JP2022156329A - 電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セル - Google Patents

Abstract

【課題】安価でありながら、電気化学素子の位置決めが容易であり、位置ずれが抑制された電気化学モジュールを提供する。【解決手段】電解質層３２と、電解質層３２の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極とが、基板に沿って形成されている平板型の電気化学素子Ａと、電気化学素子Ａの周囲を取り囲む筐体Ｂと、電気化学素子Ａの周囲の少なくとも一部と筐体Ｂとの間に配置される緩衝部３００と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セルに関する。

従来、燃料電池（電気化学発電セル）や電解セル等の電気化学装置を構成する電気化学素子積層体は、特許文献１に示すように、気体透過領域を備えるとともに前記気体透過領域を覆って電気化学反応部を形成してなる金属基板や、スペーサやセパレータとして機能する金属基板等を含む多数の基板を気密に積層した構成となっていた。そして、電気化学反応部を備えた金属基板（電気化学素子）の両面に沿って空気（酸化性成分ガス）の空気流路と燃料ガス（還元性成分ガス）の燃料ガス流路とを画定し、それぞれの流路に空気と燃料ガスを流通する。すなわち、電気化学素子の複数を積層して電気化学モジュールとして一体に形成したものとなっていた。これにより、前記電気化学反応部において空気と燃料ガスとの反応から電力等の電気化学出力を生成するものとなっていた。

このような、燃料電池（電気化学発電セル）や電解セル等にも備えられる電気化学モジュールは、平板型の電気化学素子を筐体に内装する際の位置決めや、当該電気化学モジュールの使用時の発熱による熱膨張に起因する平板型の電気化学素子の位置ずれを抑止する必要がある。

このような位置決めや位置ずれの抑止が可能な構成として特許文献２から７には以下のような開示がされている。

例えば、特許文献２には、位置決めピンにより燃料電池セルの燃料電池スタックに対する位置ずれを抑制する構成が開示されている。特許文献３には、ピンによって第１積層体の位置決めを行う構成が開示されている。特許文献４には、位置決めピンによって単位セルを位置決めする構成が開示されている。

また、特許文献５には、反応ガスバッファ部に設けられるエンボス部の裏面形状である凹部により構成される位置決め部により複数の発電セルの位置決めをする構成が開示されている。特許文献６には、セパレータに、第１の平坦部の端部と第２の平坦部の端部とを連結する連結部を備え、当該連結部が面方向に容易に伸び縮みするバネのように機能することによって複数の単セルの位置ずれが抑制される構成が開示されている。特許文献７には、複数の電気化学素子の外周を、絶縁材料を介して位置決めしつつ、筐体に積層状態で内装する構成が開示されている。

特表２０１７－５０８２５４号公報 特開２０１９－１９２５０３号公報 特開２０１２－３８９３号公報 特開２０２０－１２６７４８号公報 特開２０１７－１６８２８９号公報 特開２０１９－１６９２４０号公報 特開２０２０－１６７１２８号公報

しかし、特許文献２に係る構成では、燃料電池セルの製造時の寸法公差や、燃料電池の使用時の各部の熱膨張に対応できるように、位置決めピンの設計が必要であり、また、位置決めピンの固定のための機械加工も必要であるため、コストが高くなるという課題がある。

また、燃料電池の使用時には、燃料電池セルの積層方向に温度差が生じ、燃料電池セルの膨張量に差が生じることがある。これにより位置決めピンが燃料電池セルの位置ずれを抑制する力に差が生じ、燃料電池セルに応力集中が生じると、燃料電池セルが変形したり、位置決めピンが破損したりする虞がある。

さらに、位置決めピンは、燃料電池セルに接触することから電気絶縁性と、高い剛性を有する材料、例えばアルミナなどの高価な材料から構成する必要がある。位置決めピンに電気絶縁性がない場合には、別に電気絶縁性を有する材料を配設する必要がある。したがって、コストが高くなるという課題がある。特許文献３、４に係る構成でも同様の課題が生じ得る。

特許文献５に係る構成は、発電セルの製造時の寸法公差や、燃料電池の使用時の各部の熱膨張が、位置決め部どうしの嵌合により拘束されることから、発電セルが変形したり破損したりする虞がある。また、隣り合う発電セルの間には電気絶縁性と、高い剛性を有する材料、例えばアルミナなどの高価な材料を配設する必要があることから、コストが高くなるという課題がある。

特許文献６に係る構成は、単セルとセパレータとをロウ材により形成された接合部により接合する構成であることから、作成に手間と材料費がかかるため、コストが高くなるという課題がある。また、隣り合う連結部の凸部と、凹部とが連結される構成であるため、燃料電池システムの使用時の各部の熱膨張による応力が凸部に集中し、当該凸部が疲労破損する虞があるため、長期耐久性の観点から課題がある。

特許文献７に係る構成では、絶縁材料の弾性力が小さい（ヤング率が大きい）ときや、絶縁部材が薄いときには、燃料電池の使用時の各部の熱膨張が十分に吸収できず、絶縁材料による電気化学素子の拘束力が高くなり、電気化学素子に変形や破損が生じる虞がある。

したがって、本発明は上記実状に鑑み、安価でありながら、電気化学素子の位置決めが容易であり、位置ずれが抑制された電気化学モジュールを提供することを目的とする。また、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セルを安価に提供することをさらなる目的とする。

上述した目的を達成するための手段として、電気化学モジュールの特徴構成は、電解質層と、前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極とが、基板に沿って形成されている平板型の電気化学素子と、前記電気化学素子の周囲を取り囲む筐体と、前記電気化学素子の周囲の少なくとも一部と前記筐体との間に配置される緩衝部と、を備える点にある。

緩衝部を構成する材料としては電気絶縁性、耐熱性、耐圧縮性に優れる材料が好ましく、軟質マイカ（金雲母）が例示できる。軟質マイカは、硬質マイカ（白雲母）よりも柔軟性に優れた材料である。軟質マイカのように、ある程度の柔軟性を有する材料によって構成された緩衝部を有することによって、電気化学素子を筐体に収容する際の位置決めが容易である。
また、軟質マイカのように、ある程度の柔軟性を有する材料によって構成された緩衝部を有することによって、筐体に加わる外力は緩衝部によって吸収される。これにより、電気化学素子に対する加速力や衝撃力が抑制され、位置ずれが抑制される。
電気化学モジュールの使用時の発熱により筐体や電気化学素子はそれぞれ熱膨張する。電気化学素子を筐体に緩衝部を配置することなく直接的に内装する構成であると、電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞がある。これに対して、上述のように緩衝部を電気化学素子の周囲の少なくとも一部と筐体との間に配置していることから、電気化学素子や筐体の熱膨張を吸収することができるため、電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞を抑制することができる。
緩衝部を電気化学素子の全周に当接するように配置したときは、当該緩衝部によって、電気化学素子の収容空間の気密性を向上させることができる。電気化学素子に必要な気体が漏洩することがないため、当該気体の供給量の低減が可能となる。

本発明において、前記緩衝部を構成する柔軟性部材は、ヤング率が１０ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下であると好適である。

発明者らの鋭意研究の結果、緩衝部は、ヤング率が１０ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下であると、電気化学素子の位置決めが容易であり、位置ずれがより抑制されるという知見を得た。なお、緩衝部は、ヤング率が１５ＭＰａ以上であることが好ましく、さらには１８ＭＰａ以上であることが好ましい。また、緩衝部は、ヤング率が３０ＭＰａ以下であることが好ましく、さらには２０ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、緩衝部は、ヤング率が１０ＭＰａ未満であると位置ずれの抑制効果を奏しにくく、また、３０ＭＰａより大きいと緩衝作用効果を奏しにくい。

