CN115799574A - 电化学反应电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制燃料室内的气体的流动受到妨碍并抑制因与单电池连接的导电性构件的变形而导致电化学反应电池堆的性能降低的电化学反应电池堆。该电化学反应电池堆具备多个电化学反应单元，该电化学反应单元具有单电池、与单电池连接的特定导电性构件、以及与单电池电连接的导电性的互连件。电化学反应单元具有导电性的气体流通构件，该气体流通构件位于沿着第一方向观察时在单电池的外侧由特定导电性构件和互连件导电性部分来划定的第一气体流路内。在气体流通构件上形成有作为第一气体流路的一部分的第二气体流路。电化学反应单元具备绝缘性构件，该绝缘性构件位于特定导电性构件和互连件导电性部分中的至少一方与气体流通构件之间。

Description

电化学反应电池堆

技术领域

由本说明书公开的技术涉及电化学反应电池堆。

背景技术

作为利用氢与氧的电化学反应来进行发电的燃料电池的一种，已知有固体氧化物型的燃料电池(以下，称为“SOFC”。)。SOFC通常以多个构成单元(以下，称为“发电单元”。)沿着规定的方向(以下，称为“第一方向”。)排列配置而成的燃料电池堆的形态被利用。各发电单元具有燃料电池单电池(以下，简称为“单电池”。)、与单电池连接的单电池用分隔件以及互连件。单电池具备包含固体氧化物的电解质层、隔着电解质层在第一方向上彼此对置的空气极及燃料极。单电池用分隔件是用于划分空气室(面向空气极的空间)与燃料室(面向燃料极的空间)的导电性构件。互连件是与单电池电连接的导电性构件。互连件具备在第一方向上与单电池用分隔件对置的导电性部分(以下，称为“互连件导电性部分”。)。燃料室和空气室中的至少一方(以下，称为“特定气体室”。)的至少一部分(以下，称为“第一气体流路”。)在沿着第一方向观察时在单电池的外侧，由单电池用分隔件和互连件导电性部分来划定(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－62655号公报

发明内容

本发明要解决的问题

就现有的燃料电池堆的结构而言，在发电运转期间会在燃料室内的气体的压力与空气室内的气体的压力之间产生差异。例如，空气室中的气体的压力会变得比燃料室中的气体的压力高。因此，就现有的燃料电池堆的结构而言，存在如下可能性：因燃料室与空气室之间的气体的压力差而在单电池用分隔件上产生应力，从而导致单电池用分隔件中的没有被单电池、其他构件支承的部分(比较容易变形的部分)发生变形。这样的变形若是发生在单电池用分隔件上，则可能会妨碍第一气体流路中的气体的流动而使得燃料电池堆的性能降低。

需要说明的是，这样的课题在将单电池用分隔件置换为与单电池连接的其他的导电性构件的结构中也是共通的课题。另外，该课题在具备多个利用水的电分解反应来进行氢的生成的固体氧化物型的电解电池(以下，称为“SOEC”。)的构成单元即电解电池单元的电解电池堆中也是共通的课题。需要说明的是，在本说明书中，将燃料电池单电池和电解单电池统称为电化学反应单电池，将燃料电池发电单元和电解电池单元统称为电化学反应单元，将燃料电池堆和电解电池堆统称为电化学反应电池堆。另外，这样的课题不限于SOFC、SOEC，在其他类型的电化学反应电池堆中也是共通的课题。

在本说明书中，会公开能够解决上述的课题的技术。

用于解决课题的方案

本说明书所公开的技术例如能够作为以下的方案来实现。

(1)本说明书所公开的电化学反应电池堆具备沿着第一方向排列配置的多个电化学反应单元，其中，所述电化学反应单元分别具有：单电池，其包括电解质层、隔着所述电解质层在所述第一方向上相互对置的燃料极及空气极；特定导电性构件，其是与所述单电池连接的导电性构件；以及互连件，其是与所述单电池电连接的导电性的互连件，具备在所述第一方向上与所述特定导电性构件对置的作为导电性部分的互连件导电性部分，在各所述电化学反应单元中，形成有面向所述燃料极的燃料室和面向所述空气极的空气室，在沿着所述第一方向观察时相对于所述单电池在外侧由所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分来划定作为特定气体室的至少一部分的第一气体流路，其中，所述特定气体室是所述燃料室和所述空气室中的至少一方，至少一个所述电化学反应单元即特定电化学反应单元具有位于所述第一气体流路内的导电性的气体流通构件，在所述气体流通构件上形成有作为所述第一气体流路的一部分的第二气体流路，在所述电化学反应电池堆中，所述特定电化学反应单元具备绝缘性构件，该绝缘性构件位于所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的至少一方与所述气体流通构件之间。

在本电化学反应电池堆中，通过具备气体流通构件，由此能够抑制因特定导电性构件、互连件导电性部分发生变形而使得特定导电性构件与互连件导电性部分接触。因此，根据本电化学反应电池堆，能够抑制特定导电性构件与互连件导电性部分接触而导致气体的流动受到妨碍。

进而，根据本电化学反应电池堆，通过具备位于特定导电性构件和互连件导电性部分中的至少一方与具有导电性的气体流通构件之间的绝缘性构件，由此能够抑制特定导电性构件与互连件导电性部分经由具有导电性的气体流通构件而发生短路。

(2)在上述电化学反应电池堆中，也可以设为如下结构：所述气体流通构件由金属构成，在所述气体流通构件上形成有构成所述第二气体流路的多个槽，在沿着所述第一方向观察时，所述多个槽在沿着距所述气体流通构件最近的所述单电池的边的第二方向上排列，各所述槽沿着与所述第二方向交叉的方向延伸。

在本电化学反应电池堆中，通过形成有上述那样的结构的多个槽，由此气体容易在沿着第一方向观察时与第二方向交叉的方向上扩散，进而，能够提高上述电化学反应电池堆的发电性能。此外，由于气体流通构件由金属构成，因此与由其他材料(例如陶瓷)构成的情况相比，能够容易地形成上述的多个槽(例如使用冲压机来形成)。

(3)在上述电化学反应电池堆中，也可以设为如下结构：在沿着所述第一方向并且包括所述单电池在内的至少一个剖面中，在划定所述第一气体流路的所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的一方，形成有收容所述气体流通构件的收容槽，位于所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的另一方与所述气体流通构件之间的所述绝缘性构件从所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的所述一方分离。

假设第一气体流路、气体流通构件(尤其是槽)为上述那样的结构并且绝缘性构件与特定导电性构件和互连件导电性部分中的一方接触(以下，称为“比较结构”。)，则会因绝缘性构件的存在而使气体的流路堵塞，从而导致气体的流动受到妨碍。相对于此，在本电化学反应电池堆中，在上述剖面(沿着第一方向且包括单电池在内的至少一个剖面)中，绝缘性构件从特定导电性构件和互连件导电性部分中的一方分离，因此气体的流动不会像上述的比较结构那样受到妨碍，能够确保气体的良好的流通性。

(4)在上述电化学反应电池堆中，也可以设为如下结构：所述特定电化学反应单元还具备定位机构，该定位机构用于进行所述气体流通构件与所述绝缘性构件在与所述第一方向正交的面方向上的相对位置的定位。

在假设不具备定位机构的现有的结构中，气体流通构件与绝缘性构件在与第一方向正交的面方向上的相对位置容易发生偏移，由此，在沿着第一方向观察时，绝缘性构件与气体流通构件不重叠的部分的面积变大，进而，容易产生气体的流通性受到妨碍这样的问题。相对于此，在本电化学反应电池堆中，通过具备用于进行气体流通构件与绝缘性构件在与第一方向正交的面方向上的相对位置的定位的定位机构，由此能够抑制上述那样的问题的产生。

(5)在上述电化学反应电池堆中，也可以设为在沿着所述第一方向观察时所述气体流通构件的整体与所述绝缘性构件重叠的结构。在本电化学反应电池堆中，在上述那样沿着第一方向观察时，更不易产生气体流通构件不与绝缘性构件重叠的部分。因而，根据本电化学反应电池堆，能够更有效地抑制特定导电性构件与互连件导电性部分发生短路。

(6)在上述电化学反应电池堆中，也可以设为所述气体流通构件的所述第一方向上的长度比所述绝缘性构件的所述第一方向上的长度长的结构。与气体流通构件的第一方向上的长度为绝缘性构件的第一方向上的长度以下的结构相比，在本电化学反应电池堆中，通过增大气体流通构件的第一方向上的长度，由此能够有效地提高通过第二气体流路的气体的流通性，进而能够提高上述电化学反应电池堆的发电性能。

