JP2023135375A - 電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置及びエネルギーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】副流路内を流れるガス量を従来より均一化でき、システム効率を向上させることができる電気化学素子を提供する。【解決手段】内側に内部流路を有する板状支持体１０と、内部流路Ａ１と、板状支持体１０の外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、電極層３１、対極電極層３３、並びに電極層３１と対極電極層３３とに挟まれた電解質層３２を備え、板状支持体１０の外面において、気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で電極層３１、電解質層３２及び対極電極層３３が積層して形成されてなる電気化学反応部３ａ，３ｂと、を備え、内部流路Ａ１は、板状支持体１０の板状面に沿う方向において第１方向に延び、且つ、板状支持体１０の板状面に沿う方向において第１方向と交差する第２方向に離隔した複数の副流路Ａ１１を有しており、副流路Ａ１１を、当該副流路Ａ１１を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となるように構成した。【選択図】図１

Description

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

特許文献１には、燃料電池や電解セル等の電気化学装置として、電気化学素子を複数積層した構造（電気化学モジュール）を備えた装置が提案されている。この特許文献１に記載された電気化学素子は、内側に内部流路が形成された板状の支持体や、内部流路と支持体の外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部、支持体上に電極層、電解質層、対極電極層の順で積層されてなる電気化学反応部などを備えている。また、この電気化学素子は、内部流路が、板状の支持体の板状面に沿う方向において第１方向に延び、且つ、板状面に沿う方向において第１方向と交差する第２方向に離隔した複数の副流路を有している。そして、この特許文献１記載の電気化学素子においては、副流路内を還元性成分ガス又は酸化性成分ガスの一方が通流し、このガスが気体通流許容部を通して電極層に供給される。

特許文献１記載の電気化学素子によれば、複数の副流路に分かれて流れることによる整流作用によって、ガスの流れ方向と交差する方向の任意の複数地点でのガスの流速が概ね一定となる。したがって、この電気化学素子では、電気化学反応部に流通されるガスの量が概ね一定となることが期待できる。

特開２０２０－１６７１３０号公報

ところで、特許文献１記載の電気化学素子においては、副流路を備えた支持体製造時の誤差によって、副流路間において、当該副流路を流れるガスの圧力損失に差が生じる虞がある。

また、電気化学装置の運転時においては、支持体中央部の方が支持体縁部よりも温度が高くなり易い。そのため、中央部付近に形成されている副流路と、縁部付近に形成されている副流路とでは、流れるガスの圧力損失に５～１０％程度の差が生じる虞がある。

即ち、上記特許文献１記載の電気化学素子では、副流路間において、当該副流路を流れるガスの圧力損失に差が生じる虞があり、各副流路内を流れるガス量の均一化という点において、改善の余地がある。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、副流路内を流れるガス量を従来より均一化でき、システム効率を向上させることができる電気化学素子、この電気化学素子を備えた電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置及びエネルギーシステムの提供を、その目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る電気化学素子の特徴構成は、
内側に内部流路を有する板状支持体と、
前記内部流路と、前記板状支持体の外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、
電極層、対極電極層、並びに前記電極層と前記対極電極層とに挟まれた電解質層を備え、前記板状支持体の外面において、前記気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で前記電極層、前記電解質層及び前記対極電極層が積層して形成されてなる電気化学反応部と、を備え、
前記内部流路は、前記板状支持体の板状面に沿う方向において第１方向に延び、且つ、前記板状支持体の板状面に沿う方向において前記第１方向と交差する第２方向に離隔した複数の副流路を有しており、
前記副流路を、当該副流路を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となるように構成した点にある。

上記特徴構成によれば、副流路を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となることで、支持体製造時の誤差や運転時の支持体の温度分布に起因して副流路間に生じる圧力損失の差がほぼ無視できる程度まで相対的に低減されることになる。したがって、複数の副流路内を流れるガス量を従来よりも均一化でき、局所的なガス量の不足箇所を減少させることができるため、電気化学反応部の広い領域にわたって均一にガスを供給して均一な反応場を形成できる。よって、電気化学素子全体において効率よく反応を進行させることができ、システム効率を向上させることができる。

本発明に係る電気化学素子の更なる特徴構成は、
前記副流路内に、前記第１方向と直交する断面の最大面積が前記副流路の最大流路断面積よりも小さく、前記圧力損失を増加させる圧損増加体が配設されている点にある。

上記特徴構成によれば、副流路内に圧損増加体を配設し、当該副流路の流路断面積を少なくとも部分的に小さくすることで、流路内を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となる副流路を実現できる。

本発明に係る電気化学素子の更なる特徴構成は、
前記圧損増加体は、前記第１方向に沿い、且つ、前記副流路の全長の８０％以上１００％以下を占めるように１又は複数配設されている点にある。

圧損増加体を配設することにより、副流路内におけるガスの流れ方向と交差する方向の任意の複数地点で通流抵抗に極端な差が生じると、電気化学反応部に均一にガスを供給できなくなる虞がある。しかしながら、上記特徴構成によれば、圧損増加体が第１方向（即ち、副流路の長さ方向）において比較的均等に配設された状態となる。そのため、副流路内におけるガスの流れ方向と交差する方向の任意の複数地点で通流抵抗に差が生じ難く、電気化学反応部に均一にガスを供給し易くなる。

本発明に係る電気化学素子の更なる特徴構成は、
前記副流路は、前記圧損増加体によって、連続した又は断続した複数の小流路に分割され、
前記複数の小流路は、前記第１方向に延び且つ前記第２方向に離隔している点にある。

上記特徴構成によれば、副流路内を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となることに加え、副流路内に連続した又は断続した複数の小流路が形成されることで、これら小流路に分かれて流れることによる整流作用により、副流路内におけるガスの流れ方向と交差する方向の任意の複数地点での流速が一定になり易い。したがって、複数の副流路内を流れるガス量を均一化できるだけでなく、副流路内でのガス量の局所的な偏りも抑えられるため、結果として、システム効率をより向上させることができる。

本発明に係る電気化学素子の更なる特徴構成は、
前記副流路は、少なくとも１つのオリフィス部を有している点にある。

上記特徴構成によれば、オリフィス部によって副流路の流路断面積を部分的に小さくすることで、流路内を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下となる副流路を実現できる。

本発明に係る電気化学素子の更なる特徴構成は、
前記板状支持体は、金属部材で構成される点にある。

上記特徴構成によれば、電気化学素子は、強度に優れた金属部材からなる板状支持体上に電極層や電解質層、対極電極層などの電気化学反応部の構成要素が形成されたものとなるから、電極層や電解質層、対極電極層などの電気化学反応部の構成要素を薄層化・薄膜化することが可能となる。したがって、電気化学素子の材料コストを低減しつつ、当該電気化学素子について高い性能と耐久性を確保することが可能となる。

上記目的を達成するための本発明に係る電気化学モジュールの特徴構成は、
上記電気化学素子が複数集合した状態で配置される点にある。

上記特徴構成によれば、電気化学素子が複数集合した状態で配置されることで、材料コストと加工コストを抑制しつつ、コンパクトで高性能な、強度と信頼性に優れた電気化学モジュールを実現できる。そして、例えば、電気化学モジュールを燃料電池として動作させる場合には、大きな発電出力を得ることも可能となる。

上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、
上記電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる点にある。

上記特徴構成によれば、強度（信頼性）や耐久性、性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形燃料電池として発電反応を行うことができるので、高信頼性・高耐久性・高性能な固体酸化物形燃料電池を得ることができる。

上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形電解セルの特徴構成は、
上記電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせる点にある。

上記特徴構成によれば、強度（信頼性）や耐久性、性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形電解セルとして電解反応によるガスの生成を行うことができるので、高信頼性・高耐久性・高性能な固体酸化物形電解セルを得ることができる。

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

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

上記目的を達成するための本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、
上記電気化学素子又は上記電気化学モジュールと、
前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールから電力を取り出す、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する点にある。

