JP7224224B2 - 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム - Google Patents

電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム Download PDF

Info

Publication number
JP7224224B2
JP7224224B2 JP2019069163A JP2019069163A JP7224224B2 JP 7224224 B2 JP7224224 B2 JP 7224224B2 JP 2019069163 A JP2019069163 A JP 2019069163A JP 2019069163 A JP2019069163 A JP 2019069163A JP 7224224 B2 JP7224224 B2 JP 7224224B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flat plate
electrochemical
plate
gas
elastic member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019069163A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020165525A (ja
Inventor
規寿 神家
満秋 越後
和徹 南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP2019069163A priority Critical patent/JP7224224B2/ja
Priority to TW109110715A priority patent/TW202104766A/zh
Priority to PCT/JP2020/014326 priority patent/WO2020203891A1/ja
Priority to EP20783047.2A priority patent/EP3951816A1/en
Publication of JP2020165525A publication Critical patent/JP2020165525A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7224224B2 publication Critical patent/JP7224224B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/042—Electrodes formed of a single material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F3/00—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic
    • F16F3/02—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of steel or of other material having low internal friction
    • F16F3/023—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of steel or of other material having low internal friction composed only of leaf springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/10—Multiple hybrid or EDL capacitors, e.g. arrays or modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/78—Cases; Housings; Encapsulations; Mountings
    • H01G11/82—Fixing or assembling a capacitive element in a housing, e.g. mounting electrodes, current collectors or terminals in containers or encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/18—Leaf springs
    • F16F1/182—Leaf springs with inter-engaging portions between leaves or between leaves and mountings, e.g. ridges, notches, ripples
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/18—Leaf springs
    • F16F1/20—Leaf springs with layers, e.g. anti-friction layers, or with rollers between the leaves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Description