需要说明的是，本说明书所公开的技术能够以各种形式实现，例如能够以电化学反应电池堆(燃料电池堆或电解电池堆)、它们的制造方法等形式来实现。

附图说明

图1是表示本实施方式中的燃料电池堆100的外观结构的立体图。

图2是表示图1的II－II的位置处的燃料电池堆100的XZ剖面结构的说明图。

图3是表示图1的III－III的位置处的燃料电池堆100的XZ剖面结构的说明图。

图4是表示图1的IV－IV的位置处的燃料电池堆100的YZ剖面结构的说明图。

图5是表示与图2所示的剖面同一位置处的彼此邻接的两个发电单元102的XZ剖面结构的说明图。

图6是表示与图3所示的剖面同一位置处的彼此邻接的两个发电单元102的XZ剖面结构的说明图。

图7是表示与图4所示的剖面同一位置处的彼此邻接的两个发电单元102的YZ剖面结构的说明图。

图8是表示图5～图7的VIII－VIII的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图。

图9是表示图5～图7的IX－IX的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图。

图10是表示图5～图7的X－X的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图。

图11是简要示出气体流通构件50的外观结构的说明图。

图12是将发电单元102的一部分(图6的Xp的部分)的XY剖面(图9及图10的XII－XII剖面)结构放大示出的说明图。

图13是将发电单元102的一部分的XY剖面(图10的XIII－XIII剖面)结构放大示出的说明图。

符号说明

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32、34：孔50：气体流通构件50a：第一气体流通构件50b：第二气体流通构件51：(气体流通构件的中央部的)第一部分52：(气体流通构件的中央部的)第二部分53：(气体流通构件的)中央部54、55：(气体流通构件的)端部56：绝缘性构件56a：第一绝缘性构件56b：第二绝缘性构件57：(绝缘性构件的)中央部58、59：(绝缘性构件的)端部60：固定部100：燃料电池堆102：发电单元103：发电块104、106：端板104：上侧端板106：下侧端板108：连通孔109：螺栓孔110：单电池112：电解质层114：空气极116：燃料极118：防止反应层120：单电池用分隔件121：贯通孔124：接合部125：玻璃密封部126：(单电池用分隔件的)内侧部127：(单电池用分隔件的)外侧部128：(单电池用分隔件的)连结部1281：(单电池用分隔件的连结部的)第一部分1282：(单电池用分隔件的连结部的)第二部分1283：(单电池用分隔件的连结部的)第三部分129：收容槽130：空气极侧框架131：孔132：氧化剂气体供给连通流路133：氧化剂气体排出连通流路134：空气极侧集电部140：燃料极侧框架141：孔142：燃料气体供给连通流路143：燃料气体排出连通流路144：燃料极侧集电构件145：(燃料极侧集电构件的)电极对置部146：(燃料极侧集电构件的)互连件对置部147：(燃料极侧集电构件的)连接部149：垫片150：平板部161、161：氧化剂气体供给歧管162：氧化剂气体排出歧管166：空气室171：燃料气体供给歧管172：燃料气体排出歧管176：燃料室177：单电池重复流路178：单电池非重复流路179：槽180：IC用分隔件1881：(IC用分隔件的连结部的)第一部分1882：(IC用分隔件的连结部的)第二部分1883：(IC用分隔件的连结部的)第三部分181：贯通孔186：(IC用分隔件的)内侧部187：(IC用分隔件的)外侧部188：(IC用分隔件的)连结部189：下端用分隔件190：互连件194：被覆层196：导电性接合材FG：燃料气体FOG：燃料废气OG：氧化剂气体OOG：氧化剂废气。

具体实施方式

A.实施方式

A－1.结构

(燃料电池堆100的结构)

图1是表示本实施方式中的燃料电池堆100的外观结构的立体图，图2是表示图1(及后述的图8及图9)的II－II的位置处的燃料电池堆100的XZ剖面结构的说明图，图3是表示图1的III－III的位置处的燃料电池堆100的XZ剖面结构的说明图，图4是表示图1的IV－IV的位置处的燃料电池堆100的YZ剖面结构的说明图。在各图中，示出用于确定方向的彼此正交的XYZ轴。在本说明书中，为了方便，将Z轴正方向称为上方向，将Z轴负方向称为下方向，但燃料电池堆100实际上也可以设置为与这样的朝向不同的朝向。这对于图5以后也同样。

燃料电池堆100具备多个(在本实施方式中为七个)燃料电池发电单元(以下，简称为“发电单元”。)102、下端用分隔件189以及一对端板104、106。七个发电单元102沿着规定的排列方向(在本实施方式中为上下方向)排列配置。一对端板104、106中的一方(以下，称为“上侧端板104”。)配置在由七个发电单元102和下端用分隔件189构成的集合体(以下，称为“发电块103”。)的上侧，一对端板104、106中的另一方(以下，称为“下侧端板106”。)配置在发电块103的下侧。一对端板104、106以从上下夹持由七个发电单元102和下端用分隔件189构成的集合体(以下，称为“发电块103”。)的方式配置。需要说明的是，上述排列方向(Z轴方向、上下方向)是权利要求书中的第一方向的一例。

如图1及图4所示，在构成燃料电池堆100的各层(上侧端板104、各发电单元102、下端用分隔件189)的绕Z轴方向的外周的四个角部附近形成有沿上下方向贯通各层的孔，在下侧端板106的绕Z轴方向的外周的四个角部附近的上侧的表面上形成有孔(螺纹孔)。形成于上述各层且互相对应的孔彼此在上下方向上连通，构成沿着上下方向延伸的螺栓孔109。在以下的说明中，有时将为了构成螺栓孔109而形成于燃料电池堆100的各层的孔也称为螺栓孔109。

在各螺栓孔109中插入有螺栓22。各螺栓22的下端部与形成于下侧端板106的螺纹孔螺合，在各螺栓22的上端部嵌合有螺母24。螺母24的下侧的表面隔着绝缘片26与端板104的上侧的表面抵接。利用这样的结构的螺栓22及螺母24将燃料电池堆100的各层紧固连结为一体。需要说明的是，绝缘片26例如由云母片、陶瓷纤维片、陶瓷粉压片、玻璃片、玻璃陶瓷复合材料等构成。

另外，如图1～图3所示，在构成燃料电池堆100的各层(各发电单元102、下端用分隔件189、下侧端板106)的绕Z轴方向的周缘部形成有沿上下方向贯通各层的四个孔，形成于各层且互相对应的孔彼此在上下方向上连通，构成从最上部的发电单元102到下侧端板106地沿上下方向延伸的连通孔108。在以下的说明中，有时将为了构成连通孔108而形成于燃料电池堆100的各层的孔也称为连通孔108。

如图1及图2所示，位于构成燃料电池堆100的绕Z轴方向的外周的一个边(与Y轴平行的两个边中的X轴正方向侧的边)的附近的一个连通孔108作为将氧化剂气体OG从燃料电池堆100的外部导入并将该氧化剂气体OG向各发电单元102的后述的空气室166供给的气体流路即氧化剂气体供给歧管161来发挥功能，位于该边的相反侧的边(与Y轴平行的两个边中的X轴负方向侧的边)的附近的一个连通孔108作为将从各发电单元102的空气室166排出的气体即氧化剂废气OOG向燃料电池堆100的外部排出的气体流路即氧化剂气体排出歧管162来发挥功能。需要说明的是，作为氧化剂气体OG，例如使用空气。

另外，如图1及图3所示，位于构成燃料电池堆100的绕Z轴方向的外周的边中的最靠近上述的作为氧化剂气体排出歧管162来发挥功能的连通孔108的边的附近的另一个连通孔108作为将燃料气体FG从燃料电池堆100的外部导入并将该燃料气体FG向各发电单元102的后述的燃料室176供给的气体流路即燃料气体供给歧管171来发挥功能，位于最靠近上述的作为氧化剂气体供给歧管161来发挥功能的连通孔108的边的附近的另一个连通孔108作为将从各发电单元102的燃料室176排出的气体即燃料废气FOG向燃料电池堆100的外部排出的气体流路即燃料气体排出歧管172来发挥功能。需要说明的是，作为燃料气体FG，使用例如对城市燃气进行重整而得到的富氢气体。