本発明において、前記緩衝部を構成する柔軟性部材は板状に形成され、当該柔軟性部材の厚さは前記電気化学素子の面方向の長さの０．１％以上１０％以下であると好適である。

発明者らの鋭意研究の結果、緩衝部は、厚さが前記電気化学素子の面内方向の長さの０．１％以上１０％以下であると、電気化学素子の位置決めが容易であり、位置ずれがより抑制されるという知見を得た。なお、緩衝部は、厚さが０．３％以上であることが好ましく、さらには０．５％以上であることが好ましい。また、緩衝部は、厚さが５％以下であることが好ましく、さらには２％以下であることが好ましい。なお、緩衝部は、厚さが０．１％未満であると緩衝部が薄すぎるため十分な緩衝作用効果を奏しにくく、また、１０％より大きいと位置決めがしづらく、位置ずれの抑制効果も奏しにくい。

本発明において、前記緩衝部を構成する柔軟性部材は板状に形成され、当該緩衝部は複数の柔軟性部材が積層されて形成されていると好適である。

すなわち、緩衝部が複数の柔軟性部材が積層されている構成とする場合は、当該柔軟性部材の枚数を調節することによって緩衝部の内寸、すなわち電気化学素子の収容空間の寸法や柔軟性の調節が容易に可能である。

本発明において、前記筐体には、複数の前記電気化学素子が積層された状態で収容されると好適である。

複数の電気化学素子であっても、位置決めに対する柔軟性のある緩衝部を介して筐体に積層する構成であることから、各電気化学素子の製造時の寸法精度の許容値を広くすることができる、したがって、電気化学素子の製造が容易となり、電気化学素子の歩留まりを向上させることができる。

本発明において、前記緩衝部を構成する板状の柔軟性部材は、その板状面を複数の前記電気化学素子の積層方向に沿わせた状態で、複数の前記電気化学素子の周囲に配置されていると好適である。

本構成によれば、筐体と複数の電気化学素子との間に板状の柔軟性部材から構成された緩衝部を有することによって、各電気化学素子を筐体に収容する際の位置決めが容易である。
また、緩衝部を有することによって、筐体に加わる外力は緩衝部によって吸収される。これにより、各電気化学素子に対する加速力や衝撃力が抑制され、位置ずれが抑制される。
電気化学モジュールの使用時の発熱により筐体や各電気化学素子はそれぞれ熱膨張する。各電気化学素子を筐体に緩衝部を配置することなく直接的に内装する構成であると、電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞がある。これに対して、上述のように緩衝部を各電気化学素子の周囲の少なくとも一部と筐体との間に配置していることから、各電気化学素子や筐体の熱膨張を吸収することができるため、各電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞を抑制することができる。

本発明において、前記基板は、金属製の板状支持体であると好適である。

上記特徴構成によれば、電気化学モジュールは、強度に優れた金属製の板状支持体上に電極層や電解質層、対極電極層などの平板型の電気化学素子の構成要素が形成されたものとなるから、電極層や電解質層、対極電極層などの平板型の電気化学素子の構成要素を薄層化・薄膜化することが可能となる。したがって、電気化学モジュールの材料コストを低減することが可能となる。

本発明において、前記緩衝部は、電気絶縁性を有する材料から形成されていると好適である。

電気絶縁性を有する材料としては、例えば軟質マイカが例示できる。緩衝部を軟質マイカのような安価な材料で形成すると、電気化学素子どうしの間などを電気絶縁する必要がある場合であっても、セラミックなどの高価な材料を用いる必要がないため、コストの抑制が可能となる。

本発明において、前記筐体は、金属製であると好適である。

筐体が金属製であることから、当該筐体は堅牢なものとなる。したがって、当該筐体を有する電気化学モジュールの強度を向上させることができる。

本発明において、前記筐体及び前記電気化学素子は、熱膨張率が略同等であると好適である。

電気化学モジュールの使用時の発熱により筐体や電気化学素子はそれぞれ熱膨張する。電気化学素子は筐体に内装されているので、筐体及び電気化学素子の熱膨張率が大きく異なると、電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞がある。これに対して、上述のように筐体及び電気化学素子は熱膨張率が略同等であることから、同程度に熱膨張する。よって、電気化学素子と筐体との熱膨張差が小さく抑えられ、電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞を抑制することができる。

さらに、複数の電気化学素子が積層された構成である場合に、電気化学モジュールの使用時には、複数の電気化学素子どうしで温度差が生じ、各電気化学素子の膨張量に差が生じることがある。そのような場合であっても、複数の電気化学素子の周囲と筐体との間に緩衝部が配置されているので、複数の電気化学素子のそれぞれの膨張を緩衝部により吸収することができ、各電気化学素子に変形や損傷等の不具合が発生する虞を抑制することができる。

上述した目的を達成するための手段として、本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、上記電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器とを少なくとも有する点にある。

上記特徴構成によれば、電気化学モジュールを燃料電池として動作させる場合、都市ガス等の既存の原燃料供給インフラを用いて供給される天然ガス等を基に、改質器などの燃料変換器により水素を生成するように構成でき、耐久性・信頼性及び性能に優れた電気化学モジュールを備えた電気化学装置を実現できる。また、電気化学モジュールから流通される未利用の燃料ガスをリサイクルするシステムを構築し易くなるため、高効率な電気化学装置を実現できる。
一方、電気化学モジュールを電解セルとして動作させる場合は、電極層に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスが流通され、電極層と対極電極層との間に電圧が印加される。そうすると、電極層において電子ｅ^－と水分子Ｈ_２Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ_２が反応して、水素分子Ｈ_２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ^２－となる。発生した酸素イオンＯ^２－は、電解質層を通って対極電極層へ移動する。そして、対極電極層において、酸素イオンＯ^２－が電子を放出して酸素分子Ｏ_２となる。以上の反応により、水蒸気を含有するガスが流通する場合には、水分子Ｈ_２Ｏが水素Ｈ_２と酸素Ｏ_２とに分解され、二酸化炭素分子ＣＯ_２を含有するガスが流通する場合には、一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ_２とに電気分解される。
したがって、水蒸気と二酸化炭素分子ＣＯ_２とを含有するガスが流通される場合は、上記電気分解により電気化学モジュールで生成した水素及び一酸化炭素等から炭化水素などの種々の化合物を合成する燃料変換器を設けることができる。これにより、燃料変換器が生成した炭化水素等を電気化学モジュールに流通する、或いは本システム・装置外に取り出して別途燃料や化学原料として利用することが可能となる。

上述した目的を達成するための手段として、本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、上記電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出す、又は、前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する点にある。

本構成によれば、電力変換器は、電気化学モジュールが発電した電力を取り出し、あるいは、電気化学モジュールに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学モジュールは、燃料電池として作用し、あるいは、電解セルとして作用する。よって、上記構成によれば、燃料等の化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する、あるいは電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学モジュールを提供することができる。
なお、例えば、電力変換器としてインバータを用いる場合、耐久性・信頼性及び性能に優れた電気化学モジュールから得られる電気出力を、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。また、電気分解に供する場合は、交流電源から直流を得て、電気化学素子もしくは電気化学モジュールへ直流の電力供給できる電気化学装置を構築できるので好ましい。

上述した目的を達成するための手段として、本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、上記電気化学モジュール、又は、上記電気化学装置と、前記電気化学モジュール又は前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有する点にある。

上記の特徴構成によれば、上記電気化学モジュール、又は、上記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部を有するので、耐久性・信頼性及び性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現することができる。なお、電気化学装置から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリットシステムを実現することもできる。

