JP2023080459A - Electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Abstract

To suppress performance degradation and occurrence of defects due to foreign matters mixed in a gas while suppressing increase in the number of components and increase in a stack size.SOLUTION: An electrochemical reaction cell stack includes a plurality of electrochemical reaction units each including a single cell. A manifold is formed in the electrochemical reaction cell stack, the manifold exchanging a gas with a specific electrode of each of the electrochemical reaction units. A communication channel for communicating between the manifold and the specific electrode is formed in each of the electrochemical reaction units. A specific area exists on a surface of a member that defines a gas channel comprising the manifold and the communication channel, the specific area being an area satisfying such conditions that (1) a plurality of grooves extending approximately parallel to a specific direction is formed, and (2) the maximum height Rz along a direction crossing the specific direction is 0.01 μm or more and 50 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。 The technology disclosed by this specification relates to an electrochemical reaction cell stack.

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、「燃料電池発電単位」または「発電単位」という。)が所定の方向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。)を有する。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで上記所定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。以下、空気極と燃料極とを、まとめて「電極」という。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one type of fuel cell that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. SOFCs are generally used in the form of a fuel cell stack in which a plurality of structural units (hereinafter referred to as "fuel cell power generation units" or "power generation units") are arranged side by side in a predetermined direction. Each power generation unit has a fuel cell single cell (hereinafter simply referred to as "single cell"). A single cell includes an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the predetermined direction with the electrolyte layer interposed therebetween. Hereinafter, the air electrode and the fuel electrode are collectively referred to as "electrodes".

燃料電池スタックには、各発電単位の電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されている。また、各発電単位には、マニホールドと電極とを連通する連通流路が形成されている。以下、マニホールドと連通流路とを、まとめて「ガス流路」という。 The fuel cell stack is formed with a manifold for exchanging gas with the electrodes of each power generation unit. In addition, each power generation unit is formed with a communication flow path that connects the manifold and the electrode. Hereinafter, the manifold and the communication channel will be collectively referred to as "gas channel".

燃料電池スタックの製造時や運転時には、燃料電池スタックを構成する部材由来の異物が発生することがあり、燃料電池スタックの運転時に、ガス流路を流通するガスに該異物が混入することがある。このような異物のサイズは、50μm以下であることが多い。ガス流路を流通するガスに異物が混入すると、例えば以下のような現象が発生し、燃料電池スタックの性能が低下したり、燃料電池スタックを含むシステムに不具合を起こしたりするおそれがある。
(1)単セルに異物が付着することにより、単セルが被毒される。
(2)単セルや他の部材に異物が付着することにより、付着部分の温度が異常上昇して、単セルや他の部材にクラックや割れが生じたり、性能に悪影響を及ぼす反応生成物が形成されたりする。
(3)燃料電池スタックから排出された異物が燃料電池スタック外の改質触媒や燃焼触媒などに付着することにより、触媒性能が悪化する。
(4)燃料電池スタックから排出された異物が燃料電池スタック外の流体の配管、ポンプや弁などの補機類に析出することにより、該配管や該補機類において流通不良を起こす。
During the manufacturing and operation of the fuel cell stack, foreign matter derived from the members constituting the fuel cell stack may be generated, and during the operation of the fuel cell stack, the foreign matter may be mixed into the gas flowing through the gas flow path. . The size of such foreign matter is often 50 μm or less. If the gas flowing through the gas flow path is mixed with foreign matter, for example, the following phenomena may occur, and the performance of the fuel cell stack may deteriorate, or the system including the fuel cell stack may malfunction.
(1) A single cell is poisoned by a foreign matter adhering to the single cell.
(2) When foreign matter adheres to the single cell or other members, the temperature of the adhered portion rises abnormally, causing cracks or cracks in the single cell or other members, or producing reaction products that adversely affect performance. be formed.
(3) Deterioration of catalyst performance due to adhesion of foreign matter discharged from the fuel cell stack to the reforming catalyst and the combustion catalyst outside the fuel cell stack.
(4) Foreign matter discharged from the fuel cell stack deposits on fluid pipes, pumps, valves, and other auxiliary equipment outside the fuel cell stack, causing flow failures in the pipes and auxiliary equipment.

従来、燃料電池スタックにおいて、発電に寄与しない非発電セルを設け、該非発電セルに不純物除去流路を形成することにより、燃料電池スタック内を流通するガスに含まれる不純物を除去し、不純物が発電セルに流れ込むことを抑制する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a fuel cell stack, a non-power generating cell that does not contribute to power generation is provided, and an impurity removal flow path is formed in the non-power generating cell to remove impurities contained in the gas flowing through the fuel cell stack, and the impurity is used to generate power. A configuration for suppressing the flow into cells is known (see, for example, Patent Document 1).

特許第4973500号公報Japanese Patent No. 4973500

上記従来の燃料電池スタックの構成では、ガスに含まれる異物の除去のために、発電に寄与しない非発電セルを設けることが必要であり、部品点数が増大すると共に、燃料電池スタックのサイズが積層方向に長くなる、という課題がある。 In the conventional fuel cell stack configuration described above, it is necessary to provide non-power generating cells that do not contribute to power generation in order to remove foreign substances contained in the gas. There is a problem that it becomes longer in the direction.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という。)の構成単位である電解単セルを含む電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの燃料電池や電解セルにも共通の課題である。 In addition, such a subject is an electrolytic cell including an electrolytic single cell, which is a structural unit of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as "SOEC") that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. It is also a common problem for electrolysis cell stacks with multiple units. In this specification, the fuel cell single cell and the electrolysis single cell are collectively referred to as an electrochemical reaction single cell, the fuel cell power generation unit and the electrolysis cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit, and a fuel cell stack. The electrolysis cell stack is collectively called an electrochemical reaction cell stack. Moreover, such problems are not limited to SOFCs and SOECs, but are common to other types of fuel cells and electrolytic cells.

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。 This specification discloses a technology capable of solving the above-described problems.

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。 The technology disclosed in this specification can be implemented, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルをそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える。電気化学反応セルスタックには、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極のそれぞれについて、各前記電気化学反応単位の前記特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されている。各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されている。前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、(1)特定の方向に略平行に延伸する複数の溝が形成されており、かつ、(2)前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが、0.01μm以上、50μm以下である、という条件を満たす領域である特定領域が存在する。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification includes a plurality of electric cells each having an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other with the electrolyte layer interposed therebetween. Equipped with a chemical reaction unit. In the electrochemical reaction cell stack, a manifold is formed for exchanging gas between each specific electrode, which is at least one of the air electrode and the fuel electrode, and the specific electrode of each of the electrochemical reaction units. ing. Each of the electrochemical reaction units is formed with a communication channel that connects the manifold and the specific electrode. (1) a plurality of grooves extending substantially parallel to a specific direction are formed on a surface of a member that defines a gas flow path composed of the manifold and the communication flow path; There is a specific region that satisfies the condition that the maximum height Rz along the direction intersecting the specific direction is 0.01 μm or more and 50 μm or less.

このように、本電気化学反応セルスタックでは、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、特定の方向に略平行な複数の溝が形成された特定領域が存在する。特定領域における特定の方向(複数の溝の延伸方向に略平行な方向)に交差する方向に沿った最大高さRzは、0.01μm以上、50μm以下であることから、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸の大きさは、過度に小さくも大きくもない。ここで、ガス流路を流れるガスに混入する異物のサイズは50μm以下であることが多く、また、異物の形状はきれいな球体であることは少なく、いびつな形状をしていることが多い。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、ガス流路を流れるガスに異物が混入しても、ガス流路を画定する部材の表面における特定領域に存在する過度に小さくも大きくもない凹凸によって、いびつな形状の異物を引っ掛けてトラップすることができる。また、本電気化学反応セルスタックでは、ガスに混入した異物の除去のために、発電に寄与しない非発電セルを設けることを要さないため、部品点数の増大や電気化学反応セルスタックのサイズの増大を抑制することができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、部品点数の増大や電気化学反応セルスタックのサイズの増大を抑制しつつ、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。 As described above, in the present electrochemical reaction cell stack, the surface of the member defining the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path has a specific region in which a plurality of grooves substantially parallel to a specific direction are formed. exist. Since the maximum height Rz along the direction crossing the specific direction (the direction substantially parallel to the extending direction of the plurality of grooves) in the specific region is 0.01 μm or more and 50 μm or less, the plurality of grooves in the specific region The size of the unevenness caused by the presence of is neither excessively small nor excessively large. Here, the size of the foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path is often 50 μm or less, and the shape of the foreign matter is rarely a perfect sphere, and often has an irregular shape. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, even if a foreign substance is mixed in the gas flowing through the gas flow path, the unevenness present in a specific region on the surface of the member defining the gas flow path will cause , Ability to hook and trap irregularly shaped foreign objects. In addition, in this electrochemical reaction cell stack, it is not necessary to provide non-power generating cells that do not contribute to power generation in order to remove foreign substances mixed in the gas, so the number of parts and the size of the electrochemical reaction cell stack are reduced. Increase can be suppressed. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to suppress an increase in the number of parts and an increase in the size of the electrochemical reaction cell stack, and to reduce the deterioration of the electrochemical reaction cell stack due to foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path. It is possible to suppress the occurrence of system failures including performance degradation and electrochemical reaction cell stacks.

(2)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが0.1μm以上である領域である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸がある程度大きいため、マニホールドや連通流路を流れるガス中の異物を、ガス流路の表面の特定領域における凹凸によって効果的に引っ掛けてトラップすることができ、その結果、該異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 (2) In the above electrochemical reaction cell stack, the specific region may have a maximum height Rz of 0.1 μm or more along a direction intersecting the specific direction. According to the present electrochemical reaction cell stack, since the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves in the specific region is large to some extent, foreign matter in the gas flowing through the manifold and the communication channel can be removed from the unevenness in the specific region of the surface of the gas channel. As a result, it is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack and the occurrence of malfunctions of the system including the electrochemical reaction cell stack due to the foreign matter. .

(3)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが20μm以下である領域である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸がある程度小さいため、マニホールドや連通流路を流れるガス中の異物を、ガス流路の表面の特定領域における凹凸によって引っ掛けてトラップすることを実現しつつ、該凹凸に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができる。 (3) In the above electrochemical reaction cell stack, the specific region may have a maximum height Rz of 20 μm or less along a direction intersecting the specific direction. According to this electrochemical reaction cell stack, since the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves in the specific region is small to some extent, foreign matter in the gas flowing through the manifold and the communication channel can be removed from the unevenness in the specific region of the surface of the gas channel. It is possible to prevent the smooth gas flow in the gas flow path from being hindered due to the irregularities while realizing trapping by hooking.

(4)上記電気化学反応セルスタックにおいて、各前記電気化学反応単位は、金属の母材と、前記母材の表面に形成された酸化被膜と、を含む金属部材を有し、前記特定領域は、前記金属部材の表面に存在する構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸を比較的シャープな形状とすることができ、該凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、その結果、該異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 (4) In the above electrochemical reaction cell stack, each of the electrochemical reaction units has a metal member including a metal base material and an oxide film formed on the surface of the base material, and the specific region is , may be present on the surface of the metal member. According to the present electrochemical reaction cell stack, the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves in the specific region can be formed into a relatively sharp shape, and the unevenness effectively removes foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path. As a result, it is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack and the occurrence of malfunctions of the system including the electrochemical reaction cell stack due to the foreign matter.

(5)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、特定領域における複数の溝の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができる。 (5) In the above electrochemical reaction cell stack, the specific direction may be substantially parallel to the main flow direction of the gas at the position of the specific region. According to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to prevent the smooth gas flow in the gas flow path from being hindered due to the existence of the plurality of grooves in the specific region.

(6)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 (6) In the above electrochemical reaction cell stack, the specific direction may be a direction substantially orthogonal to the main flow direction of the gas at the position of the specific region. According to the present electrochemical reaction cell stack, the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves in the specific region can effectively hook and trap foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow channel. It is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack and the occurrence of troubles in the system including the electrochemical reaction cell stack.

(7)上記電気化学反応セルスタックにおいて、複数の前記特定領域が存在し、一の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向であり、他の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、一の特定領域における複数の溝の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができると共に、他の特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができる。 (7) In the above electrochemical reaction cell stack, there are a plurality of the specific regions, and the specific direction in one of the specific regions is substantially parallel to the main flow direction of the gas at the position of the specific region. The specific direction in the other specific region may be a direction substantially perpendicular to the main flow direction of the gas at the position of the specific region. According to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to suppress obstruction of smooth gas flow in the gas flow path due to the presence of a plurality of grooves in one specific region, and at the same time, The irregularities resulting from the presence of the plurality of grooves can effectively hook and trap foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path.

(8)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記マニホールドとして、ガスを供給する供給側マニホールドと、ガスを排出する排出側マニホールドと、が形成されており、各前記電気化学反応単位には、前記連通流路として、前記供給側マニホールドと前記特定電極とを連通する供給側連通流路と、前記排出側マニホールドと前記特定電極とを連通する排出側連通流路と、が形成されており、前記供給側マニホールドと前記供給側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、前記排出側マニホールドと前記排出側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、の両方に、前記特定領域が存在する構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、ガス供給側とガス排出側との両方について、ガス流路を流れるガスに混入した異物を、特定領域における複数の溝の存在に起因する凹凸によってトラップすることができ、異物の発生箇所にかかわらず、異物に起因する電気化学反応セルスタックの性能低下や電気化学反応セルスタックを含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 (8) In the electrochemical reaction cell stack, a supply side manifold for supplying gas and a discharge side manifold for discharging gas are formed as the manifolds, and each of the electrochemical reaction units is connected to the As flow paths, a supply-side communication flow path that communicates the supply-side manifold and the specific electrode, and a discharge-side communication flow path that communicates the discharge-side manifold and the specific electrode are formed. a surface of a member defining the gas flow path composed of the supply side manifold and the supply side communication flow path; and a member defining the gas flow path composed of the discharge side manifold and the discharge side communication flow path. It is also possible to adopt a configuration in which the specific region exists on both the surface of the According to this electrochemical reaction cell stack, on both the gas supply side and the gas discharge side, foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path is trapped by the unevenness caused by the existence of the plurality of grooves in the specific region. Therefore, it is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack and the occurrence of malfunctions of the system including the electrochemical reaction cell stack due to the foreign matter regardless of the location where the foreign matter is generated.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、複数の電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be implemented in various forms. For example, an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), manufacturing methods thereof, and the like.

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1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 according to this embodiment; FIG. 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Explanatory drawing showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 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Explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 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Explanatory drawing showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position IV-IV in FIG. 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Explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 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Explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図4に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図Explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図5のVIII-VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図Explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VIII-VIII in FIG. 図5のIX-IXの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図Explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of IX-IX in FIG. 性能評価結果を示す説明図Explanatory diagram showing performance evaluation results 変形例としての燃料電池スタック2002の外観構成を示す説明図Explanatory drawing showing the external configuration of a fuel cell stack 2002 as a modified example. 他の変形例としての燃料電池スタック1100の外観構成を示す説明図Explanatory drawing showing the external configuration of a fuel cell stack 1100 as another modified example. 他の変形例としての燃料電池スタック3100の外観構成を示す説明図Explanatory drawing showing the external configuration of a fuel cell stack 3100 as another modified example.