本発明は、電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステムに関する。
複数の電池セルを積層した電池モジュールが開発されており、複数の電池セルは弾性体によってある程度の加圧力が加えられている。電池セルは高温で発電を行うが、温度変化によって膨張及び収縮を繰り返す。このような電池セルの膨張及び収縮が生じる場合であっても、弾性体による電池セルへの加圧力の変動が少ないことが好ましい。つまり、電池セルに用いられる弾性体は、電池セルからの膨張及び収縮による反力に比例せず、変位がある程度増加すると、バネ定数が低下するような非線形特性を有することが好ましい。特許文献１、２には、電池セルに安定した加圧力を加圧可能なバネ構造体が開示されている。
特許文献１、２のバネ構造体は、一対の加圧板の間に挟まれており、加圧板に一対のベース部が取り付けられ、一対のベース部から一対の端部曲面部及び中央曲面部が延びて形成されている。当該バネ構造体に加圧力が加圧されると、中央曲面部及び一対の端部曲面部が、曲率半径が減少して潰れるように変形する。このように変形を伴って加圧力が発揮されるため、特許文献１、２のバネ構造体は、撓み量の増加に対する荷重の増加割合が小さくなってくるという非線形特性を有する。よって、電池セルが膨張及び収縮を繰り返す場合でも、バネ構造体は変動が少なく安定した加圧力を複数の電池セルに加えることができる。
特開２００９－１７０１４０号公報 特許第４７９１６１２号公報
ここで、弾性体であるバネ構造体によって所望の加圧力を電池セルに加える場合に、電池セルの膨張及び収縮に対応するように、弾性体をより大きく変位できることが望ましい。特許文献１、２では、バネ構造体である弾性体を繰り返し使用する場合に、バネ構造体が概ね一定の所望の加圧力を発生させることができるとしている。しかし、特許文献１、２には、所望の加圧力を被加圧体に加える場合に、弾性体をより大きく変位させる技術については開示がない。
所望の加圧力を被加圧体に加える場合に弾性体の変位をより大きくするには、弾性体の薄肉化等により弾性体の強度を小さくする方法がある。被加圧体に所望の加圧力を加えるために弾性体に所望の加圧力が加わっている場合、弾性体の内部には、断面二次モーメント等により表される、所望の加圧力に釣り合う応力（以下、内部発生応力という）が生じている。前述の通り弾性体の強度を小さくした場合、内部発生応力が大きくなった場合に使用温度におけるクリープ許容応力を超える場合があり、特に５００℃を超える高温領域ではクリープ変形に対する耐久性に問題がある。
また、所望の加圧力を被加圧体に加える場合に弾性体の変位をより大きくする別の方法として、伸縮方向の長さが大きい１つの弾性体を用いることが考えられる。しかし、変位は大きくできるものの、弾性体を小型化できない。
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、弾性体の小型化を図りつつ、所望の加圧力に対して変位量を向上可能な弾性体を備える電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステムを提供することを目的とする。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの特徴構成は、
電解質層と、前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極とが、基板に沿って形成されている複数の電気化学素子が、積層方向に積層されている積層体と、
前記積層方向における前記積層体の第１平面、及び前記第１平面とは反対の第２平面の少なくとも一方に沿って配置されている弾性体と、
前記積層方向において、前記第１平面を押圧する第１挟持体、及び前記第２平面を押圧する第２挟持板を含み、前記弾性体を介して前記積層体を挟持する挟持体と、
を備え、
前記弾性体は、板状面が対向するように前記積層方向に積層されている弾性変形可能な複数の平板弾性部材と、隣接する平板弾性部材の間に位置するスペーサと、を備え、各平板弾性部材を基準にして、前記積層方向のうち第１方向に位置しているスペーサと、前記積層方向のうち前記第１方向とは反対の第２方向に位置しているスペーサとは、前記積層方向に交差する交差方向に沿って互いに離隔して配置されている点にある。
なお、電解質層の両側に第１電極及び第２電極がそれぞれ配置されている構成には、第１電極が電解質層に接触して配置されている場合と、第１電極が介在層を介して電解質層に面して配置されている場合のいずれかの構成を含む。第２電極と電解質層との関係も同様である。介在層としては、例えば反応防止層及び中間層等が含まれる。
上記特徴構成によれば、弾性体は、弾性変形可能な複数の平板弾性部材が積層されて構成されている。そして、各平板弾性部材を基準として、積層方向に対して第１方向側のスペーサと第２方向側のスペーサとは、積層方向に交差する交差方向に沿って互いに離隔して配置されている。つまり、複数の平板弾性部材のうち一の平板弾性部材を基準として第１方向側及び第２方向側のいずれのスペーサも、当該一の平板弾性部材に隣接する別の平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域に当接する。
例えば、複数の平板弾性部材において互いに隣接する平板弾性部材を第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材とする。上記構成によれば、第１平板弾性部材を基準とすると、第１方向側のスペーサと第２方向側のスペーサとは交差方向に沿って互いに離隔するように位置している。同様に、第１平板弾性部材に隣接する第２平板弾性部材を基準としても、第１方向側のスペーサと第２方向側のスペーサとは交差方向に沿って互いに離隔するように位置している。
そして、弾性体に外力が加わると、第２平板弾性部材を基準として積層方向の第１方向側及び第２方向側のいずれのスペーサも、第１平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域を押圧する。これにより、第１平板弾性部材が弾性変形する。つまり、弾性体に加わる外力が、第１平板弾性部材の弾性変形により受け止められる。同様に、弾性体に外力が加わると、第１平板弾性部材を基準として積層方向の第１方向側及び第２方向側のいずれのスペーサも、第２平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域を押圧する。これにより、第２平板弾性部材が弾性変形する。つまり、弾性体に加わる外力が、第２平板弾性部材の弾性変形により受け止められる。
このような第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材の相互による弾性変形量を合計することで、弾性体に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。つまり、一の平板弾性部材の弾性変形による変位が小さくても、複数の平板弾性部材それぞれの弾性変形による変位を合計することで、より大きな変位を得ることができる。
また、上記構成によれば、弾性体は複数の平板弾性部材が積層されて構成されているため、弾性体に加わる外力が複数の平板弾性部材によって受け止められる。また、平板弾性部材は、当該外力をその板状面によって受け止める。よって、１つの平板弾性部材が受ける荷重を小さくできる。これにより、１つの平板弾性部材が外力（荷重）を受けた場合に生じる内部発生応力を小さくして許容応力を超える事態を抑制でき、結果としてクリープ変形に対する耐久性を向上できる。さらに、上記構成によれば、１つの弾性体の弾性変形によって外力を受け止める場合に比べて、弾性体の変位方向、ここでは積層方向の厚みを小さくできる。よって、弾性体の小型化を図ることができる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、
前記複数の平板弾性部材は、互いに隣接する第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材を含み、
前記第１平板弾性部材を基準にすると、前記第１方向に位置しているスペーサは、前記第１平板弾性部材に対して前記第１方向に隣接する第２平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域に位置している点にある。
上記特徴構成によれば、前述の通り、弾性体に外力が加わると、第２平板弾性部材を基準として第１方向側及び第２方向側のいずれのスペーサも、第１平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域を押圧する。これにより、第１平板弾性部材が弾性変形する。同様に、弾性体に外力が加わると、第１平板弾性部材を基準として第１方向側及び第２方向側のいずれのスペーサも、第２平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域を押圧する。これにより、第２平板弾性部材が弾性変形する。
このような第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材の相互による弾性変形量を合計することで、弾性体に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。
また、上記構成により、クリープ変形に対する耐久性を向上できる。また、弾性体の小型化を図ることができる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、
前記第１平板弾性部材を基準にすると、前記第１方向に位置しているスペーサと、前記第２方向に位置しているスペーサとは、前記交差方向に沿って交互に配置されている点にある。
上記特徴構成によれば、平板状部材に加わる外力をその板状面において概ね均等に受けることができる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、前記スペーサは棒状部材である点にある。
上記特徴構成のようにスペーサを棒状部材で構成することで、平板弾性部材に容易にスペーサを配置できる。棒状部材は、例えば平板弾性部材に溶接等できる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、
各平板弾性部材は板状部分と、前記スペーサを構成するスペーサ部分とを有しており、
前記スペーサ部分は、少なくとも１つの平板弾性部材の板状部分から延在して前記第１方向又は前記第２方向に突出するように形成されている点にある。
上記特徴構成によれば、各平板弾性部材は板状部分とスペーサ部分とを有する。スペーサ部分は、各平板弾性部材の間に位置するスペーサを構成しており、板状部分から延在して突出するように形成できる。スペーサ部分は、例えば型押し加工により形成できる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、
前記複数の平板弾性部材は、互いに隣接する第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材を含み、
前記第１平板弾性部材において前記第１方向に突出しているスペーサ部分は、前記第１平板弾性部材に対して前記第１方向に隣接する第２平板弾性部材の板状部分に位置している点にある。
上記特徴構成によれば、前述の通り、弾性体に外力が加わると、第１平板弾性部材を基準として第１方向側に突出するスペーサ部分は、第２平板弾性部材の板状部分を押圧する。これにより、第２平板弾性部材が弾性変形する。同様に、弾性体に外力が加わると、第２平板弾性部材を基準として第１方向側に突出するスペーサ部分は、第１平板弾性部材の板状部分を押圧する。これにより、第１平板弾性部材が弾性変形する。
このような第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材の相互による弾性変形量を合計することで、弾性体に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。
また、上記構成により、クリープ変形に対する耐久性を向上できる。また、弾性体の小型化を図ることができる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、
前記スペーサが配置されている密度が高い第１領域と、前記スペーサが配置されている密度が低い第２領域とが設けられている点にある。
上記特徴構成によれば、第１領域においてスペーサは密に配置され、一方、第２領域においてスペーサは疎に配置されている。
第１領域ではスペーサを密に配置することで、弾性体のバネ定数を大きく設定できる。よって、第１領域では、大きな荷重で硬固に被加圧物を押圧可能である。逆に、第２領域ではスペーサを疎に配置することで、弾性体のバネ定数を小さく設定できる。よって、第２領域では、小さな荷重で被加圧物を押圧可能である。
上記のように構成することで、被加圧物に加える荷重が領域によって異なる場合に柔軟に対応できる。
［構成］
本発明に係る電気化学モジュールの更なる特徴構成は、
前記積層方向において隣接するスペーサは、積層方向視において重畳している点にある。
上記特徴構成によれば、積層方向において隣接するスペーサは、積層方向視において重畳している。つまり、交差方向において同程度の位置にスペーサが位置している。弾性体に外力が加わると、同程度の位置の複数のスペーサによって複数の平板弾性部材が押圧される。よって、弾性体への外力が複数の平板弾性部材に効率よく伝達され、複数の平板弾性部材が弾性変形する。そのため、弾性体に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。
また、同様の構成の平板弾性部材及びスペーサを積層して弾性体を構成できるため、弾性体の製造が容易である。
[構成]
本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、
上記の電気化学モジュールと燃料変換器とを少なくとも有し、前記電気化学モジュールに対して燃料変換器からの還元性成分ガスを流通する、あるいは前記電気化学モジュールから燃料変換器に還元性成分ガスを流通する燃料供給部を有する点にある。
上記の特徴構成によれば、電気化学モジュールと燃料変換器とを有し電気化学モジュールと燃料変換器との間で還元性成分を含有するガスを流通する燃料供給部を有するので、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より改質器などの燃料変換器により水素を生成する構成とすると、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学モジュールを備えた電気化学装置を実現することができる。また、電気化学モジュールから排出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することができる。
電気化学モジュールを電解セルとして動作させる場合は、電極層に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスが流通され、電極層と対極電極層との間に電圧が印加される。そうすると、電極層において電子ｅ－と水分子Ｈ2Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ2が反応し水素分子Ｈ2や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ2-となる。酸素イオンＯ2-は電解質層を通って対極電極層へ移動する。対極電極層において酸素イオンＯ2-が電子を放出して酸素分子Ｏ2となる。以上の反応により、水分子Ｈ2Ｏが水素Ｈ2と酸素Ｏ2とに、二酸化炭素分子ＣＯ2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Ｏ2とに電気分解される。
水蒸気と二酸化炭素分子ＣＯ２を含有するガスが流通される場合は上記電気分解により電気化学モジュールで生成した水素及び一酸化炭素等から炭化水素などの種々の化合物を合成する燃料変換器を設けることができる。燃料供給部により、この燃料変換器が生成した炭化水素等を電気化学モジュールに流通したり、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できる。
[構成]
本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、
上記の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出すあるい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。
上記の特徴構成によれば、電力変換器は、電気化学モジュールが発電した電力を取り出し、あるいは、電気化学モジュールに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学モジュールは、燃料電池として作用し、あるいは、電解セルとして作用する。よって、上記構成によれば、燃料等の化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する、あるいは電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学モジュール等を提供することができる。
なお、例えば、電力変換器としてインバータを用いる場合、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学モジュールから得られる電気出力を、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。
[構成]
本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、
上記の電気化学装置と、前記電気化学装置もしくは燃料変換器から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有する点にある。
上記の特徴構成によれば、電気化学装置と、電気化学装置もしくは燃料変換器から排出される熱を再利用する排熱利用部を有するので、耐久性・信頼性および性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現することができる。なお、電気化学装置もしくは燃料変換器から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリットシステムを実現することもできる。
電気化学モジュールの断面図である。 電気化学モジュールの上面図である。 電気化学モジュールの側面図である。 電気化学モジュールの概略図である。 第１の例の平板状部材の断面図及び上面図である。 第１の例の平板状部材の一部拡大断面図である。 第２の例の平板状部材の断面図及び上面図である。 第２の例の平板状部材の一部拡大断面図である。 第３の例の平板状部材の断面図及び上面図である。 第３の例の平板状部材の一部拡大断面図である。 粗密領域が分布する平板状部材の断面図及び上面図である。 スペーサが密に配置されている領域の平板状部材の一部拡大断面図である。 スペーサが疎に配置されている領域の平板状部材の一部拡大断面図である。 別の形態２に係る電気化学モジュールの断面図である。 図１４の電気化学モジュールの上面図である。 図１４の電気化学モジュールの側面図である。 電気化学素子の概略図である。 図１７におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図である。 図１７におけるＸＩＸ－ＸＩＸ面図である。 図１７におけるＸＸ－ＸＸ断面図である。 図１７におけるＸＸＩ－ＸＸＩ断面図である。 図１７におけるＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ断面図である。 図１７におけるＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ断面図である。 図１７におけるＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ断面図である。 図１７におけるＸＸＶ－ＸＸＶ断面図である。 電気化学反応部の要部拡大図である。 エネルギーシステムの概略図である。 別の形態に係る電気化学モジュールの説明図である。 別のエネルギーシステムの概略図である。 別の電気化学素子の概略図である。 図３０におけるＸＸＸＩ－ＸＸＸＩ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ面図である。 図３０におけるＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＩＶ－ＸＸＸＩＶ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＶ－ＸＸＸＶ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＶＩ－ＸＸＸＶＩ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＶＩＩ－ＸＸＸＶＩＩ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＸＶＩＩＩ断面図である。 図３０におけるＸＸＸＩＸ－ＸＸＸＩＸ断面図である。 図３０におけるＸＬ－ＸＬ断面図である。 図３０におけるＸＬＩ－ＸＬＩ断面図である。 図３０におけるＸＬＩＩ－ＸＬＩＩ断面図である。 図３０におけるＸＬＩＩＩ－ＸＬＩＩＩ断面図である。 図３０におけるＸＬＶＩ－ＸＬＶＩ断面図である。 図３０におけるＸＬＶ－ＸＬＶ断面図である。 電気化学反応部の要部拡大図である。 供給構造体及び排出構造体の説明図である。
〔実施形態〕
以下に、本発明の実施形態に係る電気化学モジュールＭ及び電気化学モジュールＭの組立方法について説明する。なお、層の位置関係などを表す際、例えば電極層から見て電解質層の側を「上」「上側」、第１板状体の側を「下」「下側」などと呼ぶ。また、本発明は電気化学モジュールＭを垂直あるいは水平方向に設置しても同じ効果が得られるため、「上」「下」をそれぞれ「左」「右」と読み替えても構わない。
（１）電気化学モジュールＭの全体構成
以下に、電気化学モジュールＭの全体構成を説明する。図１に示すように、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体（積層体）Ｓと、電気化学素子積層体Ｓを内装する概ね直方体状の容器（第１挟持体、第２挟持体）２００とを備えている。電気化学素子Ａ（図４）は発電を行う素子であり、図１の断面視において紙面手前から紙面奥方向に沿って延びる板状に形成されている。そして、電気化学素子積層体Ｓは、複数の平板状の電気化学素子Ａが図１の断面視において上下の積層方向に積層されて構成されている。本実施形態では、電気化学素子ＡとしてＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）を例に挙げて説明する。
また、電気化学モジュールＭは、容器２００の外部から、第１ガスを電気化学素子積層体Ｓに供給する第１ガス供給部６１と、電気化学素子積層体Ｓにおいて反応後の第１ガスを排出する第１ガス排出部６２とを備えている。
容器２００には、図１～図３に示すように、第２ガス供給部７１が設けられており、容器２００の外部から電気化学素子積層体Ｓに第２ガスを供給する。電気化学素子積層体Ｓにおいて反応後の第２ガスは、容器２００に設けられた第２ガス排出部７２から外部に排出される。
ここでは、第１ガスは例えば燃料ガス等の還元性成分ガスであり、第２ガスは空気等の酸化性成分ガスである。
また、電気化学モジュールＭは、図１の断面視において、電気化学素子積層体Ｓの両側面に開口付板部材２４０を備えている。開口付板部材２４０は、電気化学素子積層体Ｓの両側面に対応して、電気化学素子Ａの積層方向に沿って延びる板状部材であり、電気化学モジュールＭにおける電気的短絡（ショート）を防止するため、マイカなどの絶縁材料が好ましい。開口付板部材２４０には、電気化学素子積層体Ｓの平面方向に沿って貫通する複数の開口２４０ａが形成されている。
よって、電気化学素子積層体Ｓは、第１ガス供給部６１から燃料ガスの供給を受け、第２ガス供給部７１から開口付板部材２４０の開口２４０ａを介して空気の供給を受け、燃料ガス及び空気中の酸素を電気化学反応させて発電する。電気化学反応後の燃料ガスは第１ガス排出部６２から外部に排出される。また、電気化学反応後の空気は、開口付板部材２４０の開口２４０ａを介して第２ガス排出部７２に導かれ、第２ガス排出部７２から外部に排出される。
なお、ここでは、電気化学素子積層体Ｓの両側面に隣接して開口付板部材２４０が設けられているが、必須ではなく、いずれか一方が設けられていてもよいし、両方が省略されてもよい。
また、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体Ｓの上部に、電気化学素子積層体Ｓ側から外側に向かって順に、上部絶縁体２１０Ｔ、上部平板状部材２２０Ｔ、上部プレート２３０Ｔを備えている。同様に、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体Ｓの下部に、電気化学素子積層体Ｓ側から外側に向かって順に、下部絶縁体２１０Ｂ、下部平板状部材２２０Ｂ、下部プレート２３０Ｂを備えている。
電気化学素子積層体Ｓについては、後で詳述する。
（２）絶縁体、平板状部材、プレート及び容器
以下に、絶縁体（上部及び下部絶縁体２１０Ｔ及び２１０Ｂ）２１０、平板状部材（上部及び下部平板状部材２２０Ｔ及び２２０Ｂ）２２０、プレート（上部及び下部プレート２３０Ｔ及び２３０Ｂ）２３０、容器２００についてさらに説明する。
上部絶縁体２１０Ｔは、板状部材であり、電気化学素子積層体Ｓの上部平面（第１平面）を覆うように配置されている。上部絶縁体２１０Ｔは、例えば硬質マイカから形成されており、電気化学素子積層体Ｓを外部から電気的に絶縁している。
上部平板状部材２２０Ｔは、上部絶縁体２１０Ｔの上部に配置されている。上部平板状部材２２０Ｔは、弾性を有する部材である。上部平板状部材２２０Ｔについては後述する。
上部プレート２３０Ｔは、板状部材であり、上部平板状部材２２０Ｔの上部に配置されており、高温における曲げ強度の高いセラミックス系材料、例えば９９アルミナから形成されている。上部プレート２３０Ｔは、上部平板状部材２２０Ｔの少なくとも一部と接触する。
上部プレート２３０Ｔは、下部プレート２３０Ｂとともに、容器２００から所定の締め付け圧力を受けて、電気化学素子積層体Ｓと、一対の上部及び下部絶縁体２１０Ｔ及び２１０Ｂと、上部及び下部平板状部材２２０Ｔ及び２２０Ｂとを挟みこんでいる。ここで、締め付け圧力とは、例えば１ｍｍ２当たり等の単位面積当たりの圧力である。
下部絶縁体２１０Ｂは、電気化学素子積層体Ｓの下部平面（第２平面）を覆うように配置されている。下部平板状部材２２０Ｂは下部絶縁体２１０Ｂの下部に、下部プレート２３０Ｂは下部平板状部材２２０Ｂの下部に配置されている。下部絶縁体２１０Ｂ、下部平板状部材２２０Ｂ及び下部プレート２３０Ｂは、それぞれ上部絶縁体２１０Ｔ、上部平板状部材２２０Ｔ及び上部プレート２３０Ｔと同様である。
電気化学素子積層体Ｓを内装する容器２００は、図１～図３に示すように、概ね直方体状の容器である。容器２００は、下方が開口した箱状の上蓋（第１挟持体）２０１と、上方が開口した下蓋（第２挟持体）２０３とを含む。上蓋２０１の下蓋２０３と対向する端面には連結部２０２が設けられており、下蓋２０３の上蓋２０１と対向する端面には連結部２０５が設けられている。連結部２０２と連結部２０５とが、例えば溶接されることで、上蓋２０１と下蓋２０３とが連結され、内部に直方体状の空間が形成される。
本実施形態では、図１に示すように、下蓋２０３の上下方向（電気化学素子Ａの積層方向）の深さは、上蓋２０１の深さよりも深い。ただし、上蓋２０１及び下蓋２０３は、一体として内部に空間を形成できればよく、深さの関係はこれに限定されない。例えば、上蓋２０１の深さが下蓋２０３のよりも深くてもよい。
図１～図３に示すように、容器２００の上下方向の中央部において、下蓋２０３の対向する一対の側壁それぞれに第２ガス供給部７１及び第２ガス排出部７２が形成されている。
なお、ここでは、下蓋２０３に第２ガス供給部７１及び第２ガス排出部７２が形成されている。しかし、第２ガス供給部７１及び第２ガス排出部７２の形成位置はこれに限定されず、容器２００のいずれの位置に形成されてもよい。第２ガス供給部７１及び第２ガス排出部７２は、例えば上蓋２０１に形成されてもよい。
上蓋２０１は、図１、図２に示すように、上蓋２０１の外縁よりも一回り小さい開口２０１ｃを有している。そして、図１の断面視において、開口２０１ｃに隣接して、電気化学素子積層体Ｓに面する内方側の端部が第１端部２０１ａ及び第２端部２０１ｂに分岐している。そして、第１端部２０１ａは容器２００の内方に向かって平面方向に所定長さで延びており、第２端部２０１ｂは、第１端部２０１ａから分岐して容器２００の下方に所定長さで延びている。第１端部２０１ａと第２端部２０１ｂとは、断面視において概ね９０°を成しており、Ｌ字状の角部を構成している。このＬ字の角部は、図２に示す上蓋２０１の上面視の外縁の内方側に、外縁に沿って形成されている。これにより、第１端部２０１ａの終端により、図１、図２に示すように前述の通り上蓋２０１の外縁よりも一回り小さい開口２０１ｃが上蓋２０１の上面に形成されている。
下蓋２０３は、上蓋２０１と同様に、図１に示す断面視において、概ね９０°を成すＬ字状の角部を構成する第１端部２０３ａ及び第２端部２０３ｂを有している。そして、第１端部２０３ａの終端により、図１に示すように、下蓋２０３の外縁よりも一回り小さい開口２０３ｃが形成されている。
図１に示すように、上蓋２０１の第１端部２０１ａ及び第２端部２０１ｂが形成するＬ字の角部には、一対の開口付板部材２４０の上端と、上部絶縁体２１０Ｔと、上部平板状部材２２０Ｔと、上部プレート２３０Ｔとが嵌め込まれている。具体的には、電気化学素子積層体Ｓの平面方向に沿う上部プレート２３０Ｔは、その外周端部の上面が第１端部２０１ａの下面（Ｌ字の角部の内面の一部）に接触して支持されている。また、電気化学素子積層体Ｓの側面沿った開口付板部材２４０は、その上端の外面が、第２端部２０１ｂの内方側面（Ｌ字の角部の内面の一部）に接触して支持されている。上部平板状部材２２０Ｔ及び上部絶縁体２１０Ｔは、上部プレート２３０Ｔ及び開口付板部材２４０を介して、第１端部２０１ａ及び第２端部２０３ｂからなるＬ字の角部に支持されている。
同様に、下蓋２０３の平面方向に対向する一対のＬ字の角部には、一対の開口付板部材２４０の下端と、下部絶縁体２１０Ｂと、下部平板状部材２２０Ｂと、下部プレート２３０Ｂとが嵌め込まれている。
そして、電気化学素子積層体Ｓは、その上面が、上部プレート２３０Ｔ、上部平板状部材２２０Ｔ及び上部絶縁体２１０Ｔを介して上蓋２０１により支持されている。また、電気化学素子積層体Ｓは、その下面が、下部プレート２３０Ｂ、下部平板状部材２２０Ｂ及び下部絶縁体２１０Ｂを介して下蓋２０３により支持されている。
このような構成で、上蓋２０１及び下蓋２０３は、電気化学素子積層体Ｓ、上部及び下部絶縁体２１０Ｔ及び２１０Ｂ、上部及び下部平板状部材２２０Ｔ及び２２０Ｂ、上部及び下部プレート２３０Ｔ及び２３０Ｂ等を上部及び下部から挟み込んだ状態で、連結部２０２と連結部２０５とが、例えば溶接されて連結される。この連結の際に、上蓋２０１及び下蓋２０３は、電気化学素子積層体Ｓ等に所定の締め付け圧力を負荷して連結される。つまり、上蓋２０１及び下蓋２０３が連結された状態において、電気化学素子積層体Ｓ、上部及び下部絶縁体２１０Ｔ及び２１０Ｂ、上部及び下部平板状部材２２０Ｔ及び２２０Ｂ、上部及び下部プレート２３０Ｔ及び２３０Ｂには、所定の締め付け圧力が負荷されている。