上述した目的を達成するための手段として、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、上記電気化学モジュールを備え、前記電気化学モジュールで発電反応を生じさせる点にある。

本構成によれば、耐久性・信頼性及び性能に優れた電気化学モジュールを備えた固体酸化物形燃料電池として発電反応を行うことができるので、高耐久・高性能な固体酸化物形燃料電池を得る事ができる。なお、定格運転時に６５０℃以上の温度域で運転可能な固体酸化物形燃料電池であると、都市ガス等の炭化水素系ガスを原燃料とする燃料電池システムにおいて、原燃料を水素に変換する際に必要となる熱を燃料電池の排熱で賄うことが可能なシステムを構築できるため、燃料電池システムの発電効率を高めることができるので、より好ましい。また、定格運転時に９００℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、電気化学モジュールからのＣｒ揮発の抑制効果が高められるのでより好ましく、定格運転時に８５０℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、Ｃｒ揮発の抑制効果をさらに高められるのでさらに好ましい。

上述した目的を達成するための手段として、本発明に係る固体酸化物形電解セルの特徴構成は、上記電気化学モジュールを備え、前記電気化学モジュールで電解反応を生じさせる点にある。

本構成によれば、耐久性・信頼性及び性能に優れた電気化学モジュールを備えた固体酸化物形電解セルとして電解反応によるガスの生成を行うことができるので、高耐久・高性能な固体酸化物形電解セルを得る事ができる。

電気化学モジュールの概略図 図１におけるＩＩ－ＩＩ断面図 図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ面図 図１におけるＩＶ－ＩＶ断面図 図１におけるＶ－Ｖ断面図 図１におけるＶＩ－ＶＩ断面図 図１におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図 図１におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図 図１におけるＩＸ－ＩＸ断面図 電気化学反応部の要部拡大図 電気化学モジュールの概略図 エネルギーシステムの概略図 別の形態に係る電気化学モジュールの説明図 別のエネルギーシステムの概略図

以下に、本発明の電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セルを説明する。なお、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。なお、層の位置関係などを表す際、例えば電極層から見て電解質層の側を「上」「上側」、第一板状体の側を「下」「下側」などと呼ぶ。

以下、図１～図１２を参照しながら電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステムについて説明する。

（電気化学素子）
図１～図９に示すように、電気化学素子Ａは、導電性の第一板状体１と導電性の第二板状体２との対向面間に形成された内部流路Ａ１を有する板状支持体１０を備え、板状支持体１０は、当該板状支持体１０を構成する第一板状体１及び第二板状体２の少なくとも一部において、当該板状支持体１０の内側である内部流路Ａ１と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部１Ａと、気体通流許容部１Ａの全部又は一部を被覆する状態で、膜状の電極層３１と膜状の電解質層３２と膜状の対極電極層３３とを記載順に有する電気化学反応部３とを備える（図５～図９参照）。また、板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１にたとえば燃料ガス等の還元性成分ガス及びたとえば空気等の酸化性成分ガスのうちの一方である第一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を一端部側に備え、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備える（図１、図３，図８，図９参照、なお、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。

（板状支持体）
第一板状体１は、電極層３１と電解質層３２と対極電極層３３とを有する電気化学反応部３を支持して電気化学素子Ａの強度を保つ役割を担う。第一板状体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性及び耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、第一板状体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉ及びＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金であると特に好適である。

第二板状体２は、第一板状体１と重ね合わされた状態で、周縁部１ａを溶接一体化されて板状支持体１０を構成する（図２～図９参照）。第二板状体２は、第一板状体１に対して複数に分割されていてもよく、逆に第一板状体１が第二板状体２に対して複数に分割された状態であってもよい。また、一体化するに際して、溶接に替え、接着、嵌合等他の手段を採用することができ、内部流路を外部と区画して形成できるのであれば、周縁部１ａ以外の部分で一体化してもよい。

第一板状体１は全体として板状である。そして、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を多数設けてなる気体通流許容部１Ａを有する（図５～図９参照）。なお、例えば、貫通孔１１は、レーザー加工などにより、第一板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。気体通流許容部１Ａは、第一板状体１における電極層３１が設けられる領域より小さい領域に設けられることが好ましい。

第一板状体１にはその表面に、拡散抑制層としての金属酸化物層１２（後述、図１０参照）が設けられる。すなわち、第一板状体１と後述する電極層３１との間に、拡散抑制層が形成されている。金属酸化物層１２は、第一板状体１の外部に露出した面だけでなく、電極層３１との接触面（界面）にも設けられる。また、貫通孔１１の内側の面に設けることもできる。この金属酸化物層１２により、第一板状体１と電極層３１との間の元素相互拡散を抑制することができる。例えば、第一板状体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１２が主にクロム酸化物となる。そして、第一板状体１のクロム原子等が電極層３１や電解質層３２へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１２が抑制する。金属酸化物層１２の厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚さであれば良い。

金属酸化物層１２は種々の手法により形成されうるが、第一板状体１の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、第一板状体１の表面に、金属酸化物層１２をスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、スパッタリング法やＰＬＤ法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成しても良いし、メッキと酸化処理によって形成しても良い。さらに、金属酸化物層１２は導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。

第一板状体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、電極層３１や電解質層３２の材料であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア、ＣＧＯとも呼ぶ）等と熱膨張係数が近い。したがって、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も電気化学素子Ａがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。なお、第一板状体１は、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を有する。なお、例えば、貫通孔１１は、機械的、化学的あるいは光学的穿孔加工などにより、第一板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。第一板状体１に気体透過性を持たせるために、多孔質金属を用いることも可能である。例えば、第一板状体１は、焼結金属や発泡金属等を用いることもできる。

第二板状体２は、第一板状体１の気体通流許容部１Ａに対向する領域において、一端部側から他端部側に向かう複数の副流路Ａ１１、Ａ１１……を備えた内部流路Ａ１を形成する波板状に形成される（図１，図５参照）。また、第二板状体２は、表裏両面とも波板状に形成されており、内部流路Ａ１を区画形成する面の反対面は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に電気的に接続し、波型形状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分の近傍に形成される通路が、通流部Ａ２として機能する。この副流路Ａ１１は長方形状に形成される板状支持体１０の長辺に沿って複数平行に設けられており、一端部に設けられる供給路４から他端部に設けられる排出路５に至る内部流路Ａ１を構成する。また、第一貫通部４１と内部流路Ａ１との接続箇所は、第一板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、第一貫通部４１から流通される第一ガスを副流路Ａ１１のそれぞれに分配する分配部Ａ１２を備え（図１参照）、第二貫通部５１と内部流路Ａ１の接続箇所は、第一板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、副流路Ａ１１のそれぞれを通流した第一ガスを集約して第二貫通部５１に導く合流部Ａ１３を備える（図１，図３，図４，図６～図９参照、なお、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。また、第二板状体の材料については、耐熱性の金属であることが好ましく、第一板状体との熱膨張差の低減や、溶接などの接合性の信頼性確保の観点から、第一板状体１と同じ材料でれば、より好ましい。

（電気化学反応部）
（電極層）
電極層３１は、図５～１０に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通孔１１が設けられた領域の全体が、電極層３１に覆われている。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電極層３１が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１１が電極層３１に面して設けられている。

電極層３１は、気体透過性を持たせるため、その内部及び表面に複数の細孔を有する。
すなわち電極層３１は、多孔質な層として形成される。電極層３１は、例えば、その緻密度が３０％以上８０％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。なお緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１－空孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。