上記特徴構成によれば、電力変換器は、電気化学素子又は電気化学モジュールが発電した電力を取り出し、或いは、電気化学素子又は電気化学モジュールに電力を流通することができる。これにより、上記のように電気化学素子又は電気化学モジュールは、燃料電池として作用し、或いは、電解セルとして作用する。したがって、上記特徴構成によれば、燃料等の化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する、或いは、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率が向上した電気化学装置を実現できる。尚、例えば、電力変換器としてインバータを用いる場合、燃料電池として動作させる際は、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学素子又は電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。また、電解セルとして動作させる際は、交流電源から直流を得て、電気化学素子又は電気化学モジュールへ直流の電力供給できる電気化学装置を構築できるので好ましい。

上記目的を達成するための本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、
上記電気化学装置と、
前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部と、を少なくとも有する点にある。

上記特徴構成によれば、耐久性・信頼性及び性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現できる。また、電気化学装置から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリッドシステムを実現することも可能である。

電気化学素子の概略構成を示す図である。 電気化学素子を示す下面図である。 図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図１におけるＩＶ－ＩＶ断面図である。 図１におけるＶ－Ｖ断面図である。 図１におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。 図１におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 図１におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。 図１におけるＩＸ－ＩＸ断面図である。 図１におけるＸ－Ｘ断面図である。 図１におけるＸＩ－ＸＩ断面図である。 図１におけるＸＩＩ－ＸＩＩ断面図である。 図１におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。 図１におけるＸＩＶ－ＸＩＶ断面図である。 図１におけるＸＶ－ＸＶ断面図である。 図１におけるＸＶＩ－ＸＶＩ断面図である。 図１におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図である。 図１におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図である。 電気化学素子の要部拡大図である。 電気化学素子の要部拡大図である。 電気化学モジュールを示す概略図である。 エネルギーシステムを示す概略図である。 別実施形態に係る電気化学素子の要部拡大図である。 別実施形態に係る電気化学素子の概略構成を示す図である。 別実施形態に係る電気化学素子の下面図である。 別実施形態に係る電気化学素子の下面図である。 図２６におけるＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ断面図である。 別実施形態に係るエネルギーシステムを示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電気化学素子Ａ、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）、電気化学モジュールＭ、電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺについて説明する。

尚、層の位置関係などを表す際、例えば電解質層から見て対極電極層の側を「上」又は「上側」、電極層の側を「下」又は「下側」という場合がある。また、電気化学素子の積層方向を＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）とし、Ｚ方向に交差する方向を＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）とし、Ｘ方向及びＺ方向に交差する方向を＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向）とする。ＸＺ平面とＸＹ平面とＹＺ平面とは互いに概ね直交している。

（電気化学素子）
まず、電気化学素子Ａについて説明する。図１～図２０に示すように、電気化学素子Ａは、導電性部材からなる第一板状体１と同じく導電性部材からなる第二板状体２とからなる板状支持体１０と、この板状支持体１０上に間隔を空けて形成された２つの電気化学反応部３ａ，３ｂとを備えている。尚、後述するように、本実施形態においては、電気化学素子Ａが、水素を含む燃料ガスと空気の供給を受けて発電する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）として用いられる。

（板状支持体）
次に、板状支持体１０について、図１～図２０を参照して説明する。本実施形態において、板状支持体１０は、導電性部材として金属部材を用いた第一板状体１と第二板状体２とで構成される上面視長方形状である。つまり、板状支持体１０は、金属部材で構成される。板状支持体１０は、第一板状体１と第二板状体２との対抗面間に形成された内部流路Ａ１を有する。また、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１に第一ガス又は第二ガスの一方を流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を板状支持体１０の長手方向一端部側に備えるとともに、内部流路Ａ１を流通した第一ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備えている。

また、図４や図９～図１１、図１７、図１８等に示すように、板状支持体１０には、第一板状体１と第二板状体２との間に、表裏にわたる貫通孔を備えた板状の環状スペーサ９２が配置されている。この環状スペーサ９２は、板状支持体１０における一端部側（第一貫通部４１側）及び他端部側（第二貫通部５１側）に配置されている。また、この環状スペーサ９２は、第一板状体１と第二板状体２とに挟まれた状態で、貫通孔の内側の空間から環状スペーサ９２の外部の空間まで気体を通流させる流路を備えている。

（第一板状体）
第一板状体１は、電気化学反応部３ａ，３ｂを構成する電極層３１と電解質層３２と対極電極層３３とを支持して電気化学素子Ａの強度を保つ役割を担う。第一板状体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性および耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられるが、これに限られるものではない。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態において、第一板状体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有すると好ましく、Ｎｉを０．０５質量％以上１．０質量％以下含有すると好ましい。また、Ｃｕを、下限値については、０．０１質量％以上含有すると好ましく、０．１０質量％以上含有するとより好ましく、０．２０質量％以上含有すると更に好ましく、上限値については、１．０質量％以下含有すると好ましく、０．９質量％以下含有するとより好ましく、０．８質量％以下含有すると更に好ましい。また、Ｔｉを、下限値については、０．０５質量％以上含有すると好ましく、０．１０質量％以上含有するとより好ましく、０．１５質量％以上含有すると更に好ましく、上限値については、１．０質量％以下含有すると好ましく、０．９質量％以下含有するとより好ましく、０．８質量％以下含有すると更に好ましい。このようなＦｅ－Ｃｒ系合金を用いると、コストを抑制しつつ、性能や耐久性、耐食性に優れた合金部材を第一板状体１として用いることができる。

第一板状体１は、全体として板状である。そして、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を多数設けてなる気体通流許容部１Ａを有している（図７～図１０、図１４～図１９参照）。本実施形態においては、電気化学反応部３ａ，３ｂが形成されている領域に気体通流許容部１Ａが形成され、電気化学反応部３ａ，３ｂが形成されていない領域（２つの電気化学反応部３ａ，３ｂ間の領域）には、気体通流許容部１Ａが形成されていない。尚、この貫通孔１１は、例えば、機械的、化学的あるいは光学的穿孔加工などにより、第一板状体１に設けることができる。

貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。気体通流許容部１Ａは、第一板状体１における電極層３１が設けられる領域より小さい領域に設けられることが好ましい。尚、第一板状体１に気体透過性を持たせるために、焼結金属や発泡金属などの多孔質金属を用いることも可能である。

第一板状体１には、図１９に示すように、その表面に、拡散抑制層としての金属酸化物層１２（金属酸化物膜）が設けられる。即ち、第一板状体１と後述する電極層３１との間に、拡散抑制層が形成されている。金属酸化物層１２は、第一板状体１の外部に露出した面だけでなく、電極層３１との接触面（界面）にも設けられる。また、貫通孔１１の内側の面に設けることもできる。この金属酸化物層１２により、第一板状体１と電極層３１との間の元素相互拡散を抑制することができる。例えば、第一板状体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１２が主にクロム酸化物となる。そして、第一板状体１のクロム原子等が電極層３１や電解質層３２へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１２が抑制する。金属酸化物層１２の厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚みであれば良い。

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

第一板状体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、後述する電極層３１や電解質層３２の材料であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリニウム・ドープ・セリア、ＣＧＯとも呼ぶ）等と熱膨張係数が近い。したがって、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も電気化学素子Ａがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。

（第二板状体）
第二板状体２は、内部流路Ａ１となる凹部２ｃが形成され、第一板状体１と重ね合わされた状態で、第二板状体２の周囲と第一板状体１の周囲との接触部（以下、周縁部１ａという）において溶接一体化されている（図３～図１８参照）。尚、一体化するに際して、溶接に代え、接着、嵌合等といった他の手法を用いることができ、内部流路Ａ１を外部と区画して形成できるのであれば、周縁部１ａ以外の部分を接合して一体化してもよい。