なお、図３に示すように下蓋２０３の側面には、開口２０３ｅが形成されている。よって、開口２０３ｅからは、電気化学素子積層体Ｓの側面の一部が露出している。そして、前述の開口２０１ｃ、２０３ｃと、開口２０３ｅとが容器２００に形成されることで、容器２００を軽量化し、容器２００に必要な材料を削減できる。なお、電気化学素子積層体Ｓの側面と、上蓋２０１あるいは下蓋２０３または両方が接触することで電気的に短絡（ショート）する可能性がある場合は、マイカなどの材料で構成された側面絶縁体２４５が、電気化学素子積層体Ｓと上蓋２０１あるいは下蓋２０３の側面の間に設置される。
（３）平板状部材及びそれに関連する部材の構成及び作用
次に、平板状部材（上部及び下部平板状部材２２０Ｔ及び２２０Ｂ）２２０及びそれに関連する部材の構成及び作用についてさらに説明する。
上述の通り、上蓋２０１及び下蓋２０３が連結された状態において、電気化学素子積層体Ｓ及び上部及び下部絶縁体２１０Ｔ及び２１０Ｂは、上部及び下部平板状部材２２０Ｔ及び２２０Ｂを介して、所定の締め付け圧力を負荷されて上部及び下部プレート２３０Ｔ及び２３０Ｂに挟持されている。
（３－１）平板状部材及びそれに関連する部材の構成
（３－１－１）平板状部材
ここで、図１から図１２等に示すように、電気化学素子積層体Ｓの積層方向は＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）である。また、第１板状体１及び第２板状体２の間において第１ガスが第１ガス供給部６１側から第１ガス排出部６２側に通流する方向、同様に第１板状体１及び第２板状体２の間において第２ガスが第２ガス供給部７１側から第２ガス排出部７２側に通流する方向は、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）に交差する＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）である。また、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）及び＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）に交差する方向は、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向）である。そして、ＸＺ平面とＸＹ平面とＹＺ平面とは互いに概ね直交している。
平板状部材（弾性体）２２０は、本実施形態では、弾性変形可能な複数の平板弾性部材２６０が、その板状面が対向する形態で、所定の積層方向（＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向））に積層されることで構成されている。平板弾性部材２６０の積層方向は、電気化学素子Ａの積層方向と同方向である。そして、隣接する平板弾性部材２６０の板状面の間にはスペーサが配置されている。
一の平板弾性部材２６０を基準にすると、積層方向のうち上方向（＋Ｚ方向）に位置しているスペーサと、積層方向のうち下方向（－Ｚ方向）に位置しているスペーサとは、積層方向に交差する交差方向（以下の長手方向であり、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）である）に沿って互いに離隔して配置されている。
このような構成により、平板状部材２２０は、平板状部材２２０に加わる外力、つまり締め付け圧力に比べて大きく変位する。よって、平板状部材２２０により電気化学素子積層体Ｓを適切に締め付けつつ、平板状部材２２０のクリープ変形に対する耐久性を向上できる。さらに、平板状部材２２０の小型化を図ることができる。
このような平板状部材２２０について以下に一例を挙げて説明する。
（ａ）第１の例
図５、図６を用いて平板状部材２２０の第１の例を説明する。
平板状部材２２０は、弾性変形可能な複数の平板弾性部材２６０（第１平板弾性部材２６０ａ、第２平板弾性部材２６０ｂ）が積層されて構成されている。図５の場合、７枚の平板弾性部材２６０が積層されている。なお、図５のうち、図１の断面視における平板状部材２２０では、電気化学反応部３の板状面と平板弾性部材２６０の板状面とは概ね一致する方向である。よって、複数の平板弾性部材２６０は、電気化学反応部３の板状面に沿うように積層されている。
隣接する平板弾性部材２６０の間には、スペーサとして棒状部材２６１が配置されている。図１、図４等に示すように、副流路Ａ１１において第１ガスが通流する方向及び通流部Ａ２おいて第２ガスが通流する方向が、図５の平板弾性部材２６０の長手方向（Ｌ３の方向であり、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）である）である。一方、第１ガス及び第２ガスの通流方向と交差する図１において紙面手前と紙面奥とにより定義される方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））が、図５の平板弾性部材２６０の短手方向（Ｗ１の方向）である。棒状部材２６１は、隣接する平板弾性部材２６０の間において、短手方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））に延びるように位置しており、長手方向に所定の間隔をおいて位置している。
棒状部材２６１の配置についてさらに説明する。
図６等に示すように、平板弾性部材２６０では、第１平板弾性部材２６０ａと第２平板弾性部材２６０ｂとが隣接して積層されている。例えば、真ん中の第１平板弾性部材２６０ａを基準にして、積層方向のうち上方向（＋Ｚ方向）側に位置している棒状部材２６１ａと、積層方向のうち下方向（－Ｚ方向）側に位置している棒状部材２６１ｂとは、長手方向（積層方向に交差する方向であり、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）である）に沿って互いに離隔して配置されている。言い換えれば、第１平板弾性部材２６０ａの上方向側に位置している棒状部材２６１ａは、当該第１平板弾性部材２６０ａに隣接する第２平板弾性部材２６０ｂにおいて棒状部材２６１ｂが位置していない領域に対応して位置している。ここでは、第１平板弾性部材２６０ａを基準としたが、第２平板弾性部材２６０ｂについても同様のことが言える。
また、第１平板弾性部材２６０ａを基準にして、上方向（＋Ｚ方向）側の棒状部材２６１ａと、下方向（－Ｚ方向）側の棒状部材２６１ｂとは、長手方向（積層方向に交差する方向）に沿って交互に配置されている。これにより、平板状部材２２０に加わる外力をその板状面において概ね均等に受けることができる。
また、積層方向において隣接する棒状部材２６１は、上面視（積層方向視）において重畳して位置している。つまり、積層方向において隣接する棒状部材２６１は、長手方向において同程度の位置に位置していると好ましい。図５、図６に示すように、平板弾性部材２６０の上方向（＋Ｚ方向）側に位置している４つの棒状部材２６１は、Ｘ方向において概ね同一位置に位置している。同様に、平板弾性部材２６０の下方向（－Ｚ方向）側に位置している４つの棒状部材２６１は、Ｘ方向において概ね同一位置に位置している。よって、平板弾性部材２６０の上面視において、平板弾性部材２６０の上方向（＋Ｚ方向）側に位置している４つの棒状部材２６１は互いに重畳しており、平板弾性部材２６０の下方向（－Ｚ方向）側に位置している４つの棒状部材２６１は互いに重畳している。
なお、第１平板弾性部材２６０ａを基準にして、上方向側で隣接している棒状部材２６１ａ間の長手方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））の間隔はＬ２である。同様に、第１平板弾性部材２６０ａを基準にして、下方向側で隣接している棒状部材２６１ｂ間の長手方向の間隔はＬ２である。また、第１平板弾性部材２６０ａを基準にして、上方向側の棒状部材２６１ａと、下方向側の棒状部材２６１ｂとの間隔はＬ１である。
本実施形態では、Ｌ１≒Ｌ２／２である。Ｌ１とＬ２がこのような関係にあることによって、隣接する第１及び第２平板弾性部材２６０ａ、２６０ｂ間に概ね均一に棒状部材２６１を配置することができる。よって、概ね均一な間隔に配置された棒状部材２６１によって、平板弾性部材２６０のうち棒状部材２６１の存在しない領域を押圧するため、平板状部材２２０の平面内において概ね均一な変位を得ることができる。
ただし、平板状部材２２０によって所望の変位を得ることができるのであれば、Ｌ１とＬ２との関係はこれに限定されない。
このような棒状部材２６１は平板弾性部材２６０上に溶接等によって取り付け可能である。また、棒状部材２６１が上記のような位置関係で取り付けられるのであれば、棒状部材２６１は第１平板弾性部材２６０ａ及び第２平板弾性部材２６０ｂのいずれに取り付けられてもよい。例えば、棒状部材２６１ａが第１平板弾性部材２６０ａの上面に取り付けられ、棒状部材２６１ｂが第２平板弾性部材２６０ｂの上面に取り付けられてもよい。また、例えば、棒状部材２６１ａが第１平板弾性部材２６０ａの上面に取り付けられ、棒状部材２６１ｂが当該第１平板弾性部材２６０ａの下面に取り付けられていてもよい。この場合、第１平板弾性部材２６０ａに隣接する第２平板弾性部材２６０ｂには、棒状部材２６１が取り付けられていない。
また、図５の場合、積層方向の最上部の平板弾性部材２６０の上面に棒状部材２６１が配置されている。また、積層方向の最下部の平板弾性部材２６０の下面に棒状部材２６１が配置されている。これにより、平板状部材２２０の上下両側に位置する絶縁体２１０及びプレート２３０からの荷重を棒状部材２６１により受け止め、平板弾性部材２６０に伝達できる。
ただし、これに限られず、積層方向の最上部の平板弾性部材２６０の上面に棒状部材２６１が配置されていなくてもよい。同様に、最下部の平板弾性部材２６０の下面に棒状部材２６１が配置されていなくてもよい。
本実施形態では、平板弾性部材２６０の厚みＴ１（Ｚ方向の厚み）は棒状部材２６１の直径φ（Ｚ方向の直径）よりも小さい。ただし、平板弾性部材２６０及び棒状部材２６１の材料、所望する変位の大きさ等によって厚みＴ１と直径φとの関係は変動し得る。なお、ここでは、全ての平板弾性部材２６０は厚みＴ１を有している。また、全ての棒状部材２６１は直径φを有している。ただし、これに限定されず、各平板弾性部材２６０の厚みＴ１を異ならせてもよい。また、各棒状部材２６１の直径φを異ならせてもよい。例えば、隣接する一対の平板弾性部材２６０間において各棒状部材２６１の直径がφ１であり、別の隣接する一対の平板弾性部材２６０間において各棒状部材２６１の直径がφ２（≠φ１）であることができる。
また、本実施形態では７枚の平板弾性部材２６０を積層している。しかし、所望の変位を得ることができるのであれば平板弾性部材２６０の積層数はこれに限定されない。ただし、複数の平板弾性部材２６０により構成される平板状部材２２０によって、平板状部材２２０に加わる外力によって生じる各平板弾性部材２６０の内部発生応力を小さくできる。よって、平板状部材２２０は２枚以上の平板弾性部材２６０を積層することによって形成される。
その他、平板状部材２２０の長手方向の長さＬ３及び短手方向の長さＷ１は、電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００等の大きさに応じて適宜変更可能である。
第１の例において採用した各部の寸法は次の通りである。
平板弾性部材２６０の厚みＴ１＝０．３ｍｍ、棒状部材２６１の直径φ＝０．８ｍｍ、平板弾性部材２６０を挟んで上下で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬ１＝５ｍｍ、平板弾性部材２６０の上面で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬ２＝１０ｍｍ、平板状部材２２０の長手方向の長さＬ３＝２１０ｍｍ、短手方向の長さＷ１＝９６ｍｍ、平板状部材２２０の積層方向の高さＨ１＝８．５ｍｍである。
また、平板状部材２２０を構成する平板弾性部材２６０及び棒状部材２６１は、例えば次のような材料から形成可能である。
平板状部材２２０は、弾性変形可能な部材から形成可能である。一例として、平板状部材２２０は、例えば熱により膨張する熱膨張部材からも形成可能である。
また、平板状部材２２０の熱膨張率は、電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００等を構成する部材の熱膨張率よりも大きいと好ましい。このような平板状部材２２０の材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレスが挙げられる。
オーステナイト系ステンレスの熱膨張率は、比較的に大きい。例えば、アルミニウムの熱膨張率が約２３．８×１０－６／℃であるのに対して、オーステナイト系ステンレスの熱膨張率は、アルミニウムの熱膨張率等と同程度に大きい。オーステナイト系ステンレスの熱膨張率は、ＳＵＳ３０３及びＳＵＳ３０４が約１７．３×１０－６／℃であり、ＳＵＳ３１６が約１６×１０－６／℃である。ただし、平板状部材２２０の材料はこれに限定されず、熱膨張率が容器２００等よりも大きく、かつ耐腐食性に優れる部材が選択されると好ましい。
（ｂ）第２の例
次に、図７、図８を用いて平板状部材２２０の第２の例を説明する。第１の例では、積層方向（＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向））に隣接する平板弾性部材２６０間に、スペーサとして棒状部材２６１が配置されて平板状部材２２０が形成されている。一方、第２の例では、積層方向（＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向））に隣接する平板弾性部材２６０間に、各平板弾性部材２６０を積層方向の上方向（＋Ｚ方向）に突出して形成されたスペーサ部分２７１が形成されている。第１の例と異なる点を中心に説明する。
平板状部材２２０は、弾性変形可能な複数の平板弾性部材２６０（第１平板弾性部材２６０ａ又は第２平板弾性部材２６０ｂ）が、その板状面が対向する形態で、所定の積層方向（＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向））に積層されて構成されている。図７の場合、８枚の平板弾性部材２６０が積層されている。
各平板弾性部材２６０は、平板状の板状部分２７３と、スペーサを構成するスペーサ部分２７１とを有している。スペーサ部分２７１は、長手方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））に隣接する板状部分２７３間において板状部分２７３に連続して形成されており、両側の板状部分２７３から延在して上方向（＋Ｚ方向）に突出するように形成されている。スペーサ部分２７１は、これに限定されないが、所定の曲率半径を有するように屈曲して突出しており、半円弧状である。スペーサ部分２７１は、例えば型押し加工により形成できる。
スペーサ部分２７１の形成位置についてさらに説明する。
図８等に示すように、平板弾性部材２６０では、第１平板弾性部材２６０ａと第２平板弾性部材２６０ｂとが隣接して積層されている。例えば、真ん中の第１平板弾性部材２６０ａにおいて、スペーサ部分２７１ａは、板状部分２７３ａから積層方向のうち上方向（＋Ｚ方向）側に突出している。このスペーサ部分２７１ａは、第１平板弾性部材２６０ａに隣接する第２平板弾性部材２６０ｂの板状部分２７３ｂに位置している。言い換えれば、第１平板弾性部材２６０ａの板状部分２７３ａから突出しているスペーサ部分２７１ａは、当該第１平板弾性部材２６０ａに隣接する第２平板弾性部材２６０ｂにおいてスペーサ部分２７１ｂが位置していない領域に対応して位置している。ここでは、第１平板弾性部材２６０ａを基準としたが、第２平板弾性部材２６０ｂについても同様のことが言える。
平板状部材２２０に外力が加わると、第１平板弾性部材２６０ａを基準として上方向側に突出するスペーサ部分２７１ａは、第２平板弾性部材２６０ｂの板状部分２７３ｂを押圧する。これにより、第２平板弾性部材２６０ｂが弾性変形する。同様に、平板状部材２２０に外力が加わると、第２平板弾性部材２６０ｂを基準として上方向側に突出するスペーサ部分２７１ｂは、第１平板弾性部材２６０ａの板状部分２７３ａを押圧する。これにより、第１平板弾性部材２６０ａが弾性変形する。
このような第１平板弾性部材２６０ａ及び第２平板弾性部材２６０ｂの相互による弾性変形量を合計することで、平板状部材２２０に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。
なお、積層方向において隣接するスペーサ部分２７１は、上面視（積層方向視）において重畳して位置している。つまり、積層方向において隣接するスペーサ部分２７１は、長手方向において同程度の位置に位置していると好ましい。つまり、図７、図８に示すように、平板弾性部材２６０の上方向（＋Ｚ方向）側に位置している４つのスペーサ部分２７１は、Ｘ方向において概ね同一位置に位置している。同様に、平板弾性部材２６０の下方向（－Ｚ方向）側に位置している４つのスペーサ部分２７１は、Ｘ方向において概ね同一位置に位置している。よって、平板弾性部材２６０の上面視において、平板弾性部材２６０の上方向（＋Ｚ方向）側に位置している４つのスペーサ部分２７１は互いに重畳しており、平板弾性部材２６０の下方向（－Ｚ方向）側に位置している４つのスペーサ部分２７１は互いに重畳している。
なお、第１平板弾性部材２６０ａを基準にして、上方向側に突出して隣接するスペーサ部分２７１ａ間の長手方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））の間隔はＬ１２である。また、同様に、第２平板弾性部材２６０ｂを基準にして、上方向側に突出して隣接するスペーサ部分２７１ｂ間の長手方向の間隔はＬ１２である。また、第１平板弾性部材２６０ａのスペーサ部分２７１ａと第２平板弾性部材２６０ｂのスペーサ部分２７１ｂとの長手方向の間隔はＬ１１である。本実施形態では、Ｌ１１≒Ｌ１２／２である。Ｌ１１とＬ１２がこのような関係にあることによって、隣接する第１及び第２平板弾性部材２６０ａ、２６０ｂにおいて交互に概ね均一な間隔でスペーサ部分２７１を配置することができる。よって、概ね均一な間隔に配置されたスペーサ部分２７１により板状部分２７３を押圧するため、平板状部材２２０の平面内において概ね均一な変位を得ることができる。
ただし、平板状部材２２０によって所望の変位を得ることができるのであれば、Ｌ１１とＬ１２の関係はこれに限定されない。
本実施形態では、平板弾性部材２６０の板状部分２７３の厚みＴ１１（Ｚ方向の厚み）はスペーサ部分２７１の高さＴ１２（Ｚ方向の高さ）よりも小さい。ただし、平板弾性部材２６０及び棒状部材２６１の材料、所望する変位の大きさ等によって厚みＴ１１と高さＴ１２との関係は変動し得る。なお、ここでは、全ての板状部分２７３は厚みＴ１１を有し、全てのスペーサ部分２７１は高さＴ１２を有している。ただし、これに限定されず、各板状部分２７３の厚みＴ１１を異ならせてもよい。また、各スペーサ部分２７１の高さＴ１２を異ならせてもよい。例えば、隣接する一対の平板弾性部材２６０間において各スペーサ部分２７１の高さがＴ１２ａであり、別の隣接する一対の平板弾性部材２６０間において各スペーサ部分２７１の高さがＴ１２ｂ（≠Ｔ１２ａ）であることができる。
また、第２の例では８枚の平板弾性部材２６０を積層しているが、２枚以上の平板弾性部材２６０を積層していれば、これに限定されない。
その他、長手方向の長さＬ１３及び短手方向の長さＷ１１は、電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００等の大きさに応じて適宜変更可能である。
なお、平板状部材２２０を構成する平板弾性部材２６０の材質等は第１の例と同様である。
第２の例において採用した各部の寸法は次の通りである。
平板弾性部材２６０の厚みＴ１１＝０．３ｍｍ、スペーサ部分２７１の高さＴ１２＝０．９５ｍｍ、スペーサ部分２７１の頂部から底部までの長手方向の長さＬ１５＝１．８６ｍｍ、隣接するスペーサ部分２７１間に位置する板状部分２７３の長さＬ１６＝９．２８ｍｍ、隣接するスペーサ部分２７１の頂部間の長さＬ１２＝１３ｍｍ、板状部分２７３を挟んで上下で隣接するスペーサ部分２７１の頂部間の長さＬ１１＝６．５ｍｍ、平板状部材２２０の長手方向の長さＬ１３＝２１４ｍｍ、短手方向の長さＷ１１＝９６ｍｍ、平板状部材２２０の積層方向の高さＨ１１＝１０ｍｍである。
なお、スペーサ部分２７１ａの曲率半径Ｒ１は、スペーサ部分２７１ａの高さＴ１２＝０．９５ｍｍ及びスペーサ部分２７１ａの頂部から底部までの長手方向の長さＬ１５＝１．８６ｍｍ、および前記厚みＴ１１＝０．３ｍｍにより幾何的に定義される。
（ｃ）第３の例
次に、図９、図１０を用いて平板状部材２２０の第３の例を説明する。第２の例の平板状部材２２０では、スペーサ部分２７１は、長手方向に隣接する板状部分２７３間に連続的に形成されており、両側の板状部分２７３に対して半円弧状に突出して形成されている。第３の例の平板状部材２２０では、スペーサ部分２７１は、長手方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）に隣接する一方の板状部分２７３に連続的に形成されており、半円弧状に積層方向の上方向（＋Ｚ方向）に突出している。しかし、長手方向に隣接する他方の板状部分２７３とは切り離されている。
この第３の例のスペーサ部分２７１は、平板弾性部材２６０の板状部分２７３の一部に切り込み２７５が入れられ、切り込み２７５が板状部分２７３に対して上方に円弧状となるように押し上げられることで形成されている。
第３の例の平板状部材２２０は、第２の例の平板状部材２２０とは、スペーサ部分２７１において、一端が板状部分２７３と切り離されているか（第３の例）、あるいは両端が板状部分２７３と連続的であるか（第２の例）において異なる。その他の点については同様の構成であるので説明を省略する。なお、第３の例の平板状部材２２０において第２の例の平板状部材２２０と対応する構成には、第２の例の平板状部材２２０と同一の符号を付している。
（ｄ）スペーサ（棒状部材、スペーサ部分）の配置の変形例
（ｄ１）スペーサの配置密度
スペーサの配置密度を領域によって異ならせる構成について、図１１～図１３を用いて説明する。図１１～図１３では、上記の第１の例に示したように、複数の平板弾性部材２６０が積層されており、隣接する平板弾性部材２６０の間にスペーサとしての棒状部材２６１が配置されている。スペーサとしての棒状部材２６１が領域によって配置密度が異なる点を除いては図５及び図６と同様であるので詳細な説明は省略する。
平板状部材２２０は、棒状部材２６１が配置されている密度が高い第１領域ＲＨと、棒状部材２６１が配置されている密度が低い第２領域ＲＬとが、長手方向に沿って設けられている。本例では、第１領域ＲＨ及び第２領域ＲＬは長手方向に沿って交互に配置されている。
第１領域ＲＨでは、図１１に示すように棒状部材２６１が密に配置されている。一方、第２領域ＲＬでは、図１１に示すように棒状部材２６１が疎に配置されている。より具体的には、図１２に示すように、第１領域ＲＨでは、上下で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬＨａであり、一の平板弾性部材２６０の上面で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬＨｂである。一方、図１３に示すように、第２領域ＲＬでは、上下で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬＬａであり、一の平板弾性部材２６０の上面で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬＬｂである。そして、ＬＨａ＜ＬＬａであり、ＬＨｂ＜ＬＬｂである。
上記特徴構成によれば、第１領域ＲＨにおいてスペーサである棒状部材２６１は密に配置され、一方、第２領域ＲＬにおいてスペーサである棒状部材２６１は疎に配置されている。
第１領域ＲＨでは棒状部材２６１を密に配置することで、平板状部材２２０のバネ定数ｋを大きく（ｋ＝ｋＨ）設定できる。よって、第１領域ＲＨでは、大きな荷重で硬固に被加圧物を押圧可能である。逆に、第２領域ＲＬでは棒状部材２６１を疎に配置することで、平板状部材２２０のバネ定数ｋを小さく（ｋ＝ｋＬ）設定できる。よって、第２領域ＲＬでは、小さな荷重で被加圧物を押圧可能である。
上記のように構成することで、被加圧物に加える荷重が領域によって異なる場合に柔軟に対応できる。
例えば、図１、図４において、第１ガス供給部６１及び第１環状シール部４２と、第１ガス排出部６２及び第２環状シール部５２が存在する領域には、棒状部材２６１を疎に配置したバネ定数を小さい第２領域ＲＬを対応づけることができる。一方、電気化学反応部３が存在する領域には、棒状部材２６１を密に配置したバネ定数を大きい第１領域ＲＨを対応づけることができる。これにより、電気化学反応部３が存在する領域をより大きな荷重で堅固に押圧可能である。
ここでは、スペーサとして上記の第１の例で示した棒状部材２６１を例に挙げて説明した。しかし、上記のスペーサの配置密度を領域によって異ならせる構成は、第２の例及び第３の例のスペーサ部分２７１を用いて達成することもできる。
また、第１領域ＲＨ及び第２領域ＲＬの配置は、長手方向に沿って交互に配置される場合に限られない。例えば、第１領域ＲＨ及び第２領域ＲＬは短手方向に沿って交互に配置されてもよい。また、例えば第１領域ＲＨ及び第２領域ＲＬは、平板状部材２２０の板状面の面内においてランダムに配置されていてもよい。
（ｄ２）スペーサの配置の形態
上記では、スペーサである棒状部材２６１、スペーサ部分２７１は、短手方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））に延びており、長手方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））に沿って互いに離隔して配置されている。しかし、スペーサは、長手方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））に延び、短手方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））に沿って互いに離隔して配置されることもできる。
また、上記の棒状部材２６１、スペーサ部分２７１は、短手方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））に延びて長尺状に形成されている。しかし、スペーサは、平板状部材２２０を弾性変形させて所望程度に変位させることができれば、その配置は限定されない。例えば、スペーサである棒状部材２６１、スペーサ部分２７１は、短手方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））において複数の分割部分に分割されていてもよい。さらには、小片に分割されたスペーサが、平板弾性部材２６０の板状面（ＸＹ平面）においてランダムに配置されていてもよい。
また、図７～図１０においてスペーサ部分２７１は上方向（＋Ｚ方向）に突出している。しかし、スペーサ部分２７１は下方向（－Ｚ方向）に突出していてもよい。
（３－１－２）容器
また、容器２００の熱膨張率は、平板状部材２２０の熱膨張率よりも小さいと好ましい。容器２００は、プレート２３０を介して平板状部材２２０に隣接して配置されている。そして、容器２００の下蓋２０３と上蓋２０１とは、それらが結合されることで、平板状部材２２０を介して電気化学素子積層体Ｓに締め付け圧力を負荷する。このような容器２００の材料としては、例えば、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、又はこれらとセラミックスとの複合体等が挙げられる。これらの材料はオーステナイト系ステンレスよりも熱膨張率が小さく、フェライト系ステンレスの熱膨張率はＳＵＳ４３０が約１１×１０－６／℃である。また、マルテンサイト系ステンレスの熱膨張率はＳＵＳ４０３及びＳＵＳ４２０Ｊ１が約１０．４×１０－６／℃であり、ＳＵＳ４１０及びＳＵＳ４４０Ｃが約１０．１×１０－６／℃である。ただし、容器２００はこれに限定されず、熱膨張率が平板状部材２２０よりも小さく、かつ耐腐食性に優れる材料が選択されると好ましい。
（３－１－３）電気化学素子積層体
電気化学素子積層体Ｓの材料は、容器２００と同様の材料であるのが好ましい。言い換えれば、電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００の材料は、容器２００と同程度の熱膨張率であるのが好ましい。この場合、電気化学素子積層体Ｓの基板、容器２００が、例えば電気化学素子Ａが高温となる発電時において同程度に熱膨張する。よって、例えば、電気化学素子Ａの基板と容器２００との熱膨張差を小さく抑え、基板が破損等するのを抑制できる。
（３－２）電気化学モジュールＭの組立方法と、電気化学モジュールの膨張及び収縮
（ａ）電気化学モジュールＭの組立方法
次に、上記の電気化学モジュールＭの組立方法について説明する。
複数の電気化学素子Ａを積層して電気化学素子積層体Ｓを準備する。電気化学素子積層体Ｓの構成及び製造方法については後述する。
また、電気化学素子積層体Ｓを収容するための容器２００を準備する。容器２００は、これに限定されないが、例えばロストワックス鋳造法を用いて製造できる。ロストワックス鋳造法を用いる場合、例えば、蜜蝋や松脂等からなる熱可塑性物質により容器２００の外形に対応する空洞する模型を製造する。この模型をケイ砂や石灰粉末等からなる耐火材料で被覆する。その後、耐火材料で被覆された模型を加熱し、熱可塑性物質で構成された模型を溶出する。これにより、耐火材料内部に、容器２００の形状を模した模型に対応する空洞が形成される。この空洞に容器２００の材料を注入して固化させた後に耐火材料を取り除く。これにより、ロストワックス鋳造法により、上蓋２０１及び下蓋２０３を有する容器２００が製造される。なお、上蓋２０１及び下蓋２０３は別々に製造されてもよい。
次に、例えば、一対の開口付板部材２４０が電気化学素子積層体Ｓの両側面に配置され、絶縁体２１０、平板状部材２２０及びプレート２３０が、電気化学素子積層体Ｓの上部平面及び下部平面に、順に配置された状態で下蓋２０３内に収容される。この下蓋２０３を上蓋２０１で覆い、電気化学素子積層体Ｓに所定の締め付け圧力が負荷されるように位置調整を行い、下蓋２０３と上蓋２０１とを溶接等して結合する。これにより、電気化学モジュールＭが組み立てられる。
上記のように、ロストワックス鋳造法を用いて容器２００を製造した場合には、薄肉化、精密化及び量産化による低コスト化を達成することができる。
また、箱状の容器２００を形成することで、本実施形態では、第２ガス供給部７１から電気化学素子積層体Ｓに供給する空気のマニホールドの空間を設けることができる。
（ｂ）電気化学モジュールの膨張及び収縮について
上記の電気化学モジュールＭの組立時には、下蓋２０３と上蓋２０１とを結合する際に電気化学素子積層体Ｓに所定の締め付け圧力を負荷する。この締め付け圧力は、平板状部材２２０に所定の圧縮変位Ｌを与えることで負荷される。