電極層３１の材料としては、例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ_２、Ｃｕ－ＣｅＯ_２などの複合材を用いることができる。これらの例では、ＧＤＣ、ＹＳＺ、ＣｅＯ_２を複合材の骨材と呼ぶことができる。なお、電極層３１は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法やパルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能なプロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに、良好な電極層３１が得られる。そのため、第一板状体１を傷めることなく、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。さらに、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるのでさらに好ましい。

（中間層）
中間層３４は、電極層３１を覆った状態で、電極層３１の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ～２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層３４の材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層３４の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミクスが好適に用いられる。

中間層３４は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３４が得られる。そのため、第一板状体１を傷めることなく、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるのでさらに好ましい。

中間層３４としては、酸素イオン（酸化物イオン）伝導性を有することが好ましい。また、酸素イオン（酸化物イオン）と電子との混合伝導性を有するとさらに好ましい。これらの性質を有する中間層は、電気化学素子Ａへの適用に適している。

また電極層３１において、サーメット材の骨材の含有比、緻密度、及び強度を電極層３１の下側から上側にかけて連続的に増加するように構成してもよい。この場合、電極層３１は層として明確に区別できる領域を持たなくてもよい。しかしこの場合であっても、電極層３１における第一板状体１に隣接する部位（下方部位）に比べ、電解質層３２に隣接する部位（上方部位）におけるサーメット材の骨材の含有比、緻密度、強度等を高くすることも可能である。

（電解質層）
図５～図１０に示すように、電解質層３２は、電極層３１及び中間層３４を覆った状態で、前記中間層の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは、電解質層３２は、中間層３４の上と第一板状体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層３２を第一板状体１に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。

また電解質層３２は、図５に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に設けられる。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電解質層３２が形成された領域の内側に形成されている。

また電解質層３２の周囲においては、電極層３１及び前記中間層（図示せず）からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、電気化学素子ＡをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、第一板状体１の裏側から貫通孔１１を通じて電極層３１へガスが供給される。電解質層３２が第一板状体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。なお、本実施形態では電解質層３２によって電極層３１の周囲をすべて覆っているが、電極層３１及び前記中間層の上部に電解質層３２を設け、周囲にガスケット等を設ける構成としてもよい。

電解質層３２の材料としては、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、ＬＳＧＭ（ストロンチウム・マグネシウム添加ランタンガレート）等の酸素イオンを伝導する電解質材料や、ペロブスカイト型酸化物等の水素イオンを伝導する電解質材料を用いることができる。特にジルコニア系のセラミクスが好適に用いられる。電解質層３２をジルコニア系セラミクスとすると、電気化学素子Ａを用いたＳＯＦＣの稼働温度をセリア系セラミクスや種々の水素イオン伝導性材料に比べて高くすることができる。例えば電気化学素子ＡをＳＯＦＣに用いる場合、電解質層３２の材料としてＹＳＺのような６５０℃程度以上の高温域でも高い電解質性能を発揮できる材料を用い、システムの原燃料に都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の原燃料を用い、原燃料を水蒸気改質等によってＳＯＦＣのアノードガスとするシステム構成とすると、ＳＯＦＣのセルスタックで生じる熱を原燃料ガスの改質に用いる高効率なＳＯＦＣシステムを構築することができる。

電解質層３２は、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ（化学気相成長）法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性及びガスバリア性の高い電解質層３２が得られる。そのため、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。さらに、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性及びガスバリア性の高い電解質層が低温域で容易に得られやすいのでさらに好ましい。

電解質層３２は、アノードガスやカソードガスのガスリークを遮蔽し、かつ、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層３２の緻密度は９０％以上が好ましく、９５％以上であるとより好ましく、９８％以上であるとさらに好ましい。電解質層３２は、均一な層である場合は、その緻密度が９５％以上であると好ましく、９８％以上であるとより好ましい。また、電解質層３２が、複数の層状に構成されているような場合は、そのうちの少なくとも一部が、緻密度が９８％以上である層（緻密電解質層）を含んでいると好ましく、９９％以上である層（緻密電解質層）を含んでいるとより好ましい。このような緻密電解質層が電解質層の一部に含まれていると、電解質層が複数の層状に構成されている場合であっても、緻密で気密性及びガスバリア性の高い電解質層を形成しやすくできるからである。

（反応防止層）
反応防止層３５は、電解質層３２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。前記反応防止層の材料としては、電解質層３２の成分と対極電極層３３の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層３５の材料として、Ｓｍ、Ｇｄ及びＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Ｓｍ、Ｇｄ及びＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層３５を電解質層３２と対極電極層３３との間に導入することにより、対極電極層３３の構成材料と電解質層３２の構成材料との反応が効果的に抑制され、電気化学素子Ａの性能の長期安定性を向上できる。反応防止層３５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。さらに、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるのでさらに好ましい。

（対極電極層）
図５～図１０に示すように、対極電極層３３を、電解質層３２もしくは反応防止層３５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。対極電極層３３の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物及びこれらの混合物を用いることができる。特に対極電極層３３が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層３３は、カソードとして機能する。

なお、対極電極層３３の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＤＶ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。さらに、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるのでさらに好ましい。

このような電気化学反応部３を構成することで、例えば、第一板状体１の裏側の面から貫通孔１１を通じて第一ガスとしての水素を含む燃料ガスを電極層３１へ流通し、電極層３１の対極となる対極電極層３３へ第二ガスとしての空気を流通し、例えば、５００℃以上９００℃以下の作動温度に維持する。そうすると、電解質層３２に酸素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ_２が電子ｅ^－と反応して酸素イオンＯ^２－が生成される。その酸素イオンＯ^２－が電解質層３２を通って電極層３１へ移動する。電極層３１においては、流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ_２が酸素イオンＯ^２－と反応し、水Ｈ_２Ｏと電子ｅ^－が生成される。電解質層３２に水素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、電極層３１において流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ_２が電子ｅ^－を放出して水素イオンＨ^＋が生成される。その水素イオンＨ^＋が電解質層３２を通って対極電極層３３へ移動する。対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ_２と水素イオンＨ^＋、電子ｅ^－が反応し水Ｈ_２Ｏが生成される。以上の反応により、電極層３１と対極電極層３３との間に電気化学出力として起電力が発生する。この場合、電極層３１は燃料電池の燃料極（アノード）として機能し、対極電極層３３は空気極（カソード）として機能する。

また、図５～図９にて省略したが、図１０に示すように、本実施形態では、電気化学反応部３は電極層３１と電解質層３２との間に中間層３４を備える。さらに、電解質層３２と対極電極層３３との間には反応防止層３５が設けられる。

（電気化学反応部の製造方法）
次に、電気化学反応部３の製造方法について説明する。なお、図５～図９においては、下記中間層３４及び反応防止層３５を省略した記述としているので、ここでは、主に図１０を用いて説明する。

（電極層形成ステップ）
電極層形成ステップでは、第一板状体１の表側の面の貫通孔１１が設けられた領域より広い領域に電極層３１が薄膜の状態で形成される。第一板状体１の貫通孔１１はレーザー加工等によって設けることができる。電極層３１の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。

電極層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。まず電極層３１の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作製し、第一板状体１の表側の面に塗布し、８００℃～１１００℃で焼成する。

（拡散抑制層形成ステップ）
上述した電極層形成ステップにおける焼成工程時に、第一板状体１の表面に金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成される。なお、上記焼成工程に、焼成雰囲気を酸素分圧が低い雰囲気条件とする焼成工程が含まれていると元素の相互拡散抑制効果が高く、抵抗値の低い良質な金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成されるので好ましい。電極層形成ステップを、焼成を行わないコーティング方法とする場合を含め、別途の拡散抑制層形成ステップを含めても良い。いずれにおいても、第一板状体１の損傷を抑制可能な１１００℃以下の処理温度で実施することが望ましい。