第二板状体２は、耐熱性の金属材料で構成されている。尚、第一板状体１との熱膨張差の低減や、溶接などの接合性の信頼性確保の観点から、第一板状体１と同様の金属材料であることが好ましい。

第二板状体２は、内部流路Ａ１の構成と密接に関連しているため、以下、第二板状体２の詳細な構成については、内部流路Ａ１の構成と関連付けながら説明する。

（第二板状体及び内部流路の構成）
本実施形態において、内部流路Ａ１は、第一ガスの通流方向に向けて（即ち、＋Ｘ方向から－ｘ方向に向けて）、分配部Ａ１２、供給調整部Ａ１４、供給バッファ部Ａ１５、複数の副流路Ａ１１、排出バッファ部Ａ１６、排出調整部Ａ１７及び合流部Ａ１３を有している。この内部流路Ａ１は、第一貫通部４１が設けられている側（供給路４側）と第二貫通部５１が設けられている側（排出路５側）とは対称の構造である。尚、図３～図１０には、供給路４側の断面図を示した。図１１～図１８には、排出路５側の断面図を示した。

分配部Ａ１２は、各電気化学素子Ａに対応して設けられている。分配部Ａ１２は、供給路４側に設けられており、各電気化学素子Ａに第一ガスを供給するためのバッファ部である。分配部Ａ１２は、第一ガスの通流方向（Ｘ方向）において、複数の副流路Ａ１１の上流側に設けられている。具体的に、分配部Ａ１２は、周縁部１ａよりも積層方向の下方（－Ｚ方向）に凹むように第二板状体２を加工することで形成されている。尚、図１や図２０に示すように、第一貫通部４１は、分配部Ａ１２における、通流方向及びその交差方向（Ｙ方向）の概ね中央部に位置している。つまり、この位置に第一貫通部４１となる第一板状体１及び第二板状体２の貫通孔が形成されている。

また、分配部Ａ１２は、上面視において、図１等に示すようにＹ方向に長くなっている。そして、分配部Ａ１２のＹ方向の長さは、Ｙ方向に間隔をおいて平行に並んで配置されている後述の複数の副流路Ａ１１の領域のＹ方向の長さに対応している。

第一ガスが通流する複数の副流路Ａ１１は、板状支持体１０の板状面に沿う方向において第１方向（Ｘ方向）に延び、且つ、板状支持体１０の板状面に沿う方向において第１方向（Ｘ方向）と交差する第２方向（Ｙ方向）に離隔している。具体的に、複数の副流路Ａ１１は、図１や図２０等に示すように、通流方向（Ｘ方向）に沿って、後述する供給調整部Ａ１４の近傍から排出調整部Ａ１７の近傍まで延びている。そして、複数の副流路Ａ１１は、Ｙ方向に間隔をおいて平行に並んで配置されている。第二板状体２は、図１や図２、図７～図１０等に示すように、複数の副流路Ａ１１それぞれを形成する複数の副流路形成部８０と、隣接する副流路形成部８０の間に設けられ、隣接する副流路Ａ１１それぞれを仕切る複数の仕切部８１とを有している。図１４や図１９等に示すように、副流路形成部８０は底面を有する凹状に形成されており、仕切部８１の上面は副流路形成部８０の底面よりも積層方向の上方に位置している。そして、本実施形態においては、第一板状体１と第二板状体２との間に金属製の網状体７が設けられており、仕切部８１の上面と第一板状体１の下面とは、相互に対向した状態で網状体７に当接し、当該網状体７が仕切部８１の上面と第一板状体１の下面とによって挟まれた状態となっている。したがって、本実施形態においては、仕切部８１と網状体７との隣接する当接箇所の間が副流路Ａ１１となり、各副流路Ａ１１内それぞれを第一ガスが通流方向に沿って通流する。また、網状体７を設けていることで、副流路Ａ１１を通流する第一ガスを乱流状態に形成できる。尚、本実施形態において、第二板状体２は、仕切部８１や分配部Ａ１２、供給調整部Ａ１４の供給通過部Ａ１４ａ、供給バッファ部Ａ１５、排出バッファ部Ａ１６、排出調整部１７の排出通過部Ａ１７ａ、合流部Ａ１３が同一平面となるように形成され、副流路形成部８０がこれらより下側に膨らむように形成されている。このような第二板状体２は、プレス加工などによって金属板を成形することで作製できる。

本実施形態では、図２０に示すように、Ｙ方向（通流方向と交差する交差方向）において、仕切部８１の長さＬ３が副流路形成部８０の長さＬ４より小さい（Ｌ３＜Ｌ４）。Ｌ３＜Ｌ４の場合、図１９等に示すように、仕切部８１の上面と第一板状体１の下面との当接面積を小さくできる。つまり、気体通流許容部１Ａが形成された第一板状体１に面する副流路Ａ１１の空間を大きくでき、副流路Ａ１１から電気化学反応部３ａ，３ｂに向かう第一ガスの量を多くできる。

また、本実施形態において、各副流路Ａ１１内には圧損増加体６が配設されており、副流路形成部８０によって形成された各副流路Ａ１１の流路断面積を圧損増加体６によって減少させることで、各副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失（各副流路Ａ１１の入口と出口での圧力差）を圧損増加体６を配設していない場合よりも増加させている。具体的に、圧損増加体６を配設していない場合の副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失はおよそ０．０１ｋＰａ程度であるのに対し、圧損増加体６を配設したことによっておよそ２ｋＰａ程度まで増加している。尚、副流路Ａ１１の流路断面積は、副流路形成部８０の上面と隣接する２つの仕切部８１の頂部を結ぶ線分とに囲まれた部分の面積である。

これにより、本実施形態においては、第二板状体２の成型時の加工誤差や電気化学素子で発電反応や電解反応を生じさせた際の第一板状体１や第二板状体２の温度分布に起因して副流路Ａ１１間に生じる圧力損失の差がほぼ無視できる程度まで相対的に低減されることになる。よって、複数の副流路Ａ１１内を流れる第一ガスの量を従来よりも均一化でき、局所的なガス量の不足箇所を減少させることができるため、電気化学反応部３ａ，３ｂの広い領域にわたって均一にガスを供給して均一な反応場を形成できる。

したがって、副流路Ａ１１における第一ガスの圧力損失は、副流路Ａ１１間に生じる圧力損失の差をほぼ無視できる程度まで相対的に低減するという観点から、１ｋＰａ以上である必要がある。尚、副流路Ａ１１間に生じる圧力損失の差をより確実に無視できるまで相対的に低減する上で、副流路Ａ１１における第一ガスの圧力損失は、３ｋＰａ以上であることが好ましく、５ｋＰａ以上であることがより好ましい。また、圧力損失が高くなり過ぎると、エネルギーの利用効率が低下するため、副流路Ａ１１における第一ガスの圧力損失は、１０ｋＰａ以下であることが好ましい。

図１や図１４、図１９、図２０に示すように、本実施形態における圧損増加体６は、長さが副流路Ａ１１の全長Ｌａと略同じであり、第１方向と直交する断面の面積が各副流路Ａ１１の流路断面積よりも小さい円柱状の部材である。圧損増加体６は、長手方向が第１方向（Ｘ方向）に沿い、且つ、第２方向において所定の間隔を空けて、各副流路Ａ１１に２つずつ配設されており、圧損増加体６が各副流路Ａ１１の全長Ｌａの８０％以上１００％以下を占めた状態となっている。また、各圧損増加体６は、網状体７の下面と第二板状体２における副流路形成部８０の底面とに当接し、これらに挟まれた状態となっている。したがって、本実施形態においては、圧損増加体６によって各副流路Ａ１１が、第１方向に延び且つ第２方向に離隔した３つの連続した小流路Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ，Ａ１１ｃに分割され、各副流路Ａ１１の流路断面積が圧損増加体６の断面積分だけ小さくなっている。