ここで、電気化学モジュールＭは、発電時には室温（２０℃）から発電時の高温（例えば７００℃）まで温度が上昇する。一方、発電停止時には、高温から室温まで温度が下降する。
例えば、容器２００が所定の材料Ａを用いて形成され、電気化学素子積層体Ｓが基板などの主要部が所定の材料Ｂを用いて形成されているとする。また、室温（２０℃）から発電時の高温（例えば７００℃）まで温度が上昇した場合において、加重方向（ここでは、電気化学素子Ａの積層方向）では、容器２００の熱膨張長さをＬＡとし、電気化学素子積層体Ｓの熱膨張長さをＬＢとする。容器２００と電気化学素子積層体Ｓとの熱膨張長さの差分ΔＧは、ΔＧ＝ＬＡ－ＬＢである。つまり、温度の上昇によってΔＧの変位が生じる。
上記の平板状部材２２０は、この変位を適切に補い、電気化学素子積層体Ｓに所定の締め付け圧力を負荷する必要がある。この点について、以下においてさらに説明する。
（３－３）平板状部材の作用
上記のように、弾性変形可能な部材からなる平板状部材２２０は、電気化学素子積層体Ｓの上部平面及び下部平面に配置されており、上部及び下部プレート２３０から所定の締め付け圧力を負荷されて、弾性的に電気化学素子積層体Ｓを支持している。
ここで、例えば、電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００等の少なくともいずれかは、電気化学素子Ａが発電していない低温（例えば室温で約２０℃等）の状態から、電気化学素子Ａが発電時に高温（例えば約６５０℃～約９５０℃等）の状態となると膨張する。このとき、電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００間で熱膨張差が生じると、電気化学素子積層体Ｓと容器２００との間の間隔が発電時（高温時）と発電していない時（低温時）とで異なる。よって、平板状部材２２０が適切に電気化学素子積層体Ｓを締め付けるためには、平板状部材２２０が積層方向に変位することが必要である。特に、電気化学素子積層体Ｓと容器２００との間隔が大きい場合には、平板状部材２２０が積層方向に大きく変位することが必要である。
上記構成によれば、平板状部材２２０は、弾性変形可能に構成されており、特に平板状部材２２０に加わる外力、つまり締め付け圧力に比べて大きく変位する。これにより、平板状部材２２０により電気化学素子積層体Ｓを適切に締め付けつつ、平板状部材２２０のクリープ変形に対する耐久性を向上できる。さらに、平板状部材２２０の小型化を図ることができる。
上記の平板状部材２２０が、平板状部材２２０に加わる外力、つまり締め付け圧力に比べて大きく変位する点について以下に説明する。
上記の平板状部材２２０は、弾性変形可能な複数の平板弾性部材２６０が積層されて構成されている。そして、各平板弾性部材２６０を基準として、積層方向のうち上方向側に位置しているスペーサ（棒状部材２６１、スペーサ部分２７１）と、積層方向のうち下方向側に位置しているスペーサとは、長手方向（積層方向に交差する方向）に沿って互いに離隔して配置されている。つまり、複数の平板弾性部材２６０のうち一の平板弾性部材２６０を基準として上方向側及び下方向側のいずれのスペーサも、当該一の平板弾性部材２６０に隣接する別の平板弾性部材２６０においてスペーサが位置していない領域に当接する。
例えば、複数の平板弾性部材２６０において互いに隣接する平板弾性部材２６０を第１平板弾性部材２６０ａ及び第２平板弾性部材２６０ｂとする。上記構成によれば、第１平板弾性部材２６０ａを基準とすると、上方向側のスペーサ（棒状部材２６１、スペーサ部分２７１）と、下方向側のスペーサとは長手方向に沿って互いに離隔するように位置している。同様に、第１平板弾性部材２６０ａに隣接する第２平板弾性部材２６０ｂを基準としても、上方向側のスペーサと下方向側のスペーサとは長手方向に沿って互いに離隔するように位置している。
そして、平板状部材２２０に外力（締め付け圧力）が加わると、第１平板弾性部材２６０ａの上方向側のスペーサが外力により押圧され、第１平板弾性部材２６０ａの上方向側に隣接する第２平板弾性部材２６０ｂにおいてスペーサが位置していない領域を押圧する。また、第１平板弾性部材２６０ａに対して下方向側に隣接する第２平板弾性部材２６０ｂに対しては、平板状部材２２０に外力が加わると、第１平板弾性部材２６０ａの下方向側のスペーサが外力により押圧され、当該第２平板弾性部材２６０ｂにおいてスペーサが位置していない領域を押圧する。このように第２平板弾性部材２６０ｂはスペーサが位置していない領域を押圧され弾性変形する。つまり、平板状部材２２０に加わる外力が、第２平板弾性部材２６０ｂの弾性変形により受け止められる。
一方、第２平板弾性部材２６０ｂを基準にした場合も同様である。つまり、平板状部材２２０に外力が加わると、第２平板弾性部材２６０ｂを基準として上方向側及び下方向側のいずれのスペーサも、第１平板弾性部材２６０ａにおいてスペーサが位置していない領域を押圧する。これにより、第１平板弾性部材２６０ａが弾性変形する。つまり、平板状部材２２０に加わる外力が、第１平板弾性部材２６０ａの弾性変形により受け止められる。
このような第１平板弾性部材２６０ａ及び第２平板弾性部材２６０ｂの相互による弾性変形量を合計することで、平板状部材２２０に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。つまり、一の平板弾性部材２６０の弾性変形による変位が小さくても、複数の平板弾性部材２６０それぞれの弾性変形による変位を合計することで、より大きな変位を得ることができる。
また、上記構成によれば、平板状部材２２０は複数の平板弾性部材２６０が積層されて構成されているため、平板状部材２２０に加わる外力が複数の平板弾性部材２６０によって受け止められる。また、平板弾性部材２６０は、当該外力をその板状面によって受け止める。よって、１つの平板弾性部材２６０が受ける荷重を小さくできる。これにより、１つの平板弾性部材２６０が荷重（外力）を受けた場合に生じる内部発生応力を小さくして使用温度における許容応力やクリープ許容応力を超える事態を抑制でき、結果としてクリープ変形に対する耐久性を向上できる。さらに、上記構成によれば、１つの弾性体の弾性変形によって外力を受け止める場合に比べて、平板状部材２２０の変位方向、ここでは積層方向の厚みを小さくできる。よって、平板状部材２２０の小型化を図ることができる。
このようにして、電気化学素子積層体Ｓ等が膨張した際にも、平板状部材２２０に加える締め付け圧力に対して平板状部材２２０をより大きく変位させて電気化学素子積層体Ｓ等を適切に締め付けることが可能な小型、軽量かつ低コストの電気化学モジュールを達成できる。
なお、積層方向において隣接する棒状部材２６１が、長手方向において同程度の位置に位置している場合には、平板状部材２２０に外力が加わると、同程度の位置の複数の棒状部材２６１によって複数の平板弾性部材２６０が押圧される。よって、平板状部材２２０への外力が複数の平板弾性部材２６０に効率よく伝達され、複数の平板弾性部材２６０が弾性変形する。そのため、平板弾性部材２６０に加わる外力に対してより大きな変位を得ることができる。
また、同様の構成の平板弾性部材２６０及び棒状部材２６１を積層して平板状部材２２０を構成できるため、平板状部材２２０の製造が容易である。
（３－４）第１の例による平板状部材２２０の変位について
本実施形態の平板状部材２２０の変位を評価するため、比較例の弾性体を次の通り用意した。
比較例の弾性体は、厚さ０．３ｍｍのステンレス薄板を波板状に加工した。この弾性体の電気化学素子Ａの積層方向の高さは１０ｍｍ、ピッチ（波の頂点と頂点との間の間隔）を１０ｍｍとした。この比較例の弾性体に１８００Ｎの荷重（外力）を加えると、０．８ｍｍの変位が得られた。
必要とする変位が１．０ｍｍである場合、上記の０．８ｍｍでは不足している。そこで、変位を大きくするために、比較例の弾性体の厚さを０．３ｍｍよりも薄くすることが考えられる。このように厚みを薄くした場合、１８００Ｎの荷重を比較例の弾性体に加えると、比較例の弾性体の内部発生応力が使用温度におけるクリープ許容応力を超え、クリープ変形が生じた。
一方、本実施形態の平板状部材２２０としては、図５に示す上記の第１の例を採用した。
上述したように、平板弾性部材２６０の厚みＴ１＝０．３ｍｍ、棒状部材２６１の直径φ＝０．８ｍｍ、平板弾性部材２６０を挟んで上下で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬ１＝５ｍｍ、平板弾性部材２６０の上面で隣接する棒状部材２６１の間隔はＬ２＝１０ｍｍとした。７枚の平板弾性部材２６０を積層した。この本実施形態の平板状部材２２０に１８００Ｎの荷重を加えると、１．４ｍｍの変位が得られた。よって、同じ荷重を加えた場合でも、比較例の弾性体に比べてより大きな変位が得られた。また、１枚の平板弾性部材２６０に加わる荷重が小さいため、平板弾性部材２６０にクリープ変形は生じなかった。つまり、本実施形態の平板状部材２２０の場合には、平板弾性部材２６０の許容応力の範囲内で大きな変位が得られた。
また、本実施形態の平板状部材２２０の積層方向の高さＨ１＝８．５ｍｍであり、比較例の弾性体の積層方向の高さ＝１０ｍｍよりも小さい。よって、平板状部材２２０を小型化できた。
（４）電気化学モジュールＭの具体的構成
次に、図１及び図４を用いて、電気化学モジュールＭの具体的構成について説明する。図１の電気化学素子積層体Ｓの詳細が図１に示されている。
図１及び図４に示すように、電気化学モジュールＭは、電気化学素子積層体Ｓを内装する容器２００（上蓋２０１及び下蓋２０３）と、容器２００の外部から供給路４を介して内部流路Ａ１に第１ガスを供給する第１ガス供給部６１と、反応後の第１ガスを排出する第１ガス排出部６２と、容器２００の外部から通流部Ａ２に第２ガスを供給する第２ガス供給部７１と、反応後の第２ガスを排出する第２ガス排出部７２と、電気化学反応部３における電気化学反応に伴う出力を得る出力部８とを備え、
容器２００内に、第２ガス供給部７１から供給される第２ガスを通流部Ａ２に分配供給する分配室９を備えている。
分配室９は、電気化学素子積層体Ｓに対して当該電気化学素子積層体Ｓへ第２ガスを供給する側に位置する空間であり、
通流部Ａ２は、空間側に開口形成されて当該空間と連通している。
電気化学素子積層体Ｓは、容器２００に対して、一対の集電体８１、８２に挟持された状態で内装されており、この集電体８１、８２に出力部８が延設され、容器２００外部の電力供給先に電力供給自在に接続されるとともに、集電体８１，８２は容器２００に対して少なくとも一方が電気的に絶縁され、かつ、第１ガスが容器２００に対して気密になるように収容されている。
これにより電気化学モジュールＭは、第１ガス供給部６１から燃料ガスを供給するとともに、第２ガス供給部７１から空気を供給することで、図１、４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１ガス供給部６１から供給された燃料ガスは、電気化学素子積層体Ｓの最上部の電気化学素子Ａの第１貫通部４１より供給路４に誘導され、第１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２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。
ちなみに、第２板状体２（板状支持体１０の一部）を基準にすると、波板状の第２板状体２部分が第１板状体１（板状支持体１０の一部）から膨出する部分で第１板状体１と第２板状体２との間に内部流路Ａ１が形成されるとともに、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に接触して電気接続可能にする。一方、波板状の第２板状体２が第１板状体１と接触する部分が第１板状体１と電気接続し、第２板状体２と隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３との間に通流部Ａ２を形成する。
図２６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１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１７，図２０，図２３参照）、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１７，図１９，図２３参照）。この場合、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に均等に第１ガス（燃料ガス）を分配でき、各電気化学素子において均等に電気化学出力を生成させることができる。
すると、内部流路Ａ１に進入した燃料ガスは気体通流許容部１Ａを介して電極層３１、電解質層３２に進入できる。また、燃料ガスは、電気化学反応済みの燃料ガスとともに、さらに内部流路Ａ１を進み、合流部Ａ１３、第２貫通部５１を介して、第２環状シール部５２によって形成される排出路５に進み、他の電気化学素子Ａからの電気化学反応済みの燃料ガスとともに第１ガス排出部６２より容器２００外に排出される。
一方、第２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、さらに電気化学反応部３に沿って通流部Ａ２を進み第２ガス排出部７２より容器２００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３で生じた電力は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３と第２板状体２との接触により集電体８１，８２どうしの間で直列に接続され、合成出力が出力部８より取り出される形態となる。
電気化学素子積層体Ｓの構成については、後で詳述する。
（５）平板状部材の変形例
（ａ）上記では、上部及び下部平板状部材２２０Ｔ、２２０Ｂが設けられているが、いずれか一方の平板状部材２２０のみが設けられていてもよい。ただし、上部及び下部平板状部材２２０Ｔ、２２０Ｂが設けられている場合には、電気化学素子積層体Ｓに対して上部及び下部から平板状部材２２０により締め付け圧力を負荷できるので、電気化学素子積層体Ｓの平面に対してより均一に締め付け圧力を負荷できるので好ましい。
（ｂ）上記では、平板状部材２２０の熱膨張率は、容器２００を構成する部材の熱膨張率よりも大きい場合を一例として記載した。しかし、熱膨張により生じた電気化学素子積層体Ｓと容器２００との間の間隔を、平板状部材２２０の膨張により補完できればよく、このような熱膨張率の関係に限定されない。
例えば、平板状部材２２０の熱膨張率は、容器２００を構成する部材の熱膨張率と同程度であってもよく、あるいは、小さくてもよい。
（ｃ）上記では、平板状部材２２０は、膨張による電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００間の間隔の変動を調整する場合について説明した。しかし、収縮による電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００間の間隔の変動についても、平板状部材２２０を採用できる。
（ｄ）上記では、平板状部材２２０は、発電に伴う温度変化だけではなく、例えば、電気化学モジュールＭに加わる振動、外圧、湿度及び外気温等の変化によって生じる電気化学素子積層体Ｓ及び容器２００等の膨張及び収縮を受け止めることもできる。
（ｅ）上記では、電気化学モジュールＭは、絶縁性を有する絶縁体２１０などの機能層が設けられている。電気化学モジュールＭは、上記に示す機能層に加えて、あるいは、代えて別途の機能層を設けてもよい。
（ｆ）上記では、下蓋２０３と上蓋２０１とは溶接により結合している。しかし、下蓋２０３と上蓋２０１との結合は溶接に限られず、例えば、ボルト等により結合されてもよい。
（６）別の形態の電気化学モジュールＭ
以下に、上記実施形態の電気化学モジュールＭとは異なる形態の電気化学モジュールＭ２について例に挙げて説明する。
電気化学モジュールＭ２について、図１４を用いて説明する。電気化学モジュールＭ２は、図１の電気化学モジュールＭとは、容器２００に上面部２０１ｄ及び下面部２０３ｄが設けられている点、上部及び下部プレート２３０Ｔ及び２３０Ｂが省略されている点が主に異なる。
さらに、電気化学モジュールＭ２では、図１５及び図１６に示すように、下蓋２０３と上蓋２０１とがボルトにより結合されている。具体的には、下蓋２０３の縁部と上蓋２０１の縁部とが対向しており、縁部の複数箇所に複数の締結部材２５０が締結されている。締結部材２５０は、頭部及び軸部を有するボルト２５１とナット２５３とから構成されている。ボルト２５１の軸部が下蓋２０３の縁部及び上蓋２０１の縁部の貫通孔に挿通され、ナット２５３がボルト２５１に締結される。これにより、下蓋２０３の縁部と上蓋２０１とが結合されている。
ただし、下蓋２０３と上蓋２０１とは溶接により結合されていてもよい。
図１４についてさらに説明すると、上蓋２０１は、電気化学素子積層体Ｓの平面方向に沿った上面部２０１ｄを有している。また、上蓋２０１は、第１端部２０１ａ及び第２端部２０１ｂを有している。そして、第１端部２０１ａの内方側の終端から連続的に上面部２０１ｄが延びている。第１端部２０１ａと上面部２０１ｄとの間の所定箇所には、図１４～図１６に示すように第１ガス供給部６１及び第１ガス排出部６２をそれぞれ構成する筒状部２０１ｅが設けられている。図１４の上蓋２０１のその他の構成は、図１の上蓋２０１と同様である。
一方、下蓋２０３は、電気化学素子積層体Ｓの平面方向に沿った下面部２０３ｄを有している。図１６の下蓋２０３のその他の構成は、図１５の下蓋２０３と同様である。
また、電気化学モジュールＭ２は、電気化学素子積層体Ｓの上部に、電気化学素子積層体Ｓ側から外側に向かって順に、上部絶縁体２１０Ｔ、上部平板状部材３２０Ｔを備えている。この場合、筒状部２０１ｅ、第１端部２０１ａ及び上面部２０１ｄに囲まれる空間には、上部絶縁体２１０Ｔ、上部平板状部材３２０Ｔは配置されていない。
また、電気化学モジュールＭ２は、電気化学素子積層体Ｓの下部に、電気化学素子積層体Ｓ側から外側に向かって順に、下部絶縁体２１０Ｂ、下部平板状部材３２０Ｂを備えている。
上部及び下部平板状部材３２０Ｔ、３２０Ｂは、上記の平板状部材２２０と同様の構成である。
上蓋２０１の上面部２０１ｄは、電気化学素子積層体Ｓの上部平面に対向しており、下蓋２０３の下面部２０３ｄは、電気化学素子積層体Ｓの下部平面に対向している。そして、上蓋２０１と下蓋２０３とが結合されることで、電気化学素子積層体Ｓは、その平面に沿って概ね均一に、平板状部材３２０を介して上面部２０１ｄ及び下面部２０３ｄから締め付け圧力を受ける。
なお、筒状部２０１ｅ、第１端部２０１ａ及び上面部２０１ｄに囲まれる空間においても、上部絶縁体２１０Ｔ、上部平板状部材３２０Ｔが配置されていてもよい。
（７）電気化学素子積層体Ｓの具体的構成
次に、電気化学素子積層体Ｓの具体的構成を説明する。電気化学素子積層体Ｓは、複数の電気化学素子Ａが積層されて形成されている。
図１７～図２６を用いて電気化学素子Ａについて説明する。
（電気化学素子）
図１７～図２５に示すように、電気化学素子Ａは、導電性の第１板状体１と導電性の第２板状体２との対向面間に形成された内部流路Ａ１を有する板状支持体１０を備えている。
板状支持体１０は、当該板状支持体１０を構成する第１板状体１及び第２板状体２の少なくとも一部において、当該板状支持体１０の内側である内部流路Ａ１と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部１Ａと、気体通流許容部１Ａの全部又は一部を被覆する状態で、膜状の電極層３１と膜状の電解質層３２と膜状の対極電極層３３とを記載順に有する電気化学反応部３とを備える（図２１～図２５参照）。また、板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１にたとえば燃料ガス等の還元性成分ガス及びたとえば空気等の酸化性成分ガスのうちの一方である第１ガスを供給する供給路４を形成する第１貫通部４１を一端部側に備え、内部流路Ａ１を通流した第１ガスを板状支持体の表面貫通方向外方へ排出する排出路５を形成する第２貫通部５１を他端部側に備える（図１７、図１９，図２４，図２５参照、尚、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。
（板状支持体）
第１板状体１は、電極層３１と電解質層３２と対極電極層３３とを有する電気化学反応部３を支持して電気化学素子Ａの強度を保つ役割を担う。第１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。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、第１板状体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、ＴｉおよびＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金であると特に好適である。
第２板状体２は、第１板状体１と重ね合わされた状態で、周縁部１ａを溶接一体化されて板状支持体１０を構成する（図１８～図２５参照）。第２板状体２は、第１板状体１に対して複数に分割されていてもよく、逆に第１板状体１が第２板状体２に対して複数に分割された状態であってもよい。また、一体化するに際して、溶接に替え、接着、嵌合等他の手段を採用することができ、内部流路を外部と区画して形成できるのであれば、周縁部１ａ以外の部分で一体化してもよい。
第１板状体１は、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を多数設けてなる気体通流許容部１Ａを有する（図２１～図２５参照）。なお、例えば、貫通孔１１は、レーザー加工などにより、第１板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第１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１板状体１における電極層３１が設けられる領域より小さい領域に設けられることが好ましい。
第１板状体１にはその表面に、拡散抑制層としての金属酸化物層１２（後述、図２６参照）が設けられる。すなわち、第１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１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１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１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１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１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１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１板状体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、電極層３１や電解質層３２の材料であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウムドープセリア、ＣＧＯとも呼ぶ）等と熱膨張係数が近い。従って、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も電気化学素子Ａがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。なお、第１板状体１は、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を有する。なお、例えば、貫通孔１１は、機械的、化学的あるいは光学的穿孔加工などにより、第１板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第１板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。第１板状体１に気体透過性を持たせるために、多孔質金属を用いることも可能である。例えば、第１板状体１は、焼結金属や発泡金属等を用いることもできる。
第２板状体２は、第１板状体１の気体通流許容部１Ａに対向する領域において、一端部側から他端部側に向かう複数の副流路Ａ１１、Ａ１１………を備えた内部流路Ａ１を形成する波板状に形成される（図１７，図２１参照）。また、第２板状体２は、表裏両面とも波板状に形成されており、内部流路Ａ１を区画形成する面の反対面は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に電気的に接続し、波型形状の第２板状体２が第１板状体１と接触する部分の近傍に形成される通路が、通流部Ａ２として機能する。この副流路Ａ１１は長方形状に形成される板状支持体１０の長辺に沿って複数平行に設けられており、一端部に設けられる供給路４から他端部に設けられる排出路５に至る内部流路Ａ１を構成する。また、第１貫通部４１と内部流路Ａ１との接続箇所は、第１板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、第１貫通部４１ら供給される第１ガスを副流路Ａ１１の夫々に分配する分配部Ａ１２を備え（図１７参照）、第２貫通部５１と内部流路Ａ１の接続箇所は、第１板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、副流路Ａ１１のそれぞれを通流した第１ガスを集約して第２貫通部５１に導く合流部Ａ１３を備える（図１７，図１９，図２０，図２２～図２５参照、尚、供給路４等と排出路５等とは対称形にて同様の構造であることも理解される）。また、第２板状体２の材料については、耐熱性の金属であることが好ましく、第１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１板状体１と同じ材料でれば、より好ましい。
（電気化学反応部）
（電極層）
電極層３１は、図２１～図２６に示すように、第１板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通孔１１が設けられた領域の全体が、電極層３１に覆われている。つまり、貫通孔１１は第１板状体１における電極層３１が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１１が電極層３１に面して設けられている。
電極層３１は、気体透過性を持たせるため、その内部および表面に複数の細孔を有する。
すなわち電極層３１は、多孔質な層として形成される。電極層３１は、例えば、その緻密度が３０％以上８０％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。なお緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１－空孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。
電極層３１の材料としては、例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ２、Ｃｕ－ＣｅＯ２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、ＣｅＯ２を複合材の骨材と呼ぶことができる。なお、電極層３１は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法やパルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能なプロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに、良好な電極層３１が得られる。そのため、第１板状体１を傷めることなく、また、第１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。
（中間層）
中間層３４は、電極層３１を覆った状態で、電極層３１の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ～２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層３４の材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層３４の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。
中間層３４は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３４が得られる。そのため、第１板状体１を傷めることなく、第１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としては、酸素イオン（酸化物イオン）伝導性を有することが好ましい。また、酸素イオン（酸化物イオン）と電子との混合伝導性を有すると更に好ましい。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２１～図２６に示すように、電解質層３２は、電極層３１および中間層３４を覆った状態で、前記中間層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１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１板状体１に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。
また電解質層３２は、図２１に示すように、第１板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に設けられる。つまり、貫通孔１１は第１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および前記中間層（図示せず）からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、電気化学素子ＡをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、第１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１板状体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。なお、本実施形態では電解質層３２によって電極層３１の周囲をすべて覆っているが、電極層３１および前記中間層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、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ（化学気相成長）法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性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１板状体１の損傷を抑制し、また、第１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は、その緻密度が９５％以上であると好ましく、９８％以上であるとより好ましい。また、電解質層３２が、複数の層状に構成されているような場合は、そのうちの少なくとも一部が、緻密度が９８％以上である層（緻密電解質層）を含んでいると好ましく、９９％以上である層（緻密電解質層）を含んでいるとより好ましい。このような緻密電解質層が電解質層の一部に含まれていると、電解質層が複数の層状に構成されている場合であっても、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層を形成しやすくできるからである。