如图2及图3所示，在燃料电池堆100中设置有四个气体通路构件27。各气体通路构件27具有中空筒状的主体部28和从主体部28的侧面分支的中空筒状的分支部29。分支部29的孔与主体部28的孔连通。在各气体通路构件27的分支部29连接气体配管(未图示)。如图2所示，配置在氧化剂气体供给歧管161的位置处的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体供给歧管161连通，配置在氧化剂气体排出歧管162的位置处的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体排出歧管162连通。另外，如图3所示，配置在燃料气体供给歧管171的位置处的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体供给歧管171连通，配置在燃料气体排出歧管172的位置处的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体排出歧管172连通。需要说明的是，在各气体通路构件27与下侧端板106的表面之间夹设有绝缘片26。

(端板104、106的结构)

一对端板104、106是沿着Z轴方向观察时的外形为大致矩形的平板状的构件，由例如不锈钢等导电材料形成。在一对端板104、106的中央附近分别形成有沿Z轴方向贯通的孔32、34。在沿着Z轴方向观察时，分别形成于一对端板104、106的孔32、34的内周线将后述的各单电池110内包其中。因此，因各螺栓22与螺母24的紧固连结而产生的Z轴方向的压缩力主要作用于各发电单元102的周缘部(后述的比各单电池110靠外侧的部分)。另外，在本实施方式中，上侧端板104作为燃料电池堆100的正极侧的输出端子来发挥功能，下侧端板106作为燃料电池堆100的负极侧的输出端子来发挥功能。

(下端用分隔件189的结构)

下端用分隔件189是沿着Z轴方向观察时的外形为大致矩形的平板状的构件，由例如金属形成。下端用分隔件189的周缘部在被夹入最下侧的发电单元102与下侧端板106之间的状态下，通过例如焊接与下侧端板106接合，从而与下侧端板106电连接。

(发电单元102的结构)

图5是表示与图2所示的剖面同一位置处的彼此邻接的两个发电单元102的XZ剖面结构的说明图，图6是表示与图3所示的剖面同一位置处的彼此邻接的两个发电单元102的XZ剖面结构的说明图，图7是表示与图4所示的剖面同一位置处的彼此邻接的两个发电单元102的YZ剖面结构的说明图。另外，图8是表示图5～图7的VIII－VIII的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图，图9是表示图5～图7的IX－IX的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图。

如图5～图7所示，发电单元102具备燃料电池单电池(以下，称为“单电池”。)110、单电池用分隔件120、空气极侧框架130、燃料极侧框架140、燃料极侧集电构件144、构成发电单元102的最上层及最下层的一对互连件190及一对IC用分隔件180。在单电池用分隔件120、空气极侧框架130、燃料极侧框架140、IC用分隔件180中的绕Z轴方向的周缘部，形成有构成作为各歧管161、162、171、172来发挥功能的各连通孔108的孔、构成各螺栓孔109的孔。需要说明的是，单电池用分隔件120是权利要求书中的特定导电性构件的一例。

单电池110具备电解质层112、隔着电解质层112在Z轴方向上相互对置的空气极114及燃料极116、配置在电解质层112与空气极114之间的防止反应层118。需要说明的是，本实施方式的单电池110是由燃料极116来支承构成单电池110的其他层(电解质层112、空气极114、防止反应层118)的燃料极支承型的单电池。

电解质层112是在沿着Z轴方向观察时呈大致矩形的平板形状构件，构成为包含固体氧化物(例如YSZ(氧化钇稳定氧化锆))。即，本实施方式的单电池110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)。空气极114是在沿着Z轴方向观察时比电解质层112小的大致矩形的平板形状构件，构成为例如包含钙钛矿型氧化物(例如LSCF(镧锶钴铁氧化物))。燃料极116是在沿着Z轴方向观察时大小与电解质层112大致相同的大致矩形的平板形状构件，例如由Ni(镍)、Ni与陶瓷粒子构成的金属陶瓷、Ni基合金等形成。防止反应层118是在沿着Z轴方向观察时大小与空气极114大致相同的大致矩形的平板形状构件，构成为例如包含GDC(钆掺杂氧化铈)和YSZ。防止反应层118具有抑制从空气极114扩散的元素(例如Sr)与电解质层112中包含的元素(例如Zr)发生反应而生成高电阻的物质(例如SrZrO₃)的功能。

单电池用分隔件120是在中央附近形成有沿上下方向贯通的大致矩形的贯通孔121的框架状的导电性构件，例如由金属形成。单电池用分隔件120的板厚比较薄，例如为0.05mm以上且0.2mm以下这样的程度。单电池用分隔件120中的包围贯通孔121的部分(以下，称为“贯通孔周围部”。)与单电池110(电解质层112)的周缘部的上侧的表面对置。单电池用分隔件120通过配置在该对置的部分的钎料(例如Ag钎料)所形成的接合部124而与单电池110(电解质层112)接合。因此，可以说单电池用分隔件120经由接合部124与单电池110电连接。通过单电池用分隔件120来划分面向空气极114的空气室166与面向燃料极116的燃料室176，从而抑制单电池110的周缘部处的从一个电极侧向另一个电极侧的气体的泄漏(穿透泄漏)。

单电池用分隔件120具备包括单电池用分隔件120的贯通孔周围部(包围贯通孔121的部分)在内的内侧部126、比内侧部126靠外侧的外侧部127、以及连结内侧部126与外侧部127的连结部128。在本实施方式中，内侧部126及外侧部127形成为沿着与Z轴方向大致正交的方向延伸的大致平板状。另外，连结部128成为相对于内侧部126和外侧部127这两方朝向下侧突出地弯曲的形状。连结部128中的下侧(燃料室176侧)的部分成为凸部，连结部128中的上侧(空气室166侧)的部分成为凹部。因此，连结部128包括Z轴方向上的位置与内侧部126及外侧部127不同的部分。

在单电池用分隔件120的贯通孔121附近配置有包含玻璃的玻璃密封部125。玻璃密封部125相对于接合部124而言位于空气室166侧，形成为与单电池用分隔件120的贯通孔周围部的表面和单电池110(在本实施方式中为电解质层112)的表面这两方接触。能够通过玻璃密封部125来有效地抑制单电池110的周缘部处的从一个电极侧向另一个电极侧的气体的泄漏(穿透泄漏)。

互连件190是具有大致矩形的平板形状的平板部150和从平板部150向空气极114侧突出的多个大致柱状的空气极侧集电部134的导电性的构件，由金属(例如铁氧体系不锈钢)形成。在本实施方式中，在互连件190的表面(面向空气室166的表面)上形成有由例如尖晶石型氧化物构成的导电性的被覆层194。以下，将由被覆层194覆盖的互连件190简称为“互连件190”。在各发电单元102中，上侧的互连件190(的平板部150)相对于单电池110以隔着空气室166的方式配置在上侧。上侧的互连件190(的各空气极侧集电部134)经由例如由尖晶石型氧化物构成的导电性接合材196与单电池110的空气极114接合，由此与单电池110的空气极114电连接。另外，在各发电单元102中，下侧的互连件190相对于单电池110以隔着燃料室176的方式配置在下侧，并经由后述的燃料极侧集电构件144与单电池110的燃料极116电连接。互连件190用于确保发电单元102之间的电导通并且抑制发电单元102之间的反应气体的混合。需要说明的是，在本实施方式中，在两个发电单元102邻接配置的情况下，一个互连件190为邻接的两个发电单元102所共有。即，某发电单元102中的上侧的互连件190是与和该发电单元102在上侧邻接的另一发电单元102中的下侧的互连件190相同的构件。另外，由于燃料电池堆100具备下端用分隔件189，因此在燃料电池堆100中，位于最下侧的发电单元102不具备下侧的互连件190(参照图2～图4)。

IC用分隔件180是在中央附近形成有沿上下方向贯通的大致矩形的贯通孔181的框架状的构件，由例如金属形成。IC用分隔件180的板厚比较薄，例如为0.05mm以上且0.2mm以下这样的程度。IC用分隔件180在Z轴方向上与单电池用分隔件120对置。IC用分隔件180中的包围贯通孔181的部分(以下，称为“贯通孔周围部”。)通过例如焊接与互连件190的平板部150的周缘部中的上侧的表面接合。某发电单元102所包含的一对IC用分隔件180中的上侧的IC用分隔件180用于划分该发电单元102的空气室166和与该发电单元102在上侧相邻的另一发电单元102的燃料室176。另外，某发电单元102所包含的一对IC用分隔件180中的下侧的IC用分隔件180用于划分该发电单元102的燃料室176和与该发电单元102在下侧相邻的另一发电单元102的空气室166。这样，能够通过IC用分隔件180来抑制发电单元102的周缘部处的发电单元102之间的气体的泄漏。需要说明的是，在燃料电池堆100中，与位于最上侧的发电单元102的上侧的互连件190接合的IC用分隔件180电连接于上侧端板104。