このように、本実施形態の電気化学素子Ａにおいては、各副流路Ａ１１内に圧損増加体６を配設し、流路断面積を小さくすることで、上記のように各副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となるようにしている。これに加え、電気化学素子Ａでは、各副流路Ａ１１をそれぞれ３つの連続した小流路Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ，Ａ１１ｃに分割していることで、小流路Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ，Ａ１１ｃに分かれて流れることによる整流作用により、副流路Ａ１１内における第１方向と交差する方向（第２方向）の任意の複数地点での第一ガスの流速が一定になり易い。したがって、複数の副流路Ａ１１内を流れる第一ガスの量を均一化できるだけでなく、副流路Ａ１１内での第一ガスの量の局所的な偏りも抑えられるため、電気化学反応部３ａ，３ｂの広い領域にわたって均一に第一ガスを供給して均一な反応場を形成でき、電気化学素子Ａ全体において効率よく反応を進行させることができる。

圧損増加体６は、金属製、樹脂製を問わず、副流路Ａ１１内の圧力損失を増加させることができれば、その材質は特に限定されるものではない。尚、本実施形態において、圧損増加体６は金属製である。したがって、第一板状体１と第二板状体２とが圧損増加体６（及び網状体７）を介して電気的に接続された導電パスが形成された状態となるため、電気化学素子Ａ内部の導電抵抗を小さくでき、より性能が高い電気化学素子Ａを実現している。

図１や図６～図１０等に示すように、第二板状体２は、通流方向に沿う方向（Ｘ方向）において、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１との間に供給調整部Ａ１４を有している。供給調整部Ａ１４は、分配部Ａ１２に第一ガスを一時的に貯留させるとともに、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１への第一ガスの供給を制限する。

供給調整部Ａ１４は、複数の供給通過部Ａ１４ａ及び複数の供給阻止部Ａ１４ｂを有している。供給通過部Ａ１４ａは、第一ガスを分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に通過させる。供給阻止部Ａ１４ｂは、第一ガスの分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１への通過を阻止する。図６等に示すように、供給阻止部Ａ１４ｂの上面は供給通過部Ａ１４ａの上面よりも積層方向の上方に位置しており、第一板状体１の下面に当接している。よって、分配部Ａ１２内の第一ガスは、供給阻止部Ａ１４ｂによって通流方向への通流が阻止される一方、供給通過部Ａ１４ａを介して通流方向に通流し、複数の副流路Ａ１１へ流れる。

本実施形態では、各供給阻止部Ａ１４ｂは、例えば図１や図２０に示すように概ね長方形状に形成されている。そして、長方形状の各供給阻止部Ａ１４ｂは、長辺がＹ方向に沿うようにＹ方向に沿って配置されている。隣接する供給阻止部Ａ１４ｂの間に供給通過部Ａ１４ａが設けられている。つまり、供給通過部Ａ１４ａは、隣接する供給阻止部Ａ１４ｂの短辺が対向する区間に設けられている。

また、通流方向（Ｘ方向）において、供給通過部Ａ１４ａには、複数の仕切部８１のうちいずれかの仕切部８１が対応して配置されている。また、通流方向において、供給阻止部Ａ１４ｂには、複数の副流路Ａ１１のうち少なくとも１つの副流路Ａ１１が対応して配置されている。具体的に、本実施形態においては、複数の供給阻止部Ａ１４ｂのうち２つは、分配部Ａ１２の＋Ｙ方向の端部及び－Ｙ方向の端部に対応する位置にそれぞれ設けられている。

ここで、第一ガスは、分配部Ａ１２から供給通過部Ａ１４ａを経て複数の副流路Ａ１１に導かれる。上記構成によれば、通流方向において供給通過部Ａ１４ａにはいずれかの仕切部８１が対応して配置されているため、分配部Ａ１２から供給通過部Ａ１４ａに押し出された第一ガスは、通流方向に沿って進むことで積層方向の上方に突出している仕切部８１に衝突する。仕切部８１との衝突によって、第一ガスは通流方向と交差する交差方向に進む。つまり、分配部Ａ１２から供給通過部Ａ１４ａを経て通流してきた第一ガスは、即座に複数の副流路Ａ１１に導入されるのではなく、副流路Ａ１１の手前で仕切部８１と衝突して交差方向に進む。更に、交差方向に進んだ第一ガスは、積層方向の上方に突出している供給阻止部Ａ１４ｂによって分配部Ａ１２に戻らず、供給調整部Ａ１４と複数の副流路Ａ１１との間で一時的に貯留される。その後、第一ガスは、分配部Ａ１２からの押し出しに沿って、複数の副流路形成部８０が形成する複数の副流路Ａ１１に導入される。尚、第一ガスが供給調整部Ａ１４と複数の副流路Ａ１１との間で一時的に貯留される領域が、供給バッファ部Ａ１５である。

また、通流方向において、供給阻止部Ａ１４ｂは、第一貫通部４１に対応して設けられている。これにより、第一貫通部４１から分配部Ａ１２に導入された第一ガスが即座に複数の副流路Ａ１１に向かうのを抑制できる。よって、分配部Ａ１２に第一ガスを一時的に貯留可能である。

図２０に示すように、Ｙ方向において、供給阻止部Ａ１４ｂの長さＬ２は供給通過部Ａ１４ａの長さＬ１よりも大きい（Ｌ２＞Ｌ１）。また、供給通過部Ａ１４ａの長さＬ１は、仕切部８１の長さＬ３より小さいのが好ましい（Ｌ１＜Ｌ３）。これにより、分配部Ａ１２から供給通過部Ａ１４ａを介して押し出された第一ガスを仕切部８１の＋Ｘ方向側の端部に衝突させることでき、後述の供給バッファ部Ａ１５に一時的に貯留させることができる。Ｌ１とＬ２との関係は、例えば、分配部Ａ１２に単位時間に供給される第一ガスの量、複数の副流路Ａ１１に単位時間に供給すべき第一ガスの量、供給阻止部Ａ１４ｂの数、仕切部８１のＹ方向の長さＬ３、副流路Ａ１１のＹ方向の長さＬ４等によって決まる。

尚、供給阻止部Ａ１４ｂ及び供給通過部Ａ１４ａの数や配置、形状は、これらの機能が発揮される態様であれば、どのような態様であってもよい。

このように、上記構成の供給調整部Ａ１４の供給阻止部Ａ１４ｂは、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１との間に設けられており、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１への第一ガスの流れの障壁となる。よって、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に通流する際の第一ガスの圧力損失が高くなり、分配部Ａ１２に導入された第一ガスは分配部Ａ１２に充満するように行き亘り、一時的に貯留される。そのため、分配部Ａ１２内全体が概ね均一な圧力（均圧）となる。つまり、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１それぞれとの差圧が略同一となる。その上で、分配部Ａ１２から供給通過部Ａ１４ａを介して複数の副流路Ａ１１に第一ガスが供給されるため、第一ガスが各副流路Ａ１１に概ね均圧な状態で供給される。これにより、各副流路Ａ１１間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）が概ね均一となる。また、第一ガスは、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に分かれて流れる。このように複数の流路に分かれて流れることによる整流作用によっても、第一ガスは、複数の流路が形成されていない内部流路を流れる場合に比べて、流れ分布（流速、流量及び圧力等）が概ね一定となる。これにより、電気化学反応部３ａ，３ｂにおいて、第一ガスが不足する部分と、過剰に第一ガスが通流される部分との差を小さくし、電気化学素子Ａ全体における第一ガスの利用率を向上して電気化学反応の反応効率を向上できる。

次に、合流部Ａ１３及び排出調整部Ａ１７について説明する。合流部Ａ１３及び排出調整部Ａ１７は、それぞれ分配部Ａ１２及び供給調整部Ａ１４と同様の構成である。つまり、合流部Ａ１３は、排出路５側に設けられており、複数の副流路Ａ１１を通流した第一ガスを排出するためのバッファ部である。合流部Ａ１３は、第一ガスの通流方向において、内部流路Ａ１のうち複数の副流路Ａ１１の下流側に設けられている。尚、図１や図２０に示すように、第二貫通部５１は、合流部Ａ１３における、通流方向及びその交差方向の概ね中央部に位置している。つまり、この位置に第二貫通部５１となる第一板状体１及び第二板状体２の貫通孔が形成されている。