（反応防止層）
反応防止層３５は、電解質層３２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。前記反応防止層の材料としては、電解質層３２の成分と対極電極層３３の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層３５の材料として、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Ｓｍ、Ｇｄおよび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１板状体１の損傷を抑制し、また、第１板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。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２１～図２６に示すように、対極電極層３３を、電解質層３２もしくは反応防止層３５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。対極電極層３３の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物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およびＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層３３は、カソードとして機能する。
なお、対極電極層３３の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、第１板状体１の損傷を抑制し、また、第１板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＤＶ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。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。
このような電気化学反応部３を構成することで、電気化学反応部３を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、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。例えば、第１板状体１の裏側の面から貫通孔１１を通じて第１ガスとしての水素を含む燃料ガスを電極層３１へ供給し、電極層３１の対極となる対極電極層３３へ第２ガスとしての空気を供給し、例えば７００℃程度の作動温度に維持する。そうすると、対極電極層３３において空気に含まれる酸素Ｏ２が電子ｅ－と反応して酸素イオンＯ２－が生成される。その酸素イオンＯ２－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、供給された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が酸素イオンＯ２－と反応し、水Ｈ２Ｏ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Ｈ２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Ｏ２と水素イオンＨ＋、電子ｅ－が反応し水Ｈ２Ｏが生成される。
以上の反応により、電極層３１と対極電極層３３との間に電気化学出力として起電力が発生する。この場合、電極層３１は燃料電池の燃料極（アノード）として機能し、対極電極層３３は空気極（カソード）として機能する。
また、図２１～図２５にて省略したが、図２６に示すように、本実施の形態では、電気化学反応部３は電極層３１と電解質層３２との間に中間層３４を備える。さらに、電解質層３２と対極電極層３３との間には反応防止層３５が設けられる。
（電気化学反応部の製造方法）
次に、電気化学反応部３の製造方法について説明する。尚、図２１～図２５においては、下記中間層３４及び反応防止層３５を省略した記述としているので、ここでは、主に図２６を用いて説明する。
（電極層形成ステップ）
電極層形成ステップでは、第１板状体１の表側の面の貫通孔１１が設けられた領域より広い領域に電極層３１が薄膜の状態で形成される。第１板状体１の貫通孔１１はレーザー加工等によって設けることができる。電極層３１の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第１板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
電極層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。まず電極層３１の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成し、第１板状体１の表側の面に塗布し、８００℃～１１００℃で焼成する。
（拡散抑制層形成ステップ）
上述した電極層形成ステップにおける焼成工程時に、第１板状体１の表面に金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成される。なお、上記焼成工程に、焼成雰囲気を酸素分圧が低い雰囲気条件とする焼成工程が含まれていると元素の相互拡散抑制効果が高く、抵抗値の低い良質な金属酸化物層１２（拡散抑制層）が形成されるので好ましい。電極層形成ステップを、焼成を行わないコーティング方法とする場合を含め、別途の拡散抑制層形成ステップを含めても良い。いずれにおいても、第１板状体１の損傷を抑制可能な１１００℃以下の処理温度で実施することが望ましい。
（中間層形成ステップ）
中間層形成ステップでは、電極層３１を覆う形態で、電極層３１の上に中間層３４が薄層の状態で形成される。中間層３４の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第１板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
中間層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。
まず、中間層３４の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成し、第１板状体１の表側の面に塗布する。そして中間層３４を圧縮成形し（中間層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３４の圧延は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ 、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、中間層３４の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、第１板状体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３４を形成できるためである。また、中間層３４の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うと更に好ましい。これは、中間層３４の焼成温度を低下させる程に、第１板状体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、電気化学素子Ａを形成できるからである。また、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
なお、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
（電解質層形成ステップ）
電解質層形成ステップでは、電極層３１および中間層３４を覆った状態で、電解質層３２が中間層３４の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成されても良い。電解質層３２の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第１板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
緻密で気密性およびガスバリア性能の高い、良質な電解質層３２を１１００℃以下の温度域で形成するためには、電解質層形成ステップをスプレーコーティング法で行うことが望ましい。その場合、電解質層３２の材料を第１板状体１上の中間層３４に向けて噴射し、電解質層３２を形成する。
（反応防止層形成ステップ）
反応防止層形成ステップでは、反応防止層３５が電解質層３２の上に薄層の状態で形成される。反応防止層３５の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第１板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。なお反応防止層３５の上側の面を平坦にするために、例えば反応防止層３５の形成後にレベリング処理や表面を切削・研磨処理を施したり、湿式形成後焼成前に、プレス加工を施してもよい。
（対極電極層形成ステップ）
対極電極層形成ステップでは、対極電極層３３が反応防止層３５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層３３の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、第１板状体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
以上の様にして、電気化学反応部３を製造することができる。
なお電気化学反応部３において、中間層３４と反応防止層３５とは、何れか一方、あるいは両方を備えない形態とすることも可能である。すなわち、電極層３１と電解質層３２とが接触して形成される形態、あるいは電解質層３２と対極電極層３３とが接触して形成される形態も可能である。この場合に上述の製造方法では、中間層形成ステップ、反応防止層形成ステップが省略される。なお、他の層を形成するステップを追加したり、同種の層を複数積層したりすることも可能であるが、いずれの場合であっても、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
（電気化学素子積層体）
図４に示すように、電気化学素子積層体Ｓは、複数の電気化学素子Ａが所定の積層方向に積層されて構成されている。隣接する電気化学素子Ａに関して、一つの電気化学素子Ａ（第１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（第２電気化学素子Ａ）を構成する板状支持体１０とが対向する形態で配置されている。
例えば、一つの電気化学素子Ａ（第１電気化学素子Ａ）は、電気化学反応部３が配置される第１板状体１と第２板状体２とを有する板状支持体１０を備えている。同様に、第１電気化学素子Ａの下方向（第１方向）及び上方向（第２方向）に隣接する第２電気化学素子Ａの板状支持体１０は、電気化学反応部３が配置される第１板状体１と第２板状体２とを有する板状支持体１０を備えている。
第１電気化学素子Ａの第２板状体２の外面と、上方向に隣接する第２電気化学素子Ａの第１板状体１の外面とが電気的に接続される。電気的に接続させるためには、電気伝導性表面部同士を単純に接触させる他、接触面に面圧を印可したり、高電気伝導性の材料を介在させて接触抵抗を下げる方法などが採用可能である。また、第１電気化学素子Ａの第２板状体２の外面と上方向に隣接する第２電気化学素子Ａの第１板状体１の外面との間に、当該両外面に沿って第２ガスが通流する通流部Ａ２が形成される。
また、第１電気化学素子Ａの第１板状体１の外面と、下方向に隣接する第２電気化学素子Ａの第２板状体２の外面とが電気的に接続される。また、第１電気化学素子Ａの第１板状体１の外面と下方向に隣接する第２電気化学素子Ａの第２板状体２の外面との間に、当該両外面に沿って第１ガスが通流する副流路Ａ１１（内部流路Ａ１の一部）が形成される。
このような複数の電気化学素子Ａが積層配置されている。具体的には、長方形状の各電気化学素子が一端部の第１貫通部４１と他端部の第２貫通部５１とを揃えた状態で、それぞれの電気化学素子の電気化学反応部が上向きになる状態で整列されて積層される。そして、各第１貫通部４１どうしの間に第１環状シール部４２が介在し、第２貫通部５１どうしの間に第２環状シール部５２が介在している。
板状支持体１０には、表面貫通方向外方から内部流路Ａ１に還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの一方である第１ガスを供給する供給路４を形成する第１貫通部４１が、長方形状の板状支持体１０の長手方向一端部側に備えられている。通流部Ａ２内において、板状支持体１０の両外面に夫々形成される第１貫通部４１が、通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第１環状シール部４２を備えている。また、第１貫通部４１及び第１環状シール部４２により、第１ガスを内部流路Ａ１に供給する供給路４が形成される。尚、第１板状体１における第１環状シール部４２の接当する部位の周囲には第１板状体１における前記内部流路Ａ１とは反対側面に環状の膨出部aを設けており、第１環状シール部４２の第１板状体１の面に沿う方向での位置決めを容易にしてある。
また、板状支持体１０には、内部流路Ａ１を通流した第１ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ排出する排出路５を形成する第２貫通部５１が他端部側に備えられている。第２貫通部５１は、第２ガスと区画された状態で第１ガスを通流させる構成である。第２貫通部５１は、通流部Ａ２内において、板状支持体１０の両外面に夫々形成される第２貫通部５１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第２環状シール部５２を備えている。第２貫通部５１及び第２環状シール部５２により、内部流路Ａ１を通流した第１ガスを排出する排出路５が形成される。
第１、第２環状シール部４２，５２は、アルミナなどのセラミクスア材料や、マイカ、もしくはこれらを被覆した金属等の絶縁性材料からなり、隣接する電気化学素子どうしを電気的に絶縁する絶縁シール部として機能する。
（８）エネルギーシステム、電気化学装置
次に、エネルギーシステム、電気化学装置について図２７を用いて説明する。
エネルギーシステムＺは、電気化学装置１００と、電気化学装置１００から排出される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器１９０とを有する。
電気化学装置１００は、電気化学モジュールＭと、脱硫器１０１と改質器１０２からなる燃料変換器を有し、電気化学モジュールＭに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部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としてのインバータ（電力変換器の一例）１０４とを有する。
詳しくは電気化学装置１００は、脱硫器１０１、改質水タンク１０５、気化器１０６、改質器１０２、ブロア１０７、燃焼部１０８、インバータ１０４、制御部１１０、およ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から供給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から供給された改質ガスと、ブロア１０７から供給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から排出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およ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に供給される。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に供給される。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、容器２００外にて合流された改質水と原燃料とが気化器１０６に供給される。
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に供給される。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１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に供給される。
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１９０に送られる。燃焼排ガス排出路１１６には燃焼触媒部１１７（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去される。
熱交換器１９０は、燃焼部１０８における燃焼で生じた燃焼排ガスと、供給される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。すなわち熱交換器１９０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。
なお、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）排出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１ガス排出部６２より容器２００外に流通される反応排ガスの少なくとも一部を図２７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。
〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）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。
（１）上記実施形態では、電気化学素子ＡがＳＯＦＣである電気化学モジュールＭに平板状部材２２０を適用した。しかし、上記の平板状部材２２０は、ＳＯＥＣ（Solid Oxide Electrolyzer Cell）及び二次電池等にも適用可能である。
（２）上記の実施形態では、電気化学素子Ａを電気化学装置１００としての固体酸化物形燃料電池に用いたが、電気化学素子Ａは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。また、電気化学素子Ａは、電気化学素子積層体Ｓや電気化学モジュールＭとして複数組み合わせて用いるのに限らず、単独で用いることも可能である。
すなわち、上記の実施形態では、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効率を向上できる構成について説明した。
つまり、上記の実施形態では、電気化学素子Ａ及び電気化学モジュールＭを燃料電池として動作させ、電極層３１に水素ガスが流通され、対極電極層３３に酸素ガスが流通される。そうすると、対極電極層３３において酸素分子Ｏ２が電子ｅ－と反応して酸素イオンＯ２－が生成される。その酸素イオンＯ２－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、水素分子Ｈ２が酸素イオンＯ２－と反応し、水Ｈ２Ｏと電子ｅ－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との間に起電力が発生し、発電が行われる。
一方、電気化学素子Ａ及び電気化学モジュールＭを電解セルとして動作させる場合は、電極層３１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３１と対極電極層３３との間に電圧が印加される。そうすると、電極層３１において電子ｅ－と水分子Ｈ２Ｏ、二酸化炭素分子ＣＯ２が反応し水素分子Ｈ２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ２－となる。酸素イオンＯ２－は電解質層３２を通って対極電極層３３へ移動する。対極電極層３３において酸素イオンＯ２－が電子を放出して酸素分子Ｏ２となる。以上の反応により、水分子Ｈ２Ｏが水素Ｈ２と酸素Ｏ２とに、二酸化炭素分子ＣＯ２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Ｏ２とに電気分解される。
水蒸気と二酸化炭素分子ＣＯ２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Ａ及び電気化学モジュールＭ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などを合成する燃料変換器２５（図２９）を設けることができる。燃料供給部（図示せず）により、この燃料変換器２５が生成した炭化水素等を電気化学素子Ａ及び電気化学モジュールＭに流通したり、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できる。
図２９には、電気化学反応部３を電解セルとして動作させる場合のエネルギーシステムＺおよび電気化学装置１００の一例が示されている。本システムでは供給された水と二酸化炭素が電気化学反応部３において電気分解され、水素及び一酸化炭素等を生成する。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２９の熱交換器２４を、燃料変換器２５で起きる反応によって生ずる反応熱と水とを熱交換させ気化させる排熱利用部として動作させるとともに、図２９中の熱交換器２３を、電気化学素子Ａによって生ずる排熱と水蒸気および二酸化炭素とを熱交換させ予熱する排熱利用部として動作させる構成とすることにより、エネルギー効率を高めることが出来る。
また、電力変換器９３は、電気化学素子Ａに電力を流通する。これにより、上記のように電気化学素子Ａは電解セルとして作用する。
よって、上記構成によれば、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学装置１００及びエネルギーシステムＺ等を提供することができる。
（３）上記の実施形態では、電極層３１の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用い、対極電極層３３の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用いた。このように構成された電気化学素子Ａは、電極層３１に水素ガスを供給して燃料極（アノード）とし、対極電極層３３に空気を供給して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いることが可能である。この構成を変更して、電極層３１を空気極とし、対極電極層３３を燃料極とすることが可能なように、電気化学素子Ａを構成することも可能である。すなわち、電極層３１の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層３３の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2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に空気を供給して空気極とし、対極電極層３３に水素ガスを供給して燃料極とし、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。
（４）上述の実施形態では、第１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１板状体１と反対側に対極電極層３３を配置した。電極層３１と対極電極層３３とを逆に配置する構成も可能である。つまり、第１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１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への気体の供給についても変更する必要がある。
すなわち、電極層３１と対極電極層３３の順や第１ガス、第２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１ガス、第２ガスが適正に反応する形態で供給されるよう配置されていれば、種々形態を採用しうる。
（５）また、上述の実施形態では、気体通流許容部１Ａを覆って電気化学反応部３を、第１板状体１の第２板状体２とは反対側に設けたが、第１板状体１の第２板状体２側に設けてもよい。すなわち、電気化学反応部３は内部流路Ａ１に配置される構成であっても本発明は成り立つ。
（６）上記では、容器（第１挟持体、第２挟持体）２００により電気化学素子積層体Ｓを挟持している。しかし電気化学素子積層体Ｓが挟持できれば、容器２００を用いる必要はない。例えば、エンドプレート（第１挟持体、第２挟持体）等で電気化学素子積層体Ｓを挟持してもよい。
（７）上記実施の形態では、第１貫通部４１、第２貫通部５１を長方形状の板状支持体の両端部に一対設ける形態としたが、両端部に設ける形態に限らず、また、２対以上設ける形態であってもよい。また、第１貫通部４１、第２貫通部５１は、対で設けられている必要はない。よって、第１貫通部４１、第２貫通部５１それぞれが、１個以上設けられることができる。
さらに、板状支持体は長方形状に限らず、正方形状、円形状等種々形態を採用することができる。
（８）第１、第２環状シール部４２，５２は、第１、第２貫通部４１、５１どうしを連通させてガスの漏洩を防止できる構成であれば形状は問わない。つまり、第１、第２環状シール部４２，５２は、内部に貫通部に連通する開口部を有する無端状の構成で、隣接する電気化学素子Ａどうしの間をシールする構成あればよい。第１、第２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。
（９）上記では、板状支持体１０は、第１板状体１及び第２板状体２により構成されている。ここで、第１板状体１と第２板状体２とは、別体の板状体から構成されていてもよいし、図２８に示すように一の板状体から構成されていてもよい。図２８の場合、一の板状体が折り曲げられることで、第１板状体１と第２板状体２とが重ね合される。そして、周縁部１ａが溶接等されることで第１板状体１と第２板状体２とが一体化される。なお、第１板状体１と第２板状体２とは一連の継ぎ目のない板状体から構成されていてもよく、一連の板状体が折り曲げられることで図２８のように成型されてもよい。
また、後述しているが、第２板状体２が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。同様に、第１板状体１が一の部材から構成されていてもよいし、２以上の部材から構成されていてもよい。
（１０）上記の第２板状体２は、第１板状体１とともに内部流路Ａ１を形成する。内部流路Ａ１は、分配部Ａ１２、複数の副流路Ａ１１、合流部Ａ１３を有している。分配部Ａ１２に供給された第１ガスは、図１７に示すように、複数の副流路Ａ１１それぞれに分配して供給され、複数の副流路Ａ１１の出口で合流部Ａ１３において合流する。よって、第１ガスは、分配部Ａ１２から合流部Ａ１３に向かうガス流れ方向に沿って流れる。
複数の副流路Ａ１１は、第２板状体２のうち分配部Ａ１２から合流部Ａ１３以外の部分を波板状に形成することで構成されている。そして、図２１に示すように、複数の副流路Ａ１１は、第１ガスのガス流れ方向に交差する流れ交差方向での断面視において波板状に構成されている。このような複数の副流路Ａ１１は、図１７に示すガス流れ方向に沿って波板が延びて形成されている。複数の副流路Ａ１１は、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間で一連の波状の板状体から形成されていてもよいし、２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。複数の副流路Ａ１１は、例えば、ガス流れ方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよいし、流れ交差方向に沿う方向に沿って分離した２以上の波状の板状体から構成されていてもよい。
また、複数の副流路Ａ１１は、図２１に示すように同一形状の山及び谷が繰り返し形成されることで波形に構成されている。しかし、第２板状体２は、複数の副流路Ａ１１が形成される領域において板状部分を有していてもよい。例えば、複数の副流路Ａ１１は、板状部分と突状部分とが交互に形成されることで構成されていてもよい。そして、突状部分を第１ガス等の流体が通流する部分とすることができる。
（１１）上記の第２板状体２において複数の副流路Ａ１１に相当する部分は、全面が波板状に形成されている必要はなく、少なくとも一部が波板状に形成されていればよい。第２板状体２は、例えば、分配部Ａ１２と合流部Ａ１３との間において、ガス流れ方向の一部が平板状であり、残りが波板状であってもよい。また、第２板状体２は、流れ交差方向の一部が平板状であり、残りが波板状であってもよい。
（１２）上記の内部流路Ａ１には、発電効率の向上が可能な構造体を設けることができる。このような構成について以下に説明する。上記実施形態と重複する部分は記載を簡略化するか省略する。
（Ｉ）電気化学モジュールＭの具体的構成
次に、図３０～図４７等を用いて、電気化学モジュールＭの具体的構成について説明する。電気化学モジュールＭには図４に示す電気化学素子積層体Ｓが含まれる。
ここで、図３０～図４７等に示すように、電気化学素子積層体Ｓの積層方向は＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）である。また、第１板状体１及び第２板状体２の間において第１ガスが第１ガス供給部６１側から第１ガス排出部６２側に通流する方向、同様に第１板状体１及び第２板状体２の間において第２ガスが第２ガス供給部７１側から第２ガス排出部７２側に通流する方向は、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）に交差する＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）である。また、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向（Ｚ方向）及び＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）に交差する方向は、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向）である。そして、ＸＺ平面とＸＹ平面とＹＺ平面とは互いに概ね直交している。
