JP6821463B2 - 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。

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の構成単位である燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という）は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向（以下、「第１の方向」という）に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。

また、発電単位は、インターコネクタと、セパレータと、フレーム部材とを備える。インターコネクタは、上記第１の方向に略直交する略平板状の部材である。セパレータは、貫通孔が形成された部材であり、該貫通孔を取り囲む部分が単セルの周縁部と接合され、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とを区画する。フレーム部材は、セパレータとインターコネクタとの間に配置され、燃料室と空気室との一方を構成する貫通孔が形成されたフレーム状の部材である。

発電単位において、ガスシール性を向上させるため、例えば、インターコネクタの表面からレーザー溶接を行うことにより、インターコネクタとインターコネクタに隣接するフレーム部材との間を接合する溶接部を設けることがある。このような構成では、インターコネクタの表面から溶接部のビードが突出し、インターコネクタと他の部材とを第１の方向に積層する際に溶接部の突出部が他の部材と干渉して両部材の密着性が低下し、ガスシール性が低下するおそれがある。そのため、インターコネクタに凹部を形成し、該凹部の位置に溶接部を形成することにより、インターコネクタの表面からのビードの突出を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２３２３８５号公報

上記従来の構成では、例えばレーザー溶接の際の入射エネルギー量が過度に大きくなることによって、溶接部の不具合（例えば、ハンピング）が発生し、溶接部の信頼性が低下する場合がある。また、上記従来の構成では、例えばレーザー溶接の際に、レーザーヘッドへの戻り光（「バックリフレクション」とも呼ばれる）の量が過度に多くなることによって、装置が損傷したり、装置の継続使用が制限されたりするおそれがある。

なお、このような課題は、インターコネクタの表面からレーザー溶接を行うことによりインターコネクタとフレーム部材とを接合する溶接部を設ける場合に限らず、インターコネクタとフレーム部材とセパレータとの内の互いに隣接するいずれか２つの部材を接合する溶接部を設ける場合に共通の課題である。また、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セル単位にも共通の問題である。なお、本明細書では、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ぶ。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。

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。

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。

（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、前記第１の方向に略直交する略平板状のインターコネクタと、貫通孔が形成され、前記貫通孔を取り囲む部分が前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、前記セパレータと前記インターコネクタとの間に配置され、前記燃料室と前記空気室との一方を構成する貫通孔が形成されたフレーム部材と、を備える電気化学反応単位において、前記インターコネクタと前記セパレータと前記フレーム部材との内、前記第１の方向に互いに隣接するいずれか２つの部材の組合せについて、前記２つの部材は、共に金属製であり、前記２つの部材の組合せの一方である特定部材は、前記第１の方向に略直交する基準表面を有する基準部分と、板厚が前記基準部分の板厚以下であり、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記基準部分から離れるほど板厚が薄くなるような傾斜表面を有する傾斜部分と、を含み、前記特定部材と、前記２つの部材の組合せの他方である隣接部材と、の間を接合し、かつ、一部が前記傾斜表面から突出している溶接部が形成されている。本電気化学反応単位によれば、特定部材と隣接部材との間を接合する溶接部の一部（ビード）が傾斜表面から突出しているため、溶接部の一部が基準表面から突出している形態と比較して、第１の方向における特定部材からの溶接部の突出量を抑制することができ、例えば特定部材と他の部材とを第１の方向に積層する際に溶接部の突出部が他の部材と干渉してガスシール性が低下することを抑制することができる。また、本電気化学反応単位によれば、溶接部の突出位置が傾斜表面であるため、溶接の際に発生するビードが傾斜表面に沿って移動してビード高さが抑制され、ビードを透過させる分のレーザー出力を低下させることができ、入射エネルギー量が大きくなることに起因する溶接部の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができる。さらに、本電気化学反応単位によれば、溶接部の突出位置が傾斜表面であるため、例えばレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行う際の反射光の方向が装置（レーザーヘッド）に戻るような方向となることを抑制することができ、装置が損傷したり、装置の継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。

（２）上記電気化学反応単位において、前記基準表面に対する前記傾斜表面の平均傾斜角は、２度以上、６０度以下である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、基準表面に対する傾斜表面の平均傾斜角が２度以上であるため、例えばレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行う際の反射光の方向が装置（レーザーヘッド）に戻るような方向となることをより確実に抑制することができ、装置が損傷したり、装置の継続使用が制限されたりすることをより確実に抑制することができる。また、本電気化学反応単位によれば、基準表面に対する傾斜表面の平均傾斜角が６０度以下であるため、例えばレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行う際に、装置に対するワークの第２の方向における位置の僅かなずれに起因して、装置からワークまでの第１の方向における距離（ワーキングディスタンス）の変動や溶融すべきワークの厚さの変動が大きくなることを抑制することができ、溶接部の不具合の発生を抑制することができると共に、装置の出力の増大を抑制することができる。