また、合流部Ａ１３は、上面視において、図１等に示すようにＹ方向に長くなっている。そして、合流部Ａ１３のＹ方向の長さは、Ｙ方向に間隔をおいて平行に並んで配置されている複数の副流路Ａ１１の領域のＹ方向の長さに対応している。

第二板状体２は、図１や図１３、図１５～図１８に示すように、通流方向に沿う方向（Ｘ方向）において、複数の副流路Ａ１１と合流部Ａ１３との間に排出調整部Ａ１７を有している。排出調整部Ａ１７は、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への第一ガスの排出を制限する。

排出調整部Ａ１７は、複数の排出通過部Ａ１７ａ及び複数の排出阻止部Ａ１７ｂを有している。排出通過部Ａ１７ａは、第一ガスを複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３に通過させる。排出阻止部Ａ１７ｂは、第一ガスの複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への通過を阻止する。図１３等に示すように、排出阻止部Ａ１７ｂの上面は排出通過部Ａ１７ａの上面よりも積層方向の上方に位置しており、第一板状体１の下面に当接している。よって、複数の副流路Ａ１１内の第一ガスは、排出阻止部Ａ１７ｂによって通流方向への通流が阻止される一方、排出通過部Ａ１７ａを介して通流方向に通流し、合流部Ａ１３へ流れる。

本実施形態では、排出阻止部Ａ１７ｂは、供給阻止部Ａ１４ｂと同様に、例えば図１や図２０に示すように概ね長方形状に形成されている。そして、長方形状の各排出阻止部Ａ１７ｂは、長辺がＹ方向に沿うようにＹ方向に沿って配置されている。隣接する排出阻止部Ａ１７ｂの間に排出通過部Ａ１７ａが設けられている。つまり、排出通過部Ａ１７ａは、隣接する排出阻止部Ａ１７ｂの短辺が対向する区間に設けられている。

通流方向において、排出阻止部Ａ１７ｂには、複数の副流路Ａ１１のうち少なくとも１つの副流路Ａ１１が対応して配置されている。また、通流方向において、排出通過部Ａ１７ａには、複数の仕切部８１のうちいずれかの仕切部８１が対応して配置されている。

上記構成によれば、複数の副流路Ａ１１から押し出された第一ガスは、通流方向に沿って進むことで積層方向の上方に突出している排出阻止部Ａ１７ｂに衝突する。排出阻止部Ａ１７ｂとの衝突によって、第一ガスは通流方向と交差する交差方向に進む。つまり、複数の副流路Ａ１１から通流してきた第一ガスは、即座に合流部Ａ１３に導入されるのではなく、合流部Ａ１３の手前で排出阻止部Ａ１７ｂと衝突して交差方向に進む。その後、第一ガスは、複数の副流路Ａ１１からの押し出しに沿って、排出通過部Ａ１７ａを通過して合流部Ａ１３に導入される。尚、第一ガスが複数の副流路Ａ１１と排出調整部Ａ１７との間で一時的に貯留される領域が、排出バッファ部Ａ１６である。

また、通流方向において、排出阻止部Ａ１７ｂは、第二貫通部５１に対応して設けられている。これにより、複数の副流路Ａ１１を通流した第一ガスが即座に合流部Ａ１３に導入され、第二貫通部５１から排出されるのを抑制できる。よって、複数の副流路Ａ１１に第一ガスを一時的に貯留可能である。

図２０に示すように、Ｙ方向において、排出阻止部Ａ１７ｂの長さＬ１２は排出通過部Ａ１７ａの長さＬ１１よりも大きい（Ｌ１２＞Ｌ１１）。また、排出阻止部Ａ１７ｂの長さＬ１２は副流路形成部８０の長さＬ４より大きいのが好ましい（Ｌ１２＞Ｌ３）。これにより、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３に向かう第一ガスを排出阻止部Ａ１７ｂに衝突させることでき、後述の排出バッファ部Ａ１６に一時的に貯留させることができる。Ｌ１１とＬ１２との関係は、例えば、複数の副流路Ａ１１に単位時間に供給される第一ガスの量、合流部Ａ１３から単位時間に排出すべき第一ガスの量、排出阻止部Ａ１７ｂの数、仕切部８１のＹ方向の長さＬ３、副流路Ａ１１のＹ方向の長さＬ４等によって決まる。

尚、排出阻止部Ａ１７ｂ及び排出通過部Ａ１７ａの数や配置、形状は、これらの機能が発揮される態様であれば、どのような態様であってもよい。

このように、上記構成の排出調整部Ａ１７の排出阻止部Ａ１７ｂは、複数の副流路Ａ１１と合流部Ａ１３との間に設けられており、副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への第一ガスの流れの障壁となる。よって、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３に通流する際の第一ガスの圧力損失が高くなる。そのため、複数の副流路Ａ１１に導入された第一ガスは、複数の副流路Ａ１１から即座に合流部Ａ１３に導入されにくく、複数の副流路Ａ１１に充満するように行き亘る。これにより、各副流路Ａ１１間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）を概ね均一にできる。また、第一ガスが複数の副流路Ａ１１に充満するように行き亘るため、複数の副流路Ａ１１内において電気化学反応が十分に行われる。これらにより、電気化学反応の反応効率を向上できる。

本実施形態における第二板状体２には、図１９に示すように、金属酸化物層２ｄ（金属酸化物膜）が形成されている。金属酸化物層２ｄは種々の手法により形成されうるが、第二板状体２の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、第一板状体１に形成された金属酸化物層１２と同様の手法によって形成しても良い。更に、金属酸化物層１２と同様に、導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。

（電気化学反応部）
次に、電気化学反応部３ａ，３ｂについて、図７～図１０、図１４～図１９を参照して説明する。尚、後述する中間層３４及び反応防止層３５については、図７～図１０及び図１４～図１８では図示を省略した。

（電極層）
電極層３１は、図７～図１０、図１４～図１９に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１～１００μｍ程度、好ましくは、５～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。また、第一板状体１における貫通孔１１が設けられた領域は、その全体が電極層３１に覆われている。つまり、貫通孔１１は、第一板状体１における電極層３１が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１１は、電極層３１に面して設けられている。

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

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

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

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

中間層３４は、電極層３１と同様の手法により形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３４が得られる。そのため、第一板状体１を傷めることなく、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

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

（電解質層）
図７～図１０、図１４～図１９に示すように、電解質層３２は、電極層３１及び中間層３４を覆った状態で、中間層３４の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは、電解質層３２は、中間層３４の上と第一板状体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層３２を第一板状体１に接合することで、電気化学素子Ａを全体として堅牢性に優れたものとすることができる。

また、電解質層３２は、図７や図１４に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域よりも大きな領域に設けられる。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電解質層３２が形成された領域の内側に形成されている。

また、電解質層３２の周囲においては、電極層３１及び中間層３４からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、電気化学素子ＡをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、第一板状体１の裏側から貫通孔１１を通じて電極層３１へガスが供給される。電解質層３２が第一板状体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。尚、本実施形態では電解質層３２によって電極層３１の周囲をすべて覆っているが、電極層３１及び中間層３４の上部に電解質層３２を設け、周囲にガスケット等を設ける構成としてもよい。

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

電解質層３２は、電極層３１と同様の手法により形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層３２が得られる。そのため、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層３２が低温域で容易に得られやすいので更に好ましい。

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

（反応防止層）
図１９に示すように、反応防止層３５は、電解質層３２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１～１００μｍ程度、好ましくは２～５０μｍ程度、より好ましくは３～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。