IC用分隔件180具备包括IC用分隔件180的贯通孔周围部(包围贯通孔181的部分)在内的内侧部186、比内侧部186靠外侧的外侧部187、以及连结内侧部186与外侧部187的连结部188。在本实施方式中，内侧部186及外侧部187形成为沿着与Z轴方向大致正交的方向延伸的大致平板状。另外，连结部188成为相对于内侧部186和外侧部187这两方朝向下侧突出地弯曲的形状。连结部188中的下侧(空气室166侧)的部分成为凸部，连结部188中的上侧(燃料室176侧)的部分成为凹部(后述的收容槽129)。因此，连结部188包括Z轴方向上的位置与内侧部186及外侧部187不同的部分。

以下，将由互连件190和IC用分隔件180构成的复合体简称为“互连件190”。需要说明的是，包括IC用分隔件180在内的互连件190是权利要求书中的互连件的一例。另外，IC用分隔件180是权利要求书中的互连件导电性部分的一例。

如图5～图8所示，空气极侧框架130是在中央附近形成有沿Z轴方向贯通的大致矩形的孔131的框架状的构件，由例如云母等绝缘体形成。空气极侧框架130的孔131构成面向空气极114的空气室166。空气极侧框架130与单电池用分隔件120的周缘部中的上侧的表面及上侧的IC用分隔件180的周缘部中的下侧的表面接触，作为用于确保两者之间的气密性(即，空气室166的气密性)的密封构件来发挥功能。另外，通过空气极侧框架130来使发电单元102所包含的一对IC用分隔件180之间(即，一对互连件190之间)电绝缘。另外，在空气极侧框架130中形成有连通氧化剂气体供给歧管161与空气室166的氧化剂气体供给连通流路132以及连通空气室166与氧化剂气体排出歧管162的氧化剂气体排出连通流路133。

如图5～图7及图9所示，燃料极侧框架140是在中央附近形成有沿Z轴方向贯通的大致矩形的孔141的框架状的构件，由例如金属形成。燃料极侧框架140的孔141构成面向燃料极116的燃料室176。燃料极侧框架140与单电池用分隔件120的周缘部中的下侧的表面和下侧的IC用分隔件180的周缘部中的上侧的表面接触。另外，在燃料极侧框架140中形成有连通燃料气体供给歧管171与燃料室176的燃料气体供给连通流路142以及连通燃料室176与燃料气体排出歧管172的燃料气体排出连通流路143。

如图5～图7所示，燃料极侧集电构件144配置在燃料室176内。燃料极侧集电构件144具备互连件对置部146、电极对置部145以及将电极对置部145与互连件对置部146相连的连接部147，燃料极侧集电构件144由例如镍或镍合金、不锈钢等形成。电极对置部145与燃料极116的下侧的表面接触，互连件对置部146与互连件190(的平板部150)的上侧的表面接触。其中，如上所述，燃料电池堆100中位于最下侧的发电单元102不具备下侧的互连件190，因此该发电单元102中的燃料极侧集电构件144的互连件对置部146与下端用分隔件189接触。由于燃料极侧集电构件144形成为这样的结构，因此将燃料极116与互连件190(或下端用分隔件189)电连接。需要说明的是，在燃料极侧集电构件144的电极对置部145与互连件对置部146之间配置有由例如云母形成的垫片149。因此，燃料极侧集电构件144会追随因温度循环、反应气体压力变动而导致的发电单元102的变形，从而良好地维持燃料极116与互连件190(或下端用分隔件189)经由燃料极侧集电构件144的电连接。

A－2.气体流通构件50及绝缘性构件56的结构

本实施方式的燃料电池堆100还具备气体流通构件50及绝缘性构件56。以下，对气体流通构件50及绝缘性构件56的结构进行说明。如上所述，图9是表示图5～图7的IX－IX的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图。图10是表示图5～图7的X－X的位置处的发电单元102的XY剖面结构的说明图。图11是简要示出气体流通构件50的外观结构的说明图。图12是将发电单元102的一部分(图6的Xp的部分)的XY剖面(图9及图10的XII－XII剖面)结构放大示出的说明图。图13是将发电单元102的一部分的XY剖面(图10的XIII－XIII剖面)结构放大示出的说明图。需要说明的是，可以说图12及图13所示的燃料电池堆100的剖面是燃料电池堆100中的沿着Z轴方向且包括单电池110在内的剖面。

如图9～图13所示，就燃料室176而言，在沿着Z轴方向观察时，在燃料室176中具有与单电池110重叠的部分(以下，称为“单电池重复流路”。)177、和不与单电池110重叠的部分(换言之，相对于单电池110位于外侧的部分)(以下，称为“单电池非重复流路”。)178。单电池非重复流路178主要由单电池用分隔件120和互连件190(更具体而言为IC用分隔件180)来划定。需要说明的是，作为燃料室176的一部分的单电池非重复流路178是权利要求书中的第一气体流路的一例。

(关于气体流通构件50)

如图9及图11所示，气体流通构件50整体上是沿着规定的方向(在本实施方式中为Y轴方向)延伸的长条状的导电性构件，由例如金属形成。气体流通构件50具有占据其大致整体的中央部53和分别位于中央部53的Y轴方向上的两端的端部54、55。需要说明的是，在图11中，图示出气体流通构件50的中央部53的一部分，省略了气体流通构件50的中央部53在延伸方向(Y轴方向)上的两端部以及气体流通构件50的端部54、55的图示。

气体流通构件50的中央部53是通过对板材的中央部以剖面成为波形的方式进行折弯加工而制作出的部分，气体流通构件50的端部54、55是由该板材的端部构成的平板状部分。即，气体流通构件50的中央部53具有如下的结构，该结构通过沿着与气体流通构件50整体的延伸方向(Y轴方向)正交的方向(XZ面内方向)延伸的平板状的多个部分(以下，称为“第一部分51”。)、与分别将相邻的两个第一部分51的端部之间连接的平板状的多个第二部分52在气体流通构件50整体的延伸方向(Y轴方向)上交替排列而成。由于气体流通构件50的中央部53形成为这样的结构，因此可以说在气体流通构件50的中央部53的上侧及下侧形成有沿着与气体流通构件50整体的延伸方向(Y轴方向)交叉(在本实施方式中为正交)的方向(在本实施方式中为X轴方向)延伸的多个槽179。需要说明的是，第一部分51的延伸方向(XZ面内方向)不平行于与Z轴方向正交的方向(XY面内方向)。换言之，第一部分51的延伸方向是与和Z轴方向正交的方向(XY面内方向)交叉的方向。另外，在本实施方式中，各第二部分52是沿着与上下方向(Z轴方向)正交的方向(XY面内方向)延伸的平板状的部分。

气体流通构件50的板厚t1为0.05mm以上且0.2mm以下这样的程度，例如为0.1mm。另外，气体流通构件50的高度h1(Z轴方向的大小)为0.4mm以上且1.0mm以下这样的程度，例如为0.7mm。需要说明的是，形成于气体流通构件50的槽179的深度d1为气体流通构件50的高度h1与板厚t1的差量(h1－t1)。另外，气体流通构件50的宽度W1(X轴方向的大小)为1mm以上且7mm以下这样的程度，例如为4mm。另外，气体流通构件50中的相邻的两个第一部分51之间的距离l1例如为5mm以上且15mm以下这样的程度，例如为10mm。