（３）上記電気化学反応単位において、前記傾斜表面は、略平面であり、前記溶接部の突出位置は、前記傾斜表面の内、前記傾斜部分の板厚の薄い側の端点からの前記第２の方向における距離が０．５ｍｍより短い範囲と、前記傾斜部分の板厚の厚い側の端点からの前記第２の方向における距離が前記第２の方向における前記傾斜部分の全幅の１／４より短い範囲を除いた範囲内にある構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、溶接部の突出部の位置が、傾斜部分の板厚の薄い側の端点からの第２の方向における距離が０．５ｍｍより短い範囲内にはないため、ワークの寸法精度やワークを固定する溶接治具の精度に起因する溶接部の不具合の発生を抑制することができる。また、本電気化学反応単位によれば、溶接部の突出部の位置が、傾斜部分の板厚の厚い側の端点からの第２の方向における距離が第２の方向における傾斜部分の全幅の１／４より短い範囲内にはないため、溶融すべきワークの厚さが厚くなったり傾斜表面の角度が不安定となったりすることを抑制することができ、溶接部の不具合の発生を抑制することができる。

（４）上記電気化学反応単位において、前記傾斜表面は、凹曲面であり、前記溶接部の突出位置は、前記傾斜表面の内、前記第１の方向および前記第２の方向に平行な断面における前記基準表面に対する前記傾斜表面の接線の傾斜角が２度以上、６０度以下の範囲内にある構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、基準表面に対する溶接部の突出位置における傾斜表面の傾斜角が２度以上であるため、例えばレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行う際の反射光の方向が装置（レーザーヘッド）に戻るような方向となることをより確実に抑制することができ、装置が損傷したり、装置の継続使用が制限されたりすることをより確実に抑制することができる。また、本電気化学反応単位によれば、基準表面に対する溶接部の突出位置における傾斜表面の傾斜角が６０度以下であるため、例えばレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行う際に、装置に対するワークの第２の方向における位置の僅かなずれに起因して、装置からワークまでの第１の方向における距離（ワーキングディスタンス）の変動や溶融すべきワークの厚さの変動が大きくなることを抑制することができ、溶接部の不具合の発生を抑制することができると共に、装置の出力の増大を抑制することができる。

（５）上記電気化学反応単位において、前記電気化学反応単位は、燃料電池発電単位である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、燃料電池発電単位において、ガスシール性の低下を抑制することができると共に、溶接部の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができ、さらに、例えばレーザー溶接装置が損傷したり、装置の継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。

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、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、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（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。

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る。 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る。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ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。 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る。 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ＹＺ断面構成を示す説明図である。 図４のＶＩ−ＶＩ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。 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ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。 図４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る。 発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。 第１の比較例の発電単位１０２Ｘにおける溶接部４００付近のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。 本実施形態の発電単位１０２における溶接部４００付近のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。 第２の比較例の発電単位１０２Ｙにおける溶接部４００付近のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。 第１の変形例における発電単位１０２ａの詳細構成を示す説明図である。 第２の変形例における発電単位１０２ｂの詳細構成を示す説明図である。 第３の変形例における発電単位１０２ｃの詳細構成を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、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（および後述する図６〜図８）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（および後述する図６〜図８）のＩＩＩ−ＩＩＩ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４以降についても同様である。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。

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、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。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８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、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート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。

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における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）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド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）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。

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方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、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。

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、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、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、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

（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、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４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、下側のエンドプレート１０６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。

（発電単位１０２の構成）
図４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５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ＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ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７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ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８は、図４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る。

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体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１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

図８に示すように、インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向に略直交する略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０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防止する。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１５０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１５０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１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。

電解質層１１２は、Ｚ方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な（気孔率が低い）層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ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、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。空気極１１４は、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）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。燃料極１１６は、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。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）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。

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。セパレータ１２０における孔１２１を取り囲む部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。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、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。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が抑制される。

図６に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下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、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド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。

図７に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下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、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。すなわち、燃料極側フレーム１４０は、Ｚ軸方向において、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間に配置されている。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド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。燃料極側フレーム１４０は、特許請求の範囲におけるフレーム部材に相当する。

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体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における電解質層１１２に対向する側とは反対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１５０における燃料極１１６に対向する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において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体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１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、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、燃料極側集電体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、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９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の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド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５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９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の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド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。

