件，其配置在所述分隔件和所述第2互连件之间，具有与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并将所述燃料室和所述空气室中的另一者即第2室密封的接触部，
该燃料电池发电单元的特征在于，
在所述燃料电池发电单元的一部分且是在所述第1方向上与所述接触部重叠的部分即接触重复部分，存在所述气密构件、所述分隔件、所述框架构件、所述第1互连件和所述第2互连件，
在就与所述第1方向正交的第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比与所述接触部中的、配置在最接近所述单元电池的位置的所述接触部相对应的所述接触重复部分远的位置，形成有将所述分隔件和所述框架构件之间密封的第1焊接部及将所述框架构件和所述第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发电单元，其特征在于，
在所述燃料电池发电单元的一部分且是在所述第1方向上与所述第1焊接部和所述第2焊接部中的至少一者重叠的部分即焊接重复部分中的、在所述第2方向上与所述气密构件重叠的范围存在空间。
3.根据权利要求1所述的燃料电池发电单元，其特征在于，
在所述燃料电池发电单元的一部分且是在所述第1方向上与所述第1焊接部和所述第2焊接部中的至少一者重叠的部分即焊接重复部分中的、在所述第2方向上与所述第1互连件和所述第2互连件中的至少一者重叠的范围存在空间。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池发电单元，其特征在于，
所述气密构件在就所述第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比所述第1焊接部和所述第2焊接部远的位置具有第2接触部，该第2接触部与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并进行密封。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池发电单元，其特征在于，
所述气密构件在所述第1方向上与所述框架构件和所述单元电池之间的空间重叠。
6.一种燃料电池堆，其包括多个燃料电池发电单元，其特征在于，
所述多个燃料电池发电单元中的至少一者是权利要求1～5中任一项所述的燃料电池发电单元。
7.一种燃料电池堆，其包括在第1方向上排列配置的多个燃料电池发电单元和隔着所述多个燃料电池发电单元在所述第1方向上彼此相对的金属制的第1端板和第2端板，该燃料电池堆的特征在于，
各所述燃料电池发电单元包括：
单元电池，其包含电解质层和隔着所述电解质层在所述第1方向上彼此相对的空气极及燃料极；
金属制的第1互连件和第2互连件，该第1互连件和第2互连件在所述第1方向上与所述单元电池相对；
金属制的分隔件，其形成有通孔，该分隔件的包围所述通孔的部分与所述单元电池的周缘部相接合，该分隔件划分出面向所述空气极的空气室和面向所述燃料极的燃料室；
金属制的框架构件，其配置在所述分隔件和与所述分隔件的一个面相对的所述第1互连件之间，形成有构成所述燃料室和所述空气室中的任一者即第1室的通孔；以及
气密构件，其配置在所述分隔件和所述第2互连件之间，所述第2互连件与所述分隔件的同所述框架构件相对的面相反侧的面相对，该气密构件具有接触部，该接触部与所述分隔件的靠所述第2互连件侧的表面和所述第2互连件的靠所述分隔件侧的表面这两者接触并将所述燃料室和所述空气室中的另一者即第2室密封，
在所述燃料电池堆的一部分且是在所述第1方向上与各所述燃料电池发电单元的所述接触部重叠的部分即接触重复部分，存在各所述燃料电池发电单元的所述气密构件、所述分隔件、所述框架构件、所述第1互连件和所述第2互连件、所述第1端板和第2端板，
在各所述燃料电池发电单元中，在就与所述第1方向正交的第2方向上的距所述单元电池的外周部的距离而言比与所述接触部中的、配置在最接近所述单元电池的位置的所述接触部相对应的所述接触重复部分远的位置，形成有将所述分隔件和所述框架构件之间密封的第1焊接部及将所述框架构件和所述第1互连件之间密封的第2焊接部中的至少一者。
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