如图9、图10、图12及图13所示，气体流通构件50配置在发电单元102中的燃料室176(更具体而言为单电池非重复流路178)内。在本实施方式中，气体流通构件50载置在IC用分隔件180(更具体而言为连结部188)上。另外，在本实施方式中，在燃料电池堆100所包含的所有的发电单元102的燃料室176中，分别配置有两个气体流通构件50(第一气体流通构件50a及第二气体流通构件50b)。需要说明的是，在图12及图13中，示出两个气体流通构件50中的第一气体流通构件50a侧的剖面，省略了第二气体流通构件50b侧的剖面的图示，但第二气体流通构件50b侧的剖面的结构(尤其是气体流通构件50、后述的绝缘性构件56的结构)与第一气体流通构件50a侧的剖面的结构是同样的。另外，在图13中，示出气体流通构件50所具有的两个端部54、55中的一个端部54侧的剖面，但两个端部54、55中的另一个端部55侧的剖面的结构(尤其是气体流通构件50、后述的绝缘性构件56的结构)与两个端部54、55中的一个端部54侧的剖面的结构是同样的。

如图9所示，在沿着Z轴方向观察时，多个槽179在沿着距气体流通构件50(50a、50b)最近的单电池110的边(SI1、SI2)的方向即Y轴方向上排列。具体而言，形成于第一气体流通构件50a的多个槽179在沿着距第一气体流通构件50a最近的单电池110的边SI1的方向即Y轴方向上排列，形成于第二气体流通构件50b的多个槽179在沿着距第二气体流通构件50b最近的单电池110的边SI2的方向即Y轴方向上排列。

另外，如图5及图6所示，在各发电单元102中，两个气体流通构件50配置于在沿着Z轴方向观察时与单电池用分隔件120及IC用分隔件180重叠的位置。更具体而言，两个气体流通构件50配置于在沿着Z轴方向观察时与单电池用分隔件120及IC用分隔件180的各连结部128、188重叠的位置。

另外，如图9所示，第一气体流通构件50a在沿着Z轴方向观察时配置于燃料气体供给连通流路142与单电池110及互连件190的平板部150之间，第二气体流通构件50b在沿着Z轴方向观察时配置于燃料气体排出连通流路143与单电池110及互连件190的平板部150之间。

另外，在本实施方式中，第一气体流通构件50a整体的延伸方向(Y轴方向)与单电池110中的和燃料气体供给连通流路142对置的边即第一边SI1平行。另外，沿着与第一边SI1平行的方向(Y轴方向)的第一气体流通构件50a的长度L0为第一边SI1的长度L1的二分之一以上。更具体而言，第一气体流通构件50a的长度L0为第一边SI1的长度L1以上。同样，第二气体流通构件50b整体的延伸方向(Y轴方向)与单电池110中的和燃料气体排出连通流路143对置的边即第二边SI2平行。另外，沿着与第二边SI2平行的方向(Y轴方向)的第二气体流通构件50b的长度L0为第二边SI2的长度L1的二分之一以上。更具体而言，第二气体流通构件50b的长度L0为第二边SI2的长度L1以上。

如上所述，在各气体流通构件50上形成有沿着X轴方向延伸的多个槽179。各槽179的延伸方向(X轴方向)与燃料室176中的燃料气体FG的主要的流动方向一致。从燃料气体供给歧管171经由燃料气体供给连通流路142供给到燃料室176中的燃料气体FG的至少一部分通过形成于第一气体流通构件50a的各槽179内而到达面向单电池110(燃料极116)的位置，另外，从面向单电池110的位置通过形成于第二气体流通构件50b的各槽179内而到达面向燃料气体排出连通流路143的位置，经由燃料气体排出连通流路143向燃料气体排出歧管172排出。即，通过槽179的存在，即便将气体流通构件50配置在燃料室176内，也能够抑制燃料室176中的燃料气体FG的流动受到妨碍。需要说明的是，形成于各气体流通构件50的多个槽179是单电池非重复流路178的一部分，是权利要求书中的第二气体流路的一例。

另外，如图9所示，在本实施方式的燃料电池堆100中，各发电单元102还具备用于将气体流通构件50固定于IC用分隔件180(更具体而言为连结部188)的四个固定部60。固定部60在第一气体流通构件50a的两端部54、55侧各设置一个，在第二气体流通构件50b的两端部54、55侧各设置一个。各固定部60是通过规定的方法(例如钎焊或焊接等)形成且固定在IC用分隔件180(的连结部188)上的部分，由例如玻璃、钎料、焊痕形成。进而，气体流通构件50的各端部54、55形成为在沿着Z轴方向观察时将固定在IC用分隔件180上的固定部60的周围的至少一部分包围(换言之，把持)的形状，由此，能够抑制气体流通构件50相对于IC用分隔件180在XY面内方向(尤其是Y轴方向、X轴方向)上的位置偏移。

另外，本实施方式的燃料电池堆100的IC用分隔件180如上所述具备内侧部186、外侧部187和连结部188，连结部188形成为相对于内侧部186和外侧部187这两方朝向下侧突出地弯曲的形状。更详细而言，如图12及图13所示，IC用分隔件180的连结部188由第一部分1881、第二部分1882和第三部分1883构成。第一部分1881与内侧部186相连，且以随着朝向X轴正方向而位于Z轴正方向的方式沿着相对于X轴倾斜的方向延伸。第二部分1882与外侧部187相连，且以随着朝向X轴正方向而位于Z轴负方向的方式沿着相对于X轴倾斜的方向延伸。第三部分1883连结第一部分1881与第二部分1882，且沿着X轴方向延伸。需要说明的是，在本实施方式中，单电池用分隔件120的连结部128也是由同样形状的第一部分1281、第二部分1282和第三部分1283构成。

另外，如图12及图13所示，气体流通构件50收容在由IC用分隔件180的连结部188划定的槽(以下，称为“收容槽”。)129中。需要说明的是，在本实施方式中，气体流通构件50的整体收容在收容槽129中。因此，气体流通构件50的X轴方向上的最大长度比收容槽129的X轴方向上的最大长度短，气体流通构件50的Y轴方向上的最大长度比收容槽129的Y轴方向上的最大长度短。

(关于绝缘性构件56)

如图10、图12及图13所示，绝缘性构件56整体上是沿着气体流通构件50的延伸方向(Y轴方向)延伸的长条板状的绝缘性构件，由例如云母形成。

如图9及图10所示，在沿着Z轴方向观察时，绝缘性构件56位于与气体流通构件50的整体重叠的位置。换言之，在沿着Z轴方向观察时，气体流通构件50的整体与绝缘性构件56重叠。

另外，如图10所示，在本实施方式中，绝缘性构件56整体的延伸方向(Y轴方向)与单电池110中的和燃料气体供给连通流路142对置的边即第一边SI1平行。另外，沿着与第一边SI1平行的方向(Y轴方向)的第一绝缘性构件56a的长度L10为第一边SI1的长度L1的二分之一以上。更具体而言，第一绝缘性构件56a的长度L10比第一边SI1的长度L1长。同样，第二绝缘性构件56b整体的延伸方向(Y轴方向)与单电池110中的和燃料气体排出连通流路143对置的边即第二边SI2平行。另外，沿着与第二边SI2平行的方向(Y轴方向)的第二绝缘性构件56b的长度L10为第二边SI2的长度L1的二分之一以上。更具体而言，第二绝缘性构件56b的长度L10比第二边SI2的长度L1长。

如图12及图13所示，绝缘性构件56位于气体流通构件50与单电池用分隔件120之间。需要说明的是，在本实施方式中，绝缘性构件56分别与气体流通构件50及单电池用分隔件120接触。

如图10、图12及图13所示，绝缘性构件56具有占据其大致整体的中央部57和分别位于中央部57的Y轴方向的两端的端部58、59。如图12及图13所示，绝缘性构件56的各端部58、59的X轴方向(换言之，与绝缘性构件56整体的延伸方向(Y轴方向)正交的方向)上的长度比中央部57的X轴方向上的长度长。需要说明的是，在本实施方式中，绝缘性构件56的中央部57的X轴方向上的长度比收容槽129的底面(由IC用分隔件180的连结部188的第三部分1883划定的面)的X轴方向上的长度短。另外，绝缘性构件56的各端部58、59的X轴方向上的长度比收容槽129的底面的X轴方向上的长度长。

如图12所示，绝缘性构件56中的在X轴方向上的长度比较短的部分即中央部57从IC用分隔件180分离。因此，在绝缘性构件56的中央部57与IC用分隔件180之间存在间隙。该间隙与形成于气体流通构件50的各槽179连通，作为供燃料气体FG流动的流路来发挥功能。需要说明的是，收容槽129的底面(由IC用分隔件180的连结部188的第三部分1883划定的面)的延伸方向与燃料室176中的燃料气体FG的主要的流动方向(X轴方向)一致。另外，收容槽129的一对侧面(由IC用分隔件180的连结部188的第一部分1881、第二部分1882划定的面)的延伸方向沿着燃料室176中的燃料气体FG的主要的流动方向(X轴方向)。换言之，燃料电池堆100的XZ剖面上的收容槽129的一对侧面的延伸方向虽不与燃料室176中的燃料气体FG的主要的流动方向(X轴方向)一致，但也不同于与该方向正交的方向。通过将收容槽129的一对侧面的延伸方向设为这样的方向，由此能够在某种程度上抑制燃料气体FG的流动在收容槽129中受到妨碍。