A.実施形態:
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図4は、図1のIV-IVの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図5以降についても同様である。
A. Embodiment:
A-1. composition:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of the fuel cell stack 100 in this embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1, and FIG. 4 is the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position IV-IV in FIG. It is an explanatory diagram showing. Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for the sake of convenience, the positive Z-axis direction is referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction is referred to as the downward direction. may be installed. The same applies to FIG. 5 and subsequent figures.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という。)102と、末端セパレータ210と、上端プレート220と、下端プレート189と、一対のターミナルプレート410,420と、絶縁部200と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のターミナルプレート410,420のうちの一方(以下、「上側ターミナルプレート410」という。)は、7つの発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という。)の上側に配置されており、一対のターミナルプレート410,420のうちの他方(以下、「下側ターミナルプレート420」という。)は、発電ブロック103の下側に配置されている。末端セパレータ210は、上側ターミナルプレート410の上側に配置されており、下端プレート189は、下側ターミナルプレート420の下側に配置されている。絶縁部200は、末端セパレータ210の上側に配置されている。一対のエンドプレート104,106のうちの一方(以下、「上側エンドプレート104」という。)は、絶縁部200の上側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの他の(以下、「下側エンドプレート106」という。)は、下端プレート189の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106は、発電ブロック103と、末端セパレータ210と、下端プレート189と、一対のターミナルプレート410,420と、絶縁部200とを上下から挟むように配置されている。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as "power generation units") 102, terminal separators 210, upper end plates 220, lower end plates 189, and a pair of terminal plates 410, 420, an insulating portion 200, and a pair of end plates 104, 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). One of the pair of terminal plates 410 and 420 (hereinafter referred to as "upper terminal plate 410") is located above an assembly (hereinafter referred to as "power generation block 103") composed of seven power generation units 102. The other of the pair of terminal plates 410 , 420 (hereinafter referred to as “lower terminal plate 420 ”) is arranged below the power generation block 103 . End separator 210 is positioned above upper terminal plate 410 and lower end plate 189 is positioned below lower terminal plate 420 . The insulating portion 200 is positioned above the terminal separator 210 . One of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as "upper end plate 104") is arranged above the insulating portion 200, and the other of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as "upper end plate 104") , referred to as “lower end plate 106 ”) are disposed below the lower end plate 189 . The pair of end plates 104 and 106 are arranged to sandwich the power generation block 103, the terminal separator 210, the lower end plate 189, the pair of terminal plates 410 and 420, and the insulating portion 200 from above and below.

図1および図4に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(発電ブロック103、末端セパレータ210、下端プレート189、一対のターミナルプレート410,420、および、絶縁部200)のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されている。上側エンドプレート104のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、孔(ネジ孔)が貫通形成されており、下側エンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、孔(ネジ孔)が貫通形成されている。これらの各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上下方向に延びるボルト孔109を構成している。以下の説明では、ボルト孔109を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、ボルト孔109と呼ぶ場合がある。 As shown in FIGS. 1 and 4, each layer (the power generation block 103, the terminal separator 210, the lower end plate 189, the pair of terminal plates 410 and 420, and the insulating portion 200) constituting the fuel cell stack 100 rotates in the Z-axis direction. Holes penetrating vertically through each layer are formed in the vicinity of four corners of the outer periphery of the . Holes (screw holes) are formed through the upper end plate 104 in the vicinity of the four corners of the outer periphery around the Z-axis direction, and the lower end plate 106 near the four corners of the outer periphery of the lower end plate 106 around the Z-axis direction. A hole (screw hole) is formed through the . Corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to form bolt holes 109 extending in the vertical direction. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to constitute the bolt holes 109 may also be referred to as the bolt holes 109 .

各ボルト孔109にはボルト22が挿入されている。各ボルト22の上端部は、上側エンドプレート104の孔を介してナット24のネジ孔に螺合しており、各ボルト22の下端部は、下側エンドプレート106の孔を介してナット24のネジ孔に螺合している。このような構成のボルト22およびナット24により、燃料電池スタック100の各層が一体に締結されている。 A bolt 22 is inserted into each bolt hole 109 . The upper end of each bolt 22 is screwed into the threaded hole of the nut 24 through the hole of the upper end plate 104, and the lower end of each bolt 22 is screwed into the nut 24 through the hole of the lower end plate 106. screwed into the screw hole. Each layer of the fuel cell stack 100 is integrally fastened by the bolts 22 and nuts 24 configured in this way.

また、図1から図3に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、下側ターミナルプレート420、下端プレート189、下側エンドプレート106)のZ軸方向回りの周縁部には、各層を上下方向に貫通する4つの孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、最上部の発電単位102から下側エンドプレート106にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。なお、以下、連通孔108のうち、下側エンドプレート106に形成された孔を、特にエンド貫通孔107という。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, each layer (each power generation unit 102, lower terminal plate 420, lower end plate 189, lower end plate 106) constituting the fuel cell stack 100 has peripheral edges around the Z-axis direction. is formed with four holes vertically penetrating each layer, and the corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the vertical direction, extending vertically from the uppermost power generation unit 102 to the lower end plate 106 A communication hole 108 extending in the direction is formed. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108 . Hereinafter, among the communication holes 108 , the holes formed in the lower end plate 106 are particularly referred to as end through holes 107 .

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する1つの連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する1つの連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へ排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。酸化剤ガス供給マニホールド161および酸化剤ガス排出マニホールド162は、各発電単位102の空気極114(後述)との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the vicinity of one side (one of the two sides parallel to the Y-axis, the side on the positive side of the X-axis) that constitutes the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. One communication hole 108 is a gas flow path through which an oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and supplies the oxidant gas OG to an air chamber 166 of each power generation unit 102, which will be described later. One communication hole 108 that functions as a gas supply manifold 161 and is located near the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) is connected to each power generation unit. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162 that is a gas flow path for discharging the oxidant offgas OOG, which is the gas discharged from the air chamber 166 of the fuel cell stack 102 , to the outside of the fuel cell stack 100 . The oxidant gas supply manifold 161 and the oxidant gas discharge manifold 162 are gas flow paths for exchanging gas with the air electrode 114 (described later) of each power generation unit 102 . For example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の1つの連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の1つの連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へ排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。燃料ガス供給マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172は、各発電単位102の燃料極116(後述)との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、燃料ガスFGとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。また、以下では、空気室166と燃料室176とを、まとめて「ガス室」という。 1 and 3, among the sides forming the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction, the vicinity of the side closest to the communication hole 108 functioning as the oxidant gas discharge manifold 162 described above. Another communication hole 108 located in the fuel cell stack 100 is a gas flow path for introducing the fuel gas FG from the outside of the fuel cell stack 100 and supplying the fuel gas FG to a fuel chamber 176 of each power generation unit 102, which will be described later. Another communication hole 108 located near the side closest to the communication hole 108 functioning as the gas supply manifold 171 and functioning as the oxidant gas supply manifold 161 described above discharges from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 that is a gas flow path for discharging the fuel off-gas FOG, which is the gas that has been discharged, to the outside of the fuel cell stack 100 . The fuel gas supply manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172 are gas flow paths for exchanging gas with the fuel electrode 116 (described later) of each power generation unit 102 . As the fuel gas FG, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used. Also, hereinafter, the air chamber 166 and the fuel chamber 176 are collectively referred to as a "gas chamber".

図1から図3に示すように、燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28とフランジ部29とを有している。本体部28には、上下方向に貫通するガス貫通孔26が形成されている。本体部28の一端(上端)は、下側エンドプレート106に形成されたエンド貫通孔107に接続されている。具体的には、本体部28の上端は、エンド貫通孔107内に挿入され、例えば溶接により接合されている。なお、本体部28の上端の外径および内径は、本体部28の他端(下端)の外径および内径より小さくなっている。フランジ部29は、本体部28の下端側から上下方向(Z軸方向)に垂直な面方向(XY平面に平行な方向)に張り出すように設けられている。なお、フランジ部29の上下方向視での形状は、略矩形状であり、4つの角部のそれぞれにはボルト孔29A(図1参照)が形成されている。各ボルト孔29Aには、燃料電池スタック100を外部装置に接続するためのボルト(図示しない)が挿入される。 As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27 . Each gas passage member 27 has a hollow cylindrical body portion 28 and a flange portion 29 . A gas through hole 26 is formed in the body portion 28 so as to penetrate vertically. One end (upper end) of the body portion 28 is connected to an end through hole 107 formed in the lower end plate 106 . Specifically, the upper end of the body portion 28 is inserted into the end through hole 107 and joined by welding, for example. The outer diameter and inner diameter of the upper end of the body portion 28 are smaller than the outer diameter and inner diameter of the other end (lower end) of the body portion 28 . The flange portion 29 is provided so as to protrude from the lower end side of the main body portion 28 in a surface direction (direction parallel to the XY plane) perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction). The shape of the flange portion 29 when viewed in the vertical direction is substantially rectangular, and bolt holes 29A (see FIG. 1) are formed at each of the four corners. A bolt (not shown) for connecting the fuel cell stack 100 to an external device is inserted into each bolt hole 29A.

図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、燃料ガス供給マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 As shown in FIG. 2, the gas through-hole 26 of the gas passage member 27 arranged at the position of the oxidant gas supply manifold 161 communicates with the oxidant gas supply manifold 161, and is located at the position of the oxidant gas discharge manifold 162. The gas through-holes 26 of the gas passage member 27 arranged at 1 are in communication with the oxidizing gas discharge manifold 162 . Further, as shown in FIG. 3, the gas through hole 26 of the gas passage member 27 arranged at the position of the fuel gas supply manifold 171 communicates with the fuel gas supply manifold 171, and at the position of the fuel gas discharge manifold 172. The gas through holes 26 of the arranged gas passage member 27 communicate with the fuel gas discharge manifold 172 .

(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の少なくとも一部を内包している。各ボルト22およびナット24による締結によって生じるZ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位102の周縁部(後述する各単セル110より外周側の部分)に作用する。なお、エンドプレート104,106は、それぞれ、1枚の板状部材をプレス加工(屈曲)して形成されたものである。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are plate-like members having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and are made of a conductive material such as stainless steel. Holes 32 and 34 penetrating in the Z-axis direction are formed near the center of the pair of end plates 104 and 106, respectively. As viewed in the Z-axis direction, the inner peripheral lines of the holes 32, 34 formed in the pair of end plates 104, 106 respectively include at least a portion of each single cell 110, which will be described later. A compressive force in the Z-axis direction generated by fastening with each bolt 22 and nut 24 acts mainly on the peripheral edge portion of each power generation unit 102 (portion on the outer peripheral side from each unit cell 110 described later). The end plates 104 and 106 are each formed by pressing (bending) a single plate member.

図2から図4に示すように、上側エンドプレート104は、平面部310と、凸部320と、を含んでいる。平面部310は、Z軸方向に垂直な面方向(XY平面に平行な方向)に沿った平坦部分である。具体的には、平面部310のZ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔109を構成する孔は、平面部310におけるZ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部320は、平面部310から上側に突出したリブである。凸部320は、外側凸部322と、内側凸部324と、を有している。外側凸部322は、平面部310の外周部から上側に突出している。外側凸部322は、平面部310の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部324は、平面部310の内周部から上側に突出している。内側凸部324は、平面部310の内周部の全周にわたって形成されている。 As shown in FIGS. 2-4, the upper end plate 104 includes a planar portion 310 and a convex portion 320. As shown in FIG. The plane portion 310 is a flat portion along a surface direction (direction parallel to the XY plane) perpendicular to the Z-axis direction. Specifically, the shape of the planar portion 310 as viewed in the Z-axis direction is a rectangular frame shape as a whole. The holes forming the bolt holes 109 described above are formed in the peripheral edge portion of the flat portion 310 around the Z-axis direction. The convex portion 320 is a rib that protrudes upward from the flat portion 310 . The protrusion 320 has an outer protrusion 322 and an inner protrusion 324 . The outer convex portion 322 protrudes upward from the outer peripheral portion of the planar portion 310 . Outer convex portion 322 is formed along the entire circumference of the outer peripheral portion of flat portion 310 . The inner convex portion 324 protrudes upward from the inner peripheral portion of the flat portion 310 . The inner convex portion 324 is formed along the entire circumference of the inner peripheral portion of the planar portion 310 .

また、下側エンドプレート106は、平面部510と、凸部520と、を含んでいる。平面部510は、Z軸方向に垂直な面方向(XY平面に平行な方向)に沿った平坦部分である。具体的には、平面部510のZ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔109を構成する孔は、平面部510におけるZ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部520は、平面部510から下側に突出したリブである。凸部520は、外側凸部522と、内側凸部524と、を有している。外側凸部522は、平面部510の外周部から下側に突出している。外側凸部522は、平面部510の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部524は、平面部510の内周部から下側に突出している。内側凸部524は、平面部510の内周部の全周にわたって形成されている。 Also, the lower end plate 106 includes a flat portion 510 and a convex portion 520 . The plane portion 510 is a flat portion along a plane direction (direction parallel to the XY plane) perpendicular to the Z-axis direction. Specifically, the shape of the planar portion 510 as viewed in the Z-axis direction is a rectangular frame shape as a whole. In addition, the holes forming the bolt holes 109 described above are formed in the peripheral portion of the plane portion 510 around the Z-axis direction. The convex portion 520 is a rib projecting downward from the flat portion 510 . The convex portion 520 has an outer convex portion 522 and an inner convex portion 524 . The outer convex portion 522 protrudes downward from the outer peripheral portion of the flat portion 510 . Outer convex portion 522 is formed along the entire circumference of the outer peripheral portion of flat portion 510 . The inner convex portion 524 protrudes downward from the inner peripheral portion of the planar portion 510 . The inner convex portion 524 is formed along the entire circumference of the inner peripheral portion of the planar portion 510 .

図2および図3に示すように、下側エンドプレート106には、補強部材600が固定されている。補強部材600は、平板部分610と、筒部分620と、を有する。平板部分610は、下側エンドプレート106の平面部510に平行な平板状の部分である。平板部分610の上下方向視での形状は、略矩形である。平板部分610は、下側エンドプレート106の平面部510から下方に離間した位置に配置されている。平板部分610の長手方向の一方側の辺は、外側凸部522の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されており、平板部分610の長手方向の他方側の辺は、内側凸部524の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分610には、ガス通路部材27の本体部28を挿入可能な貫通孔612が形成されている。筒部分620は、平板部分610の貫通孔612に連通する貫通孔622を有する円筒状の部分である。筒部分620は、平板部分610における貫通孔612の周囲部分から下側に突出するように形成されている。平板部分610の貫通孔612および筒部分620の貫通孔622を構成する内壁面がガス通路部材27の本体部28の外周面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分610と筒部分620とは、一体に形成されている。補強部材600は、耐熱性材料や、下側エンドプレート106やガス通路部材27等と同一材料または熱膨張率が同じ材料により形成されていることが好ましく、例えば金属(フェライト系ステンレス等)により形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, a reinforcing member 600 is fixed to the lower end plate 106 . The reinforcing member 600 has a flat plate portion 610 and a tubular portion 620 . The flat plate portion 610 is a flat plate-like portion parallel to the flat portion 510 of the lower end plate 106 . The shape of the flat plate portion 610 when viewed in the up-down direction is substantially rectangular. The flat plate portion 610 is positioned at a position spaced downward from the flat portion 510 of the lower end plate 106 . One side in the longitudinal direction of the flat plate portion 610 is in contact with the inner wall surface of the outer convex portion 522 and is joined by, for example, welding. It contacts the inner wall surface and is joined by welding, for example. A through-hole 612 into which the body portion 28 of the gas passage member 27 can be inserted is formed in the flat plate portion 610 . The tubular portion 620 is a cylindrical portion having a through hole 622 that communicates with the through hole 612 of the flat plate portion 610 . Cylindrical portion 620 is formed to protrude downward from the peripheral portion of through hole 612 in flat plate portion 610 . The inner wall surfaces forming the through hole 612 of the flat plate portion 610 and the through hole 622 of the cylindrical portion 620 are in contact with the outer peripheral surface of the main body portion 28 of the gas passage member 27 and are joined by welding, for example. The flat plate portion 610 and the tubular portion 620 are integrally formed. The reinforcing member 600 is preferably made of a heat-resistant material, the same material as the lower end plate 106, the gas passage member 27, or the like, or a material having the same coefficient of thermal expansion. It is

(ターミナルプレート410,420の構成)
一対のターミナルプレート410,420は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。上側ターミナルプレート410の中央付近には、Z軸方向に貫通する孔412が形成されている。Z軸方向視で、上側ターミナルプレート410に形成された孔412の内周線は、後述する各単セル110を内包している。Z軸方向視で、一対のターミナルプレート410,420のそれぞれの一方側(X軸正方向側)の端部は、発電ブロック103から側方に張り出している。本実施形態では、上側ターミナルプレート410の張り出し部分は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側ターミナルプレート420の張り出し部分は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Configuration of Terminal Plates 410, 420)
The pair of terminal plates 410 and 420 are plate-like members having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and are made of a conductive material such as stainless steel. A hole 412 is formed near the center of the upper terminal plate 410 so as to penetrate in the Z-axis direction. As viewed in the Z-axis direction, the inner peripheral line of the hole 412 formed in the upper terminal plate 410 includes each single cell 110 described later. As viewed in the Z-axis direction, one end (positive X-axis direction side) of each of the pair of terminal plates 410 and 420 protrudes laterally from the power generation block 103 . In this embodiment, the projecting portion of the upper terminal plate 410 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100 , and the projecting portion of the lower terminal plate 420 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100 . do.