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に含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素と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は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、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。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エンドプレート１０４，１０６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７００℃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。

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、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、さらに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および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９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、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、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、さらに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および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９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。

Ａ−３．発電単位１０２の詳細構成：
図９は、発電単位１０２の詳細構成を示す説明図である。図９には、図８のＩＸ−ＩＸの位置における発電単位１０２の一部のＸＺ断面構成が示されている。図９に示すように、本実施形態の発電単位１０２では、インターコネクタ１５０の端部における下側（Ｚ軸負方向側）の表面に、テーパーが形成されている。より詳細には、インターコネクタ１５０は、基準部分１５１と傾斜部分１５２とを有する。基準部分１５１は、Ｚ軸方向に略直交する（すなわち、面方向に略平行な）基準表面Ｓ１（下側の表面）を有する部分である。本実施形態では、基準部分１５１は、一様の板厚（Ｚ軸方向の厚さ）を有する。また、傾斜部分１５２は、基準部分１５１に隣接して設けられている。傾斜部分１５２は、板厚が基準部分１５１の板厚以下であり、かつ、面方向（Ｘ軸方向）において基準部分１５１から離れるほど板厚が薄くなるような傾斜表面Ｓ２を有する部分である。本実施形態では、傾斜部分１５２における基準部分１５１との境界部分（Ｘ軸正方向側の端の部分）の板厚は、基準部分１５１の板厚と同一である。また、傾斜表面Ｓ２は、略平面である。

このように、本実施形態の発電単位１０２では、インターコネクタ１５０が傾斜部分１５２を有しているため、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２と、該インターコネクタ１５０に対して下側に隣接する空気極側フレーム１３０の上側の表面との間には、空間ＳＰが存在している。

また、本実施形態の発電単位１０２は、溶接部４００を備えている。溶接部４００は、インターコネクタ１５０の下側の表面から上方向に向けて延び、インターコネクタ１５０を貫通して燃料極側フレーム１４０の内部まで達しており、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合している。溶接部４００は、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２からレーザー溶接を行うことによって形成される。すなわち、溶接部４００は、インターコネクタ１５０における傾斜部分１５２の位置に形成されている。

図７および図８に破線で示すように、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００は、発電単位１０２のＺ軸方向回りの外周の内側に沿って連続的に形成されている。また、溶接部４００は、各連通孔１０８を取り囲む位置にも形成されている。本実施形態の発電単位１０２は、このような構成の溶接部４００を備えているため、燃料室１７６や各ガス流路からのガスリークを抑制することができる。

図９に示すように、溶接部４００の一部（溶接ビードであり、以下「突出部４０２」という）は、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２から下側に突出している。本実施形態では、インターコネクタ１５０の板厚が燃料極側フレーム１４０やセパレータ１２０と比較して厚いことから、溶接部４００の形成の際に比較的大きな突出部４０２が生成される。Ｚ軸方向における突出部４０２の最下点は、インターコネクタ１５０の基準部分１５１における基準表面Ｓ１より上側に位置している。すなわち、突出部４０２は、全体が、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２と他の部材（空気極側フレーム１３０）の表面との間の空間ＳＰ内に収まっている。なお、本実施形態の発電単位１０２では、インターコネクタ１５０が特許請求の範囲における特定部材に相当し、燃料極側フレーム１４０が特許請求の範囲における隣接部材に相当する。

Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の発電単位１０２は、電解質層１１２と電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む単セル１１０と、Ｚ軸方向に略直交する略平板状の金属製のインターコネクタ１５０と、孔１２１が形成され、孔１２１を取り囲む部分が単セル１１０の周縁部と接合され、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とを区画するセパレータ１２０と、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間に配置され、燃料室１７６を構成する孔１４１が形成された金属製の燃料極側フレーム１４０とを備える。また、インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向に略直交する基準表面Ｓ１を有する基準部分１５１と、板厚が基準部分１５１の板厚以下であり、かつ、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向において基準部分１５１から離れるほど板厚が薄くなるような傾斜表面Ｓ２を有する傾斜部分１５２とを含む。また、本実施形態の発電単位１０２には、インターコネクタ１５０と、インターコネクタ１５０に隣接する燃料極側フレーム１４０との間を接合し、かつ、一部（突出部４０２）が傾斜表面Ｓ２から突出している溶接部４００が形成されている。