図４及び図３０等に示すように、電気化学モジュールＭは、供給路４を介して内部流路Ａ１に第１ガスを供給する第１ガス供給部６１と、反応後の第１ガスを排出する第１ガス排出部６２と、外部から通流部Ａ２に第２ガスを供給する第２ガス供給部７１と、反応後の第２ガスを排出する第２ガス排出部７２と、電気化学反応部３における電気化学反応に伴う出力を得る出力部８とを備え、容器２００内に、第２ガス供給部７１から供給される第２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１ガス供給部６１から燃料ガス（第１ガスという場合もある）を供給するとともに、第２ガス供給部７１から空気（第２ガスという場合もある）を供給することで、図４、図３０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１ガス供給部６１から供給された燃料ガスは、電気化学素子積層体Ｓの最上部の電気化学素子Ａの第１貫通部４１より供給路４に誘導され、第１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２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。
ちなみに、第２板状体２（板状支持体１０の一部）を基準にすると、波板状の第２板状体２部分が第１板状体１（板状支持体１０の一部）から膨出する部分で第１板状体１と第２板状体２との間に内部流路Ａ１が形成されるとともに、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３に接触して電気接続可能にする。一方、波板状の第２板状体２が第１板状体１と接触する部分が第１板状体１と電気接続し、第２板状体２と隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３との間に通流部Ａ２を形成する。
図４６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１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３０～図３３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３０～図３３等参照）。
ここで、図３０等に示すように、内部流路Ａ１は、分配部Ａ１２と、複数の副流路Ａ１１と、後述の合流部Ａ１３とを有している。また、内部流路Ａ１は、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１との間の供給バッファ部１４４と、複数の副流路Ａ１１と合流部Ａ１３との間の排出バッファ部１５４とを有している。
この内部流路Ａ１は、第１板状体１と第２板状体２とが対向する空間により形成されている。本実施形態では、第１板状体１は平板状であり、後述の気体通流許容部１Ａが形成されている。第２板状体２は、積層方向に対して上方向に突出する部分と、下方向に凹む部分とを有している。よって、第１板状体１と第２板状体２とが対向して組み合わされることで、第２板状体２の上方向に突出する部分が第１板状体１と当接する。そして、第２板状体２の下方向に凹む部分と第１板状体１とにより、分配部Ａ１２、供給バッファ部１４４、複数の副流路Ａ１１、排出バッファ部１５４及び合流部Ａ１３等の各部が仕切られた空間が形成される。
後で詳述するが、燃料ガスの通流方向に沿う方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））において、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１との間に供給構造体１４０が設けられている。供給構造体１４０は、分配部Ａ１２に燃料ガスを一時的に貯留させ、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１への燃料ガスの供給を制限する。
また、燃料ガスの通流方向に沿う方向において、複数の副流路Ａ１１と合流部Ａ１３との間に排出構造体１５０が設けられている。排出構造体１５０は、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への燃料ガスの排出を制限する。
燃料ガスは、第１ガス供給部６１、第１環状シール部４２、第１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に供給され燃料ガスは、供給構造体１４０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、排出構造体１５０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２貫通部５１、第２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１ガス排出部６２より外に排出される。
一方、第２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、さらに電気化学反応部３に沿って通流部Ａ２を進み第２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３で生じた電力は、隣接する電気化学素子Ａの電気化学反応部３と第２板状体２との接触により集電体８１，８２どうしの間で直列に接続され、合成出力が出力部８より取り出される形態となる。
電気化学素子積層体Ｓの構成については、後で詳述する。
（ＩＩ）内部流路及び第２板状体の構成
第１板状体１と第２板状体２とが対向して形成される内部流路Ａ１の構成についてさらに説明する。
本実施形態では、平板状の第１板状体１と、積層方向に沿って上方（＋Ｚ方向）に突出するように、あるいは、積層方向に沿って下方（－Ｚ方向）に凹むように凹凸に形成された第２板状体２とが互いに対向して組み合わされた内面に内部流路Ａ１が形成される。内部流路Ａ１には、分配部Ａ１２、供給バッファ部１４４、複数の副流路Ａ１１、排出バッファ部１５４及び合流部Ａ１３が含まれる。また、内部流路Ａ１には、第１ガスが通過する、供給通過部１４１（供給構造体１４０の一部）及び排出通過部１５１（排出構造体１５０の一部）も含まれる。
なお、第１ガス供給部６１、第１環状シール部４２、第１貫通部４１等が設けられている供給路４側と、第１ガス排出部６２、第２環状シール部５２、第２貫通部５１等が設けられている排出路５側とは対称の構造である。図３１～図３３、図３５～図３８等においては、第１ガス排出部６２、第２環状シール部５２、第２貫通部５１等が設けられている排出路５側の断面図を示している。一方、図３９～図４５等においては、第１ガス供給部６１、第１環状シール部４２、第１貫通部４１等が設けられている供給路４側の断面図を示している。そして、図３１～図３３、図３５～図３８等の排出路５側の断面図では、第１ガスは複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３を経て第２貫通部５１等に排出される方向に通流する。一方、図３９～図４５等の供給路４側の断面図では、第１ガスは第１貫通部４１等を経て分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に供給される方向に通流する。
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１ガスを供給するためのバッファ部である。また、分配部Ａ１２は、第１ガスの通流方向（＋Ｘ方向から－Ｘ方向に向かう方向）において、内部流路Ａ１のうち複数の副流路Ａ１１の上流側に設けられている。図３０、図４５等に示すように、分配部Ａ１２には、通流方向との交差方向（＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向））及び通流方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））の概ね中央部に、第２板状体２を貫通する第１貫通部４１が形成されている。第１ガスは、第１ガス供給部６１、第１環状シール部４２、第１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。
第１板状体１と第２板状体２とは、図３１～図４５等に示すように、第１板状体１の縁部と第２板状体２の縁部とが周縁部１ａにおいて溶接されることで一体化されている。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２板状体２を加工することで形成されている。さらに言えば、分配部Ａ１２は、供給阻止部１４２（供給構造体１４０の一部）において積層方向において位置が異なるように形成されている。つまり、図４２等に示すように、積層方向において、分配部Ａ１２の上面は供給阻止部１４２の上面よりも下方に位置する。そして、供給阻止部１４２の上面は第１板状体１の下面に当接している。これにより、分配部Ａ１２に導入された第１ガスは、積層方向の上方に突出する供給阻止部１４２により分配部Ａ１２からの排出が制限され、凹状に形成された分配部Ａ１２に一時的に貯留される。
また、分配部Ａ１２は、上面視において、図３０等に示すように＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向）に長い。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１ガスが通流する複数の副流路Ａ１１は、図３０～図４７等に示すように、通流方向に沿って、つまり＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向）に沿って延びている。そして、複数の副流路Ａ１１は、前述の通り、Ｙ方向に間隔をおいて平行に並んで配置されている。第２板状体２は、図３０～図４７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１６０と、隣接する副流路形成部１６０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１６１とを有している。図４６等に示すように、副流路形成部１６０は底面を有する凹状に形成されており、仕切部１６１の上面は副流路形成部１６０の底面よりも積層方向の上方に位置している。そして、仕切部１６１の上面は第１板状体１の下面に当接している。これにより、各副流路Ａ１１が分離されており、各副流路Ａ１１内それぞれを第１ガスが通流方向に沿って通流する。
なお、副流路Ａ１１は、図３０等では、供給構造体１４０の近傍から排出構造体１５０の近傍まで、通流方向に沿って延びている。しかしこれに限定されず、副流路Ａ１１は、供給構造体１４０の近傍から排出構造体１５０の近傍までの一部にのみ形成されていてもよい。つまり、副流路Ａ１１を形成する副流路形成部１６０は、供給構造体１４０の近傍から排出構造体１５０の近傍までの一部にのみ配置されていてもよい。
図４６、図４７に示すように、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向、通流方向と交差する交差方向）において、仕切部１６１の長さＬ３は副流路形成部１６０の長さＬ４より小さい（Ｌ３＜Ｌ４）。Ｌ３＜Ｌ４の場合、図４６等に示すように、仕切部１６１の上面と第１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１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３に向かう第１ガスの量を多くできる。
第２板状体２は、図３０、図３９～図４７等に示すように、通流方向に沿う方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））において、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１との間に供給構造体１４０を有している。供給構造体１４０は、分配部Ａ１２に第１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１ガスの供給を制限する。
供給構造体１４０は、複数の供給通過部１４１及び複数の供給阻止部１４２を有している。供給通過部１４１は、第１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１４２は、第１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４１等に示すように、供給阻止部１４２の上面は供給通過部１４１の上面よりも積層方向の上方に位置しており、第１板状体１の下面に当接している。よって、分配部Ａ１２内の第１ガスは、供給阻止部１４２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１４１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１４２は、例えば図３０、図４７等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１４２は、長辺が＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（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１４２の間に供給通過部１４１が設けられている。つまり、供給通過部１４１は、隣接する供給阻止部１４２の短辺が対向する区間に設けられている。
図４７に示すように、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向、通流方向と交差する交差方向）において、供給阻止部１４２の長さＬ２は供給通過部１４１の長さＬ１よりも大きい（Ｌ２＞Ｌ１）。また、供給通過部１４１の長さＬ１は、仕切部１６１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１４１を介して押し出された第１ガスを仕切部１６１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１４４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１ガスの量、複数の副流路Ａ１１に単位時間に供給すべき第１ガスの量、供給阻止部１４２の数、仕切部１６１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。
上述の通り、各副流路Ａ１１は各仕切部１６１によって仕切られている。通流方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））において、供給通過部１４１には、複数の仕切部１６１のうちいずれかの仕切部１６１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１４２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。
ここで、第１ガスは、分配部Ａ１２から供給通過部１４１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１４１にはいずれかの仕切部１６１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１４１に押し出された第１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１６１に衝突する。仕切部１６１との衝突によって、第１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１４１を経て通流してきた第１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１６１と衝突して交差方向に進む。さらに、交差方向に進んだ第１ガスは、積層方向の上方に突出している供給阻止部１４２によって分配部Ａ１２に戻らず、供給構造体１４０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１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１６０が形成する複数の副流路Ａ１１に導入される。
なお、第１ガスが供給構造体１４０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１４４である。
本実施形態では、通流方向において、１つの供給通過部１４１に対応して１つの仕切部１６１が配置されている。しかし、これに限定されず、１つの供給通過部１４１に対応して複数の仕切部１６１が配置されていてもよい。また、１つの供給通過部１４１に対応して仕切部１６１が配置されておらず、別の１つの供給通過部１４１に対応して仕切部１６１が配置されていてもよい。
また、通流方向において、第１貫通部４１に対応して供給阻止部１４２が設けられている。これにより、第１貫通部４１から分配部Ａ１２に導入された第１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１ガスを一時的に貯留可能である。
供給阻止部１４２の数は、これに限定されないが、例えば２個以上である。また、複数の副流路Ａ１１の数に応じて供給阻止部１４２の数が設定されるのが好ましい。
また、供給阻止部１４２は、上記では、通流方向の交差方向に一列に配置されている。しかし、第１ガスを分配部Ａ１２に一時的に貯留し、複数の副流路Ａ１１に概ね均一に第１ガスを供給できるのであれば、この配置に限定されない。例えば、複数の供給阻止部１４２は、交差方向からずれて配置されてもよい。また、複数の供給阻止部１４２が交差方向に沿って、あるいは交差方向からずれて配置されてもよい。
また、上記では、供給阻止部１４２は長方形状である。しかし、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に均一にガスを供給できるのであれば、供給阻止部１４２の形状はこれに限定されない。例えば、供給阻止部１４２は、正方形状、円形状、楕円形状、三角形状など種々の形状に形成されていてもよい。
また、これに限定されないが、図３０、図４７等の上記実施形態に示すように、複数の供給阻止部１４２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のが好ましい。第１ガスは、分配部Ａ１２の第１貫通部４１から分配部Ａ１２の空間を広がるように分配部Ａ１２に行き亘り、分配部Ａ１２の端面に衝突する。よって、分配部Ａ１２の端面に衝突した第１ガスは、端面で方向を変えて複数の副流路Ａ１１に向かって流れる場合がある。よって、分配部Ａ１２の端部に対応する位置に供給阻止部１４２を設けておくことで、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に即座に第１ガスが流れ出るのを抑制できる。これにより、後述の通り、分配部Ａ１２から各副流路Ａ１１に概ね均一に第１ガスを供給できる。
次に、合流部Ａ１３及び排出構造体１５０について説明する。合流部Ａ１３及び排出構造体１５０は、それぞれ分配部Ａ１２及び供給構造体１４０と同様の構成である。
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１ガスを排出するためのバッファ部である。合流部Ａ１３は、第１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。図３０、図４７等に示すように、合流部Ａ１３には、通流方向及びその交差方向の概ね中央部に、第２板状体２を貫通する第２貫通部５１が形成されている。複数の副流路Ａ１１を通過した第１ガスは、合流部Ａ１３に導入され、第２貫通部５１、第２環状シール部５２、第１ガス排出部６２等を介して外部に排出される。
また、合流部Ａ１３は、排出阻止部１５２（排出構造体１５０の一部）において積層方向において位置が異なるように形成されている。つまり、図３５等に示すように、積層方向において、合流部Ａ１３の上面は排出阻止部１５２の上面よりも下方に位置する。そして、排出阻止部１５２の上面は第１板状体１の下面に当接している。これにより、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３に向かった第１ガスは、積層方向の上方に突出した排出阻止部１５２により合流部Ａ１３への排出が制限され、複数の副流路Ａ１１に一時的に貯留される。
また、合流部Ａ１３は、上面視において、図３０等に示すように＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向）に長い。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２板状体２は、図３０、図３４～図３８、図４７等に示すように、通流方向に沿う方向（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向（Ｘ方向））において、複数の副流路Ａ１１と合流部Ａ１３との間に排出構造体１５０を有している。排出構造体１５０は、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への第１ガスの排出を制限する。
排出構造体１５０は、複数の排出通過部１５１及び複数の排出阻止部１５２を有している。排出通過部１５１は、第１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１５２は、第１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３５等に示すように、排出阻止部１５２の上面は排出通過部１５１の上面よりも積層方向の上方に位置しており、第１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１ガスは、排出阻止部１５２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１５１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１５２は、供給阻止部１４２と同様に、例えば図３０、図４７等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１５２は、長辺が＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（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１５２の間に排出通過部１５１が設けられている。つまり、排出通過部１５１は、隣接する排出阻止部１５２の短辺が対向する区間に設けられている。
図４７に示すように、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向、通流方向と交差する交差方向）において、排出阻止部１５２の長さＬ１２は排出通過部１５１の長さＬ１１よりも大きい（Ｌ１２＞Ｌ１１）。また、排出阻止部１５２の長さＬ１２は副流路形成部１６０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１ガスを排出阻止部１５２に衝突させることでき、後述の排出バッファ部１５４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１ガスの量、合流部Ａ１３から単位時間に排出すべき第１ガスの量、排出阻止部１５２の数、仕切部１６１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。
通流方向において、排出阻止部１５２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１５１には、複数の仕切部１６１のうちいずれかの仕切部１６１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１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１５２に衝突する。排出阻止部１５２との衝突によって、第１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１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１５２と衝突して交差方向に進む。その後、第１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１５１を通過して合流部Ａ１３に導入される。
なお、第１ガスが複数の副流路Ａ１１と排出構造体１５０との間で一時的に貯留される領域が、排出バッファ部１５４である。
また、通流方向において、第２貫通部５１に対応して排出阻止部１５２が設けられている。これにより、複数の副流路Ａ１１を通流した第１ガスが即座に合流部Ａ１３に導入され、第２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１ガスを一時的に貯留可能である。
排出通過部１５１及び排出阻止部１５２の形状、大きさ、配置、数等は、供給通過部１４１及び供給阻止部１４２と同様である。例えば、図４７において、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向（Ｙ方向、通流方向と交差する交差方向）における、排出阻止部１５２の長さＬ１２及び排出通過部１５１の長さＬ１１は、上述の供給阻止部１４２の長さＬ１及び供給通過部１４１の長さＬ２と同一である。
ただし、排出通過部１５１及び排出阻止部１５２の形状、大きさ、配置、数等は、供給通過部１４１及び供給阻止部１４２と異ならせてもよい。例えば、排出通過部１５１の大きさを供給通過部１４１よりも大きくしてもよい。これにより、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に第１ガスを供給する際の供給圧よりも、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への排出圧を小さくしてもよい。分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１にある程度の供給圧で第１ガスを供給して複数の副流路Ａ１１間での流れ分布を一定にしつつ、第１ガスを排出する際にはスムーズに合流部Ａ１３に導入できる。
（ａ）供給構造体及び排出構造体の作用
（ａ１）供給構造体の作用
次に、供給構造体１４０の作用について説明する。
上記構成の供給構造体１４０の供給阻止部１４２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１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１ガスの圧力損失が高くなり、分配部Ａ１２に導入された第１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１４１を介して複数の副流路Ａ１１に第１ガスが供給されるため、第１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１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１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１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。
以上の通り、各副流路Ａ１１間において、通流方向に沿う第１ガスの流れ分布が概ね均一となる。例えば、各副流路Ａ１１間において通流方向のある一の位置を見た場合、当該一の位置に交差する交差方向では、各副流路Ａ１１の第１ガスの流速、流量及び圧力等が概ね一定である。これにより、電気化学反応部３において、第１ガスが不足する部分と、過剰に第１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１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。
なお、上記の分配部Ａ１２、複数の副流路Ａ１１及び供給構造体１４０等の構成を採用しない場合、各副流路Ａ１１における第１ガスの流れ分布が異なり、ある副流路Ａ１１では第１ガスの流速が速く、別の副流路Ａ１１では第１ガスの流速が遅くなる場合がある。第１ガスの流速が遅い副流路Ａ１１では電気化学反応により第１ガスが消費され、第１ガスが不足する。これにより、第１ガスの濃度が低下してしまい、電気化学反応部３の電極層が酸化劣化し、電極性能や機械的強度が低下する恐れがある。一方、第１ガスの流速が速い副流路でＡ１１は第１ガスが電気化学反応において消費される前に排出される。つまり、第１ガスが水素等の燃料ガスである場合には、濃度が高いままの第１ガスが排出され、燃料利用率が低下する。ここで、第１ガスの流速が遅い副流路Ａ１１における第１ガスの不足に対して、各副流路Ａ１１に供給する第１ガスの供給量を増加させることも考えられる。しかし、この場合、第１ガスの流速が速い副流路Ａ１１では、電気化学反応において消費される前に排出される第１ガスの量がさらに増加し、燃料利用率がさらに低下してしまう。これらのことから、各副流路Ａ１１での第１ガスの流れ分布が異なる場合には、電気化学反応の反応効率が低下し、発電効率が低下してしまう。
（ａ２）排出構造体の作用
次に、排出構造体１５０の作用について説明する。
上記構成によれば、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に第１ガスを概ね均一な流れ分布で供給するための供給構造体１４０だけでなく、複数の副流路Ａ１１から第１ガスを合流部Ａ１３に合流させる部分に排出構造体１５０が設けられている。複数の副流路Ａ１１が供給構造体１４０と排出構造体１５０とに挟まれているため、複数の副流路Ａ１１内での第１ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）を概ね均一にしつつ、電気化学反応の反応効率を向上できる。
より具体的に説明すると、上記構成の排出構造体１５０の排出阻止部１５２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１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１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１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１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１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。
（１３）上記実施形態において、電気化学装置は、複数の電気化学素子Ａを備える電気化学モジュールＭを備えている。しかし、上記実施形態の電気化学装置は１つの電気化学素子を備える構成にも適用可能である。
１ ：第１板状体
１Ａ ：気体通流許容部
２ ：第２板状体
３ ：電気化学反応部
９ ：分配室
１０ ：板状支持体
３１ ：電極層
３２ ：電解質層
３３ ：対極電極層
１００ ：電気化学装置
２００ ：容器
２０１ ：上蓋
２０３ ：下蓋
２２０ ：平板状部材
２６０ ：平板弾性部材
２６１ ：棒状部材
２７１ ：スペーサ部分
２７３ ：板状部分
Ａ ：電気化学素子
Ａ ：第２電気化学素子
Ａ ：第１電気化学素子
Ａ１ ：内部流路
Ｍ ：電気化学モジュール
Ｓ ：電気化学素子積層体
Ｚ ：エネルギーシステム