(上端プレート220の構成)
上端プレート220は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。上端プレート220は、発電ブロック103の上側に配置されており、発電ブロック103における上端に位置するインターコネクタ190(後述)に電気的に接続されている。本実施形態では、上端プレート220とインターコネクタ190とは、後述の燃料極側集電部材144と同一構造の接続部材を介して電気的に接続されている。
(Configuration of upper end plate 220)
The upper end plate 220 is a plate-like member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of a conductive material such as stainless steel. The upper end plate 220 is arranged above the power generation block 103 and is electrically connected to an interconnector 190 (described later) located at the upper end of the power generation block 103 . In this embodiment, the upper end plate 220 and the interconnector 190 are electrically connected via a connecting member having the same structure as the fuel electrode side collector member 144 described later.

(末端セパレータ210の構成)
末端セパレータ210は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔211が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。末端セパレータ210における貫通孔211を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、上端プレート220の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。末端セパレータ210は、上端プレート220と発電ブロック103との間の空間と燃料電池スタック100の外部空間とを区画する。
(Structure of Terminal Separator 210)
The terminal separator 210 is a frame-shaped member having a substantially rectangular through-hole 211 penetrating vertically in the vicinity of the center thereof, and is made of metal, for example. A portion of the terminal separator 210 surrounding the through hole 211 (hereinafter referred to as a “through hole surrounding portion”) is joined to the upper surface of the peripheral portion of the upper end plate 220 by, for example, welding. The end separator 210 separates the space between the top plate 220 and the power generation block 103 and the space outside the fuel cell stack 100 .

末端セパレータ210は、末端セパレータ210の貫通孔周囲部を含む内側部216と、内側部216より外周側に位置する外側部217と、内側部216と外側部217とを連結する連結部218とを備える。本実施形態では、内側部216および外側部217は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部218は、内側部216と外側部217との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部218における下側(発電ブロック103側)の部分は凸部となっており、連結部218における上側(上側エンドプレート104側)の部分は凹部となっている。このため、連結部218は、Z軸方向における位置が内側部216および外側部217とは異なる部分を含んでいる。 The terminal separator 210 includes an inner portion 216 including the peripheral portion of the through hole of the terminal separator 210, an outer portion 217 located on the outer peripheral side of the inner portion 216, and a connecting portion 218 connecting the inner portion 216 and the outer portion 217. Prepare. In this embodiment, the inner portion 216 and the outer portion 217 are substantially flat plates extending in a direction substantially orthogonal to the Z-axis direction. Further, the connecting portion 218 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 216 and the outer portion 217 . A lower portion (on the power generation block 103 side) of the connecting portion 218 is a convex portion, and an upper portion (on the upper end plate 104 side) of the connecting portion 218 is a concave portion. Therefore, the connecting portion 218 includes portions whose positions in the Z-axis direction are different from those of the inner portion 216 and the outer portion 217 .

(下端プレート189の構成)
下端プレート189は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。下端プレート189の周縁部は、下側ターミナルプレート420と下側エンドプレート106との間に挟み込まれており、これにより、各マニホールド161,162,171,172のシール性と、下側ターミナルプレート420と下側エンドプレート106との絶縁性とが確保されている。
(Configuration of lower end plate 189)
The lower end plate 189 is a flat member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of an insulating material, for example. The peripheral edge of the lower end plate 189 is sandwiched between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106, thereby improving the sealing performance of the manifolds 161, 162, 171, 172 and the lower terminal plate 420. and insulation from the lower end plate 106 are ensured.

(絶縁部200の構成)
絶縁部200は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔が形成されたフレーム状の部材であり、例えば絶縁材料により形成されている。絶縁部200は、上側エンドプレート104と末端セパレータ210との間に挟み込まれており、これにより、各マニホールド161,162,171,172のシール性と、上側エンドプレート104と末端セパレータ210との絶縁性とが確保されている。
(Configuration of insulating portion 200)
The insulating portion 200 is a frame-shaped member having a substantially rectangular through hole penetrating vertically in the vicinity of the center thereof, and is made of, for example, an insulating material. The insulating portion 200 is sandwiched between the upper end plate 104 and the terminal separator 210 to provide sealing for each manifold 161 , 162 , 171 , 172 and insulation between the upper end plate 104 and the terminal separator 210 . is guaranteed.

(発電単位102の構成)
図5は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図6は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図7は、図4に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図8は、図5のVIII-VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図9は、図5のIX-IXの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
5 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two adjacent power generation units 102 at the same position as the cross section shown in FIG. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VIII-VIII in FIG. 5, and FIG. 9 is the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position IX-IX in FIG. It is an explanatory diagram showing.

図5から図7に示すように、発電単位102は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)110と、単セル用セパレータ120と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電部材144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ190および一対のIC用セパレータ180とを備えている。単セル用セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、IC用セパレータ180におけるZ軸方向回りの周縁部には、各マニホールド161,162,171,172として機能する各連通孔108を構成する孔と、各ボルト孔109を構成する孔とが形成されている。 As shown in FIGS. 5 to 7, the power generation unit 102 includes a fuel cell single cell (hereinafter referred to as "single cell") 110, a single cell separator 120, an air electrode side frame 130, and a fuel electrode side frame. 140 , a fuel electrode side collector member 144 , and a pair of interconnectors 190 and a pair of IC separators 180 that constitute the uppermost and lowermost layers of the power generation unit 102 . Communicating holes 108 functioning as manifolds 161, 162, 171, and 172 are formed in peripheral portions of the single cell separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the IC separator 180 around the Z-axis direction. Constituting holes and holes constituting each bolt hole 109 are formed.

単セル110は、電解質層112と、電解質層112のZ軸方向の一方側(上側)に配置された空気極114と、電解質層112のZ軸方向の他方側(下側)に配置された燃料極116と、電解質層112と空気極114との間に配置された反応防止層118とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、反応防止層118)を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode 114 arranged on one side (upper side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and an air electrode 114 arranged on the other side (lower side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction. It comprises an anode 116 and a reaction prevention layer 118 disposed between the electrolyte layer 112 and the cathode 114 . The single cell 110 of this embodiment is a fuel electrode supporting type single cell in which the fuel electrode 116 supports the other layers (electrolyte layer 112, air electrode 114, reaction prevention layer 118) that constitute the single cell 110. .

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル110は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、例えばペロブスカイト型酸化物(例えば、LSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物))を含むように構成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。反応防止層118は、Z軸方向視で空気極114と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばGDC(ガドリニウムドープセリア)を含むように構成されている。反応防止層118は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO)が生成されることを抑制する機能を有する。空気極114および燃料極116は、特許請求の範囲における特定電極の一例である。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain a solid oxide (for example, YSZ (yttria-stabilized zirconia)). That is, the single cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide)). . The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. ing. The reaction prevention layer 118 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the air electrode 114 when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain, for example, GDC (gadolinium-doped ceria). The reaction prevention layer 118 is formed by reacting an element (eg, Sr) diffused from the air electrode 114 with an element (eg, Zr) contained in the electrolyte layer 112 to generate a high-resistance substance (eg, SrZrO 3 ). has the function of suppressing The air electrode 114 and the fuel electrode 116 are examples of specific electrodes in the claims.

単セル用セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ120における貫通孔121を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、単セル110(電解質層112)の周縁部における上側の表面に対向している。単セル用セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、単セル110(電解質層112)と接合されている。単セル用セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク(クロスリーク)が抑制される。 The single-cell separator 120 is a frame-shaped member having a substantially rectangular through-hole 121 penetrating vertically in the vicinity of the center thereof, and is made of metal, for example. A portion of the single-cell separator 120 surrounding the through-hole 121 (hereinafter referred to as a “through-hole surrounding portion”) faces the upper surface of the peripheral portion of the single-cell 110 (electrolyte layer 112 ). The unit cell separator 120 is joined to the unit cell 110 (electrolyte layer 112) by a joining portion 124 formed of brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. An air chamber 166 facing the air electrode 114 and a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are partitioned by the single cell separator 120, and gas flows from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the single cell 110. leak (cross leak) is suppressed.

単セル用セパレータ120は、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部を含む内側部126と、内側部126より外周側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。本実施形態では、内側部126および外側部127は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部128は、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部128における下側(燃料室176側)の部分は凸部となっており、連結部128における上側(空気室166側)の部分は凹部となっている。このため、連結部128は、Z軸方向における位置が内側部126および外側部127とは異なる部分を含んでいる。 The single cell separator 120 has an inner portion 126 including the peripheral portion of the through hole of the single cell separator 120, an outer portion 127 located outside the inner portion 126, and a connection connecting the inner portion 126 and the outer portion 127. and a portion 128 . In this embodiment, the inner portion 126 and the outer portion 127 are substantially flat plates extending in a direction substantially orthogonal to the Z-axis direction. Moreover, the connecting portion 128 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 126 and the outer portion 127 . The lower side (fuel chamber 176 side) of connecting portion 128 is a convex portion, and the upper side (air chamber 166 side) portion of connecting portion 128 is a concave portion. Therefore, the connecting portion 128 includes portions whose positions in the Z-axis direction are different from those of the inner portion 126 and the outer portion 127 .

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。 A glass seal portion 125 containing glass is arranged near the through hole 121 in the single cell separator 120 . The glass seal portion 125 is positioned on the air chamber 166 side with respect to the joint portion 124, and the surface of the unit cell separator 120 around the through hole and the surface of the unit cell 110 (the electrolyte layer 112 in this embodiment) is formed to contact both the The glass seal portion 125 effectively suppresses gas leak (cross leak) from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110 .

インターコネクタ190は、略矩形の平板形状の平板部150と、平板部150から空気極114側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部134とを有する導電性の部材であり、金属(例えば、フェライト系ステンレス)により形成されている。本実施形態では、インターコネクタ190の表面(空気室166に面する表面)に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層194が形成されている。以下では、被覆層194に覆われたインターコネクタ190を、単にインターコネクタ190という。インターコネクタ190(の各空気極側集電部134)は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材196を介して、単セル110の空気極114に接合されており、これにより単セル110の空気極114に電気的に接続されている。インターコネクタ190は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を抑制する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ190は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ190は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ190と同一部材である。また、燃料電池スタック100は下側ターミナルプレート420および下端プレート189を備えているため、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ190を備えていない(図2から図4参照)。 The interconnector 190 is a conductive member having a substantially rectangular flat plate-shaped flat plate portion 150 and a plurality of substantially columnar air electrode side current collectors 134 projecting from the flat plate portion 150 toward the air electrode 114 side. (for example, ferritic stainless steel). In this embodiment, the surface of the interconnector 190 (the surface facing the air chamber 166) is formed with a conductive coating layer 194 made of, for example, spinel oxide. Below, the interconnector 190 covered with the covering layer 194 is simply referred to as the interconnector 190 . The interconnector 190 (each air electrode-side current collector 134 thereof) is joined to the air electrode 114 of the unit cell 110 via a conductive joint material 196 made of, for example, spinel oxide. It is electrically connected to the cathode 114 of the cell 110 . The interconnector 190 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and suppresses mixing of reaction gases between the power generation units 102 . In addition, in this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 190 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 190 in one power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 190 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, since the fuel cell stack 100 has the lower terminal plate 420 and the lower end plate 189, the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 190 (FIG. 2). to Figure 4).

IC用セパレータ180は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔181が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。IC用セパレータ180における貫通孔181を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、インターコネクタ190の平板部150の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、上側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の空気室166と、該発電単位102に対して上側に隣り合う他の発電単位102の燃料室176とを区画する。また、ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、下側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の燃料室176と、該発電単位102に対して下側に隣り合う他の発電単位102の空気室166とを区画する。このように、IC用セパレータ180により、発電単位102の周縁部における発電単位102間のガスのリークが抑制される。なお、燃料電池スタック100において最も上側に位置する発電単位102の上側のインターコネクタ190に接合されたIC用セパレータ180は、上側ターミナルプレート410に電気的に接続されている。 The IC separator 180 is a frame-shaped member having a substantially rectangular through-hole 181 extending vertically through the vicinity of the center thereof, and is made of metal, for example. A portion of the IC separator 180 surrounding the through-hole 181 (hereinafter referred to as “through-hole surrounding portion”) is joined to the upper surface of the periphery of the flat plate portion 150 of the interconnector 190 by, for example, welding. Among the pair of IC separators 180 included in a certain power generation unit 102, the upper IC separator 180 is connected to the air chamber 166 of the power generation unit 102 and the other power generation unit 102 adjacent to the power generation unit 102 on the upper side. and the fuel chamber 176 of the . Also, of the pair of IC separators 180 included in a certain power generation unit 102, the lower IC separator 180 is adjacent to the fuel chamber 176 of the power generation unit 102 and the power generation unit 102 on the lower side. and the air chamber 166 of the power generation unit 102 . In this manner, the IC separator 180 suppresses gas leakage between the power generation units 102 at the periphery of the power generation units 102 . Note that the IC separator 180 joined to the upper interconnector 190 of the power generation unit 102 located at the uppermost position in the fuel cell stack 100 is electrically connected to the upper terminal plate 410 .

IC用セパレータ180は、IC用セパレータ180の貫通孔周囲部を含む内側部186と、内側部186より外周側に位置する外側部187と、内側部186と外側部187とを連結する連結部188とを備える。本実施形態では、内側部186および外側部187は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部188は、内側部186と外側部187との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部188における下側(空気室166側)の部分は凸部となっており、連結部188における上側(燃料室176側)の部分は凹部となっている。このため、連結部188は、Z軸方向における位置が内側部186および外側部187とは異なる部分を含んでいる。 The IC separator 180 has an inner portion 186 including the peripheral portion of the through hole of the IC separator 180, an outer portion 187 located outside the inner portion 186, and a connecting portion 188 connecting the inner portion 186 and the outer portion 187. and In this embodiment, the inner portion 186 and the outer portion 187 are substantially flat plates extending in a direction substantially orthogonal to the Z-axis direction. Moreover, the connecting portion 188 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 186 and the outer portion 187 . The lower side (air chamber 166 side) of the connecting portion 188 is a convex portion, and the upper side (fuel chamber 176 side) portion of the connecting portion 188 is a concave portion. Therefore, the connecting portion 188 includes portions whose positions in the Z-axis direction are different from those of the inner portion 186 and the outer portion 187 .

図8に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、単セル用セパレータ120の周縁部における上側の表面と、上側のIC用セパレータ180の周縁部における下側の表面とに接触しており、両者の間のガスシール性(すなわち、空気室166のガスシール性)を確保するシール部材として機能する。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180間(すなわち、一対のインターコネクタ190間)が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 As shown in FIG. 8, the air electrode side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 131 extending in the Z-axis direction near the center, and is made of an insulator such as mica. there is A hole 131 in the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air electrode side frame 130 is in contact with the upper surface of the periphery of the single cell separator 120 and the lower surface of the periphery of the upper IC separator 180, and the gas sealing property ( That is, it functions as a sealing member that secures the gas sealing property of the air chamber 166 . Also, the cathode-side frame 130 electrically insulates between the pair of IC separators 180 included in the power generation unit 102 (that is, between the pair of interconnectors 190). The air electrode side frame 130 also has an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the oxidizing gas supply manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

図9に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、単セル用セパレータ120の周縁部における下側の表面と、下側のIC用セパレータ180の周縁部における上側の表面とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 As shown in FIG. 9, the fuel electrode-side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 141 penetrating in the Z-axis direction near the center, and is made of metal, for example. A hole 141 in the anode-side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the anode 116 . The fuel electrode-side frame 140 is in contact with the lower surface of the periphery of the single cell separator 120 and the upper surface of the periphery of the lower IC separator 180 . Further, the fuel electrode side frame 140 has a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas supply manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. and are formed.