本実施形態の発電単位１０２は、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００を備えているため、ガスシール性を向上させることができる。また、溶接部４００の突出部４０２がインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２から突出しているため、突出部４０２がインターコネクタ１５０の基準部分１５１における基準表面Ｓ１から突出している構成と比較して、溶接部４００の突出部４０２が他の部材（例えば空気極側フレーム１３０）と干渉することによってガスシール性が低下することを抑制することができる。

さらに、本実施形態の発電単位１０２では、以下に説明するように、溶接部４００の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができると共に、溶接のための装置が損傷したり、装置の継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。

図１０は、第１の比較例の発電単位１０２Ｘにおける溶接部４００付近のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図１０には、第１の比較例の発電単位１０２Ｘにおいて、レーザーヘッドＬＨからインターコネクタ１５０の表面Ｓ３に向けてレーザー光Ｌｅを照射することにより溶接部４００を形成している様子が示されている。なお、図１０では、Ｚ軸方向における発電単位１０２の向きが、図９とは逆になっている。すなわち、発電単位１０２における下方向（Ｚ軸負方向）は、図１０の紙面における上方向となる。

図１０に示すように、第１の比較例の発電単位１０２Ｘにおけるインターコネクタ１５０には、下側（Ｚ軸負方向側）の表面に、テーパーが形成されていない。すなわち、第１の比較例の発電単位１０２Ｘにおけるインターコネクタ１５０は、基準部分１５１に加えて、傾斜部分１５２の代わりに薄板部分１５３を有する。基準部分１５１は、上記実施形態における基準部分１５１と同様の構成であり、Ｚ軸方向に略直交する基準表面Ｓ１（下側の表面）を有する。また、薄板部分１５３は、板厚が基準部分１５１の板厚より薄く、かつ、Ｚ軸方向に略直交する表面Ｓ３を有する。表面Ｓ３は、基準表面Ｓ１と略平行な平面であり、基準表面Ｓ１より上側（Ｚ軸正方向側）に位置する。

図１０に示す第１の比較例の発電単位１０２Ｘでは、溶接部４００は、インターコネクタ１５０の薄板部分１５３の位置に形成されている。また、Ｚ軸方向における溶接部４００の突出部４０２の最下点（最もＺ軸負方向側に位置する点）は、インターコネクタ１５０の基準部分１５１における基準表面Ｓ１より上側（Ｚ軸正方向側）に位置している。そのため、図１０に示す第１の比較例の発電単位１０２Ｘでは、上記実施形態と同様に、溶接部４００の突出部４０２が他の部材（例えば空気極側フレーム１３０）に干渉することを抑制することができ、そのような干渉を原因としてガスシール性が低下することを抑制することができる。

しかしながら、図１０に示す第１の比較例の発電単位１０２Ｘでは、溶接部４００の突出部４０２（溶接ビード）が突出している薄板部分１５３の表面Ｓ３が、Ｚ軸方向に略直交する平面である。そのため、Ｚ軸方向に沿ってインターコネクタ１５０の薄板部分１５３における表面Ｓ３にレーザー光Ｌｅを照射することにより溶接部４００を形成する際には、突出部４０２が、主としてＺ軸方向に（レーザーヘッドＬＨ側に）成長する。その結果、Ｚ軸方向において、薄板部分１５３の表面Ｓ３からの突出部４０２の突出高さＨ１が比較的高くなる。このように、レーザー溶接の際に突出部４０２の突出高さＨ１が高くなると、レーザー光Ｌｅが突出部４０２を透過して溶融箇所まで到達するように、レーザー光Ｌｅの出力を高める必要がある。レーザー光Ｌｅの出力が高くなると、入射エネルギー量が過度に大きくなることによって溶接部４００の不具合（例えば、ハンピング）が発生し、溶接部４００の信頼性が低下するおそれがある。

さらに、図１０に示す第１の比較例の発電単位１０２Ｘでは、薄板部分１５３の表面Ｓ３がＺ軸方向に略直交する平面であるため、レーザーヘッドＬＨから照射されたレーザー光Ｌｅがワーク（インターコネクタ１５０）に反射した反射光Ｌｒの方向が、レーザーヘッドＬＨに戻るような方向となる。反射光ＬｒがレーザーヘッドＬＨに戻るような方向になると、レーザーヘッドＬＨが損傷したり、レーザーヘッドＬＨの保護機能が作用してレーザーヘッドＬＨの継続使用が制限されたりするおそれがある。

図１１は、本実施形態の発電単位１０２における溶接部４００付近のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図１１には、図１０と同様に、本実施形態の発電単位１０２において、レーザーヘッドＬＨからインターコネクタ１５０の傾斜表面Ｓ２に向けてレーザー光Ｌｅを照射することにより溶接部４００を形成している様子が示されている。