（中間層形成ステップ）
中間層形成ステップでは、電極層３１を覆う形態で、電極層３１の上に中間層３４が薄層の状態で形成される。中間層３４の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。

中間層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。
まず、中間層３４の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作製し、第一板状体１の表側の面に塗布する。そして中間層３４を圧縮成形し（中間層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３４の圧延は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ 、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、中間層３４の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、第一板状体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３４を形成できるためである。また、中間層３４の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うとさらに好ましい。これは、中間層３４の焼成温度を低下させる程に、第一板状体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、電気化学素子Ａを形成できるからである。また、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
なお、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。

（電解質層形成ステップ）
電解質層形成ステップでは、電極層３１及び中間層３４を覆った状態で、電解質層３２が中間層３４の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成されても良い。電解質層３２の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。

緻密で気密性及びガスバリア性能の高い、良質な電解質層３２を１１００℃以下の温度域で形成するためには、電解質層形成ステップをスプレーコーティング法で行うことが望ましい。その場合、電解質層３２の材料を第一板状体１上の中間層３４に向けて噴射し、電解質層３２を形成する。

（反応防止層形成ステップ）
反応防止層形成ステップでは、反応防止層３５が電解質層３２の上に薄層の状態で形成される。反応防止層３５の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。なお反応防止層３５の上側の面を平坦にするために、例えば反応防止層３５の形成後にレベリング処理や表面を切削・研磨処理を施したり、湿式形成後焼成前に、プレス加工を施してもよい。

（対極電極層形成ステップ）
対極電極層形成ステップでは、対極電極層３３が反応防止層３５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層３３の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第一板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。

以上の様にして、電気化学反応部３を製造することができる。

なお電気化学反応部３において、中間層３４と反応防止層３５とは、いずれか一方、あるいは両方を備えない形態とすることも可能である。すなわち、電極層３１と電解質層３２とが接触して形成される形態、あるいは電解質層３２と対極電極層３３とが接触して形成される形態も可能である。この場合に上述の製造方法では、中間層形成ステップ、反応防止層形成ステップが省略される。なお、他の層を形成するステップを追加したり、同種の層を複数積層したりすることも可能であるが、いずれの場合であっても、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。

（電気化学素子積層体）
図１１に示すように、電気化学素子積層体Ｓ（電気化学素子集合体）は、電気化学素子Ａを複数有し、隣接する電気化学素子Ａに関して、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０とが対向する形態で、且つ、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における電気化学反応部３が配置される第一板状体１とは別の第二板状体２の外面と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における第一板状体１の外面とが電気的に接続される形態で、且つ、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って第二ガスが通流する通流部Ａ２が形成される形態で、複数の電気化学素子Ａが積層配置（集合配置）されている。電気的に接続させるためには、電気伝導性表面部どうしを単純に接触させる他、接触面に面圧を印可したり、高電気伝導性の材料を介在させて接触抵抗を下げる方法などが採用可能である。具体的には、長方形状の各電気化学素子が一端部の第一貫通部４１と他端部の第二貫通部５１とを揃えた状態で、それぞれの電気化学素子の電気化学反応部が上向きになる状態で整列して、各第一貫通部４１、第二貫通部５１どうしの間に第一環状シール部４２、第二環状シール部５２を介在して、積層（集合）されることにより、上記構成となる。

板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１に還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの一方である第一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を長方形状の板状支持体１０の長手方向一端部側に備え、通流部Ａ２内において、板状支持体１０の両外面にそれぞれ形成される第一貫通部４１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第一環状シール部４２を備え、第一貫通部４１及び第一環状シール部４２により、第一ガスを内部流路Ａ１に流通する供給路４が形成される。なお、第一板状体１における第一環状シール部４２の接当する部位の周囲には第一板状体１における前記内部流路Ａ１とは反対側面に環状の膨出部ａを設けて第一環状シール部４２の第一板状体１の面に沿う方向での位置決めを容易にしてある。

また、板状支持体１０は、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備え、第二貫通部５１は、第二ガスと区画された状態で第一ガスを通流させる構成であり、通流部Ａ２内において、板状支持体１０の両外面にそれぞれ形成される第二貫通部５１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第二環状シール部５２を備え、第二貫通部５１及び第二環状シール部５２により、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを流通する排出路５が形成される。

第一、第二環状シール部４２，５２は、アルミナ等の絶縁性セラミクス材料やこれを被覆した金属、あるいは、マイカ繊維、ガラスなどの材料からなり、隣接する電気化学素子どうしを電気的に絶縁する絶縁シール部として機能する。

（電気化学モジュール）
図１、図１１及び図１２に示すように、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体Ｓを内装する筐体Ｂと、筐体Ｂの外部から供給路４を介して内部流路Ａ１に第一ガスを流通する第一ガス供給部６１と、反応後の第一ガスを流通する第一ガス排出部６２と、筐体Ｂの外部から通流部Ａ２に第二ガスを流通する第二ガス供給部７１と、反応後の第二ガスを流通する第二ガス排出部７２と、電気化学反応部３における電気化学反応に伴う出力を得る出力部８とを備え、筐体Ｂ内に、第二ガス供給部７１から流通される第二ガスを通流部Ａ２に分配流通する分配室９を備えている。
分配室９は、電気化学素子積層体Ｓに対して当該電気化学素子積層体Ｓの流通部の入口や出口となる側（側方）に位置する空間であり、通流部Ａ２は、空間側に開口形成されて当該空間と連通している。

筐体Ｂの材料としては、例えば、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、又はこれらとセラミックスとの複合体等が挙げられる。これらの材料はオーステナイト系ステンレスよりも熱膨張率が小さく、フェライト系ステンレスの熱膨張率はＳＵＳ４３０が約１１×１０^－６／℃である。また、マルテンサイト系ステンレスの熱膨張率はＳＵＳ４０３及びＳＵＳ４２０Ｊ１が約１０．４×１０^－６／℃であり、ＳＵＳ４１０及びＳＵＳ４４０Ｃが約１０．１×１０^－６／℃である。ただし、筐体Ｂはこれに限定されず、熱膨張率が平板状部材２２０よりも小さく、かつ耐腐食性に優れる材料が選択されると好ましい。したがって、当該電気化学モジュールＭは堅牢なものとなる。

電気化学素子Ａの材料は、筐体Ｂと同様の材料であるのが好ましい。言い換えれば、電気化学素子Ａ及び筐体Ｂの材料は、筐体Ｂと同程度の熱膨張率であるのが好ましい。電気化学モジュールＭの使用時の発熱により筐体Ｂや電気化学素子Ａはそれぞれ熱膨張する。電気化学素子Ａは筐体Ｂに内装されているので、筐体Ｂ及び電気化学素子Ａの熱膨張率が大きく異なると、電気化学素子Ａに変形や損傷等の不具合が発生する虞がある。これに対して、上述のように筐体Ｂ及び電気化学素子Ａは熱膨張率が略同等であることから、同程度に熱膨張する。よって、電気化学素子Ａと筐体Ｂとの熱膨張差が小さく抑えられ、電気化学素子Ａに変形や損傷等の不具合が発生する虞を抑制することができる。

さらに、電気化学素子積層体Ｓのように複数の電気化学素子Ａが積層された構成である場合に、電気化学モジュールＭの使用時には、複数の電気化学素子Ａどうしで温度差が生じ、各電気化学素子Ａの膨張量に差が生じることがある。そのような場合であっても、複数の電気化学素子Ａの周囲と筐体Ｂとの間に緩衝部３００が配置されているので、複数の電気化学素子Ａのそれぞれの膨張を緩衝部により吸収することができ、各電気化学素子Ａに変形や損傷等の不具合が発生する虞を抑制することができる。