図5から図7に示すように、燃料極側集電部材144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電部材144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116の下側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ190(の平板部150)の上側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ190を備えていないため、該発電単位102における燃料極側集電部材144のインターコネクタ対向部146は、下側ターミナルプレート420に接触している。燃料極側集電部材144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ190(または下端プレート189)とを電気的に接続する。なお、燃料極側集電部材144の電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電部材144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電部材144を介した燃料極116とインターコネクタ190(または下側ターミナルプレート420)との電気的接続が良好に維持される。燃料極側集電部材144は、例えば、平板状の材料(例えば、厚さ10~200μmのニッケル箔)に複数の矩形の切り込みを入れ、該材料の上に複数の孔が形成されたシート状の燃料極側集電部材144を配置した状態で、複数の矩形部分を曲げ起こしてスペーサー149を挟むように加工することにより作製される。曲げ起こされた各矩形部分が電極対向部145となり、曲げ起こされた部分以外の穴が開いた状態の平板部分がインターコネクタ対向部146となり、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ部分が連接部147となる。 As shown in FIGS. 5 to 7 , the fuel electrode side collector member 144 is arranged inside the fuel chamber 176 . The fuel electrode-side current collecting member 144 includes an interconnector-facing portion 146, an electrode-facing portion 145, and a connecting portion 147 that connects the electrode-facing portion 145 and the interconnector-facing portion 146, and is made of, for example, nickel or a nickel alloy. , stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the lower surface of the fuel electrode 116 , and the interconnector facing portion 146 is in contact with the upper surface of (the flat plate portion 150 of) the interconnector 190 . However, as described above, since the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 190, the fuel electrode side current collecting member 144 of the power generation unit 102 faces the interconnector. Portion 146 contacts lower terminal plate 420 . Fuel electrode side current collecting member 144 having such a configuration electrically connects fuel electrode 116 and interconnector 190 (or lower end plate 189). A spacer 149 made of mica, for example, is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 of the fuel electrode side collector member 144 . Therefore, the fuel electrode side current collecting member 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector 190 (or the lower terminal plate) via the fuel electrode side current collecting member 144. 420) is well maintained. The fuel electrode side collector member 144 is, for example, a sheet-shaped material (for example, a nickel foil with a thickness of 10 to 200 μm) with a plurality of rectangular cuts and a plurality of holes formed on the material. In the state where the fuel electrode side current collecting member 144 is arranged, a plurality of rectangular portions are bent and processed so as to sandwich the spacer 149 . Each bent rectangular portion becomes an electrode facing portion 145, and a flat plate portion with a hole other than the bent and raised portion becomes an interconnector facing portion 146, which connects the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. A portion becomes the connecting portion 147 .

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図5に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27のガス貫通孔26を介して酸化剤ガス供給マニホールド161に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図6に示すように、燃料ガス供給マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27のガス貫通孔26を介して燃料ガス供給マニホールド171に供給され、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 5, the oxidant gas OG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the body portion 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas supply manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas supply manifold 161 through the gas through holes 26 of the gas passage member 27, and from the oxidizing gas supply manifold 161 to the oxidizing gas supply communication holes of each power generation unit 102. 132 to air chamber 166 . 3 and 6, the fuel gas FG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the body portion 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas supply manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas supply manifold 171 through the gas through hole 26 of the gas passage member 27, and from the fuel gas supply manifold 171 through the fuel gas supply communication hole 142 of each power generation unit 102. , are supplied to the fuel chamber 176 .

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は上側のインターコネクタ190に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材144を介して下側のインターコネクタ190(または、下端プレート189)に電気的に接続されている。すなわち、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。また、最も上側に位置する発電単位102の上側のインターコネクタ190およびIC用セパレータ180は、上側ターミナルプレート410に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位102の燃料極側集電部材144には、下側ターミナルプレート420が電気的に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するターミナルプレート410,420から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば600℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, electric power is generated in the single cell 110 by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. will be This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the unit cell 110 is electrically connected to the upper interconnector 190, and the fuel electrode 116 is connected to the lower interconnector 190 (or the lower plate 189). That is, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. The upper interconnector 190 and the IC separator 180 of the uppermost power generation unit 102 are electrically connected to the upper terminal plate 410, and the lowermost power generation unit 102 is connected to the fuel electrode side. A lower terminal plate 420 is electrically connected to the electrical member 144 . Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from terminal plates 410 and 420 that function as output terminals of fuel cell stack 100 . Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 600° C. to 1000° C.), the fuel cell stack 100 is heated by the heater ( (not shown).

図2および図5に示すように、各発電単位102の空気室166から酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出された酸化剤オフガスOOGは、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28のガス貫通孔26を経て、当該本体部28に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、図3および図6に示すように、各発電単位102の燃料室176から燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出された燃料オフガスFOGは、燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28のガス貫通孔26を経て、当該本体部28に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 2 and 5, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133 is discharged into the oxidant gas discharge manifold. The gas is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the main body 28 through the gas through hole 26 of the main body 28 of the gas passage member 27 provided at the position 162. be. Further, as shown in FIGS. 3 and 6, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication hole 143 is The gas is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the main body 28 through the gas through hole 26 of the main body 28 of the gas passage member 27 provided at the position.

なお、本実施形態の燃料電池スタック100は、各発電単位102において、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(X軸正方向からX軸負方向へ向かう方向)と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向(X軸負方向からX軸正方向へ向かう方向)とが略反対方向(互いに対向する方向)である、カウンターフロータイプのSOFCである。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in each power generation unit 102, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 (the direction from the positive direction of the X axis to the negative direction of the X axis) This is a counter-flow type SOFC in which the main flow direction of the gas FG (the direction from the negative direction of the X axis to the positive direction of the X axis) is substantially opposite (directions facing each other).

A-3.ガス流路の詳細構成:
次に、本実施形態の燃料電池スタック100におけるガス流路の詳細構成について説明する。ここで言うガス流路は、各マニホールドと各連通流路とから構成されるガス流路である。なお、マニホールドには、ガス通路部材27内に形成された流路が含まれる。例えば、空気極側の供給側のマニホールドは、酸化剤ガス供給マニホールド161と、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内に形成された流路と、から構成される。空気極側の排出側のマニホールド、燃料極側の供給側のマニホールドおよび燃料極側の排出側のマニホールドについても同様に、それぞれ、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス供給マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172と、それぞれの位置に配置されたガス通路部材27内に形成された流路と、から構成される。また、連通流路は、マニホールドと電極とを連通する流路であり、マニホールドとガス室とを連通する連通孔と、ガス室の一部分(連通孔と電極との間に位置する部分)と、から構成される。例えば、空気極側の供給側連通流路は、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気極114とを連通する流路であり、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166における酸化剤ガス供給連通孔132と空気極114との間に位置する一部分と、から構成される。同様に、空気極側の排出側連通流路は、酸化剤ガス排出マニホールド162と空気室166とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133と、空気室166における酸化剤ガス排出連通孔133と空気極114との間に位置する一部分と、から構成される。また、燃料極側の供給側連通流路は、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176における燃料ガス供給連通孔142と燃料極116との間に位置する一部分と、から構成され、燃料極側の排出側連通流路は、燃料ガス排出マニホールド172と燃料室176とを連通する燃料ガス排出連通孔143と、燃料室176における燃料ガス排出連通孔143と燃料極116との間に位置する一部分と、から構成される。
A-3. Detailed configuration of the gas flow path:
Next, the detailed configuration of the gas flow path in the fuel cell stack 100 of this embodiment will be described. The gas flow path referred to here is a gas flow path composed of each manifold and each communication flow path. It should be noted that the manifold includes flow paths formed in the gas passage member 27 . For example, the manifold on the air electrode side supply side is composed of an oxidant gas supply manifold 161 and a flow path formed in the gas passage member 27 arranged at the position of the oxidant gas supply manifold 161 . The air electrode side discharge side manifold, the fuel electrode side supply side manifold, and the fuel electrode side discharge side manifold are similarly provided with the oxidizing gas discharge manifold 162, the fuel gas supply manifold 171 and the fuel gas discharge manifold, respectively. 172 and flow paths formed in the gas passage members 27 arranged at respective positions. The communication channel is a channel that communicates the manifold and the electrode, and includes a communication hole that communicates the manifold and the gas chamber, a portion of the gas chamber (a portion located between the communication hole and the electrode), consists of For example, the supply-side communication channel on the air electrode side is a channel that communicates the oxidizing gas supply manifold 161 and the air electrode 114, and communicates the oxidizing gas supply manifold 161 with the air chamber 166. The communication hole 132 and a portion of the air chamber 166 located between the oxygen-containing gas supply communication hole 132 and the air electrode 114 . Similarly, the discharge-side communication passage on the air electrode side includes the oxidizing gas discharge communication hole 133 that communicates between the oxidizing gas discharge manifold 162 and the air chamber 166, and the oxidizing gas discharge communication hole 133 and the air in the air chamber 166. and a portion located between the pole 114 . The supply-side communication passage on the fuel electrode side includes a fuel gas supply communication hole 142 that communicates between the fuel gas supply manifold 171 and the fuel chamber 176, and a connection between the fuel gas supply communication hole 142 in the fuel chamber 176 and the fuel electrode 116. and a portion located between the fuel electrode side discharge side communication passage is composed of a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates between the fuel gas discharge manifold 172 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge in the fuel chamber 176. and a part located between the communication hole 143 and the fuel electrode 116 .

本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路を画定する部材の表面(該ガス流路に面する表面)に、以下の条件(1)および条件(2)を満たす特定領域SAが存在する。
(1)特定の方向に略平行に延伸する複数の溝11が形成されており、かつ、
(2)上記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが、0.01μm以上、50μm以下である。
In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, a specific area SA satisfying the following conditions (1) and (2) is formed on the surface of the member defining the gas flow path (the surface facing the gas flow path). exist.
(1) A plurality of grooves 11 extending substantially parallel to a specific direction are formed, and
(2) A maximum height Rz along a direction intersecting the specific direction is 0.01 μm or more and 50 μm or less.

本明細書において、2つの方向が略平行であるとは、2つの方向のなす角が10度以下であることを意味する。そのため、上記条件(1)は、複数の溝11が互いに平行である形態に限られず、複数の溝11の延伸方向が互いに平行な状態からわずかにずれており、複数の溝11が互いに交差している形態も含む。 In this specification, two directions being substantially parallel means that the angle formed by the two directions is 10 degrees or less. Therefore, the above condition (1) is not limited to the form in which the plurality of grooves 11 are parallel to each other, but the extending directions of the plurality of grooves 11 are slightly deviated from the state in which they are parallel to each other, and the plurality of grooves 11 intersect each other. Also includes forms that are

また、上記条件(2)における最大高さRzは、JIS B0601に規定された表面粗さの指標値である。最大高さRzは、非接触式または接触式の表面粗さ計により測定することができる。上記条件(2)における最大高さRzは、特定の方向(複数の溝11の延伸方向に略平行な方向)に交差する方向に沿った最大高さRzであることから、複数の溝11の存在に起因する表面の凹凸の大きさの程度を表す指標値であると言える。なお、上記条件(2)における「特定の方向に交差する方向」は、例えば、特定の方向に直交する方向である。 Further, the maximum height Rz in the above condition (2) is an index value of surface roughness defined in JIS B0601. The maximum height Rz can be measured with a non-contact or contact surface roughness meter. The maximum height Rz in the above condition (2) is the maximum height Rz along the direction crossing a specific direction (the direction substantially parallel to the extending direction of the plurality of grooves 11). It can be said that it is an index value representing the degree of unevenness on the surface caused by the existence of the surface. In addition, the "direction intersecting the specific direction" in the above condition (2) is, for example, a direction orthogonal to the specific direction.

上記条件(1)および条件(2)を満たす特定領域SAは、例えば、対象部材に対する研磨加工、レーザ加工、エッチング加工等によって複数の溝11を形成することにより実現することができる。また、このような溝11の形成加工は、対象部材の形成材料に対して行ってもよいし、該形成材料を加工して対象部材を作製した後に行ってもよい。 The specific area SA that satisfies the above conditions (1) and (2) can be realized by forming a plurality of grooves 11 on the target member by, for example, polishing, laser processing, etching, or the like. Further, such a forming process of the grooves 11 may be performed on the forming material of the target member, or may be performed after processing the forming material to fabricate the target member.

図5に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路の一部としての酸化剤ガス排出マニホールド162を画定する部材の表面に、特定領域SAが存在する。なお、酸化剤ガス排出マニホールド162を画定する部材の表面は、具体的には、単セル用セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、IC用セパレータ180、下側ターミナルプレート420、下端プレート189および下側エンドプレート106における連通孔108の内周面である。この点は、後述する酸化剤ガス供給マニホールド161、燃料ガス排出マニホールド172および燃料ガス供給マニホールド171のそれぞれを画定する部材の表面についても、同様である。本実施形態では、酸化剤ガス排出マニホールド162を画定する部材の表面の略全体が特定領域SAとなっている。酸化剤ガス排出マニホールド162を画定する部材の表面の特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(酸化剤オフガスOOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではZ軸方向)に略平行な方向である。すなわち、この特定領域SAには、酸化剤オフガスOOGの主たる流れ方向(Z軸方向)に略平行に延伸している複数の溝11が形成されている。 As shown in FIG. 5, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, a specific area SA exists on the surface of the member that defines the oxidizing gas discharge manifold 162 as part of the gas flow path described above. The surfaces of the members defining the oxidizing gas discharge manifold 162 are specifically the single cell separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, the IC separator 180, the lower terminal plate 420, It is the inner peripheral surface of the communication hole 108 in the lower end plate 189 and the lower end plate 106 . The same applies to the surfaces of the members defining the oxidant gas supply manifold 161, the fuel gas discharge manifold 172, and the fuel gas supply manifold 171, which will be described later. In this embodiment, substantially the entire surface of the member that defines the oxidizing gas discharge manifold 162 is the specific area SA. The "specific direction" in the above condition (1) regarding the specific area SA on the surface of the member defining the oxidant gas discharge manifold 162 is the main flow direction of the gas (oxidant off-gas OOG) at the position of the specific area SA ( In this embodiment, the direction is substantially parallel to the Z-axis direction). That is, in this specific area SA, a plurality of grooves 11 extending substantially parallel to the main flow direction (Z-axis direction) of the oxidant offgas OOG are formed.

また、図示しないが、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路の一部としての酸化剤ガス供給マニホールド161を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域SAが存在する。本実施形態では、酸化剤ガス供給マニホールド161を画定する部材の表面の略全体が特定領域SAとなっている。酸化剤ガス供給マニホールド161を画定する部材の表面の特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(酸化剤ガスOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではZ軸方向)に略平行な方向である。すなわち、この特定領域SAには、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(Z軸方向)に略平行に延伸している複数の溝11が形成されている。 In addition, although not shown, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the surface of the member defining the oxidant gas supply manifold 161 as part of the gas flow path described above also has a specific area SA. . In this embodiment, substantially the entire surface of the member that defines the oxidant gas supply manifold 161 is the specific area SA. The "specific direction" in the above condition (1) regarding the specific area SA on the surface of the member defining the oxidant gas supply manifold 161 is the main flow direction (oxidant gas OG) of the gas (oxidant gas OG) at the position of the specific area SA In this embodiment, the direction is substantially parallel to the Z-axis direction). That is, a plurality of grooves 11 extending substantially parallel to the main flow direction (Z-axis direction) of the oxidant gas OG are formed in the specific area SA.

図6に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路の一部としての燃料ガス排出マニホールド172を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域SAが存在する。本実施形態では、燃料ガス排出マニホールド172を画定する部材の表面の略全体が特定領域SAとなっている。燃料ガス排出マニホールド172を画定する部材の表面の特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(燃料オフガスFOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではZ軸方向)に略平行な方向である。すなわち、この特定領域SAには、燃料オフガスFOGの主たる流れ方向(Z軸方向)に略平行に延伸している複数の溝11が形成されている。 As shown in FIG. 6, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the surface of the member defining the fuel gas discharge manifold 172 as part of the gas flow path described above also has a specific area SA. . In this embodiment, substantially the entire surface of the member that defines the fuel gas discharge manifold 172 is the specific area SA. The “specific direction” in the above condition (1) regarding the specific area SA on the surface of the member defining the fuel gas discharge manifold 172 is the main flow direction of the gas (fuel off-gas FOG) at the position of the specific area SA (this embodiment In the form, the direction is substantially parallel to the Z-axis direction). That is, in this specific area SA, a plurality of grooves 11 extending substantially parallel to the main flow direction (Z-axis direction) of the fuel offgas FOG are formed.