図１１に示すように、本実施形態の発電単位１０２では、溶接部４００の突出部４０２（溶接ビード）が、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２から突出している。そのため、Ｚ軸方向に沿ってインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２にレーザー光Ｌｅを照射することにより溶接部４００を形成する際には、突出部４０２が、重力によって傾斜表面Ｓ２に沿ってレーザー光Ｌｅの照射位置から離れるように移動する。その結果、Ｚ軸方向において、傾斜部分１５２の傾斜表面Ｓ２からの突出部４０２の突出高さＨ１が比較的低くなる。従って、本実施形態の発電単位１０２では、突出部４０２を透過させる分のレーザー光Ｌｅの出力を低下させることができ、入射エネルギー量が過度に大きくなることに起因する溶接部４００の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができ、溶接部４００の信頼性が低下することを抑制することができる。

さらに、本実施形態の発電単位１０２では、レーザーヘッドＬＨからのレーザー光Ｌｅがインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２に照射されるため、反射光Ｌｒの方向がレーザーヘッドＬＨに戻るような方向となることを抑制することができる。そのため、本実施形態の発電単位１０２では、レーザーヘッドＬＨが損傷したり、レーザーヘッドＬＨの保護機能が作用してレーザーヘッドＬＨの継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。

なお、レーザー溶接を行う際には、溶融した金属の微粒子（スパッタ）が飛散し、レーザーヘッドＬＨを汚損するおそれがあるが、本実施形態の発電単位１０２では、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２にレーザー光Ｌｅが照射されることにより溶接部４００が形成されるため、上記微粒子がレーザーヘッドＬＨの方向に飛散することを抑制することができ、レーザーヘッドＬＨが汚損されることを抑制することができる。

また、本実施形態の発電単位１０２では、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２にレーザー光Ｌｅが照射されることにより溶接部４００が形成されるため、傾斜表面Ｓ２において反射された反射光Ｌｒを、反射方向に設置された受光装置等によってモニタすることができ、レーザー溶接の際の溶接の状態をオンラインでモニタリングすることができる。

なお、本実施形態の発電単位１０２において、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、２度以上であることが好ましい。レーザー溶接の際のレーザーヘッドＬＨの端面通過時のレーザー光Ｌｅの径を４．５ｍｍとし、レーザーヘッドＬＨからワーク（インターコネクタ１５０の傾斜表面Ｓ２）までの距離（以下、「ワーキングディスタンス」という）Ｄ１を１３．５ｍｍとし、スポット径を１５μｍとして計算すると、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１が２度より小さいと、反射光ＬｒがレーザーヘッドＬＨに戻ることとなるためである。なお、より確実に反射光ＬｒがレーザーヘッドＬＨに戻らないようにするために、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、５度以上であることがさらに好ましく、１０度以上であることが一層好ましい。

また、本実施形態の発電単位１０２において、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、６０度以下であることが好ましい。図１２は、第２の比較例の発電単位１０２Ｙにおける溶接部４００付近のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図１２には、図１１と同様に、第２の比較例の発電単位１０２Ｙにおいて、レーザーヘッドＬＨからインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２に向けてレーザー光Ｌｅを照射することにより溶接部４００を形成している様子が示されている。図１２に示す第２の比較例の発電単位１０２Ｙでは、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１が６０度を超えている。

図１２に示すように、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１が６０度を超えると、ワーク（インターコネクタ１５０）に対するレーザーヘッドＬＨのＸ軸方向における相対位置が僅かにずれるだけで（例えば、図１２の位置Ｐ１から位置Ｐ２にずれるだけで）、ワーキングディスタンスＤ１が大きく変動してレーザー溶接の安定性が低下すると共に、溶融すべきインターコネクタ１５０の厚さが大きく変動して溶接不良（溶接部４００が燃料極側フレーム１４０に到達しない等の問題）が発生するおそれがある。また、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１が６０度を超えると、レーザー光Ｌｅの照射量に対する反射光Ｌｒの割合が大きく増加するため、より大きなパワーのレーザーヘッドＬＨを用いる必要がある。基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１を６０度以下とすることにより、上記問題の発生を抑制することができる。なお、上記問題の発生をより確実に抑制するために、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、５０度以下であることがさらに好ましく、４０度以下であることが一層好ましい。