電気化学素子積層体Ｓは、当該電気化学素子積層体Ｓが有する電気化学素子Ａの積層方向の両端においては、筐体Ｂに対して、一対の集電体８１、８２に挟持された状態で内装されており、この集電体８１、８２に出力部８が延設され、筐体Ｂ外部の電力供給先に電力供給自在に接続されるとともに、集電体８１，８２は筐体Ｂに対して電気化学素子積層体Ｓを気密に収容し、かつ集電体８１，８２が各電気化学素子Ａに対する緩衝部として機能するよう設けられている。

筐体Ｂには，当該筐体Ｂと電気化学素子Ａの周囲との間に緩衝部３００が配設されている。
具体的には、図１、図１１及び図１２に示すように、電気化学素子積層体Ｓは、当該電気化学素子積層体Ｓが有する各電気化学素子Ａの周囲においては、筐体Ｂに対して、緩衝部３００に当接する状態で内装されている。なお、図２～９は図１における各断面図、図１０は要部拡大図であるが、図２～１０においては、緩衝部３００や筐体Ｂの図示は省略されている。

筐体Ｂには支持部Ｂ１が一体的に設けられている。支持部Ｂ１は、筐体Ｂの内面から突出して設けられている。緩衝部３００は長手方向においては、支持部Ｂ１に支持される態様によって筐体Ｂの内部の所定位置に配設される。一方、短手方向においては、筐体Ｂの内壁に支持される態様によって筐体Ｂの内部の所定位置に配設される。支持部Ｂ１は、緩衝部３００の下方に対応する部分のみに設けられていてもよいし、緩衝部３００の上方に対応する部分のみに設けられていてもよいし、緩衝部３００の高さ方向の全体に亘って対応する部分に設けられていてもよい。緩衝部３００の高さ方向の全体に亘って対応する部分に設ける場合には、後述する第二ガス供給口３０１や第二ガス排出口３０２と連通する開口が設けられる。なお、緩衝部３００は、短手方向においても、筐体Ｂの内面から突出して設けられた支持部Ｂ１により、筐体Ｂの内部の所定位置に配設されてもよい。当該支持部Ｂ１も上記の支持部Ｂ１と同様の構成とすることができる。

電気化学素子積層体Ｓが複数の電気化学素子Ａを積層して構成されるであっても、位置決めに対する柔軟性のある緩衝部３００を介して筐体Ｂに積層する構成であることから、各電気化学素子Ａの製造時の寸法精度の許容値を広くすることができるため製造が容易である。結果として、電気化学素子Ａの歩留まりを向上させることができる。

緩衝部３００は、該電気化学素子積層体Ｓが有する各電気化学素子Ａの積層方向に沿って延びる板状の柔軟性部材である。当該柔軟性部材は、電気絶縁性、耐熱性、耐圧縮性に優れる材料、例えば、軟質マイカから構成された板体である。緩衝部３００を軟質マイカのような電気絶縁性を有しながら安価な材料で形成すると、電気化学素子Ａどうしの間を電気絶縁する必要がある場合であっても、セラミックなどの高価な材料を用いる必要がないため、コストの抑制が可能となる。

緩衝部３００を構成する軟質マイカの板体は、電気化学素子積層体Ｓの周囲の四辺を囲み、当該電気化学素子積層体Ｓに近接ないし接触可能に配置される。なお、緩衝部３００は、当該４辺の各辺に対応し、各辺に平行に配置された４枚の板から構成されていてもよいし、当該４枚の板が接続されて一体的に構成されていてもよい。また、電気化学素子積層体Ｓの角部又は辺部に対応する部分にのみ設けられてもよい。

なお、緩衝部３００は、複数の柔軟性部材が積層されている構成であってもよい。緩衝部３００を、複数の柔軟性部材が積層されて構成する場合は、柔軟性部材の枚数を調節することによって緩衝部３００の内寸、すなわち電気化学素子積層体Ｓ、すなわち積層された複数の電気化学素子Ａの収容空間の寸法や柔軟性の調節が容易に可能である。

緩衝部３００は、ヤング率が１０ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下であると、電気化学素子の位置決めが容易であり、位置ずれがより抑制される。なお、緩衝部は、ヤング率が１５ＭＰａ以上であることが好ましく、さらには１８ＭＰａ以上であることが好ましい。また、緩衝部３００は、ヤング率が３０ＭＰａ以下であることが好ましく、さらには２０ＭＰａ以下であることが好ましい。

緩衝部３００は、厚さが電気化学素子Ａの面内方向の長さの０．１％以上１０％以下であると、電気化学素子Ａの位置決めが容易であり、位置ずれがより抑制される。なお、緩衝部３００は、厚さが０．３％以上であることが好ましく、さらには０．５％以上であることが好ましい。また、緩衝部は、厚さが５％以下であることが好ましく、さらには２％以下であることが好ましい。

当該軟質マイカのように、ある程度の柔軟性を有する材料によって構成された緩衝部３００を有することによって、筐体に加わる外力は緩衝部３００によって吸収される。これにより、電気化学素子Ａに対する加速力や衝撃力が抑制され、位置ずれが抑制される。

図１、図１１及び図１２に示すように、緩衝部３００には、第二ガス供給部７１から当該緩衝部３００に包囲された電気化学素子Ａの収容空間Ｒ内に第二ガスを供給する第二ガス供給口３０１と、当該収容空間Ｒ内から当該第二ガス排出部７２へ第二ガスを排出する第二ガス排出口３０２とを有する。緩衝部３００は、第二ガス供給口３０１及び第二ガス排出口３０２を除いて、筐体Ｂに対して電気化学素子積層体Ｓを気密に包囲する。

このような緩衝部３００によって、電気化学素子Ａの収容空間の気密性を向上させることができ、電気化学素子Ａに必要な第一ガスや第二ガスが漏洩することがないため、供給量の節約が可能となる。

これにより電気化学モジュールＭは、第一ガス供給部６１から燃料ガスを流通するとともに、第二ガス供給部７１から空気を流通することで、図１１破線矢印に示すように燃料ガスが進入し実線矢印に示すように空気が進入する。第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、電気化学素子積層体Ｓの最上部の電気化学素子Ａの第一貫通部４１より供給路４に誘導され、第一環状シール部４２により区画される供給路４より、すべての電気化学素子Ａの内部流路Ａ１に通流する。また第二ガス供給部７１から流通された空気は、分配室９に一時流入したのち、各電気化学素子Ａ間に形成される通流部Ａ２に通流する。
ちなみに、第二板状体２を基準にすると、波板状の第二板状体２部分が第一板状体１から膨出する部分で第一板状体１と第二板状体２との間に内部流路Ａ１が形成されるとともに、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に接触して電気接続可能にする。一方、波板状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分が第一板状体１と電気接続し、第二板状体２と隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３との間に通流部Ａ２を形成する。
図１０の一部に内部流路Ａ１を含む断面の現れる電気化学素子Ａと、通流部Ａ２を含む断面の現れる電気化学素子Ａとを便宜的に並べて示す部分があるが、第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、分配部Ａ１２に達し（図１，４，７参照）、分配部Ａ１２を介して一端部側の幅方向に沿って広がって流れ、内部流路Ａ１のうち各副流路Ａ１１に達する（図１，図３，図７参照）。すると、内部流路Ａ１に進入した燃料ガスは気体通流許容部１Ａを介して電極層３１に進入できる。また、燃料ガスは、電気化学反応済みの燃料ガスとともに、さらに内部流路Ａ１を進み、合流部Ａ１３、第二貫通部５１を介して、第二環状シール部５２によって形成される排出路５に進み、他の電気化学素子Ａからの電気化学反応済みの燃料ガスとともに第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される。一方、第二ガス供給部７１から流通された空気は、分配室９を介して通流部Ａ２に進入し、対極電極層３３に進入できる。また、空気は、電気化学反応済みの空気とともに、さらに電気化学反応部３に沿って通流部Ａ２を進み第二ガス排出部７２より筐体Ｂ外に流通される。