如图13所示，绝缘性构件56中的在X轴方向上的长度比较长的部分即端部58、59载置在IC用分隔件180(更具体而言为IC用分隔件180的连结部188的第一部分1881和第二部分1882)上。如上所述，IC用分隔件180的连结部188的第一部分1881以随着朝向X轴正方向而位于Z轴正方向的方式沿着相对于X轴倾斜的方向延伸，第二部分1882以随着朝向X轴正方向而位于Z轴负方向的方式沿着相对于X轴倾斜的方向延伸。由于在这样的形状的IC用分隔件180的连结部188上载置有绝缘性构件56，因此能够抑制绝缘性构件56相对于IC用分隔件180在XY面内方向(尤其是X轴方向)上的位置偏移。

如上所述，气体流通构件50的各端部54、55形成为将固定在IC用分隔件180上的固定部60的周围的至少一部分包围的形状，由此，能够抑制气体流通构件50相对于IC用分隔件180在XY面内方向上的位置偏移。进而，由于在上述的形状的IC用分隔件180的连结部188上载置有绝缘性构件56，因此能够抑制绝缘性构件56在XY面内方向上的位置偏移。其结果是，能够抑制气体流通构件50与绝缘性构件56在XY面内方向上的相对位置的偏移。因而，在本实施方式中，可以说固定部60、气体流通构件50的端部54、55及绝缘性构件56的端部58、59是用于进行气体流通构件50与绝缘性构件56在XY面内方向(换言之，与Z轴方向正交的面方向)上的相对位置的定位的定位机构。

另外，如图12及图13所示，在本实施方式中，气体流通构件50的Z轴方向上的长度GL比绝缘性构件56的Z轴方向上的长度IL长。

A－3.燃料电池堆100的动作

如图2及图5所示，当经由与设置在氧化剂气体供给歧管161的位置处的气体通路构件27的分支部29连接的气体配管(未图示)来供给氧化剂气体OG时，氧化剂气体OG经由气体通路构件27的分支部29及主体部28的孔向氧化剂气体供给歧管161供给，从氧化剂气体供给歧管161经由各发电单元102的氧化剂气体供给连通流路132向空气室166供给。另外，如图3及图6所示，当经由与设置在燃料气体供给歧管171的位置处的气体通路构件27的分支部29连接的气体配管(未图示)来供给燃料气体FG时，燃料气体FG经由气体通路构件27的分支部29及主体部28的孔向燃料气体供给歧管171供给，从燃料气体供给歧管171经由各发电单元102的燃料气体供给连通流路142向燃料室176供给。燃料气体FG在燃料室176中按照单电池非重复流路178内的燃料气体供给连通流路142侧(换言之，第一气体流通构件50a侧)、单电池重复流路177、单电池非重复流路178内的燃料气体供给连通流路142侧(换言之，第二气体流通构件50b侧)的顺序流动。在该过程中，燃料气体FG在气体流通构件50的槽179内流动(参照图12及图13)。

当向各发电单元102的空气室166供给氧化剂气体OG并向燃料室176供给燃料气体FG时，在单电池110中进行基于氧化剂气体OG与燃料气体FG的电化学反应的发电。该发电反应为发热反应。在各发电单元102中，单电池110的空气极114与上侧的互连件190电连接，燃料极116经由燃料极侧集电构件144与下侧的互连件190(或下端用分隔件189)电连接。即，燃料电池堆100所包含的多个发电单元102以串联的方式电连接。另外，位于最上侧的发电单元102的上侧的互连件190及IC用分隔件180与上侧端板104电连接，与位于最下侧的发电单元102的燃料极侧集电构件144电连接的下端用分隔件189电连接于下侧端板106。因此，能够从作为燃料电池堆100的输出端子来发挥功能的端板104、106取出在各发电单元102中生成的电能。需要说明的是，由于SOFC在比较高的温度(例如700℃～1000℃)下进行发电，因此也可以在启动后利用加热器(未图示)对燃料电池堆100进行加热，直至成为能够利用由发电产生的热量来维持高温的状态为止。

如图2及图5所示，从各发电单元102的空气室166经由氧化剂气体排出连通流路133向氧化剂气体排出歧管162排出的氧化剂废气OOG流过设置在氧化剂气体排出歧管162的位置处的气体通路构件27的主体部28及分支部29的孔，经由与该分支部29连接的气体配管(未图示)而向燃料电池堆100的外部排出。另外，如图3及图6所示，从各发电单元102的燃料室176经由燃料气体排出连通流路143向燃料气体排出歧管172排出的燃料废气FOG流过设置在燃料气体排出歧管172的位置处的气体通路构件27的主体部28及分支部29的孔，经由与该分支部29连接的气体配管(未图示的)而向燃料电池堆100的外部排出。

需要说明的是，在本实施方式的燃料电池堆100中，如图8及图9所示，在沿着Z轴方向观察时，与氧化剂气体供给歧管161连通的氧化剂气体供给连通流路132以及与燃料气体排出歧管172连通的燃料气体排出连通流路143以与单电池的一边(图8及图9所示的第二边SI2)(在相同方向)对置的方式配置，并且，与氧化剂气体排出歧管162连通的氧化剂气体排出连通流路133以及与燃料气体供给歧管171连通的燃料气体供给连通流路142以与单电池的另一边(在相同方向)对置的方式配置，其中，另一边是隔着单电池110的中心点而与上述第二边SI2对置的边，是图8及图9所示的第一边SI1。即，本实施方式的发电单元102(燃料电池堆100)是空气室166中的氧化剂气体OG的主要的流动方向(从X轴正方向朝向X轴负方向的方向)与燃料室176中的燃料气体FG的主要的流动方向(从X轴负方向朝向X轴正方向的方向)为大致相反的方向(彼此相对的方向)的逆向流动(counterflow)形的SOFC。

A－4.本实施方式的效果

如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池堆100具备沿着Z轴方向排列配置的多个发电单元102。各发电单元102具有单电池110、单电池用分隔件120和互连件190。单电池110包括电解质层112、隔着电解质层112在Z轴方向上相互对置的燃料极116及空气极114。单电池用分隔件120是与单电池110连接的导电性构件。互连件190是与单电池110电连接的导电性构件。互连件190具备在Z轴方向上与单电池用分隔件120对置的导电性部分即IC用分隔件180。在各发电单元102中，形成有面向燃料极116的燃料室176和面向空气极114的空气室166。作为燃料室176的一部分的单电池非重复流路178在沿着Z轴方向观察时相对于单电池110位于外侧，由单电池用分隔件120和IC用分隔件180来划定。各发电单元102具有位于单电池非重复流路178内的导电性的气体流通构件50(50a、50b)。在气体流通构件50上形成有作为单电池非重复流路178的一部分的多个槽179(供气体(燃料气体FG)流动的流路)。各发电单元102具备位于气体流通构件50与单电池用分隔件120之间的绝缘性构件56。

在本实施方式的燃料电池堆100中，通过具备气体流通构件50，由此能够抑制因单电池用分隔件120、IC用分隔件180发生变形而使得单电池用分隔件120与IC用分隔件180接触。因此，根据本实施方式的燃料电池堆100，能够抑制因单电池用分隔件120与IC用分隔件180接触而导致气体(燃料气体FG)的流动受到妨碍。

进而，根据本实施方式的燃料电池堆100，通过具备位于具有导电性的气体流通构件50与单电池用分隔件120之间的绝缘性构件56，由此能够抑制单电池用分隔件120与IC用分隔件180经由具有导电性的气体流通构件50发生短路。