また、図９に示すように、本実施形態の発電単位１０２において、溶接部４００の突出部４０２の位置は、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２の傾斜表面Ｓ２における範囲Ｒ０内にあることが好ましい。ここで、範囲Ｒ０は、傾斜部分１５２の傾斜表面Ｓ２の内、傾斜部分１５２の板厚の薄い側の端点Ｅ１からのＸ軸方向における距離が０．５ｍｍより短い範囲Ｒ１と、板厚の厚い側の端点Ｅ２からのＸ軸方向における距離が、Ｘ軸方向における傾斜部分１５２の全幅の１／４より短い範囲Ｒ２と、を除いた範囲である。溶接部４００の突出部４０２の位置が、傾斜部分１５２の傾斜表面Ｓ２における上記範囲Ｒ１内にあると、ワーク（インターコネクタ１５０）の寸法精度やワークを固定する溶接治具の精度に起因して、溶接部４００の不具合が発生するおそれがある。また、溶接部４００の突出部４０２の位置が、傾斜部分１５２の傾斜表面Ｓ２における上記範囲Ｒ２内にあると、溶融すべきワーク（インターコネクタ１５０）の厚さが厚くなると共に、傾斜表面Ｓ２の角度が安定しにくくなるため、やはり溶接部４００の不具合が発生するおそれがある。溶接部４００の突出部４０２の位置を、傾斜部分１５２の傾斜表面Ｓ２における上記範囲Ｒ０内にすることにより、溶接部４００の不具合の発生を効果的に抑制することができる。なお、上述した溶接部４００の突出部４０２の位置とは、図９に示すように、溶接部４００の延伸方向に平行な断面において、溶接部４００の内の特定部材（図９の例ではインターコネクタ１５０）内に位置する部分の任意の位置での上記延伸方向に直交する方向の幅の中点Ｐ１１と、溶接部４００の内の隣接部材（図９の例では燃料極側フレーム１４０）内に位置する部分の任意の位置での上記延伸方向に直交する方向の幅の中点Ｐ１２とを結ぶ仮想直線ＶＬ１と、突出部４０２の表面とが交差する点Ｐ１０の位置を意味する。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、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。

図１３は、第１の変形例における発電単位１０２ａの詳細構成を示す説明図である。図１３には、第１の変形例における発電単位１０２ａの一部のＸＺ断面構成が示されている。図１３に示す第１の変形例における発電単位１０２ａは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２の構成が、上記実施形態の発電単位１０２と異なっている。すなわち、図１３に示す第１の変形例における発電単位１０２ａでは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における基準部分１５１との境界部分（Ｘ軸正方向側の端の部分）の板厚が、基準部分１５１の板厚より薄くなっている。なお、傾斜表面Ｓ２は、上記第１実施形態と同様に、略平面である。図１３に示す第１の変形例の発電単位１０２ａにおいて、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、図示する断面において、基準表面Ｓ１を表す直線と、傾斜表面Ｓ２の両端点Ｅ１，Ｅ２を結ぶ直線とのなす角である。

図１３に示す第１の変形例の発電単位１０２ａでは、上記実施形態と同様に、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００の突出部４０２（溶接ビード）がインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２から突出しているため、入射エネルギー量が過度に大きくなることに起因する溶接部４００の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができると共に、レーザーヘッドＬＨが損傷したりレーザーヘッドＬＨの継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。また、図１３に示す第１の変形例の発電単位１０２ａでは、上記実施形態と同様に、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、２度以上であることが好ましく、５度以上であることがさらに好ましく、１０度以上であることが一層好ましく、また、６０度以下であることが好ましく、５０度以下であることがさらに好ましく、４０度以下であることが一層好ましい。また、図１３に示す第１の変形例の発電単位１０２ａでは、上記実施形態と同様に、溶接部４００の突出部４０２の位置が上述した範囲Ｒ０内にあることが好ましい。

図１４は、第２の変形例における発電単位１０２ｂの詳細構成を示す説明図である。図１４には、第２の変形例における発電単位１０２ｂの一部のＸＺ断面構成が示されている。図１４に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２の構成が、上記実施形態の発電単位１０２と異なっている。すなわち、図１４に示す第２の変形例における発電単位１０２ｂでは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２が、平面ではなく凹曲面である。なお、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における基準部分１５１との境界部分（Ｘ軸正方向側の端の部分）の板厚は、基準部分１５１の板厚と同一となっている。図１４に示す第２の変形例の発電単位１０２ｂにおいて、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、図示する断面において、基準表面Ｓ１を表す直線と、傾斜表面Ｓ２の両端点Ｅ１，Ｅ２を結ぶ直線とのなす角である。