この燃料ガス及び空気の流れに従って電気化学反応部３で生じた電力は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３と第二板状体２との接触により集電体８１，８２どうしの間で直列に接続され、合成出力が出力部８より取り出される形態となる。

以上説明した電気化学モジュールＭを用いて、電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺを構築することができる。

なお、電気化学モジュールＭにおいて、電気化学素子Ａが積層されていなくてもよい。換言すれば、電気化学モジュールＭにおいて、電気化学素子Ａが複数集合した状態で配置されてもよい。

＜エネルギーシステム、電気化学装置＞
図１２には、エネルギーシステムＺ及び電気化学装置１００の概要が示されている。
エネルギーシステムＺは、電気化学装置１００と、電気化学装置１００から流通される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器２００とを有する。
電気化学装置１００は、電気化学モジュールＭと、脱硫器１０１と燃料変換器の一種である改質器１０２とを有し、電気化学モジュールＭに対して還元性成分を含有する燃料ガスを流通する燃料供給部１０３と、電気化学モジュールＭから電力を取り出す出力部８として電力変換器の一種であるインバータ１０４とを有する。

詳しくは、電気化学装置１００は、脱硫器１０１、改質水タンク１０５、気化器１０６、改質器１０２、ブロア１０７、燃焼部１０８、インバータ１０４、制御部１１０、及び電気化学モジュールＭを有する。

脱硫器１０１は、都市ガス等の炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄化合物成分を除去（脱硫）する。原燃料中に硫黄化合物が含有される場合、脱硫器１０１を備えることにより、硫黄化合物による改質器１０２あるいは電気化学素子Ａに対する悪影響を抑制することができる。気化器１０６は、改質水タンク１０５から流通される改質水から水蒸気を生成する。改質器１０２は、気化器１０６にて生成された水蒸気を用いて脱硫器１０１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素を含む改質ガスを生成する。

電気化学モジュールＭは、改質器１０２から流通された改質ガスと、ブロア１０７から流通された空気とを用いて、電気化学反応させて発電する。燃焼部１０８は、電気化学モジュールＭから流通される反応排ガスと空気とを混合させて、反応排ガス中の可燃成分を燃焼させる。

インバータ１０４は、電気化学モジュールＭの出力電力を調整して、商用系統（図示省略）から受電する電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。制御部１１０は電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺの運転を制御する。

改質器１０２は、燃焼部１０８での反応排ガスの燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行う。

原燃料は、昇圧ポンプ１１１の作動により原燃料供給路１１２を通して脱硫器１０１に流通される。改質水タンク１０５の改質水は、改質水ポンプ１１３の作動により改質水供給路１１４を通して気化器１０６に流通される。そして、原燃料供給路１１２は脱硫器１０１よりも下流側の部位で、改質水供給路１１４に合流されており、筐体Ｂ外にて合流された改質水と原燃料とが気化器１０６に流通される。

改質水は気化器１０６にて気化され水蒸気となる。気化器１０６にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路１１５を通して改質器１０２に流通される。改質器１０２にて原燃料が水蒸気改質され、水素ガスを主成分とする改質ガス（還元性成分を有する第一ガス）が生成される。改質器１０２にて生成された改質ガスは、燃料供給部１０３を通して電気化学モジュールＭに流通される。

反応排ガスは燃焼部１０８で燃焼され、燃焼排ガスとなって燃焼排ガス排出路１１６から熱交換器２００に送られる。燃焼排ガス排出路１１６には燃焼触媒部１１７（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去される。

熱交換器２００は、燃焼部１０８における燃焼で生じた燃焼排ガスと、流通される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。すなわち熱交換器２００は、電気化学モジュールＭから排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。

なお、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）流通される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。また、第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される反応排ガスの少なくとも一部を図１２中の１００，１０１，１０３，１０６，１１２，１１３，１１５のいずれかの部位に合流させリサイクルしても良い。反応排ガスには、電気化学素子Ａにて反応に用いられなかった残余の水素ガスが含まれる。反応排ガス利用部では、残余の水素ガスを利用して、燃焼による熱利用や、燃料電池等による発電が行われ、エネルギーの有効利用がなされる。

図１４には、電気化学反応部３を電解セルとして動作させる場合のエネルギーシステムＺ及び電気化学装置１００の一例が示されている。本システムでは供給された水と二酸化炭素が電気化学反応部３において電気分解され、水素及び一酸化炭素等を生成する。さらに燃料変換器２５において炭化水素などが合成される。図１４中の熱交換器２４を、燃料変換器２５で起きる反応によって生ずる反応熱と水とを熱交換させ気化させる排熱利用部として動作させるとともに、図１４中の熱交換器２３を、電気化学素子Ａによって生ずる排熱と水蒸気及び二酸化炭素とを熱交換させ予熱する排熱利用部として動作させる構成とすることにより、エネルギー効率を高めることができる。
また、電力変換器１０４（コンバータ）は、電気化学素子Ａに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学素子Ａは電解セルとして作用する。
よって、上記構成によれば、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺ等を提供することができる。

（他の実施形態）
（１）上記の実施形態では、電気化学素子Ａを電気化学装置１００としての固体酸化物形燃料電池の電気化学モジュールＭに用いたが、電気化学素子Ａは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。また、電気化学素子Ａは、電気化学素子積層体Ｓや電気化学モジュールＭにおいて複数組み合わせて用いるのに限らず、単独で用いることも可能である。

（２）上記の実施形態では、電極層３１の材料として例えばＮｉＯ_－ＧＤＣ、Ｎｉ_－ＧＤＣ、ＮｉＯ_－ＹＳＺ、Ｎｉ_－ＹＳＺ、ＣｕＯ_－ＣｅＯ_２、Ｃｕ_－ＣｅＯ_２などの複合材を用い、対極電極層３３の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用いた。このように構成された電気化学素子Ａは、電極層３１に水素ガスを流通して燃料極（アノード）とし、対極電極層３３に空気を流通して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いることが可能である。この構成を変更して、電極層３１を空気極とし、対極電極層３３を燃料極とすることが可能なように、電気化学素子Ａを構成することも可能である。すなわち、電極層３１の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層３３の材料として例えばＮｉＯ_－ＧＤＣ、Ｎｉ_－ＧＤＣ、ＮｉＯ_－ＹＳＺ、Ｎｉ_－ＹＳＺ、ＣｕＯ_－ＣｅＯ_２、Ｃｕ_－ＣｅＯ_２などの複合材を用いる。このように構成した電気化学素子Ａであれば、電極層３１に空気を流通して空気極とし、対極電極層３３に水素ガスを流通して燃料極とし、電気化学素子Ａを固体酸化物形燃料電池セルとして用いることができる。