また、図示しないが、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路の一部としての燃料ガス供給マニホールド171を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域SAが存在する。本実施形態では、燃料ガス供給マニホールド171を画定する部材の表面の略全体が特定領域SAとなっている。燃料ガス供給マニホールド171を画定する部材の表面の特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(燃料ガスFG)の主たる流れ方向(本実施形態ではZ軸方向)に略平行な方向である。すなわち、この特定領域SAには、燃料ガスFGの主たる流れ方向(Z軸方向)に略平行に延伸している複数の溝11が形成されている。 Moreover, although not shown, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the surface of the member defining the fuel gas supply manifold 171 as part of the gas flow path also has a specific area SA. In this embodiment, substantially the entire surface of the member that defines the fuel gas supply manifold 171 serves as the specific area SA. The “specific direction” in the above condition (1) regarding the specific area SA on the surface of the member defining the fuel gas supply manifold 171 is the main flow direction of the gas (fuel gas FG) at the position of the specific area SA (this embodiment In the form, the direction is substantially parallel to the Z-axis direction). That is, in this specific area SA, a plurality of grooves 11 extending substantially parallel to the main flow direction (Z-axis direction) of the fuel gas FG are formed.

なお、酸化剤ガス供給マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス供給マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172のそれぞれについて、各マニホールド161,162,171,172を画定する部材の表面に加えて、もしくは該表面に代えて、各マニホールド161,162,171,172の位置に配置されたガス通路部材27内に形成された流路を画定する部材の表面に、特定領域SAが存在するとしてもよい。 For each of the oxidizing gas supply manifold 161, the oxidizing gas discharge manifold 162, the fuel gas supply manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172, in addition to the surface of the member that defines each manifold 161, 162, 171, 172, Alternatively, instead of the surface, the specific area SA may exist on the surface of the member defining the flow path formed in the gas passage member 27 arranged at the position of each of the manifolds 161, 162, 171, 172. .

また、図5および図8に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路の一部としての空気極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域SAが存在する。上述したように、空気極側の供給側連通流路は、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166における酸化剤ガス供給連通孔132と空気極114との間に位置する一部分と、から構成される。また、空気極側の排出側連通流路は、酸化剤ガス排出マニホールド162と空気室166とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133と、空気室166における酸化剤ガス排出連通孔133と空気極114との間に位置する一部分と、から構成される。そのため、特定領域SAは、空気極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材である、空気極側フレーム130と単セル用セパレータ120とIC用セパレータ180とインターコネクタ190との少なくとも1つの表面に存在する。本実施形態では、空気極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面の略全体が特定領域SAとなっている。 Further, as shown in FIGS. 5 and 8, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the surfaces of the members defining the air electrode side supply side and discharge side communication passages as part of the gas passages described above are also has a specific area SA. As described above, the supply-side communication passage on the air electrode side includes the oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates between the oxidizing gas supply manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidizing gas supply communication hole 132 in the air chamber 166. and a portion located between the air electrode 114 . In addition, the discharge-side communication passage on the air electrode side includes the oxidizing gas discharge communication hole 133 that communicates the oxidizing gas discharge manifold 162 and the air chamber 166, and the oxidizing gas discharge communication hole 133 in the air chamber 166 and the air electrode. and a portion located between 114 and . Therefore, the specific area SA includes at least one of the air electrode-side frame 130, the unit cell separator 120, the IC separator 180, and the interconnector 190, which are members that define the supply side and discharge side communication channels on the air electrode side. exist on one surface. In this embodiment, substantially the entire surface of the member defining the supply-side and discharge-side communication channels on the air electrode side is the specific area SA.

図8に示すように、空気極側の排出側連通流路を構成する酸化剤ガス排出連通孔133を画定する部材としての空気極側フレーム130の表面(酸化剤ガス排出連通孔133の内周面)に存在する特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(酸化剤オフガスOOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではX軸方向)に略直交する方向である。すなわち、この特定領域SAには、酸化剤オフガスOOGの主たる流れ方向(X軸方向)に略直交する方向に延伸している複数の溝11が形成されている。本明細書において、2つの方向が略直交するとは、2つの方向のなす角が90度±10度の範囲内にあることを意味する。図示しないが、空気極側の供給側連通流路を構成する酸化剤ガス供給連通孔132を画定する部材としての空気極側フレーム130の表面(酸化剤ガス供給連通孔132の内周面)に存在する特定領域SAについても同様である。 As shown in FIG. 8, the surface of the air electrode side frame 130 (the inner circumference of the oxidizing gas discharge communication hole 133) as a member defining the oxidant gas discharge communication hole 133 that constitutes the air electrode side discharge side communication flow path. The “specific direction” in the above condition (1) regarding the specific area SA existing in the surface) is the main flow direction (X-axis direction in this embodiment) of the gas (oxidant off-gas OOG) at the position of the specific area SA. is a direction substantially perpendicular to the That is, in this specific area SA, a plurality of grooves 11 extending in a direction substantially perpendicular to the main flow direction (X-axis direction) of the oxidant offgas OOG are formed. In this specification, two directions are substantially orthogonal to each other means that the angle formed by the two directions is within the range of 90°±10°. Although not shown, on the surface of the air electrode side frame 130 (inner peripheral surface of the oxidant gas supply communication hole 132) as a member defining the oxidant gas supply communication hole 132 constituting the supply side communication passage on the air electrode side, The same applies to the existing specific area SA.

また、図8に示すように、空気極側の供給側連通流路を構成する空気室166の一部を画定する部材としての空気極側フレーム130の表面(孔131の内周面)に存在する特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(酸化剤ガスOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではX軸方向)に略直交する方向である。すなわち、この特定領域SAには、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(X軸方向)に略直交する方向に延伸している複数の溝11が形成されている。図示しないが、空気極側の排出側連通流路を構成する空気室166の一部を画定する部材としての空気極側フレーム130の表面(孔131の内周面)に存在する特定領域SAについても同様である。 Further, as shown in FIG. 8, the air is present on the surface (inner peripheral surface of the hole 131) of the air electrode side frame 130 as a member that defines a part of the air chamber 166 that constitutes the supply side communication passage on the air electrode side. The "specific direction" in the above condition (1) regarding the specific area SA is substantially orthogonal to the main flow direction (the X-axis direction in this embodiment) of the gas (oxidant gas OG) at the position of the specific area SA. is the direction. That is, a plurality of grooves 11 extending in a direction substantially perpendicular to the main flow direction (X-axis direction) of the oxidant gas OG are formed in the specific area SA. Although not shown, a specific area SA existing on the surface (inner peripheral surface of the hole 131) of the air electrode side frame 130 as a member defining a part of the air chamber 166 constituting the discharge side communication passage on the air electrode side The same is true for

また、図5に示すように、空気極側の供給側連通流路を構成する酸化剤ガス供給連通孔132および空気室166の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ120の表面(上面)に存在する特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(酸化剤ガスOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではX軸方向)に略平行な方向である。すなわち、この特定領域SAには、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(X軸方向)に略平行な方向に延伸している複数の溝11が形成されている。図示しないが、空気極側の排出側連通流路を構成する酸化剤ガス排出連通孔133および空気室166の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ120の表面(上面)に存在する特定領域SAについても同様である。また、図示しないが、空気極側の供給側連通流路を構成する酸化剤ガス供給連通孔132および空気室166の一部を画定する部材としてのIC用セパレータ180およびインターコネクタ190の表面(下面)に存在する特定領域SA、および、空気極側の排出側連通流路を構成する酸化剤ガス排出連通孔133および空気室166の一部を画定する部材としてのIC用セパレータ180およびインターコネクタ190の表面(下面)に存在する特定領域SAについても同様である。 Further, as shown in FIG. 5, the surface (upper surface) of the single cell separator 120 as a member defining a part of the oxidant gas supply communication hole 132 and the air chamber 166 constituting the supply side communication passage on the air electrode side (upper surface). ), the “specific direction” in the above condition (1) regarding the specific area SA existing in the specific area SA is in the main flow direction (the X-axis direction in this embodiment) of the gas (oxidant gas OG) at the position of the specific area SA. It is a substantially parallel direction. That is, a plurality of grooves 11 extending in a direction substantially parallel to the main flow direction (X-axis direction) of the oxidant gas OG are formed in the specific area SA. Although not shown, the oxidizing gas discharge communication hole 133 and the air chamber 166 constituting the air electrode side discharge side communication passage are provided on the surface (upper surface) of the single cell separator 120 as a member that defines a part of the air chamber 166. The same applies to area SA. Although not shown, surfaces (lower surfaces) of the IC separator 180 and the interconnector 190 serving as members defining a part of the oxidant gas supply communication hole 132 and the air chamber 166 constituting the supply side communication passage on the air electrode side are shown. ), and the IC separator 180 and the interconnector 190 as members defining a part of the oxidizing gas discharge communication hole 133 and the air chamber 166 that constitute the discharge side communication channel on the air electrode side. The same applies to the specific area SA existing on the surface (lower surface) of the .

また、図6および図9に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したガス流路の一部としての燃料極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面にも、同様に、特定領域SAが存在する。上述したように、燃料極側の供給側連通流路は、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176における燃料ガス供給連通孔142と燃料極116との間に位置する一部分と、から構成される。また、燃料極側の排出側連通流路は、燃料ガス排出マニホールド172と燃料室176とを連通する燃料ガス排出連通孔143と、燃料室176における燃料ガス排出連通孔143と燃料極116との間に位置する一部分と、から構成される。そのため、特定領域SAは、燃料極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材である、燃料極側フレーム140とIC用セパレータ180とインターコネクタ190と単セル用セパレータ120との少なくとも1つの表面に存在する。本実施形態では、燃料極側の供給側および排出側連通流路を画定する部材の表面の略全体が特定領域SAとなっている。 Further, as shown in FIGS. 6 and 9, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the surfaces of the members that define the supply side and discharge side communication passages on the fuel electrode side as part of the gas flow passages described above. also has a specific area SA. As described above, the supply-side communication passage on the fuel electrode side includes the fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas supply manifold 171 and the fuel chamber 176, and the fuel gas supply communication hole 142 in the fuel chamber 176 and the fuel electrode. and a portion located between 116 and . Further, the discharge side communication passage on the fuel electrode side includes a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates between the fuel gas discharge manifold 172 and the fuel chamber 176, and a connection between the fuel gas discharge communication hole 143 in the fuel chamber 176 and the fuel electrode 116. and a portion located in between. Therefore, the specific area SA includes at least one of the fuel electrode frame 140, the IC separator 180, the interconnector 190, and the single cell separator 120, which are members that define the supply side and discharge side communication channels on the fuel electrode side. exist on one surface. In this embodiment, substantially the entire surface of the member that defines the supply-side and discharge-side communication passages on the fuel electrode side serves as the specific area SA.

図9に示すように、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料ガス排出連通孔143を画定する部材としての燃料極側フレーム140の表面(燃料ガス排出連通孔143の内周面)に存在する特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(燃料オフガスFOG)の主たる流れ方向(本実施形態ではX軸方向)に略直交する方向である。すなわち、この特定領域SAには、燃料オフガスFOGの主たる流れ方向(X軸方向)に略直交する方向に延伸している複数の溝11が形成されている。図示しないが、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料ガス供給連通孔142を画定する部材としての燃料極側フレーム140の表面(燃料ガス供給連通孔142の内周面)に存在する特定領域SAについても同様である。 As shown in FIG. 9, the surface of the fuel electrode side frame 140 (the inner peripheral surface of the fuel gas discharge communication hole 143) as a member defining the fuel gas discharge communication hole 143 that constitutes the discharge side communication passage on the fuel electrode side. The "specific direction" in the above condition (1) regarding the specific area SA existing in the direction. That is, in this specific area SA, a plurality of grooves 11 extending in a direction substantially perpendicular to the main flow direction (X-axis direction) of the fuel offgas FOG are formed. Although not shown, it exists on the surface (inner peripheral surface of the fuel gas supply communication hole 142) of the fuel electrode side frame 140 as a member that defines the fuel gas supply communication hole 142 that constitutes the supply side communication passage on the fuel electrode side. The same applies to the specific area SA.

また、図9に示すように、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料室176の一部を画定する部材としての燃料極側フレーム140の表面(孔141の内周面)に存在する特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(燃料ガスFG)の主たる流れ方向(本実施形態ではX軸方向)に略直交する方向である。すなわち、この特定領域SAには、燃料ガスFGの主たる流れ方向(X軸方向)に略直交する方向に延伸している複数の溝11が形成されている。図示しないが、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料室176の一部を画定する部材としての燃料極側フレーム140の表面(孔141の内周面)に存在する特定領域SAについても同様である。 Further, as shown in FIG. 9, the fuel is present on the surface (inner peripheral surface of the hole 141) of the fuel electrode side frame 140 as a member that defines a part of the fuel chamber 176 that constitutes the supply side communication passage on the fuel electrode side. The “specific direction” in the above condition (1) regarding the specific area SA is a direction substantially orthogonal to the main flow direction (X-axis direction in this embodiment) of the gas (fuel gas FG) at the position of the specific area SA. is. That is, a plurality of grooves 11 extending in a direction substantially orthogonal to the main flow direction (X-axis direction) of the fuel gas FG are formed in the specific area SA. Although not shown, the specific area SA existing on the surface (inner peripheral surface of the hole 141) of the fuel electrode side frame 140 as a member defining a part of the fuel chamber 176 constituting the fuel electrode side discharge side communication passage. The same is true for

また、図6に示すように、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料ガス供給連通孔142および燃料室176の一部を画定する部材としてのIC用セパレータ180およびインターコネクタ190の表面(上面)に存在する特定領域SAに関する上記条件(1)における「特定の方向」は、該特定領域SAの位置でのガス(燃料ガスFG)の主たる流れ方向(本実施形態ではX軸方向)に略平行な方向である。すなわち、この特定領域SAには、燃料ガスFGの主たる流れ方向(X軸方向)に略平行な方向に延伸している複数の溝11が形成されている。図示しないが、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料ガス排出連通孔143および燃料室176の一部を画定する部材としてのIC用セパレータ180およびインターコネクタ190の表面(上面)に存在する特定領域SAについても同様である。また、図示しないが、燃料極側の供給側連通流路を構成する燃料ガス供給連通孔142および燃料室176の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ120の表面(下面)に存在する特定領域SA、および、燃料極側の排出側連通流路を構成する燃料ガス排出連通孔143および燃料室176の一部を画定する部材としての単セル用セパレータ120の表面(下面)に存在する特定領域SAについても同様である。 Further, as shown in FIG. 6, surfaces of an IC separator 180 and an interconnector 190 as members defining a part of the fuel gas supply communication hole 142 and the fuel chamber 176 constituting the supply side communication passage on the fuel electrode side are shown. The "specific direction" in the above condition (1) regarding the specific area SA existing on the (upper surface) is the main flow direction of the gas (fuel gas FG) at the position of the specific area SA (the X-axis direction in this embodiment). is a direction substantially parallel to . That is, a plurality of grooves 11 extending in a direction substantially parallel to the main flow direction (X-axis direction) of the fuel gas FG are formed in this specific area SA. Although not shown, it exists on the surfaces (upper surfaces) of the IC separator 180 and the interconnector 190 as members that define a part of the fuel gas discharge communication hole 143 and the fuel chamber 176 that constitute the discharge side communication passage on the fuel electrode side. The same applies to the specific area SA. Although not shown, the gas is present on the surface (lower surface) of the unit cell separator 120 as a member that defines a part of the fuel gas supply communication hole 142 and the fuel chamber 176 that constitute the supply side communication passage on the fuel electrode side. Exists on the surface (lower surface) of the single cell separator 120 as a member that defines a part of the specific area SA, the fuel gas discharge communication hole 143 and the fuel chamber 176 that constitute the discharge side communication passage on the fuel electrode side. The same applies to the specific area SA.

なお、上述したガス流路を画定する部材が、金属の母材と、母材の表面に形成された酸化被膜と、を含む金属部材である場合には、特定領域SAは、該金属部材の表面(すなわち、酸化被膜の表面)に存在する。このような金属部材としては、例えば、金属の母材としての平板部150および空気極側集電部134と、母材の表面に形成された酸化被膜としての被覆層194と、を含むインターコネクタ190が挙げられる。また、上記酸化被膜は、金属の母材の表面に自然に形成された酸化被膜(例えば、クロミア被膜やアルミナ被膜)を含む。 In addition, when the member defining the gas flow path described above is a metal member including a metal base material and an oxide film formed on the surface of the base material, the specific area SA is defined by the metal member. It exists on the surface (that is, on the surface of the oxide film). As such a metal member, for example, an interconnector including a flat plate portion 150 and an air electrode side collector portion 134 as a metal base material, and a coating layer 194 as an oxide film formed on the surface of the base material. 190 can be mentioned. Further, the oxide film includes an oxide film (for example, a chromia film or an alumina film) naturally formed on the surface of the metal base material.