在本实施方式的燃料电池堆100中，气体流通构件50由金属构成。在气体流通构件50上形成有多个槽179，该多个槽179构成作为气体(燃料气体FG)的流路的单电池非重复流路178。在沿着Z轴方向观察时，多个槽179在沿着距气体流通构件50(50a、50b)最近的单电池110的边(SI1、SI2)的方向即Y轴方向上排列。各槽179沿着作为与Y轴方向交叉的方向的X轴方向延伸。在本实施方式的燃料电池堆100中，通过形成有上述这样的结构的多个槽179，由此气体(燃料气体FG)容易在X轴方向(沿着Z轴方向观察时与Y轴方向交叉的方向)上扩散，进而，能够提高燃料电池堆100的发电性能。此外，由于气体流通构件50由金属构成，因此与由其他材料(例如陶瓷)构成的情况相比，能够容易地形成上述的多个槽179(例如使用冲压机来形成)。

在本实施方式的燃料电池堆100中，在沿着Z轴方向且包括单电池110在内的至少一个剖面(例如图12及图13所示的剖面)中，在用于划定单电池非重复流路178的IC用分隔件180上形成有收容气体流通构件50的收容槽129。位于单电池用分隔件120与气体流通构件50之间的绝缘性构件56从IC用分隔件180分离。假设单电池非重复流路178、气体流通构件50(尤其是槽179)为上述那样的结构且绝缘性构件56与IC用分隔件180接触(以下，称为“比较结构”。)，则会因绝缘性构件56的存在而使气体(燃料气体FG)的流路堵塞，从而导致气体(燃料气体FG)的流动受到妨碍。相对于此，在本实施方式的燃料电池堆100中，在上述剖面(沿着Z轴方向且包括单电池110在内的至少一个剖面)中，绝缘性构件56从IC用分隔件180分离，因此气体(燃料气体FG)的流动不会像上述的比较结构那样受到妨碍，能够确保气体(燃料气体FG)的良好的流通性。

在本实施方式的燃料电池堆100中，各发电单元102还具备定位机构(固定部60、气体流通构件50的端部54、55、绝缘性构件56的端部58、59)，该定位机构用于进行气体流通构件50与绝缘性构件56在与Z轴方向正交的面方向即XY面内方向上的相对位置的定位。在假设不具备定位机构的现有的结构中，气体流通构件50与绝缘性构件56在XY面内方向(与Z轴方向正交的面方向)上的相对位置容易发生偏移，由此，在沿着Z轴方向观察时，绝缘性构件56与气体流通构件50不重叠的部分的面积变大，进而，容易产生气体(燃料气体FG)的流通性受到妨碍这样的问题。相对于此，在本实施方式的燃料电池堆100中，通过具备用于进行气体流通构件50与绝缘性构件56在XY面内方向(换言之，与Z轴方向正交的面方向)上的相对位置的定位的定位机构，由此能够抑制上述那样的问题的产生。

在本实施方式的燃料电池堆100中，在沿着Z轴方向观察时，气体流通构件50的整体与绝缘性构件56重叠。因此，在本实施方式的燃料电池堆100中，在如上述那样沿着Z轴方向观察时，更不易产生气体流通构件50不与绝缘性构件56重叠的部分。因而，根据本实施方式的燃料电池堆100，能够更有效地抑制单电池用分隔件120与IC用分隔件180发生短路。

在本实施方式的燃料电池堆100中，气体流通构件50的Z轴方向上的长度GL比绝缘性构件56的Z轴方向上的长度IL长。与气体流通构件50的Z轴方向上的长度GL为绝缘性构件56的Z轴方向上的长度IL以下的结构相比，在本实施方式的燃料电池堆100中，通过增大气体流通构件50的Z轴方向上的长度GL，由此能够有效地提高通过多个槽179的气体(燃料气体FG)的流通性，进而能够提高燃料电池堆100的发电性能。

B.变形例

本说明书中公开的技术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形式，例如还能够进行如下的变形。

上述实施方式中的燃料电池堆100的结构、构成燃料电池堆100的各部分的结构只不过是一例，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，两个气体流通构件50及两个绝缘性构件56配置于在沿着Z轴方向观察时与单电池用分隔件120及IC用分隔件180的各连结部128、188重叠的位置，但气体流通构件50、绝缘性构件56也可以配置于在沿着Z轴方向观察时与单电池用分隔件120及IC用分隔件180中的各连结部128、188以外的部分重叠的位置。另外，在上述实施方式中，单电池用分隔件120及IC用分隔件180具有连结部128、188，但单电池用分隔件120及IC用分隔件180也可以不具有连结部128、188。

另外，在上述实施方式中，在燃料室176内的沿着Z轴方向观察时燃料气体供给连通流路142与单电池110之间的位置配置有一个气体流通构件50(第一气体流通构件50a)及一个绝缘性构件56(第一绝缘性构件56a)，但也可以在该位置配置多个气体流通构件50及多个绝缘性构件56。同样，在上述实施方式中，在燃料室176内的沿着Z轴方向观察时燃料气体排出连通流路143与单电池110之间的位置配置有一个气体流通构件50(第二气体流通构件50b)及一个绝缘性构件56(第二绝缘性构件56b)，但也可以在该位置配置有多个气体流通构件50及多个绝缘性构件56。另外，气体流通构件50及绝缘性构件56也可以配置于在沿着Z轴方向观察时与单电池110重叠的区域。

另外，气体流通构件50的长度能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，沿着与第一边SI1平行的方向(Y轴方向)的第一气体流通构件50a的长度L0等于沿着与第二边SI2平行的方向(Y轴方向)的第二气体流通构件50b的长度L0，但各气体流通构件50的长度也可以不同。另外，在沿着Z轴方向观察时，沿着与第一边SI1平行的方向(Y轴方向)的第一气体流通构件50a的长度L0也可以小于第一边SI1的长度L1，还可以小于第一边SI1的长度L1的二分之一。第二气体流通构件50b的长度L0也同样。另外，在上述实施方式中，气体流通构件50的Z轴方向上的长度GL比绝缘性构件56的Z轴方向上的长度IL长，但气体流通构件50的Z轴方向上的长度GL也可以为绝缘性构件56的Z轴方向上的长度IL以下。

气体流通构件50的各部的延伸方向、绝缘性构件56的各部的延伸方向、槽179的延伸方向能够进行各种变更。

另外，在上述实施方式中，气体流通构件50及绝缘性构件56配置于燃料室176内的沿着Z轴方向观察时燃料气体供给连通流路142及燃料气体排出连通流路143与单电池110之间的位置，气体流通构件50及绝缘性构件56也可以配置于燃料室176内的沿着Z轴方向观察时燃料气体供给连通流路142及燃料气体排出连通流路143中的一方与单电池110之间的位置。

在上述实施方式中，绝缘性构件56位于气体流通构件50与单电池用分隔件120之间，但绝缘性构件56也可以位于气体流通构件50与IC用分隔件180之间。在该结构中，也能够获得与上述实施方式同样的效果。

在上述实施方式中，绝缘性构件56与单电池用分隔件120、IC用分隔件180接触，但绝缘性构件56也可以不与单电池用分隔件120、IC用分隔件180接触。

在上述实施方式中，气体流通构件50的整体收容于收容槽129，但气体流通构件50也可以仅一部分收容于收容槽129。还可以是气体流通构件50不收容于收容槽129的结构。

另外，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都具备气体流通构件50及绝缘性构件56，但未必燃料电池堆100所包含的所有的发电单元102都需要具备气体流通构件50及绝缘性构件56，只要至少一个发电单元102具备气体流通构件50、绝缘性构件56即可。需要说明的是，具备气体流通构件50及绝缘性构件56的发电单元102是权利要求书中的特定电化学反应单元的一例。

另外，在上述实施方式中，气体流通构件50及绝缘性构件56配置于燃料室176内的沿着Z轴方向观察时燃料气体供给连通流路142及燃料气体排出连通流路143与互连件190之间的位置，且与IC用分隔件180重叠地配置，但这样的结构不是必须的。另外，燃料电池堆100不需要具备IC用分隔件180，互连件190也可以延伸至燃料电池堆100的周缘部(沿着Z轴方向观察时与空气极侧框架130、燃料极侧框架140重叠的部分)。

在上述实施方式中，气体流通构件50及绝缘性构件56配置于燃料室176内，但气体流通构件50及绝缘性构件56也可以配置于空气室166(例如空气室166中的沿着Z轴方向观察时不与单电池110重叠的部分，主要由IC用分隔件180和单电池用分隔件120来划定的部分)内。在该结构中，也能够获得与上述实施方式同样的效果。