（３）上述の実施形態では、第一板状体１と電解質層３２との間に電極層３１を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に対極電極層３３を配置した。電極層３１と対極電極層３３とを逆に配置する構成も可能である。つまり、第一板状体１と電解質層３２との間に対極電極層３３を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に電極層３１を配置する構成も可能である。この場合、電気化学素子Ａへの気体の流通についても変更する必要がある。
すなわち、電極層３１と対極電極層３３の順や第一ガス、第二ガスのいずれが還元性成分ガス及び酸化性成分ガスの一方又は他方であるかについては、電極層３１と対極電極層３３に対して第一ガス、第二ガスが適正に反応する形態で流通されるよう配置されていれば、種々形態を採用しうる。

（４）また、上述の実施形態では、気体通流許容部１Ａを覆って電気化学反応部３を、第一板状体１の第二板状体２とは反対側に設けたが、第一板状体１の第二板状体２側に設けてもよい。すなわち、電気化学反応部３は内部流路Ａ１に配置される構成であっても本発明は成り立つ。

（５）上記実施形態では、第一貫通部４１、第二貫通部５１を長方形状の板状支持体の両端部に一対設ける形態としたが、両端部に設ける形態に限らず、また、２対以上設ける形態であってもよい。また、第一貫通部４１、第二貫通部５１は、対で設けられている必要はない。よって、第一貫通部４１、第二貫通部５１それぞれが、１個以上設けられることができる。
さらに、板状支持体１０は長方形状に限らず、正方形状、円形状等種々形態を採用することができる。

（６）第一、第二環状シール部４２，５２は、第一、第二貫通部４１、５１どうしを連通させてガスの漏洩を防止できる構成であれば形状は問わない。つまり、第一、第二環状シール部４２，５２は、内部に貫通部に連通する開口部を有する無端状の構成で、隣接する電気化学素子Ａどうしの間をシールする構成あればよい。第一、第二環状シール部４２，５２は例えば環状である。環状には、円形、楕円形、方形、多角形状等いかなる形状でもよい。

（７）上記では、板状支持体１０は、第一板状体１及び第二板状体２により構成されている。ここで、第一板状体１と第二板状体２とは、別体の板状体から構成されていてもよいし、図１３に示すように一の板状体から構成されていてもよい。図１３の場合例えば、一の板状体が折り曲げられることで、第一板状体１と第二板状体２とが重ね合される。そして、周縁部１ａが溶接等されることで第一板状体１と第二板状体２とが一体化される。なお、第一板状体１と第二板状体２とは一連の継ぎ目のない板状体から構成されていてもよく、一連の板状体が折り曲げられることで図１３のように成形されてもよい。
また、後述しているが、第二板状体２が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。同様に、第一板状体１が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。

（８）上記の第二板状体２は、第一板状体１とともに内部流路Ａ１を形成する。内部流路Ａ１は、分配部Ａ１２、複数の副流路Ａ１１、合流部Ａ１３を有している。分配部Ａ１２に供給された第一ガスは、図１に示すように、複数の副流路Ａ１１それぞれに分配して供給され、複数の副流路Ａ１１の出口で合流部Ａ１３において合流する。よって、第一ガスは、分配部Ａ１２から合流部Ａ１３に向かうガス流れ方向に沿って流れる。
複数の副流路Ａ１１は、第二板状体２のうち分配部Ａ１２から合流部Ａ１３以外の部分を波板状に形成することで構成されている。そして、図５に示すように、複数の副流路Ａ１１は、第一ガスのガス流れ方向に交差する流れ交差方向での断面視において波板状に構成されている。このような複数の副流路Ａ１１は、図１に示すガス流れ方向に沿って波板が延びて形成されている。複数の副流路Ａ１１は、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間で一連の波状の板状体から形成されていてもよいし、２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。複数の副流路Ａ１１は、例えば、ガス流れ方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよいし、流れ交差方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。

また、複数の副流路Ａ１１は、図５に示すように同一形状の山及び谷が繰り返し形成されることで波形に構成されている。しかし、第二板状体２は、複数の副流路Ａ１１が形成される領域において板状部分を有していてもよい。例えば、複数の副流路Ａ１１は、板状部分と突状部分とが交互に形成されることで構成されていてもよい。そして、突状部分を第一ガス等の流体が通流する部分とすることができる。

（９）上記の第二板状体２において複数の副流路Ａ１１に相当する部分は、全面が波板状に形成されている必要はなく、少なくとも一部が波板状に形成されていればよい。第二板状体２は、例えば、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間において、ガス流れ方向の一部が平板状であり、残りが波板状であってもよい。また、第二板状体２は、流れ交差方向の一部が平板状であり、残りが波板状であってもよい。

（１０）上記実施形態において、電気化学装置は、複数の電気化学素子Ａを備える電気化学モジュールＭを備えている。しかし、上記実施形態の電気化学装置は１つの電気化学素子を備える構成にも適用可能である。

なお、上記の実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セルに利用可能である。

１ ：第一板状体
１Ａ ：気体通流許容部
２ ：第二板状体
３ ：電気化学反応部
４ ：供給路
５ ：排出路
８ ：出力部
９ ：分配室
１０ ：板状支持体
３１ ：電極層（第１電極、第２電極）
３２ ：電解質層
３３ ：対極電極層（第１電極、第２電極）
４１ ：第一貫通部（貫通部）
４２ ：第一環状シール部
５１ ：第二貫通部（貫通部）
５２ ：第二環状シール部
６１ ：第一ガス供給部
７１ ：第二ガス供給部
１００ ：電気化学装置
１０２ ：改質器
１０３ ：燃料供給部
１０４ ：インバータ
３００ ：緩衝部
３０１ ：第二ガス供給口
３０２ ：第二ガス排出口
Ａ ：電気化学素子
Ａ１ ：内部流路
Ａ１１ ：副流路
Ａ１２ ：分配部
Ａ２ ：通流部
Ｂ ：筐体
Ｂ１ ：支持部
Ｍ ：電気化学モジュール
Ｓ ：電気化学素子積層体
Ｚ ：エネルギーシステム

Claims (15)

1. 電解質層と、前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極とが、基板に沿って形成されている平板型の電気化学素子と、
   前記電気化学素子の周囲を取り囲む筐体と、
   前記電気化学素子の周囲の少なくとも一部と前記筐体との間に配置される緩衝部と、を備える電気化学モジュール。
2. 前記緩衝部を構成する柔軟性部材は、ヤング率が１０ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下である請求項１に記載の電気化学モジュール。
3. 前記緩衝部を構成する柔軟性部材は板状に形成され、当該柔軟性部材の厚さは前記電気化学素子の面方向の長さの０．１％以上１０％以下である請求項１又は２に記載の電気化学モジュール。
4. 前記緩衝部を構成する柔軟性部材は板状に形成され、当該緩衝部は複数の柔軟性部材が積層されて形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
5. 前記筐体には、複数の前記電気化学素子が積層された状態で収容される請求項１～４のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
6. 前記緩衝部を構成する板状の柔軟性部材は、その板状面を複数の前記電気化学素子の積層方向に沿わせた状態で、複数の前記電気化学素子の周囲に配置されている請求項１～５のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
7. 前記基板は、金属製の板状支持体である請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
8. 前記緩衝部は、電気絶縁性を有する材料から形成されている請求項１～７のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
9. 前記筐体は、金属製である請求項１～８のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
10. 前記筐体及び前記電気化学素子は、熱膨張率が略同等である請求項１～９のいずれか一項に記載の電気化学モジュール。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器とを少なくとも有する電気化学装置。
12. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出す、又は、前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。
13. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気化学モジュール、又は、請求項１１又は１２に記載の電気化学装置と、前記電気化学モジュール又は前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有するエネルギーシステム。
14. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気化学モジュールを備え、前記電気化学モジュールで発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池。
15. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気化学モジュールを備え、前記電気化学モジュールで電解反応を生じさせる固体酸化物形電解セル。
    

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