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、単セル110をそれぞれ有する複数の発電単位102を備える。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで互いに対向する空気極114および燃料極116と、を含む。燃料電池スタック100には、各発電単位102の電極(空気極114または燃料極116)との間でガスのやり取りを行うマニホールド(酸化剤ガス供給マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス供給マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172)が形成されている。各発電単位102には、マニホールドと電極とを連通する連通流路(酸化剤ガス供給連通孔132、酸化剤ガス排出連通孔133、酸化剤ガス供給連通孔132または酸化剤ガス排出連通孔133と空気極114との間に位置する空気室166の一部分、燃料ガス供給連通孔142、燃料ガス排出連通孔143、燃料ガス供給連通孔142または燃料ガス排出連通孔143と燃料極116との間に位置する燃料室176の一部分)が形成されている。燃料電池スタック100におけるマニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、
(1)特定の方向に略平行に延伸する複数の溝11が形成されており、かつ、
(2)該特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが、0.01μm以上、50μm以下である、
という条件を満たす領域である特定領域SAが存在する。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes a plurality of power generation units 102 each having a single cell 110 . A single cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode 114 and a fuel electrode 116 facing each other with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The fuel cell stack 100 includes manifolds (an oxidant gas supply manifold 161, an oxidant gas discharge manifold 162, a fuel gas supply manifold 161, an oxidant gas discharge manifold 162, and a fuel gas supply manifold for exchanging gas between the electrodes (air electrode 114 or fuel electrode 116) of each power generation unit 102. A manifold 171 and a fuel gas discharge manifold 172) are formed. Each power generation unit 102 has a communication channel (an oxidant gas supply communication hole 132, an oxidant gas discharge communication hole 133, an oxidant gas supply communication hole 132 or an oxidant gas discharge communication hole 133) that communicates a manifold and an electrode. Part of air chamber 166 located between air electrode 114, fuel gas supply passage 142, fuel gas discharge passage 143, fuel gas supply passage 142 or fuel gas discharge passage 143 and fuel electrode 116 portion of the fuel chamber 176 located there) is formed. On the surface of the member defining the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path in the fuel cell stack 100,
(1) A plurality of grooves 11 extending substantially parallel to a specific direction are formed, and
(2) the maximum height Rz along the direction intersecting the specific direction is 0.01 μm or more and 50 μm or less;
There is a specific area SA which is an area that satisfies the following condition.

このように、本実施形態の燃料電池スタック100では、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、特定の方向に略平行な複数の溝11が形成された特定領域SAが存在する。特定領域SAにおける特定の方向(複数の溝11の延伸方向に略平行な方向)に交差する方向に沿った最大高さRzは、0.01μm以上、50μm以下であることから、特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさは、過度に小さくも大きくもない。ここで、ガス流路を流れるガスに混入する異物のサイズは50μm以下であることが多く、また、異物の形状はきれいな球体であることは少なく、いびつな形状をしていることが多い。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、ガス流路を流れるガスに異物が混入しても、ガス流路を画定する部材の表面における特定領域SAに存在する過度に小さくも大きくもない凹凸によって、いびつな形状の異物を引っ掛けてトラップすることができる。また、本実施形態の燃料電池スタック100では、ガスに混入した異物の除去のために、発電に寄与しない非発電セルを設けることを要さないため、部品点数の増大や燃料電池スタック100のサイズの増大を抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、部品点数の増大や燃料電池スタック100のサイズの増大を抑制しつつ、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。 As described above, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, a plurality of grooves 11 substantially parallel to a specific direction are formed on the surface of the member that defines the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path. A specific area SA exists. Since the maximum height Rz along the direction crossing the specific direction (the direction substantially parallel to the extending direction of the plurality of grooves 11) in the specific area SA is 0.01 μm or more and 50 μm or less, in the specific area SA The size of the irregularities resulting from the presence of the plurality of grooves 11 is neither excessively small nor excessively large. Here, the size of the foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path is often 50 μm or less, and the shape of the foreign matter is rarely a perfect sphere, and often has an irregular shape. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, even if foreign matter is mixed in the gas flowing through the gas flow path, the excessively small or large amount of foreign matter existing in the specific area SA on the surface of the member defining the gas flow path can be prevented. Due to the unevenness, irregularly shaped foreign matter can be hooked and trapped. In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is not necessary to provide a non-power generating cell that does not contribute to power generation in order to remove foreign substances mixed in the gas. can be suppressed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, while suppressing an increase in the number of parts and an increase in the size of the fuel cell stack 100, the deterioration of the fuel cell stack 100 due to foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path can be prevented. It is possible to suppress the occurrence of performance deterioration and malfunction of the system including the fuel cell stack 100 .

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、各発電単位102は、金属の母材(例えば、平板部150および空気極側集電部134)と、該母材の表面に形成された酸化被膜(例えば、被覆層194や、金属の母材の表面に自然に形成された酸化被膜(例えば、クロミア被膜やアルミナ被膜))と、を含む金属部材(例えば、インターコネクタ190)を有し、該金属部材の表面に特定領域SAが存在する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因する凹凸を比較的シャープな形状とすることができ、該凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、その結果、該異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, each power generation unit 102 includes a metal base material (for example, the flat plate portion 150 and the air electrode side current collector 134) and an oxide film formed on the surface of the base material. (for example, a coating layer 194 and an oxide film (for example, a chromia film or an alumina film) naturally formed on the surface of a metal base material) and a metal member (for example, an interconnector 190), A specific area SA exists on the surface of the metal member. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11 in the specific area SA can be formed into a relatively sharp shape, and the unevenness causes the gas flowing through the gas flow path to be affected by the unevenness. It is possible to effectively hook and trap mixed foreign matter, and as a result, it is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 and the occurrence of malfunctions of the system including the fuel cell stack 100 due to the foreign matter. can.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、少なくとも一部の特定領域SAについて、特定領域SAに関する上記条件(1)における特定の方向は、特定領域SAの位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができる。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, for at least a part of the specific area SA, the specific direction in the condition (1) regarding the specific area SA is substantially the main flow direction of the gas at the position of the specific area SA. parallel direction. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to prevent the smooth gas flow in the gas flow path from being hindered due to the presence of the plurality of grooves 11 in the specific area SA.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、少なくとも一部の特定領域SAについて、特定領域SAに関する上記条件(1)における特定の方向は、特定領域SAの位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, for at least a part of the specific area SA, the specific direction in the condition (1) regarding the specific area SA is substantially the main flow direction of the gas at the position of the specific area SA. It is the orthogonal direction. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11 in the specific area SA can effectively catch and trap foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path. Therefore, it is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 and the occurrence of malfunctions of the system including the fuel cell stack 100 due to the foreign matter.

また、本実施形態の燃料電池スタック100には複数の特定領域SAが存在し、一の特定領域SAについては、特定領域SAに関する上記条件(1)における特定の方向は、特定領域SAの位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向であり、他の特定領域SAについては、特定領域SAに関する上記条件(1)における特定の方向は、特定領域SAの位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、一の特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因してガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができると共に、他の特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因する凹凸により、ガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができる。 Further, a plurality of specific areas SA exist in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, and for one specific area SA, the specific direction in the condition (1) regarding the specific area SA is the position of the specific area SA. , and for other specific areas SA, the specific direction in the above condition (1) regarding the specific area SA is the direction in which the gas flows in the main flow direction at the position of the specific area SA. It is a substantially parallel direction. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to suppress obstruction of smooth gas flow in the gas flow path due to the presence of the plurality of grooves 11 in one specific area SA. Due to the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11 in the other specific area SA, it is possible to effectively catch and trap the foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、マニホールドとして、ガスを供給する供給側マニホールド(酸化剤ガス供給マニホールド161および燃料ガス供給マニホールド171)と、ガスを排出する排出側マニホールド(酸化剤ガス排出マニホールド162および燃料ガス排出マニホールド172)と、が形成されている。また、各発電単位102には、連通流路として、供給側マニホールドと電極とを連通する供給側連通流路(酸化剤ガス供給連通孔132、燃料ガス供給連通孔142、空気室166の一部分、燃料室176の一部分)と、排出側マニホールドと電極とを連通する排出側連通流路(酸化剤ガス排出連通孔133、燃料ガス排出連通孔143、空気室166の一部分、燃料室176の一部分)と、が形成されている。また、供給側マニホールドと供給側連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面と、排出側マニホールドと排出側連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面と、の両方に、特定領域SAが存在する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、ガス供給側とガス排出側との両方について、ガス流路を流れるガスに混入した異物を、特定領域SAにおける複数の溝11の存在に起因する凹凸によってトラップすることができ、異物の発生箇所にかかわらず、異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the manifolds include a supply side manifold (oxidant gas supply manifold 161 and fuel gas supply manifold 171) that supplies gas, and a discharge side manifold (oxidant gas discharge manifold) that discharges gas. A manifold 162 and a fuel gas discharge manifold 172) are formed. In addition, each power generation unit 102 has, as a communication flow path, a supply side communication flow path (oxidant gas supply communication hole 132, fuel gas supply communication hole 142, part of air chamber 166, a portion of the fuel chamber 176), and a discharge side communication passage (oxidizing gas discharge communication hole 133, fuel gas discharge communication hole 143, part of the air chamber 166, part of the fuel chamber 176) that communicates the discharge side manifold and the electrode. and are formed. In addition, the surface of the member that defines the gas flow path composed of the supply side manifold and the supply side communication flow path, and the surface of the member that defines the gas flow path composed of the discharge side manifold and the discharge side communication flow path. and , there is a specific area SA. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, on both the gas supply side and the gas discharge side, foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path is prevented from being caused by the presence of the plurality of grooves 11 in the specific area SA. Therefore, regardless of where the foreign matter is generated, deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 and malfunction of the system including the fuel cell stack 100 due to the foreign matter can be effectively suppressed.

なお、燃料電池スタック100において、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面の全面積に対する特定領域SAの面積の割合は、5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましい。該割合が5%以上であると、特定領域SAに存在する凹凸によって異物を効果的にトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができる。また、該割合が10%以上であると、特定領域SAに存在する凹凸によって異物を極めて効果的にトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を極めて効果的に抑制することができる。 In the fuel cell stack 100, the ratio of the area of the specific region SA to the total area of the surface of the member defining the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path is preferably 5% or more. % or more is more preferable. When the ratio is 5% or more, foreign matter can be effectively trapped by the unevenness existing in the specific area SA. The occurrence of defects can be effectively suppressed. Further, when the ratio is 10% or more, foreign matter can be trapped extremely effectively by the unevenness existing in the specific area SA, and the performance of the fuel cell stack 100 due to the foreign matter can be lowered or the fuel cell stack 100 can be damaged. It is possible to extremely effectively suppress the occurrence of malfunctions in the system including.

A-5.性能評価:
燃料電池スタック100におけるガス流路の構成に関し、性能評価を行った。図10は、性能評価結果を示す説明図である。性能評価には、ガス流路を画定する部材の表面の構成が互いに異なる6つの燃料電池スタック100のサンプル(サンプルS1~S6)を用いた。具体的には、空気極側および燃料極側の供給側および排出側連通流路を構成する空気室166の一部および燃料室176の一部を画定する部材である単セル用セパレータ120、IC用セパレータ180およびインターコネクタ190の表面に、ガスの主たる流れ方向に略平行に延伸する複数の溝11(サンプル毎に凹凸の大きさが異なる)を形成した(図5および図6参照)。複数の溝11が形成された表面におけるガスの主たる流れ方向に直交する方向に沿った最大高さRzを非接触式の表面粗さ計で測定したところ、3回の測定値の平均値は図10に示す通りの値であった。
A-5. Performance evaluation:
A performance evaluation was performed on the structure of the gas flow path in the fuel cell stack 100 . FIG. 10 is an explanatory diagram showing performance evaluation results. For the performance evaluation, six fuel cell stack 100 samples (samples S1 to S6) having different surface configurations of members defining gas flow paths were used. Specifically, the single cell separator 120, which is a member that defines a part of the air chamber 166 and a part of the fuel chamber 176 that constitute the supply side and discharge side communication passages on the air electrode side and the fuel electrode side, IC A plurality of grooves 11 (having different sizes of unevenness for each sample) extending substantially parallel to the main gas flow direction were formed on the surfaces of the separator 180 and the interconnector 190 (see FIGS. 5 and 6). A non-contact surface roughness meter was used to measure the maximum height Rz along the direction perpendicular to the main flow direction of the gas on the surface on which the plurality of grooves 11 were formed. It was the value as shown in 10.

各サンプルについて、700℃で1000時間の発電運転を行った後、「凹凸への異物の付着」、「セルへの異物の付着」、「セルのクラック・割れ」、「ガス流配の低下」という4つの項目について評価を行った。「凹凸への異物の付着」については、上述したガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11を形成して凹凸形状とした箇所に異物が付着しているか否かを、顕微鏡およびSEMを用いて確認した。「セルへの異物の付着」については、単セル110を構成する各層の表面に異物が付着しているか否かを、顕微鏡およびSEMを用いて確認した。「セルのクラック・割れ」については、単セル110を構成する各層におけるクラックや割れの有無を、顕微鏡およびSEMを用いて確認した。「ガス流配の低下」については、上述したガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11を形成して凹凸形状とした箇所におけるガス流配の低下の有無を、流体シミュレーションにより解析して確認した。4つの項目の評価結果を踏まえ、A(極めて良好)、B(良好)、C(良好ではない)の3段階で総合評価を行った。 For each sample, after 1000 hours of power generation operation at 700 ° C., "adhesion of foreign matter to unevenness", "adhesion of foreign matter to cells", "cracks and cracks in cells", and "decrease in gas flow". We evaluated four items. Regarding the "adherence of foreign matter to irregularities", whether or not foreign matter adheres to the irregularities formed by forming a plurality of grooves 11 on the surface of the member that defines the gas flow path described above is examined using a microscope and an SEM. was confirmed using Regarding "adhesion of foreign matter to the cell", whether or not foreign matter adhered to the surface of each layer constituting the single cell 110 was confirmed using a microscope and SEM. Regarding "cell cracks/fractures", the presence or absence of cracks and cracks in each layer constituting the single cell 110 was confirmed using a microscope and SEM. As for the "decrease in gas flow", the presence or absence of a decrease in gas flow at a place where a plurality of grooves 11 are formed on the surface of the member that defines the gas flow path described above to form an uneven shape was analyzed by a fluid simulation. I confirmed. Based on the evaluation results of the four items, a comprehensive evaluation was made in three stages of A (extremely good), B (good), and C (not good).

サンプルS1~S4では、「凹凸への異物の付着」が「あり」であり、「セルへの異物の付着」が「なし」であり(ただし、サンプルS1については「わずかにあり」)、「セルのクラック・割れ」が「なし」であった(ただし、サンプルS1については「わずかにあり」)。これらのサンプルでは、最大高さRzが0.01μm以上、50μm以下であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさが過度に小さくも大きくもなく適度であるため、該凹凸によって異物をトラップすることができ、その結果、単セル110への異物の付着を抑制することができたものと考えられる。ただし、サンプルS1では、最大高さRzが0.1μm未満であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさがやや小さく、該凹凸によって異物をトラップする効果がサンプルS2~S4ほどには得られなかったものと考えられる。また、サンプルS4では、最大高さRzが20μm超であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさがやや大きく、「ガス流配の低下」がわずかにみられた。これらの結果から、サンプルS2,S3については、総合評価:A(極めて良好)と判定し、サンプルS1,S4については、総合評価:B(良好)と判定した。 In samples S1 to S4, "adherence of foreign matter to irregularities" is "presence", "adhesion of foreign matter to cells" is "absent" (however, sample S1 is "slightly present"), and " "Cracks/fractures in cell" was "absent" (however, sample S1 was "slightly present"). In these samples, since the maximum height Rz is 0.01 μm or more and 50 μm or less, even if the size of the unevenness due to the presence of the plurality of grooves 11 on the surface of the member defining the gas flow path is excessively small, It is considered that the concavities and convexities are not too large and are moderate, so that the concavity and convexity can trap the contaminants, and as a result, the contaminants can be prevented from adhering to the single cell 110 . However, in the sample S1, since the maximum height Rz is less than 0.1 μm, the size of the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11 on the surface of the member defining the gas flow path is slightly small. It is considered that the foreign matter trapping effect was not obtained as much as the samples S2 to S4. In addition, since the maximum height Rz of the sample S4 is more than 20 μm, the size of the unevenness due to the presence of the plurality of grooves 11 on the surface of the member defining the gas flow path is slightly large. A slight decline was observed. Based on these results, samples S2 and S3 were evaluated as comprehensive evaluation: A (extremely good), and samples S1 and S4 were evaluated as comprehensive evaluation: B (good).