図１４に示す第２の変形例の発電単位１０２ｂでは、上記実施形態と同様に、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００の突出部４０２（溶接ビード）がインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２から突出しているため、入射エネルギー量が過度に大きくなることに起因する溶接部４００の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができると共に、レーザーヘッドＬＨが損傷したりレーザーヘッドＬＨの継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。また、図１４に示す第２の変形例の発電単位１０２ａでは、上記実施形態と同様に、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、２度以上であることが好ましく、５度以上であることがさらに好ましく、１０度以上であることが一層好ましく、また、６０度以下であることが好ましく、５０度以下であることがさらに好ましく、４０度以下であることが一層好ましい。

また、図１４に示す第２の変形例の発電単位１０２ｂでは、溶接部４００の突出部４０２の位置が、図１４に示すＸＺ断面における基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の接線ＴＬの傾斜角θ２が、２度以上、６０度以下の範囲Ｒ０ｚ内にあることが好ましい。このようにすれば、上記実施形態において説明したのと同様の理由から、反射光ＬｒがレーザーヘッドＬＨに戻ることを抑制することができるために、レーザーヘッドＬＨが損傷したりレーザーヘッドＬＨの継続使用が制限されたりすることを抑制することができると共に、ワーキングディスタンスＤ１や溶融すべきインターコネクタ１５０の厚さの変動による溶接不良の発生を抑制することができ、さらに、レーザーヘッドＬＨの出力を抑制することができる。

図１５は、第３の変形例における発電単位１０２ｃの詳細構成を示す説明図である。図１５には、第３の変形例における発電単位１０２ｃの一部のＸＺ断面構成が示されている。図１５に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２の構成が、上記実施形態の発電単位１０２と異なっている。すなわち、図１５に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における基準部分１５１との境界部分（Ｘ軸正方向側の端の部分）の板厚が、基準部分１５１の板厚より薄くなっている。また、図１５に示す第３の変形例における発電単位１０２ｃでは、インターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２が、平面ではなく凹曲面である。図１５に示す第３の変形例の発電単位１０２ｃにおいて、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、図示する断面において、基準表面Ｓ１を表す直線と、傾斜表面Ｓ２の両端点Ｅ１，Ｅ２を結ぶ直線とのなす角である。

図１５に示す第３の変形例の発電単位１０２ｃでは、上記実施形態と同様に、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００の突出部４０２（溶接ビード）がインターコネクタ１５０の傾斜部分１５２における傾斜表面Ｓ２から突出しているため、入射エネルギー量が過度に大きくなることに起因する溶接部４００の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができると共に、レーザーヘッドＬＨが損傷したりレーザーヘッドＬＨの継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。また、図１４に示す第２の変形例の発電単位１０２ａでは、上記実施形態と同様に、基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の平均傾斜角θ１は、２度以上であることが好ましく、５度以上であることがさらに好ましく、１０度以上であることが一層好ましく、また、６０度以下であることが好ましく、５０度以下であることがさらに好ましく、４０度以下であることが一層好ましい。

また、図１５に示す第３の変形例の発電単位１０２ｃでは、上記第２の変形例と同様に、溶接部４００の突出部４０２の位置が、図１５に示すＸＺ断面における基準表面Ｓ１に対する傾斜表面Ｓ２の接線ＴＬの傾斜角θ２が、２度以上、６０度以下の範囲Ｒ０ｚ内にあることが好ましい。

また、上記実施形態（および変形例、以下同様）における燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、傾斜部分１５２がインターコネクタ１５０の端部にあるとしているが、傾斜部分１５２が２つの基準部分１５１に挟まれているとしてもよい。

また、上記実施形態では、インターコネクタ１５０が基準表面Ｓ１を有する基準部分１５１と傾斜表面Ｓ２を有する傾斜部分１５２とを備え、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００の突出部４０２が該傾斜表面Ｓ２から突出しているが、インターコネクタ１５０ではなく燃料極側フレーム１４０が同様の基準表面を有する基準部分と傾斜表面を有する傾斜部分とを備え、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００の突出部４０２が燃料極側フレーム１４０の該傾斜表面から突出しているとしてもよい。なお、この場合には、燃料極側フレーム１４０が特許請求の範囲における特定部材に相当し、インターコネクタ１５０が特許請求の範囲における隣接部材に相当する。

また、上記実施形態では、発電単位１０２が、インターコネクタ１５０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部４００を備えているが、そのような溶接部４００に代えて、または、そのような溶接部４００に加えて、セパレータ１２０と燃料極側フレーム１４０との間を接合する溶接部を備えるとしてもよい。その場合に、セパレータ１２０と燃料極側フレーム１４０との一方が、上記実施形態と同様の基準表面を有する基準部分と傾斜表面を有する傾斜部分とを備え、溶接部の突出部が該傾斜表面から突出しているとしてもよい。なお、この場合には、傾斜部分を備える部材が特許請求の範囲における特定部材に相当し、溶接部によって特定部材に接合される部材が特許請求の範囲における隣接部材に相当する。