另外，气体流通构件50的结构能够进行各种变形。例如在上述实施方式中，气体流通构件50构成为，气体流通构件50的中央部53是通过对板材的中央部以剖面成为波形的方式进行折弯加工而制作出的部分，气体流通构件50的端部54、55是由该板材的端部构成的平板状部分，但也可以是与这样的结构不同的结构。

另外，在上述实施方式中，在气体流通构件50上形成有多个槽179，该多个槽179构成作为气体(燃料气体FG)的流路的单电池非重复流路178，但也可以在气体流通构件50上形成槽以外的气体流路(例如贯通孔)。

在上述实施方式中，位于单电池用分隔件120与气体流通构件50之间的绝缘性构件56从IC用分隔件180分离，但也可以设为位于IC用分隔件180与气体流通构件50之间的绝缘性构件56从单电池用分隔件120分离的结构。在该结构中，也能够获得与上述实施方式同样的效果。

另外，在上述实施方式中，气体流通构件50具有对板状构件进行加工而成的结构，但气体流通构件50也可以是形成有供气体流动的多个孔的网眼状的构件。

另外，在上述实施方式中，在一对端板104、106形成有孔32、34，但也可以针对一对端板104、106中的至少一方不形成该孔32、34。另外，在上述实施方式中，一对端板104、106作为接线板来发挥功能，但也可以相对于一对端板104、106另行设置接线板。

另外，在上述实施方式中，互连件190包括导电性的被覆层194，但互连件190也可以不包括该被覆层194。另外，在上述实施方式中，单电池110具有防止反应层118，但单电池110也可以不具有防止反应层118。另外，在上述实施方式中，燃料电池堆100所包含的单电池110的个数(发电单元102的个数)只不过是一例，根据对燃料电池堆100要求的输出电压等来适当决定单电池110的个数。另外，构成上述实施方式中的各构件的材料只不过是例示，各构件也可以由其他的材料构成。

在上述实施方式中，互连件190形成为在由平板部150等构成的主体部分接合有在Z轴方向上与单电池用分隔件120对置的部分即IC用分隔件180的结构，但也可以设为作为一体构件的互连件190的一部分在Z轴方向上与单电池用分隔件120对置的结构。在该结构中，作为一体构件的互连件190的一部分且在Z轴方向上与单电池用分隔件120对置的部分相当于权利要求书中的特定导电性构件。

另外，也可以将本发明适用于日本特开2018－195414号公报所记载那样的具备金属支承型(metal support型)的单电池110的结构。在该结构中，也能够获得与上述实施方式同样的效果。在该结构中，金属支承体相当于权利要求书中的特定导电性构件，由金属支承体划定的空间相当于权利要求书中的第一气体流路。

另外，上述实施方式的燃料电池堆100是逆向流动形的SOFC，但本说明书所公开的技术同样也能够适用于同向流动(coflow)形的SOFC。需要说明的是，在同向流动形的SOFC中，具有如下的结构：在沿着Z轴方向观察时，燃料气体供给连通流路142及氧化剂气体供给连通流路132以与单电池110的一边对置的方式配置，并且，燃料气体排出连通流路143及氧化剂气体排出连通流路133以与单电池110的另一边对置的方式配置，其中，另一边是指隔着单电池110的中心点而与单电池110的上述一边对置的边。另外，本说明书所公开的技术同样也能够适用于交叉流动(crossflow)形的SOFC。

另外，在上述实施方式中，将利用燃料气体所含的氢与氧化剂气体所含的氧的电化学反应来进行发电的燃料电池堆100作为对象，但本说明书所公开的技术同样也能够适用于具备多个利用水的电分解反应来进行氢的生成的固体氧化物型电解电池(SOEC)的构成单元即电解单电池的电解电池堆。需要说明的是，电解电池堆的基本结构例如像日本特开2016－81813号公报所记载那样是公知的，大致如下所述。即，电解电池堆的结构如下：在上述的实施方式的燃料电池堆100的结构中，将“发电单元”改称为“电解电池单元”，将“单电池”改称为“电解单电池”，将“氧化剂气体供给歧管”改称为“空气排出歧管”，将“氧化剂气体排出歧管”改称为“空气供给歧管”，将“燃料气体供给歧管”改称为“氢排出歧管”，将“燃料气体排出歧管”改称为“水蒸气供给歧管”，将“氧化剂气体供给连通流路”改称为“空气排出连通流路”，将“氧化剂气体排出连通流路”改称为“空气供给连通流路”，将“燃料气体供给连通流路”改称为“氢排出连通流路”，将“燃料气体排出连通流路”改称为“水蒸气供给连通流路”。

在电解电池堆运转时，以使空气极114为正极(阳极)且燃料极(氢极)116为负极(阴极)的方式对电解电池堆施加电压。另外，经由气体通路构件27向水蒸气供给歧管供给作为原料气体的水蒸气。需要说明的是，在供给的水蒸气中也可以包含氢气。供给到水蒸气供给歧管的水蒸气从水蒸气供给歧管经由各电解电池单元的水蒸气供给连通流路向燃料室176供给，而被用于各电解单电池中的水的电分解反应。通过各电解单电池中的水的电分解反应而在燃料室176中产生的氢气与剩余的水蒸气一起经由氢排出连通流路向氢排出歧管排出，从氢排出歧管经由气体通路构件27被取出到电解电池堆的外部。

另外，在电解电池堆运转时，为了进行电解电池堆的温度的控制等，会根据需要将空气供给到电解电池堆的内部。这种情况下，经由气体通路构件27供给到空气供给歧管的空气从空气供给歧管经由各电解电池单元的空气供给连通流路向空气室166供给。供给到空气室166的空气与由空气极114生成的氧一起经由空气排出连通流路向空气排出歧管排出，从空气排出歧管经由气体通路构件27被排出到电解电池堆的外部。

在这样的结构的电解电池堆中，通过采用与上述实施方式中的燃料电池堆100同样的结构，由此起到与上述实施方式中的燃料电池堆100的作用效果同样的作用效果。

另外，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，但本说明书所公开的技术还能够适用于熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)这样的其他类型的燃料电池(或电解电池)。

Claims (6)

1.一种电化学反应电池堆，其特征在于，其具备沿着第一方向排列配置的多个电化学反应单元，其中，

所述电化学反应单元分别具有：

单电池，其包括电解质层、隔着所述电解质层在所述第一方向上相互对置的燃料极及空气极；

特定导电性构件，其是与所述单电池连接的导电性构件；以及

互连件，其是与所述单电池电连接的导电性的互连件，具备在所述第一方向上与所述特定导电性构件对置的作为导电性部分的互连件导电性部分，

在各所述电化学反应单元中，形成有面向所述燃料极的燃料室和面向所述空气极的空气室，

在沿着所述第一方向观察时相对于所述单电池在外侧由所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分来划定作为特定气体室的至少一部分的第一气体流路，其中，所述特定气体室是所述燃料室和所述空气室中的至少一方，

至少一个所述电化学反应单元即特定电化学反应单元具有位于所述第一气体流路内的导电性的气体流通构件，在所述气体流通构件上形成有作为所述第一气体流路的一部分的第二气体流路，

所述特定电化学反应单元具备绝缘性构件，该绝缘性构件位于所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的至少一方与所述气体流通构件之间。

2.根据权利要求1所述的电化学反应电池堆，其特征在于，

所述气体流通构件由金属构成，

在所述气体流通构件上形成有构成所述第二气体流路的多个槽，

在沿着所述第一方向观察时，

所述多个槽在沿着距所述气体流通构件最近的所述单电池的边的第二方向上排列，

各所述槽沿着与所述第二方向交叉的方向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的电化学反应电池堆，其特征在于，

在沿着所述第一方向并且包括所述单电池在内的至少一个剖面中，

在划定所述第一气体流路的所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的一方，形成有收容所述气体流通构件的收容槽，

位于所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的另一方与所述气体流通构件之间的所述绝缘性构件从所述特定导电性构件和所述互连件导电性部分中的所述一方分离。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学反应电池堆，其特征在于，

所述特定电化学反应单元还具备定位机构，该定位机构用于进行所述气体流通构件与所述绝缘性构件在与所述第一方向正交的面方向上的相对位置的定位。

5.根据权利要求4所述的电化学反应电池堆，其特征在于，

在沿着所述第一方向观察时，所述气体流通构件的整体与所述绝缘性构件重叠。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电化学反应电池堆，其特征在于，

所述气体流通构件的所述第一方向上的长度比所述绝缘性构件的所述第一方向上的长度长。

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