一方、サンプルS5,S6では、「凹凸への異物の付着」が「なし」であり、「セルへの異物の付着」が「あり」であり、「セルのクラック・割れ」が「あり」であった。サンプルS5では、最大高さRzが0.01μm未満であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさが過度に小さく、該凹凸によって異物をトラップすることができず、単セル110への異物の付着を抑制することができなかったものと考えられる。また、サンプルS6では、最大高さRzが50μm超であることから、ガス流路を画定する部材の表面における複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさが過度に大きく、異物が該凹凸をすり抜けてしまい、単セル110への異物の付着を抑制することができなかったものと考えられる。なお、サンプルS6では、複数の溝11の存在に起因する凹凸の大きさが過度に大きいことから、「ガス流配の低下」もみられた。これらの結果から、サンプルS5,S6については、総合評価:C(良好ではない)と判定した。 On the other hand, in samples S5 and S6, "adhesion of foreign matter to unevenness" was "absent", "adhesion of foreign matter to cells" was "presence", and "cracks/fractures in cells" were "presence". there were. In the sample S5, since the maximum height Rz is less than 0.01 μm, the size of the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11 on the surface of the member defining the gas flow path is excessively small, and the unevenness causes the foreign matter to be removed. could not be trapped, and the adhesion of foreign matter to the single cell 110 could not be suppressed. Further, in the sample S6, since the maximum height Rz is more than 50 μm, the size of the unevenness due to the presence of the plurality of grooves 11 on the surface of the member defining the gas flow path is excessively large, and the foreign matter is the unevenness. It is thought that the adhesion of the foreign matter to the single cell 110 could not be suppressed. In addition, in sample S6, since the size of the unevenness due to the presence of the plurality of grooves 11 was excessively large, "decrease in gas flow" was also observed. Based on these results, samples S5 and S6 were evaluated as comprehensive evaluation: C (not good).

以上の性能評価結果によれば、ガス流路を画定する部材の表面に複数の溝11が形成され、該溝11の延伸方向に交差する方向に沿った最大高さRzが0.01μm以上、50μm以下であれば、複数の溝11の存在に起因する凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を抑制することができると言える。また、該最大高さRzが0.1μm以上であれば、複数の溝11の存在に起因する凹凸によってガス流路を流れるガスに混入した異物を効果的に引っ掛けてトラップすることができ、該異物に起因する燃料電池スタック100の性能低下や燃料電池スタック100を含むシステムの不具合の発生を効果的に抑制することができるため、より好ましいと言える。また、該最大高さRzが20μm以下であれば、複数の溝11の存在に起因する凹凸によってガス流路における円滑なガス流れが阻害されることを抑制することができるため、より好ましいと言える。 According to the above performance evaluation results, a plurality of grooves 11 are formed on the surface of the member defining the gas flow path, and the maximum height Rz along the direction intersecting the extending direction of the grooves 11 is 0.01 μm or more, If the thickness is 50 μm or less, foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path can be caught and trapped by the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11, and the performance of the fuel cell stack 100 caused by the foreign matter can be lowered. It can be said that the occurrence of malfunctions in the system including the battery stack 100 can be suppressed. Further, if the maximum height Rz is 0.1 μm or more, the unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11 can effectively hook and trap foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path. It can be said that this is more preferable because it is possible to effectively suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 and the occurrence of malfunctions of the system including the fuel cell stack 100 due to foreign matter. In addition, if the maximum height Rz is 20 μm or less, it is possible to suppress obstruction of smooth gas flow in the gas flow path due to unevenness caused by the presence of the plurality of grooves 11, which is more preferable. .

B.変形例:
本明細書に開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態における燃料電池スタック100や発電単位102の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。 The configuration of the fuel cell stack 100 and the power generation unit 102 in the above embodiment is merely an example, and various modifications are possible.

上記実施形態では、ガス流路を画定する部材の表面の略全体が、上記条件(1)および条件(2)を満たす特定領域SAとなっているが、ガス流路を画定する部材の表面の少なくとも一部が特定領域SAとなっていればよい。例えば、燃料極側と空気極側との一方のみにおいて、ガス流路を画定する部材の表面が特定領域SAとなっていてもよい。また、供給側と排出側との一方のみにおいて、ガス流路を画定する部材の表面が特定領域SAとなっていてもよい。また、マニホールドと連通流路との一方のみにおいて、ガス流路を画定する部材の表面が特定領域SAとなっていてもよい。また、燃料電池スタック100に含まれる一部の発電単位102のみにおいて、連通流路を画定する部材の表面が特定領域SAとなっていてもよい。 In the above embodiment, substantially the entire surface of the member defining the gas flow path is the specific area SA that satisfies the above conditions (1) and (2). At least part of it should be the specific area SA. For example, on only one of the fuel electrode side and the air electrode side, the surface of the member defining the gas flow path may be the specific area SA. Further, the surface of the member defining the gas flow path may be the specific area SA on only one of the supply side and the discharge side. Further, the surface of the member that defines the gas flow path may be the specific area SA in only one of the manifold and the communication flow path. Further, only in some of the power generation units 102 included in the fuel cell stack 100, the surface of the member defining the communication flow path may be the specific area SA.

上記実施形態では、特定領域SAにおける複数の溝11の延伸方向が、特定領域SAの位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向、または、該ガスの主たる流れ方向に略直交する方向であるが、複数の溝11の延伸方向がそれ以外の方向であってもよい。 In the above embodiment, the extending direction of the plurality of grooves 11 in the specific area SA is a direction substantially parallel to the main flow direction of the gas at the position of the specific area SA, or a direction substantially perpendicular to the main flow direction of the gas. However, the extending direction of the plurality of grooves 11 may be other directions.

上記実施形態では、一対のエンドプレート104,106に孔32,34が形成されているが、一対のエンドプレート104,106の少なくとも一方について該孔32,34が形成されていなくてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック100が一対のターミナルプレート410,420を備えているが、他の部材(例えば、一対のエンドプレート104,106)をターミナルプレートとしても機能させ、専用部材としてのターミナルプレート410,420を省略してもよい。 Although the holes 32 and 34 are formed in the pair of end plates 104 and 106 in the above embodiment, at least one of the pair of end plates 104 and 106 may not be formed with the holes 32 and 34 . In addition, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 includes a pair of terminal plates 410, 420, but other members (for example, a pair of end plates 104, 106) are made to function as terminal plates as dedicated members. terminal plates 410 and 420 may be omitted.

上記実施形態では、単セル用セパレータ120が、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状の連結部128を有しているが、連結部128の形状は他の形状であってもよい。また、単セル用セパレータ120が連結部128を有さなくてもよい。IC用セパレータ180における連結部188についても同様である。 In the above-described embodiment, the single-cell separator 120 has the connecting portion 128 that is curved so as to protrude downward from both the inner portion 126 and the outer portion 127 . The shape may be other shapes. Further, the single cell separator 120 may not have the connecting portion 128 . The same applies to the connecting portion 188 in the IC separator 180 .

上記実施形態では、単セル用セパレータ120における孔121付近にガラスシール部125が配置されているが、ガラスシール部125は省略されてもよい。 In the above embodiment, the glass seal portion 125 is arranged near the hole 121 in the single cell separator 120, but the glass seal portion 125 may be omitted.

上記実施形態では、インターコネクタ190は導電性の被覆層194を含んでいるが、インターコネクタ190が該被覆層194を含んでいなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル110が反応防止層118を有しているが、単セル110が反応防止層118を有さないとしてもよい。 Although the interconnector 190 includes the conductive coating layer 194 in the above embodiment, the interconnector 190 may not include the coating layer 194 . Further, although the unit cell 110 has the reaction prevention layer 118 in the above embodiment, the unit cell 110 may not have the reaction prevention layer 118 .

上記実施形態では、単セル110は燃料極支持形の単セルであるが、電解質支持形や金属支持形等の他のタイプの単セルであってもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック100がカウンターフロータイプの燃料電池であるが、燃料電池スタック100がコフロータイプといった他のタイプの燃料電池であってもよい。 In the above embodiment, the single cell 110 is an anode-supported single cell, but may be an electrolyte-supported, metal-supported, or other type of single cell. Further, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 is a counterflow type fuel cell, but the fuel cell stack 100 may be another type of fuel cell such as a coflow type.

上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる単セル110の個数(発電単位102の個数)は、あくまで一例であり、単セル110の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。また、本明細書に開示される技術は、第1の燃料電池スタックから排出されたオフガスを第2の燃料電池スタックに供給する形態における少なくとも一方の燃料電池スタックにも同様に適用可能である。 In the above embodiment, the number of single cells 110 (the number of power generation units 102) included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of single cells 110 depends on the output voltage required for the fuel cell stack 100. can be determined as appropriate. In addition, the materials forming each member in the above-described embodiment are merely examples, and each member may be formed of another material. In addition, the technology disclosed in this specification can be similarly applied to at least one fuel cell stack in a form in which the off-gas discharged from the first fuel cell stack is supplied to the second fuel cell stack.

上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本明細書に開示される技術は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セル単位および電解セルスタックの構成は、例えば特開2016-81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における発電単位102および燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、マニホールドを介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、マニホールドを介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成を採用すると、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する電解セルスタックの性能低下や電解セルスタックを含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。 In the above embodiments, SOFCs that generate electricity by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas are used. The present invention can be similarly applied to an electrolytic cell unit, which is a structural unit of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that generates hydrogen using an electrolytic reaction, and an electrolytic cell stack having a plurality of electrolytic cell units. The configurations of the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack are not described in detail here because they are known, for example, as described in JP-A-2016-81813, but generally the power generation unit 102 in the above-described embodiment and the same configuration as the fuel cell stack 100 . That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment can be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 can be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 can be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the raw material gas is supplied through the manifold. water vapor is supplied as As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and the hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the manifold. Even in an electrolytic cell stack having such a structure, if a structure similar to that of the above embodiment is adopted, the performance of the electrolytic cell stack may deteriorate due to foreign substances mixed in the gas flowing through the gas flow path, and the system including the electrolytic cell stack may malfunction. can be suppressed.

上記実施形態では、いわゆる平板型の燃料電池スタックを例に用いて説明したが、本明細書に開示される技術は、以下に説明するように、平板型に限らず、他のタイプ(いわゆる円筒平板型や円筒形)の燃料電池スタックにも同様に適用可能である。 In the above embodiments, a so-called flat-plate type fuel cell stack was used as an example, but the technology disclosed in this specification is not limited to flat-plate type fuel cell stacks. It can also be applied to a flat plate type or cylindrical type fuel cell stack.

図11は、変形例としての燃料電池スタック2002の外観構成を示す説明図である。図11に示す変形例の燃料電池スタック2002は、複数の単セル2003を備える。単セル2003は、上下方向に伸びる柱状の支持体を有する。支持体は、断面が扁平状であり、一対の対向する平坦面を有する。支持体の内部には、上下方向に伸びるガス流路が形成されている。支持体の一方の平坦面上には、燃料極と、固体電解質層と、空気極とが順次積層されており、他方の平坦面のうち空気極が形成されていない部位には、インターコネクタが積層されている。隣接する単セル2003間に導電部材2004を配置することにより、単セル2003同士が電気的に直列に接続されている。単セル2003は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing the external configuration of a fuel cell stack 2002 as a modified example. A modified fuel cell stack 2002 shown in FIG. 11 includes a plurality of single cells 2003 . The single cell 2003 has a columnar support extending vertically. The support is flat in cross section and has a pair of opposed flat surfaces. A gas flow path extending in the vertical direction is formed inside the support. A fuel electrode, a solid electrolyte layer, and an air electrode are sequentially stacked on one flat surface of the support, and an interconnector is provided on the other flat surface where the air electrode is not formed. Laminated. By arranging a conductive member 2004 between adjacent unit cells 2003, the unit cells 2003 are electrically connected in series. The single cell 2003 is an example of an electrochemical reaction single cell or an electrochemical reaction unit in the claims.

各単セル2003の下端は、ガラス等のシール材2016により、マニホールド2007に固定されている。各単セル2003の支持体に形成されたガス流路は、マニホールド2007の内部空間に連通している。マニホールド2007の側面には、燃料ガスをマニホールド2007内に供給するための燃料ガス供給管2008が接続されている。燃料ガス供給管2008を介してマニホールド2007に供給された燃料ガスは、マニホールド2007から各単セル2003の支持体に形成されたガス流路を介して、燃料極に供給される。 A lower end of each unit cell 2003 is fixed to a manifold 2007 with a sealing material 2016 such as glass. A gas channel formed in the support of each unit cell 2003 communicates with the internal space of the manifold 2007 . A fuel gas supply pipe 2008 for supplying fuel gas into the manifold 2007 is connected to a side surface of the manifold 2007 . The fuel gas supplied to the manifold 2007 through the fuel gas supply pipe 2008 is supplied from the manifold 2007 to the fuel electrode through the gas flow path formed in the support of each single cell 2003 .

図11に示す変形例の燃料電池スタック2002において、マニホールド2007および燃料ガス供給管2008等のガス流路は、各単セル2003の燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、各単セル2003の支持体に形成されたガス流路のうち支持体のマニホールド2007側の端部から燃料極に到達するまでの部分は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。図11に示す変形例の燃料電池スタック2002においても、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面には、上述した条件(1)および条件(2)を満たす特定領域SAが存在する。そのため、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック2002の性能低下や燃料電池スタック2002を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。 In the fuel cell stack 2002 of the modified example shown in FIG. A portion of the gas flow path formed in the support 2003 from the end of the support on the manifold 2007 side to the fuel electrode is a communication flow path that communicates the manifold and the fuel electrode. In the fuel cell stack 2002 of the modified example shown in FIG. 11 as well, the surface of the member defining the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path is provided with a specific material that satisfies the conditions (1) and (2) described above. There is an area SA. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 2002 and the occurrence of malfunctions of the system including the fuel cell stack 2002 due to foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path.

図12は、他の変形例としての燃料電池スタック1100の外観構成を示す説明図である。この変形例における燃料電池スタック1100は、マニホールド1002と、複数の単セル1010とを備える。なお、図12では、一部の単セル1010の図示を省略している。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing the external configuration of a fuel cell stack 1100 as another modified example. A fuel cell stack 1100 in this modification comprises a manifold 1002 and a plurality of single cells 1010 . 12, illustration of some unit cells 1010 is omitted.