反応防止層３５の材料としては、電解質層３２の成分と対極電極層３３の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また、反応防止層３５の材料として、Ｓｍ、Ｇｄ及びＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。尚、Ｓｍ、Ｇｄ及びＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層３５を電解質層３２と対極電極層３３との間に導入することにより、対極電極層３３の構成材料と電解質層３２の構成材料との反応が効果的に抑制され、電気化学素子Ａの性能の長期安定性を向上できる。

反応防止層３５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、電極層３１形成時と同様の手法を適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

（対極電極層）
図７～図１０、図１４～図１９に示すように、対極電極層３３を、電解質層３２又は反応防止層３５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１～１００μｍ程度、好ましくは、５～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。

対極電極層３３の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。特に対極電極層３３が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層３３は、カソードとして機能する。

尚、対極電極層３３の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、電極層３１形成時と同様の手法を適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

（固体酸化物形燃料電池）
電気化学反応部３ａ，３ｂを上記のような構成とすることで、当該電気化学反応部３ａ，３ｂを有する電気化学素子Ａを燃料電池として機能させる場合には、当該電気化学素子Ａを固体酸化物形燃料電池の発電セルとして用いることができる。つまり、電気化学素子Ａで発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池を実現できる。

例えば、第一板状体１の裏側の面から貫通孔１１を通じて第一ガスとしての水素を含む燃料ガスを電極層３１へ流通し、電極層３１の対極となる対極電極層３３へ第二ガスとしての空気を流通し、例えば、５００℃以上９００℃以下の作動温度に維持する。そうすると、電解質層３２に酸素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ_２が電子ｅ^－と反応して酸素イオンＯ^２－が生成される。その酸素イオンＯ^２－が電解質層３２を通って電極層３１へ移動する。電極層３１においては、流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ_２が酸素イオンＯ^２－と反応し、水Ｈ_２Ｏと電子ｅ^－が生成される。

電解質層３２に水素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、電極層３１において流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ_２が電子ｅ^－を放出して水素イオンＨ^＋が生成される。その水素イオンＨ^＋が電解質層３２を通って対極電極層３３へ移動する。対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ_２と水素イオンＨ^＋、電子ｅ^－が反応し水Ｈ_２Ｏが生成される。

以上の反応により、電極層３１と対極電極層３３との間に電気化学出力として起電力が発生する。この場合、電極層３１は燃料電池の燃料極（アノード）として機能し、対極電極層３３は空気極（カソード）として機能する。

尚、定格運転時に６５０℃以上の温度域で運転可能な固体酸化物形燃料電池であると、都市ガス等の炭化水素系ガスを原燃料とする燃料システムにおいて、原燃料を水素に変換する際に必要となる熱を燃料電池の排熱で賄うことが可能なシステムを構築できるため、燃料電池システムの発電効率を高めることができるので、より好ましい。また、定格運転時に９００℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、金属支持型の電気化学素子ＡからのＣｒ揮発の抑制効果が高められるのでより好ましく、定格運転時に８５０℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、Ｃｒ揮発の抑制効果を更に高められるので更に好ましい。

（電気化学モジュール）
次に、図１～図２１を参照して、電気化学モジュールＭについて説明する。

図２１に示すように、電気化学モジュールＭは、複数の電気化学素子Ａを内装する絶縁体からなる筐体Ｂを備えている。

複数の電気化学素子Ａは、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０とが対向する形態、且つ、一つの電気化学素子Ａを構成する第二板状体２の副流路形成部８０を形成する領域の下面と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する電気化学反応部３ａ，３ｂの対極電極層３３とが電気的に接続される状態で筐体Ｂ内に積層配置されている。また、一つの電気化学素子Ａを構成する第二板状体２の下面と他の一つの電気化学素子Ａを構成する第一板状体１の上面との間には、これら２つの面に沿って第二ガスが通流する通流部Ａ２が形成されている。

更に、複数の電気化学素子Ａにおいて、一つの電気化学素子Ａにおける分配部Ａ１２が形成された領域の下面と、他の一つの電気化学素子Ａの第一板状体１における第一貫通部４１が形成された領域の上面との間には、通流部Ａ２内において第一貫通部４１を通流部Ａ２と区画する第一環状シール部４２が介装されている。また、一つの電気化学素子Ａにおける合流部Ａ１３が形成された領域の下面と、他の一つの電気化学素子Ａの第一板状体１における第二貫通部５１が形成された領域の上面との間には、通流部Ａ２内において第二貫通部５１を通流部Ａ２と区画する第二環状シール部５２が介装されている。これにより、第一貫通部４１及び第一環状シール部４２によって供給路４が形成され、第二貫通部５１及び第二環状シール部５２によって排出路５が形成される。

尚、第一環状シール部４２及び第二環状シール部５２は、アルミナ等の絶縁性のセラミックス材料やこれを被覆した金属、あるいは、マイカ繊維、ガラスなどの材料からなり、隣接する電気化学素子Ａ同士を電気的に絶縁する絶縁シール部として機能する。

また、複数の電気化学素子Ａは、筐体Ｂに対して、一対の集電体９１，８２に挟持された状態で内装されており、この集電体９１，８２に後述する出力部８が延設され、筐体Ｂ外部の電力供給先に電極供給自在に接続されている。集電体９１，８２は、筐体Ｂに対して複数の電気化学素子Ａを気密に収容し、且つ、各電気化学素子Ａに対する緩衝材として機能するように設けられている。

また、本実施形態において、電気化学モジュールＭは、筐体Ｂの外部から供給路４を介して内部流路Ａ１に第一ガスを供給する第一ガス供給部６１と、反応後の第一ガスを排出する第一ガス排出部６２と、外部から通流部Ａ２に第二ガスを供給する第二ガス供給部７１と、反応後の第二ガスを排出する第二ガス排出部７２と、電気化学反応部３ａ，３ｂにおける電気化学反応に伴う出力を得る出力部８とを備え、筐体Ｂ内に、第二ガス供給部７１から供給される第二ガスを通流部Ａ２に分配供給する分配室９を備えている。

これにより、電気化学モジュールＭは、第一ガス供給部６１から燃料ガス（第一ガスという場合もある）を供給するとともに、第二ガス供給部７１から空気（第二ガスという場合もある）を供給することで、図２１等の破線矢印に示すように燃料ガスが進入し実線矢印に示すように空気が進入する。

第一ガス供給部６１から供給された燃料ガスは、最上部に配置された電気化学素子Ａの第一貫通部４１より供給路４に誘導され、第一環状シール部４２により区画される供給路４より、すべての電気化学素子Ａの内部流路Ａ１に通流する。また、第二ガス供給部７１から供給された空気は、分配室９に一時流入したのち、各電気化学素子Ａ間に形成される通流部Ａ２に通流する。本実施形態では、燃料ガスが内部流路Ａ１を板状支持体１０の平面に沿って通流する通流方向は、＋Ｘ方向から－Ｘ方向に向かう方向である。同様に、空気が通流部Ａ２を板状支持体１０の平面に沿って通流する通流方向は、＋Ｘ方向から－Ｘ方向に向かう方向である。

図２１等の一部に内部流路Ａ１を含む断面の現れる電気化学素子Ａと、通流部Ａ２を含む断面の現れる電気化学素子Ａとを便宜的に並べて示す部分があるが、第一ガス供給部６１から供給された燃料ガスは、分配部Ａ１２に達し（図１や図４、図５等参照）、分配部Ａ１２を介して一端部側の幅方向に沿って広がって流れ、内部流路Ａ１のうち各副流路Ａ１１に達する（図１や図４、図５等参照）。