Claims (11)

  1. 電解質層と、前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている第１電極及び第２電極とが、基板に沿って形成されている複数の電気化学素子が、積層方向に積層されている積層体と、
    前記積層方向における前記積層体の第１平面、及び前記第１平面とは反対の第２平面の少なくとも一方に沿って配置されている弾性体と、
    前記積層方向において、前記第１平面を押圧する第１挟持体、及び前記第２平面を押圧する第２挟持板を含み、前記弾性体を介して前記積層体を挟持する挟持体と、
    を備え、
    前記弾性体は、板状面が対向するように前記積層方向に積層されている弾性変形可能な複数の平板弾性部材と、隣接する平板弾性部材の間に位置するスペーサと、を備え、各平板弾性部材を基準にして、前記積層方向のうち第１方向に位置しているスペーサと、前記積層方向のうち前記第１方向とは反対の第２方向に位置しているスペーサとは、前記積層方向に交差する交差方向に沿って互いに離隔して配置されている、電気化学モジュール。
  2. 前記複数の平板弾性部材は、互いに隣接する第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材を含み、
    前記第１平板弾性部材を基準にすると、前記第１方向に位置しているスペーサは、前記第１平板弾性部材に対して前記第１方向に隣接する第２平板弾性部材においてスペーサが位置していない領域に位置している、請求項１に記載の電気化学モジュール。
  3. 前記第１平板弾性部材を基準にすると、前記第１方向に位置しているスペーサと、前記第２方向に位置しているスペーサとは、前記交差方向に沿って交互に配置されている、請求項２に記載の電気化学モジュール。
  4. 前記スペーサは棒状部材である、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気化学モジュール。
  5. 各平板弾性部材は板状部分と、前記スペーサを構成するスペーサ部分とを有しており、
    前記スペーサ部分は、少なくとも１つの平板弾性部材の板状部分から延在して前記第１方向又は前記第２方向に突出するように形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気化学モジュール。
  6. 前記複数の平板弾性部材は、互いに隣接する第１平板弾性部材及び第２平板弾性部材を含み、
    前記第１平板弾性部材において前記第１方向に突出しているスペーサ部分は、前記第１平板弾性部材に対して前記第１方向に隣接する第２平板弾性部材の板状部分に位置している、請求項５に記載の電気化学モジュール。
  7. 前記スペーサが配置されている密度が高い第１領域と、前記スペーサが配置されている密度が低い第２領域とが設けられている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電気化学モジュール。
  8. 前記積層方向において隣接するスペーサは、積層方向視において重畳している、請求項１～７のいずれか１項に記載の電気化学モジュール。
  9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の電気化学モジュールと燃料変換器とを少なくとも有し、前記電気化学モジュールに対して燃料変換器からの還元性成分ガスを流通する、あるいは前記電気化学モジュールから燃料変換器に還元性成分ガスを流通する燃料供給部を有する電気化学装置。
  10. 請求項１～８のいずれか１項に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出すあるい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。
  11. 請求項９または１０に記載の電気化学装置と、前記電気化学装置もしくは燃料変換器から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有するエネルギーシステム。
JP2019069163A 2019-03-29 2019-03-29 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム Active JP7224224B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019069163A JP7224224B2 (ja) 2019-03-29 2019-03-29 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
TW109110715A TW202104766A (zh) 2019-03-29 2020-03-27 彈性體、電化學模組、電化學裝置及能源系統
PCT/JP2020/014326 WO2020203891A1 (ja) 2019-03-29 2020-03-27 弾性体、電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
EP20783047.2A EP3951816A1 (en) 2019-03-29 2020-03-27 Elastic body, electrochemical module, electrochemical device, and energy system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019069163A JP7224224B2 (ja) 2019-03-29 2019-03-29 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020165525A JP2020165525A (ja) 2020-10-08
JP7224224B2 true JP7224224B2 (ja) 2023-02-17