マニホールド1002は、各単セル1010に燃料ガスFGを供給すると共に、各単セル1010から排出されたガスを回収するための部材であり、内部に空間が形成された中空体である。マニホールド1002の内部空間は、仕切板1024によってガス供給室1021とガス回収室1022とに区画されている。マニホールド1002には、ガス供給室1021に連通するガス供給管1201が接続されており、ガス供給管1201を介してガス供給室1021に燃料ガスFGが供給される。また、マニホールド1002には、ガス回収室1022に連通するガス回収管1202が接続されており、ガス回収管1202を介してガス回収室1022内のガスが外部に排出される。マニホールド1002の上面を構成する上板部1231には、マニホールド1002の外側(外部空間)とガス供給室1021およびガス回収室1022とを連通する複数の貫通孔が、Z軸方向に沿って並ぶように形成されている。 The manifold 1002 is a member for supplying the fuel gas FG to each unit cell 1010 and recovering the gas discharged from each unit cell 1010, and is a hollow body having a space formed therein. The internal space of manifold 1002 is partitioned into gas supply chamber 1021 and gas recovery chamber 1022 by partition plate 1024 . A gas supply pipe 1201 communicating with a gas supply chamber 1021 is connected to the manifold 1002 , and fuel gas FG is supplied to the gas supply chamber 1021 via the gas supply pipe 1201 . A gas recovery pipe 1202 communicating with a gas recovery chamber 1022 is connected to the manifold 1002 , and the gas in the gas recovery chamber 1022 is discharged to the outside through the gas recovery pipe 1202 . An upper plate portion 1231 constituting the upper surface of the manifold 1002 has a plurality of through holes arranged along the Z-axis direction for communicating the outside (external space) of the manifold 1002 with the gas supply chamber 1021 and the gas recovery chamber 1022 . is formed in

各単セル1010は、YZ断面形状がY軸方向を長軸とする略楕円形であり、X軸方向に延伸する筒形の部材である。各単セル1010の基端部は、マニホールド1002の貫通孔に挿入された状態で、シール部によってマニホールド1002に接合されている。これにより、複数の単セル1010は、Z軸方向に沿って並ぶように配置される。Z軸方向に沿って隣り合う2つの単セル1010の間の空間は、酸化剤ガスの流路として機能する。単セル1010は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。 Each unit cell 1010 is a cylindrical member extending in the X-axis direction and having a substantially elliptical YZ cross-sectional shape with the Y-axis direction as the major axis. A base end portion of each unit cell 1010 is inserted into a through hole of the manifold 1002 and joined to the manifold 1002 by a seal portion. As a result, the plurality of unit cells 1010 are arranged side by side along the Z-axis direction. A space between two single cells 1010 adjacent to each other along the Z-axis direction functions as a channel for the oxidant gas. The single cell 1010 is an example of an electrochemical reaction single cell or an electrochemical reaction unit in the claims.

各単セル1010は、内部にX軸方向に延びる第1ガス流路および第2ガス流路が形成された支持基板と、燃料極と、電解質層と、空気極とを有する。第1ガス流路の基端部はマニホールド1002のガス供給室1021と連通しており、第2ガス流路の基端部はマニホールド1002のガス回収室1022と連通している。また、第1ガス流路と第2ガス流路とは、先端側において、連通部材1003に形成された連通流路を介して互いに連通している。各単セル1010は、集電部材を介して互いに電気的に直列に接続されている。 Each unit cell 1010 has a support substrate in which a first gas flow channel and a second gas flow channel extending in the X-axis direction are formed, a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode. The base end of the first gas channel communicates with the gas supply chamber 1021 of the manifold 1002 , and the base end of the second gas channel communicates with the gas recovery chamber 1022 of the manifold 1002 . Also, the first gas flow path and the second gas flow path communicate with each other via a communication flow path formed in the communication member 1003 on the distal end side. Each unit cell 1010 is electrically connected to each other in series via a current collecting member.

図12に示す変形例の燃料電池スタック1100において、マニホールド1002、ガス供給管1201およびガス回収管1202等のガス流路は、各単セル1010の燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、各単セル1010の支持基板に形成された第1ガス流路および第2ガス流路、および、連通部材1003に形成された連通流路は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面には、上述した条件(1)および条件(2)を満たす特定領域SAが存在する。そのため、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック1100の性能低下や燃料電池スタック1100を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。 In the modified fuel cell stack 1100 shown in FIG. 12, the gas flow paths such as the manifold 1002, the gas supply pipe 1201 and the gas recovery pipe 1202 are manifolds for exchange of gas with the fuel electrode of each single cell 1010. , the first gas flow channel and the second gas flow channel formed in the support substrate of each unit cell 1010, and the communication flow channel formed in the communication member 1003 are communication flow channels that connect the manifold and the fuel electrode. be. A specific area SA that satisfies the conditions (1) and (2) described above exists on the surface of the member that defines the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 1100 and the occurrence of malfunctions of the system including the fuel cell stack 1100 due to foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path.

図13は、他の変形例としての燃料電池スタック3100の外観構成を示す説明図である。図13に示す変形例の燃料電池スタック3100は、複数の単セル3001を備える。各単セル3001は、複数のセル群3010を構成している。燃料電池スタック3100の幅方向(短辺方向)に、セル群3010a、セル群3010b、セル群3010aの順に区画して配列されており、図13において右側のセル群3010aと左側のセル群3010aとは紙面奥手においてつながっている。このため、セル群3010aを構成する複数の単セル3001が接続固定されるマニホールド3002bは、上面視において「コ」字状の形状である。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing the external configuration of a fuel cell stack 3100 as another modified example. A modified fuel cell stack 3100 shown in FIG. 13 includes a plurality of unit cells 3001 . Each single cell 3001 constitutes a plurality of cell groups 3010 . In the width direction (short side direction) of fuel cell stack 3100, cell group 3010a, cell group 3010b, and cell group 3010a are arranged in this order. are connected at the back of the page. Therefore, the manifold 3002b to which the plurality of unit cells 3001 forming the cell group 3010a are connected and fixed has a "U" shape when viewed from above.

単セル3001は円筒形状であり、燃料極と、電解質層と、空気極3008とを有する。単セル3001は、さらに、燃料極の両端に電気的に接続された金属キャップ3004を有する。金属キャップ3004は、単セル3001とガラス材料3005によってシールされている。単セル3001は、絶縁性支持部材3006(ブッシュともいう)を介してマニホールド3002bに立設され、ガラスリング3007により気密固定されている。また単セル3001の一部は、上面視において「コ」字状のマニホールド3002aの下方に、絶縁性支持部材3006を介して他端側が配置され、ガラスリング3007によって気密接合されている。複数の単セル3001は、金属キャップ3004と空気極3008の端部とが集電体3009を介して接続されることにより、電気的に直列に接続されている。単セル3001は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位の一例である。 A single cell 3001 is cylindrical and has a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode 3008 . Single cell 3001 also has a metal cap 3004 electrically connected to both ends of the anode. Metal cap 3004 is sealed by single cell 3001 and glass material 3005 . A single cell 3001 is erected on a manifold 3002b via an insulating support member 3006 (also referred to as a bush), and is airtightly fixed by a glass ring 3007. As shown in FIG. A portion of the unit cell 3001 is placed below a U-shaped manifold 3002a with an insulating support member 3006 interposed therebetween, and is airtightly joined with a glass ring 3007 . A plurality of unit cells 3001 are electrically connected in series by connecting metal caps 3004 and ends of air electrodes 3008 via current collectors 3009 . The single cell 3001 is an example of an electrochemical reaction single cell or an electrochemical reaction unit in the claims.

改質器3011で改質された燃料ガスは、マニホールド3002aの燃料ガス供給管から供給され、マニホールド3002aの内部で分散し、マニホールド3002aと連通するように接続された上流側のセル群3010aのガス流路を他端側から一端側へ流れる。セル群3010aから排出された発電に未使用の燃料ガスは、マニホールド3002bにおいて集約され、他端側が開放された下流側のセル群3010bのガス流路を一端側から他端側へ向かって流れ、セル群3010bの上端から排出される。 The fuel gas reformed by the reformer 3011 is supplied from the fuel gas supply pipe of the manifold 3002a, dispersed inside the manifold 3002a, and the gas of the upstream cell group 3010a connected so as to communicate with the manifold 3002a. It flows through the channel from the other end side to the one end side. The fuel gas discharged from the cell group 3010a and not used for power generation is collected in the manifold 3002b and flows from one end to the other end in the gas flow path of the downstream cell group 3010b with the other end open, It is discharged from the upper end of the cell group 3010b.

図13に示す変形例の燃料電池スタック3100において、マニホールド3002等のガス流路は、各単セル3001の燃料極との間でガスのやり取りをマニホールドであり、金属キャップ3004および絶縁性支持部材3006は、マニホールドと燃料極とを連通する連通流路である。図13に示す変形例の燃料電池スタック3100においても、マニホールドと連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面には、上述した条件(1)および条件(2)を満たす特定領域SAが存在する。そのため、ガス流路を流れるガスに混入した異物に起因する燃料電池スタック3100の性能低下や燃料電池スタック3100を含むシステムの不具合の発生を抑制することができる。 In the fuel cell stack 3100 of the modified example shown in FIG. is a communication channel that communicates the manifold and the fuel electrode. In the fuel cell stack 3100 of the modified example shown in FIG. 13 as well, the surface of the member defining the gas flow path composed of the manifold and the communication flow path is provided with a specific material that satisfies the conditions (1) and (2) described above. There is an area SA. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 3100 and the occurrence of malfunctions of the system including the fuel cell stack 3100 due to foreign matter mixed in the gas flowing through the gas flow path.

上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、固体高分子形燃料電池(PEFC)、リン酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 In the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the technology disclosed in this specification includes a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), Other types of fuel cells (or electrolysis cells) such as molten carbonate fuel cells (MCFC) are also applicable.

11:溝 22:ボルト 24:ナット 26:ガス貫通孔 27:ガス通路部材 28:本体部 29:フランジ部 29A:ボルト孔 32,34:孔 100:燃料電池スタック 102:燃料電池発電単位 103:発電ブロック 104:上側エンドプレート 106:下側エンドプレート 107:エンド貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:燃料電池単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 118:反応防止層 120:単セル用セパレータ 121:孔 121:貫通孔 124:接合部 125:ガラスシール部 126:内側部 127:外側部 128:連結部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電部 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電部材 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:平板部 161:酸化剤ガス供給マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス供給マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:IC用セパレータ 181:貫通孔 186:内側部 187:外側部 188:連結部 189:下端プレート 190:インターコネクタ 194:被覆層 196:導電性接合材 200:絶縁部 210:末端セパレータ 211:貫通孔 216:内側部 217:外側部 218:連結部 220:上端プレート 310:平面部 320:凸部 322:外側凸部 324:内側凸部 410:上側ターミナルプレート 412:孔 420:下側ターミナルプレート 510:平面部 520:凸部 522:外側凸部 524:内側凸部 600:補強部材 610:平板部分 612:貫通孔 620:筒部分 622:貫通孔 1002:マニホールド 1003:連通部材 1010:単セル 1021:ガス供給室 1022:ガス回収室 1024:仕切板 1100:燃料電池スタック 1201:ガス供給管 1202:ガス回収管 1231:上板部 2002:燃料電池スタック 2003:単セル 2004:導電部材 2007:マニホールド 2008:燃料ガス供給管 2016:シール材 3001:単セル 3002:マニホールド 3004:金属キャップ 3005:ガラス材料 3006:絶縁性支持部材 3007:ガラスリング 3008:空気極 3009:集電体 3010:セル群 3011:改質器 3100:燃料電池スタック SA:特定領域 11: groove 22: bolt 24: nut 26: gas through hole 27: gas passage member 28: main body 29: flange 29A: bolt hole 32, 34: hole 100: fuel cell stack 102: fuel cell power generation unit 103: power generation Block 104: Upper end plate 106: Lower end plate 107: End through hole 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Fuel cell unit cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 118: Reaction prevention layer 120: Single cell separator 121: hole 121: through hole 124: junction 125: glass seal portion 126: inner portion 127: outer portion 128: connecting portion 130: air electrode side frame 131: hole 132: oxidant gas supply communication hole 133 : oxidant gas discharge passage 134: air electrode side collector 140: fuel electrode side frame 141: hole 142: fuel gas supply passage 143: fuel gas discharge passage 144: fuel electrode side collector 145: electrode facing Part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 149: Spacer 150: Flat plate part 161: Oxidant gas supply manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas supply manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel Chamber 180: IC Separator 181: Through Hole 186: Inner Part 187: Outer Part 188: Connecting Part 189: Lower End Plate 190: Interconnector 194: Coating Layer 196: Conductive Joining Material 200: Insulating Part 210: Terminal Separator 211 : through hole 216: inner portion 217: outer portion 218: connecting portion 220: upper end plate 310: flat portion 320: convex portion 322: outer convex portion 324: inner convex portion 410: upper terminal plate 412: hole 420: lower terminal Plate 510: Flat portion 520: Protruding portion 522: Outer protruding portion 524: Inner protruding portion 600: Reinforcement member 610: Flat plate portion 612: Through hole 620: Cylindrical portion 622: Through hole 1002: Manifold 1003: Communication member 1010: Single cell 1021: Gas supply chamber 1022: Gas recovery chamber 1024: Partition plate 1100: Fuel cell stack 1201: Gas supply pipe 1202: Gas recovery pipe 1231: Upper plate part 2002: Fuel cell stack 2003: Single cell 2004: Conductive member 2007: Manifold 2008: Fuel gas supply pipe 2016: Seal material 3001: Single cell 3002: Manifold 3004: Metal cap 3005: Glass material 3006: Insulating support member 3007: Glass ring 3008: Air electrode 3009: Current collector 3010: Cell group 3011: Reformer 3100: Fuel cell stack SA: Specific area

Claims (8)

電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルをそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極のそれぞれについて、各前記電気化学反応単位の前記特定電極との間でガスのやり取りを行うマニホールドが形成されており、
各前記電気化学反応単位には、前記マニホールドと前記特定電極とを連通する連通流路が形成されており、
前記マニホールドと前記連通流路とから構成されるガス流路を画定する部材の表面に、
(1)特定の方向に略平行に延伸する複数の溝が形成されており、かつ、
(2)前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが、0.01μm以上、50μm以下である、
という条件を満たす領域である特定領域が存在する、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
An electrochemical reaction cell stack comprising a plurality of electrochemical reaction units each having an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other with the electrolyte layer interposed therebetween,
For each of the specific electrodes that are at least one of the air electrode and the fuel electrode, a manifold is formed for exchanging gas with the specific electrode of each of the electrochemical reaction units,
Each of the electrochemical reaction units is formed with a communication channel that communicates between the manifold and the specific electrode,
on the surface of a member that defines a gas flow path composed of the manifold and the communication flow path,
(1) A plurality of grooves extending substantially parallel to a specific direction are formed, and
(2) The maximum height Rz along the direction intersecting the specific direction is 0.01 μm or more and 50 μm or less.
There is a specific region that satisfies the condition that
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが0.1μm以上である領域である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1,
The specific region is a region having a maximum height Rz of 0.1 μm or more along a direction intersecting the specific direction.
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定領域は、前記特定の方向に交差する方向に沿った最大高さRzが20μm以下である領域である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1 or claim 2,
The specific region is a region having a maximum height Rz of 20 μm or less along a direction intersecting the specific direction.
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
各前記電気化学反応単位は、金属の母材と、前記母材の表面に形成された酸化被膜と、を含む金属部材を有し、
前記特定領域は、前記金属部材の表面に存在する、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 3,
each of the electrochemical reaction units has a metal member including a metal base material and an oxide film formed on the surface of the base material;
The specific region exists on the surface of the metal member,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 4,
The specific direction is a direction substantially parallel to the main flow direction of the gas at the position of the specific region,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 4,
The specific direction is a direction substantially perpendicular to the main flow direction of the gas at the position of the specific region,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
複数の前記特定領域が存在し、
一の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略平行な方向であり、他の前記特定領域における前記特定の方向は、前記特定領域の位置でのガスの主たる流れ方向に略直交する方向である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 6,
there are a plurality of the specific regions,
The specific direction in one of the specific regions is a direction substantially parallel to the main flow direction of the gas at the position of the specific region, and the specific direction in the other specific region is the position of the specific region. is a direction substantially perpendicular to the main flow direction of the gas of
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記マニホールドとして、ガスを供給する供給側マニホールドと、ガスを排出する排出側マニホールドと、が形成されており、
各前記電気化学反応単位には、前記連通流路として、前記供給側マニホールドと前記特定電極とを連通する供給側連通流路と、前記排出側マニホールドと前記特定電極とを連通する排出側連通流路と、が形成されており、
前記供給側マニホールドと前記供給側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、前記排出側マニホールドと前記排出側連通流路とから構成される前記ガス流路を画定する部材の表面と、の両方に、前記特定領域が存在する、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 7,
As the manifold, a supply side manifold for supplying gas and a discharge side manifold for discharging gas are formed,
Each of the electrochemical reaction units includes, as the communication flow path, a supply-side communication flow path that communicates the supply-side manifold and the specific electrode, and a discharge-side communication flow that communicates the discharge-side manifold and the specific electrode. and are formed,
A surface of a member defining the gas flow path composed of the supply side manifold and the supply side communication flow path, and defining the gas flow path composed of the discharge side manifold and the discharge side communication flow path. The specific region exists on both the surface of the member that
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