また、空気極側フレーム１３０が金属製である場合には、上記溶接部４００に代えて、または、上記溶接部４００に加えて、インターコネクタ１５０と空気極側フレーム１３０との間を接合する溶接部と、セパレータ１２０と空気極側フレーム１３０との間を接合する溶接部との少なくとも一方を備えるとしてもよい。その場合に、インターコネクタ１５０と空気極側フレーム１３０との一方、または、セパレータ１２０と空気極側フレーム１３０との一方が、上記実施形態と同様の基準表面を有する基準部分と傾斜表面を有する傾斜部分とを備え、溶接部の突出部が該傾斜表面から突出しているとしてもよい。なお、この場合には、傾斜部分を備える部材が特許請求の範囲における特定部材に相当し、溶接部によって特定部材に接合される部材が特許請求の範囲における隣接部材に相当する。

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２（単セル１１０）の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２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形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。

また、本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられていてもよい。このような構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。

また、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、本発明は、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、複数の電解セル単位を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、連通孔１０８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、連通孔１０８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単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、隣接する２つの金属製の部材を接合する溶接部の突出部（溶接ビード）が一方の部材の傾斜部分における傾斜表面から突出する構成とすれば、入射エネルギー量が過度に大きくなることに起因する溶接部の不具合（例えば、ハンピング）の発生を抑制することができると共に、レーザーヘッドが損傷したりレーザーヘッドの継続使用が制限されたりすることを抑制することができる。

また、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、本発明は、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。

２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２：燃料電池発電単位 １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 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：空気極側集電体 １３５：集電体要素 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：燃料極側集電体 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：インターコネクタ １５１：基準部分 １５２：傾斜部分 １５３：薄板部分 １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 ４００：溶接部 ４０２：突出部

Claims (6)

1. 電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
   前記第１の方向に略直交する略平板状のインターコネクタと、
   貫通孔が形成され、前記貫通孔を取り囲む部分が前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、
   前記セパレータと前記インターコネクタとの間に配置され、前記燃料室と前記空気室との一方を構成する貫通孔が形成されたフレーム部材と、
   を備える電気化学反応単位において、
   前記インターコネクタと前記セパレータと前記フレーム部材との内、前記第１の方向に互いに隣接するいずれか２つの部材の組合せについて、
   前記２つの部材は、共に金属製であり、
   前記２つの部材の組合せの一方である特定部材は、前記第１の方向に略直交する基準表面を有する基準部分と、板厚が前記基準部分の板厚以下であり、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記基準部分から離れるほど板厚が薄くなるような傾斜表面を有する傾斜部分と、を含み、
   前記特定部材と、前記２つの部材の組合せの他方である隣接部材と、の間を接合し、かつ、一部が前記傾斜表面から突出している溶接部が形成されており、
   前記特定部材の前記傾斜部分における前記傾斜表面と、前記特定部材に隣接する他の部材の表面との間には、前記溶接部における前記傾斜表面から突出している突出部が収容される空間が存在していることを特徴とする、電気化学反応単位。
2. 請求項１に記載の電気化学反応単位において、
   前記基準表面に対する前記傾斜表面の平均傾斜角は、２度以上、６０度以下であることを特徴とする、電気化学反応単位。
3. 請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位において、
   前記傾斜表面は、略平面であり、
   前記溶接部の突出位置は、前記傾斜表面の内、前記傾斜部分の板厚の薄い側の端点からの前記第２の方向における距離が０．５ｍｍより短い範囲と、前記傾斜部分の板厚の厚い側の端点からの前記第２の方向における距離が前記第２の方向における前記傾斜部分の全幅の１／４より短い範囲を除いた範囲内にあることを特徴とする、電気化学反応単位。
4. 請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位において、
   前記傾斜表面は、凹曲面であり、
   前記溶接部の突出位置は、前記傾斜表面の内、前記第１の方向および前記第２の方向に平行な断面における前記基準表面に対する前記傾斜表面の接線の傾斜角が２度以上、６０度以下の範囲内にあることを特徴とする、電気化学反応単位。
5. 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単位において、
   前記電気化学反応単位は、燃料電池発電単位であることを特徴とする、電気化学反応単位。
6. 前記第１の方向に並べて配置された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、
   前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。

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