Family

ID=72668189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019069163A Active JP7224224B2 (ja) 2019-03-29 2019-03-29 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3951816A1 (ja)
JP (1) JP7224224B2 (ja)
TW (1) TW202104766A (ja)
WO (1) WO2020203891A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023046606A (ja) * 2021-09-24 2023-04-05 株式会社デンソー ガス回収システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002021928A (ja) 2000-07-07 2002-01-23 Tomutekku:Kk 振動・衝撃吸収板及び機器の支持構造
JP2002367665A (ja) 2001-06-08 2002-12-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタックおよびその加圧保持方法
JP2004288618A (ja) 2003-03-06 2004-10-14 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2008533374A (ja) 2005-03-14 2008-08-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 燃料噴射弁のための中間エレメント
US20120073884A1 (en) 2010-09-29 2012-03-29 Walker Lee Guthrie Sine wave spring

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5848769B2 (ja) * 1976-05-28 1983-10-31 株式会社日立製作所 流体力学的軸受
DE2909973C2 (de) * 1979-03-14 1982-10-21 Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen E.V., 6000 Frankfurt Aerodynamisches federndes Mehrgleitflächenlager
JPS59197614A (ja) * 1983-04-23 1984-11-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 軸受構造
JPS613671U (ja) * 1984-06-13 1986-01-10 三洋電機株式会社 燃料電池の出力端子装置
JP2526256B2 (ja) * 1987-11-17 1996-08-21 清水建設株式会社 構造物の振動抑制装置
US5547286A (en) * 1995-04-18 1996-08-20 United Technologies Corporation Hydrodynamic air thrust bearing with offset bump foils
JP2009170140A (ja) 2008-01-11 2009-07-30 Aiko Kk 電池モジュール加圧スペーサ
US20120112393A1 (en) 2009-07-08 2012-05-10 Captex Co. Ltd Non-linear spring structure and pressure spacer using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002021928A (ja) 2000-07-07 2002-01-23 Tomutekku:Kk 振動・衝撃吸収板及び機器の支持構造
JP2002367665A (ja) 2001-06-08 2002-12-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタックおよびその加圧保持方法
JP2004288618A (ja) 2003-03-06 2004-10-14 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2008533374A (ja) 2005-03-14 2008-08-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 燃料噴射弁のための中間エレメント
US20120073884A1 (en) 2010-09-29 2012-03-29 Walker Lee Guthrie Sine wave spring

Also Published As

Publication number Publication date
EP3951816A1 (en) 2022-02-09
TW202104766A (zh) 2021-02-01
WO2020203891A1 (ja) 2020-10-08
JP2020165525A (ja) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7292259B2 (ja) 電気化学モジュール、電気化学モジュールの組立方法、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7353270B2 (ja) 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置およびエネルギーシステム
JP7224224B2 (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP2023075221A (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7203669B2 (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7345267B2 (ja) 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7353226B2 (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7203668B2 (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
JP7423381B2 (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム
CN115362583A (zh) 环状填充材料、电化学模块、电化学装置、能量系统、固体氧化物型燃料电池及固体氧化物型电解池
JP2022156329A (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セル
JP2022156331A (ja) 金属セパレータ、電気化学ユニット、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解セル

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220906

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221027

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230207

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7224224

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150