燃料ガスは、第一ガス供給部６１、第一環状シール部４２、第一貫通部４１等を通流し、各電気化学素子Ａの分配部Ａ１２に供給される。分配部Ａ１２に供給された燃料ガスは、供給調整部Ａ１４によって分配部Ａ１２に一時的に貯留される。その後、燃料ガスは、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に導入される。各副流路Ａ１１に進入した燃料ガスは、各副流路Ａ１１を分割した小流路Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ，Ａ１１ｃを通流するとともに、気体通流許容部１Ａを介して電極層３１、電解質層３２に進入する。また、燃料ガスは、電気化学反応済みの燃料ガスとともに、さらに副流路Ａ１１（小流路Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ，Ａ１１ｃ）を進む。複数の副流路Ａ１１の通流方向の終端にまで到達した燃料ガスは、排出調整部Ａ１７により合流部Ａ１３への通流が部分的に制限された状態で、合流部Ａ１３に進む。合流部Ａ１３に進んだ燃料ガスは、合流部Ａ１３、第二貫通部５１、第二環状シール部５２等を通流する。そして、他の電気化学素子Ａからの電気化学反応済みの燃料ガスとともに第一ガス排出部６２より外に排出される。

一方、第二ガス供給部７１から供給された空気は、分配室９を介して通流部Ａ２に進入し、対極電極層３３、電解質層３２に進入できる。また、空気は、電気化学反応済みの空気とともに、電気化学反応部３ａ，３ｂに沿って通流部Ａ２を更に進み第二ガス排出部７２より外に排出される。

この燃料ガス及び空気の流れに従って電気化学反応部３ａ，３ｂで生じた電力は、隣接する電気化学素子Ａにおける電気化学反応部３ａ，３ｂの対極電極層３３と第二板状体２との接触により、集電体９１，８２同士の間で直列に接続され、合成出力が出力部８より取り出される形態となる。

（電気化学装置及びエネルギーシステム）
次に、上記電気化学モジュールＭを用いて構築した電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺについて説明する。

図２２には、電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺの概要を示した。同図に示すように、エネルギーシステムＺは、電気化学装置１００と、電気化学装置１００から流通される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器２００とを有する。

本実施形態において、電気化学装置１００は、電気化学モジュールＭと、脱硫器１０１と改質器１０２とからなる燃料変換器と、電気化学モジュールＭに対して燃料変換器生成された還元性成分を含有する燃料ガスを流通する燃料供給部１０３と、電気化学モジュールＭから電力を取り出す出力部８として電力変換器の一種であるインバータ１０４とを有する。

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

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

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

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

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

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

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

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

熱交換器２００は、燃焼部１０８における燃焼で生じた燃焼排ガスと、流通される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。即ち、熱交換器２００は、電気化学装置１００から排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。

尚、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）流通される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。また、第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される反応排ガスの少なくとも一部を図２２中の１００，１０１，１０３，１０６，１１２，１１３，１１５の何れかの部位に合流させリサイクルしても良い。反応排ガスには、電気化学素子Ａにて反応に用いられなかった残余の水素ガスが含まれる。反応排ガス利用部では、残余の水素ガスを利用して、燃焼による熱利用や、燃料電池等による発電が行われ、エネルギーの有効利用がなされる。

〔別実施形態〕
〔１〕上記実施形態では、圧損増加体６が円柱状部材である態様としたが、これに限られるものではなく、副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失が１ｋＰａ以上の所望の値となるのであれば、圧損増加体６はどのような形状であってもよい。例えば、図２３に示すように、第１方向と直交する方向での断面が四角形状の柱状部材である圧損増加体６ａや、断面がＴ字状の柱状部材からなる圧損増加体６ｂ、副流路形成部８０の底面側（副流路Ａ１１の下側）を埋めるような柱状部材からなる圧損増加体６ｃであってもよく、また、柱状の部材である必要もなく、立方体状の部材であってもよい。尚、図２３に示すように、圧損増加体６ａ及び６ｂを採用した場合には、副流路Ａ１１が２つの小流路に分割し、且つ、副流路Ａ１１の流路断面積を減少することで圧力損失が増加し、圧損増加体６ｃを採用した場合には、副流路Ａ１１の流路断面積が単に減少することで圧力損失が増加する。更に、圧損増加体は、第１方向と直交する断面の面積が、第１方向において異なっていてもよく、例えば、錐体状、双錐体状、異径鉄筋状の部材であってもよい。尚、圧損増加体によって副流路が塞がれると第一ガスが流れなくなる。そのため、網状体７が設けられておらず、仕切部８１の上面と第一板状体１の下面とが当接した状態になるような場合には、圧損増加体における、第１方向と直交する断面の最大面積は、副流路の最大流路断面積よりも小さい必要がある。

〔２〕上記実施形態では、副流路Ａ１１の全長Ｌａと略同じ長さを有した２つの圧損増加体６を用い、副流路Ａ１１を３つの連続した小流路Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ，Ａ１１ｃに分割する態様としたが、これに限られるものではなく、副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失が１ｋＰａ以上の所望の値となる態様であれば、どのような態様であってもよい。例えば、副流路Ａ１１を２或いは４つ以上の小流路に分割する態様であってもよい。また、図２４に示すように、円柱形状の複数の圧損増加体６ｄを副流路Ａ１１内に第１方向（Ｘ方向）沿って断続的に配設し、第一ガスが主に第１方向に沿って流れるような断続した２つの小流路を形成する態様であってよい。更に、圧損増加体６が副流路Ａ１１の全長Ｌａの８０％以上１００％以下を占めた状態である必要はなく、図２４のように、複数の圧損増加体６によって副流路Ａ１１の全長Ｌａの８０％未満が占められているような態様であってもよい。

〔３〕上記実施形態では、網状体７を設ける態様としたが、これに限られるものではなく、網状体７を設けない態様であってもよい。

〔４〕上記実施形態では、圧損増加体６を副流路Ａ１１内に配設することで、当該副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失を１ｋＰａ以上にする態様としたが、これに限られるものではなく、副流路に少なくとも１つのオリフィス部を設け、副流路を流れる第一ガスの圧力損失を１ｋＰａ以上にする態様であってもよい。即ち、図２５に示すように、各副流路Ａ１１の中間位置に副流路Ａ１１の流路断面積を小さくするようなオリフィス部Ｒを形成し、副流路Ａ１１の流路断面積を部分的に小さくして、当該副流路Ａ１１を流れる第一ガスの圧力損失を１ｋＰａ以上となるようにしてもよい。また、オリフィス部Ｒは、各副流路Ａ１１に複数設けてもよいし、副流路Ａ１１ごとにオリフィス部Ｒの数が異なっていてもよく、例えば、図２６に示すように、オリフィス部Ｒを千鳥状に設けるようにしてもよい。尚、オリフィス部Ｒを設ける場合、当該オリフィス部Ｒと第一板状体１との間での第一ガスの流路を確保するために、網状体７などを設けることが好ましい。また、圧損増加体とオリフィス部とを組み合わせて、副流路Ａ１１内の圧力損失が所望の値に増加するようにしてもよい。

〔５〕上記実施形態では、第一板状体１及び第二板状体２の表裏面に金属酸化物層１２，２ｄを形成した態様としたが、これに限られるものではなく、金属酸化物層１２，２ｄを形成しない態様であってもよい。

〔６〕上記実施形態では、電気化学素子Ａを固体酸化物形燃料電池に用いたが、この電気化学素子Ａは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。
電気化学素子Ａを電解セルとして動作させる場合、電極層３１に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスを流通し、電極層３１と対極電極層３３との間に電圧を印加する。そうすると、電極層３１において電子ｅ^－と水分子Ｈ_２Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ_２とが反応し、水素分子Ｈ_２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ^２－となる。酸素イオンＯ^２－は、電解質層３２を通って対極電極層３３へ移動する。そして、対極電極層３３において酸素イオンＯ^２－が電子を放出して酸素分子Ｏ_２となる。以上の反応により、水分子Ｈ_２Ｏが水素Ｈ_２と酸素Ｏ_２とに、二酸化炭素分子ＣＯ_２を含有するガスが流通される場合は一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ_２とに電気分解される。
図２８には、電気化学素子Ａの電気化学反応部３ａ，３ｂを電解反応によるガスを生成を行う電解セルとして動作させる場合のエネルギーシステムＺ及び電気化学装置１００の一例を示した。本システムでは、供給された水と二酸化炭素が電気化学反応部３ａ，３ｂにおいて電気分解され、水素及び一酸化炭素等を生成する。更に、燃料変換器２５において炭化水素などが合成される。図２８中の熱交換器２４を、燃料変換器２５で起きる反応によって生ずる反応熱を再利用した熱交換によって水を加熱して気化させる排熱利用部として動作させるとともに、同図中の熱交換器２３を、電気化学素子Ａによって生ずる排熱を再利用した熱交換によって、水蒸気及び二酸化炭素を予熱する排熱利用部として動作させる構成とすることにより、エネルギー効率を高めることができる。
よって、上記構成によれば、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学装置１００及びエネルギーシステムを実現できる。

〔７〕上記実施形態では、電気化学素子Ａを電気化学モジュールＭとして複数組み合わせて用いる態様としたが、これに限られるものではなく、単独で用いることも可能である。

〔８〕上記実施形態では、電極層３１の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ_２、Ｃｕ－ＣｅＯ_２などの複合材を用い、対極電極層３３の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、電極層３１に水素ガスを流通して燃料極（アノード）とし、対極電極層３３に空気を流通して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いる態様としたが、これに限られるものではない。このような構成を変更して、電極層３１を空気極とし、対極電極層３３を燃料極とすることが可能なように、電気化学素子Ａを構成する態様であってもよい。即ち、電極層３１の材料として、例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層３３の材料として、例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ_２、Ｃｕ－ＣｅＯ_２などの複合材を用いる。このように構成した電気化学素子Ａであれば、電極層３１に空気を流通して空気極とし、対極電極層３３に水素ガスを流通して燃料極とし、電気化学素子Ａを固体酸化物形燃料電池セルとして用いることができる。

〔９〕上記実施形態では、第一板状体１と電解質層３２との間に電極層３１を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に対極電極層３３を配置した態様としたが、これに限られるものではなく、電極層３１と対極電極層３３とを逆に配置する構成であってもよい。つまり、第一板状体１と電解質層３２との間に対極電極層３３を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に電極層３１を配置する構成も可能である。この場合、電気化学素子Ａへの気体の流通についても変更する必要がある。
即ち、電極層３１と対極電極層３３の順や第一ガス、第二ガスのいずれが還元性成分ガス及び酸化性成分ガスの一方または他方であるかについては、電極層３１と対極電極層３３に対して第一ガス、第二ガスが適正に反応する形態で流通されるよう配置されていれば、種々形態を採用しうる。

〔１０〕上記実施形態では、気体通流許容部１Ａを覆うように、第一板状体１の第二板状体２とは反対側に電気化学反応部３ａ，３ｂを設けた態様としたが、これに限られるものではなく、第一板状体１の第二板状体２側に設けてもよい。即ち、電気化学反応部３ａ，３ｂは内部流路Ａ１に配置される構成であってもよい。

〔１１〕上記実施形態では、第一貫通部４１、第二貫通部５１を長方形状の板状支持体１０の両端部に一対設ける態様としたが、これに限られるものではない。第一貫通部４１や第二貫通部５１は、両端部以外の位置に設けてもよいし、二対以上設けてもよい。また、第一貫通部４１や第二貫通部５１は、対で設ける必要はない。よって、第一貫通部４１や第二貫通部５１それぞれが１個以上設けることができる。

〔１２〕上記実施形態では、板状支持体１０が長方形状である態様としたが、これに限られるものではない。板状支持体１０の形状は、正方形状や円形状等の種々の形態を採用できる。

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

〔１４〕上記実施形態では、第一板状体１と第二板状体２とで内部流路Ａ１を形成し、当該内部流路Ａ１が、分配部Ａ１２、供給調整部Ａ１４、供給バッファ部Ａ１５、複数の副流路Ａ１１、排出バッファ部Ａ１６、排出調整部Ａ１７及び合流部Ａ１３を有している態様としたが、これに限られるものではない。例えば、内部流路Ａ１が、分配部Ａ１２、複数の副流路Ａ１１及び合流部Ａ１３を有している態様であってもよい。

〔１５〕上記実施形態では、第二板状体２において複数の副流路Ａ１１が形成される領域全体が波板状に形成されている態様としたが、これに限られるものではなく、一部が波板状に形成されている態様であってもよい。

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

本発明は、電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置及びエネルギーシステムとして利用可能である。

１ ：第一板状体（支持体）
１Ａ ：気体通流許容部
２ ：第二板状体
２ｃ ：凹部
２ｄ ：金属酸化物層（金属酸化物膜）
３ａ，３ｂ：電気化学反応部
４ ：供給路
５ ：排出路
６ ：圧損増加体
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ：圧損増加体
７ ：網状体
８ ：出力部
９ ：分配室
１０ ：板状支持体
１２ ：金属酸化物層（金属酸化物膜）
３１ ：電極層
３２ ：電解質層
３３ ：対極電極層
４１ ：第一貫通部
４２ ：第一環状シール部
５１ ：第二貫通部
５２ ：第二環状シール部
６１ ：第一ガス供給部
７１ ：第二ガス供給部
８０ ：副流路形成部
８１ ：仕切部
１００ ：電気化学装置
１０２ ：改質器
１０３ ：燃料供給部
１０４ ：インバータ
Ａ ：電気化学素子
Ａ１ ：内部流路
Ａ１１ ：副流路
Ａ１２ ：分配部
Ａ１３ ：合流部
Ａ１４ ：供給調整部
Ａ１４ａ：供給通過部
Ａ１４ｂ：供給阻止部
Ａ１５ ：供給バッファ部
Ａ１６ ：排出バッファ部
Ａ１７ ：排出調整部
Ａ１７ａ：排出通過部
Ａ１７ｂ：排出阻止部
Ａ２ ：通流部
Ｂ ：筐体
Ｍ ：電気化学モジュール
Ｒ ：オリフィス部
Ｚ ：エネルギーシステム

Claims (12)

1. 内側に内部流路を有する板状支持体と、
   前記内部流路と、前記板状支持体の外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、
   電極層、対極電極層、並びに前記電極層と前記対極電極層とに挟まれた電解質層を備え、前記板状支持体の外面において、前記気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で前記電極層、前記電解質層及び前記対極電極層が積層して形成されてなる電気化学反応部と、を備え、
   前記内部流路は、前記板状支持体の板状面に沿う方向において第１方向に延び、且つ、前記板状支持体の板状面に沿う方向において前記第１方向と交差する第２方向に離隔した複数の副流路を有しており、
   前記副流路を、当該副流路を流れるガスの圧力損失が１ｋＰａ以上となるように構成した、電気化学素子。
2. 前記副流路内に、前記第１方向と直交する断面の最大面積が前記副流路の最大流路断面積よりも小さく、前記圧力損失を増加させる圧損増加体が配設されている、請求項１に記載の電気化学素子。
3. 前記圧損増加体は、前記第１方向に沿い、且つ、前記副流路の全長の８０％以上１００％以下を占めるように１又は複数配設されている、請求項２に記載の電気化学素子。
4. 前記副流路は、前記圧損増加体によって、連続した又は断続した複数の小流路に分割され、
   前記複数の小流路は、前記第１方向に延び且つ前記第２方向に離隔している、請求項２又は３に記載の電気化学素子。
5. 前記副流路は、少なくとも１つのオリフィス部を有している、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気化学素子。
6. 前記板状支持体は、金属部材で構成される請求項１～５のいずれか一項に記載の電気化学素子。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュール。
8. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池。
9. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせる固体酸化物形電解セル。
10. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学素子又は請求項７に記載の電気化学モジュールと、
    前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。
11. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学素子又は請求項７に記載の電気化学モジュールと、
    前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールから電力を取り出す、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の電気化学装置と、
    前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部と、を少なくとも有するエネルギーシステム。

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