TW202121724A - 電化學模組、電化學裝置及能源系統 - Google Patents

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Abstract

目的在於提供可以抑制氣體洩漏的電化學模組、電化學裝置及能源系統。 電化學模組(M)係具備：層積體，係由電極層、電解質層及對極電極層沿著基板而被形成的複數電化學元件，隔著用來讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方的第1氣體流通所需之環狀密封部而朝所定之層積方向被層積而成；和容器(200)，係含有：將層積體的層積方向上的第1平面予以按壓的上蓋(201)、及將與第1平面相反側之第2平面予以按壓的下蓋(203)，藉由上蓋(201)及下蓋(203)而將層積體予以夾持；和被配置在第1平面與上蓋(201)之間，具有彈性的下部平板狀構件(220B)；和在連通環狀密封部的狀態下，被連接至第2平面的第1氣體供給部(61)及第1氣體排出部(62)。

Description

電化學模組、電化學裝置及能源系統
本發明係有關於電化學模組、電化學裝置及能源系統。
於專利文獻1、2的燃料電池堆中，藉由層積複數發電胞而構成了層積體。該層積體，係被配置在其層積方向之兩端的一對長方形狀之端板所夾。在一對端板間係配置有，將一對端板周緣的4個地點予以支持的，朝層積體之層積方向延伸的連結桿。然後，連結桿的兩端部，係以螺栓而被固定在一對端板之各者。因此，一對端板，藉由其周圍之中的4個地點之連結桿所被固定的部分而被支持固定，將被夾在一對端板間的層積體予以緊箍。藉此，對層積體會賦予層積方向之緊箍壓力，抑制內部阻抗之增大，以及抑制反應氣體的密封性之降低，將複數發電胞構成為一體之層積體。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-153679號公報 [專利文獻2]日本特開2016-62852號公報
[發明所欲解決之課題]
在專利文獻1、2中，由於是藉由端板而將層積體之全面予以緊箍，因此對層積體全體賦予大略均勻的緊箍壓力。然而，層積體係具備有：具有陰極、陽極及電解質的電極結構體所被層積的領域、和用來將發電反應所使用之氣體供給至電極結構體以及從電極結構體予以排出所需之供給排出部所被形成之領域。然後，供給排出部，係由對應於複數電極結構體之每一者而被設置的環狀體，隨著複數電極結構體之層積而在層積方向上連接而被形成。例如，即使對電極結構體所被層積之領域的緊箍壓力係為足夠，對供給排出部所被形成之領域的緊箍壓力卻是不足的情況下，則在環狀體與銜接環狀體的構件之間，就會產生間隙。此情況下，氣體就會從該當間隙洩漏。 於是，藉由複數構件朝層積方向而被層積以構成讓氣體流通的流路的情況下，能夠抑制該當複數構件與其他構件之接觸部分的間隙之發生，抑制氣體洩漏為理想。
於是，本發明係有鑑於上述課題而研發，其目的在於提供一種，可抑制層積方向上讓氣體流通的構件與其他構件之間的間隙之發生，並可抑制氣體洩漏的電化學模組、電化學裝置及能源系統。 [用以解決課題之手段]
[構成] 本發明所述之電化學模組的特徵構成重點在於，具備： 層積體，係由電解質層與分別被配置在前記電解質層之兩側的電極層及對極電極層是沿著基板而被形成的複數電化學元件，隔著用來讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方的第1氣體流通所需之環狀密封部而朝所定之層積方向被層積而成；和 夾持體，係含有：將前記層積體的前記層積方向上的第1平面予以按壓的第1夾持體、及將與前記第1平面相反側之第2平面予以按壓的第2夾持體，藉由前記第1夾持體及前記第2夾持體而將前記層積體予以夾持；和 具有彈性的第1平板狀構件，係被配置在前記第1平面與前記第1夾持體之間；和 流通管，係在連通前記環狀密封部的狀態下，被連接至前記第2平面。
在環狀密封部中，係有還原性成分氣體或氧化性成分氣體流通。在對環狀密封部之按壓力為不足的情況下，第1氣體會從環狀密封部與其他構件之接觸部分之間隙洩漏。例如，複數電化學元件係朝層積方向而被層積，藉由所定之緊箍壓力而被按壓，但對環狀密封部而言為必要的按壓力，有時候會變成比對於由電極層、電解質層及對極電極層所構成之電化學反應部的按壓力還大的情況。
若更具體說明，則電化學元件係具有沿著基板而被形成的電極層與電解質層與對極電極層。該電極層、電解質層及對極電極層係成為，接受第1氣體之供給等而進行電化學反應的電化學反應部。然後，複數電化學元件是隔著環狀密封部而朝所定之層積方向被層積，藉由所定之緊箍壓力而被按壓而形成了層積體。
此情況下，由於構成的差異，在層積體之中，有時候，電化學反應部所存在之領域的按壓力，與環狀密封部所存在之領域的按壓力會有所不同。然後，對環狀密封部所存在之領域而言為必要的按壓力，有時候會大於電化學反應部所存在之領域的按壓力。此情況下，若是只對層積體施加電化學反應部所必要的按壓力，則環狀密封部就不是以其所必要的按壓力而被按壓。因此，在環狀密封部與其他構件之接觸部分會發生間隙，第1氣體就會從該當間隙洩漏。
若依據上記特徵構成，則層積體，係從層積體的第1平面側被具有彈性的第1平板狀構件所按壓。另一方面，在層積體的第2平面側設有，與讓第1氣體流通之環狀密封部連通的流通管。因此，層積體，係藉由第1平板狀構件，而往環狀密封部所被連結之供給管及排出管等之配管側被按壓。藉此，可抑制第1氣體從環狀密封部與其他構件之間隙的洩漏。
又，藉由第1平板狀構件，層積體係從第1平面側往流通管所被設置之第2平面側被按壓，因此，可使層積體與流通管的連接位置大略位於固定位置。因此，可將環狀密封部與流通管藉由熔接等而予以固定。因此，不需要考慮環狀密封部與流通管的連接位置之變動，而使用可撓性之配管，可將具有耐久性之一般的不鏽鋼管等當作配管來使用。
此外，即使因為層積體等之膨脹或收縮而導致層積體及夾持體等的間隔有所變動，仍藉由具有彈性的第1平板狀構件而吸收之。亦即，層積體及夾持體之至少任一者發生了膨脹的情況下，層積體與夾持體的間隔，係有可能在層積體等的膨脹前後，發生變動。由於第1平板狀構件係具有彈性力，因此即使層積體與夾持體的間隔有所變動的情況下，仍會藉由其彈性力而在一對夾持體之間將層積體予以彈性夾持。因此，可將層積方向之適度的緊箍壓力，賦予給層積體。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 具備：具有彈性的第2平板狀構件，係被配置在前記第2平面與前記第2夾持體之間； 前記第1平板狀構件的彈性力，係大於前記第2平板狀構件的彈性力。 本案中所謂的「彈性力較大」係意味著，即使前記平板狀構件本身發生彈性變形，平板狀構件所產生的彈性力之降低係仍較小。
層積體，係從層積體之第1平面側是被具有彈性的第1平板狀構件所按壓，並且，從層積體之第2平面側是被具有彈性的第2平板狀構件所按壓。然後，在層積體的第2平面側設有，與讓第1氣體流通之環狀密封部連通的流通管。由於第1平板狀構件的彈性力是大於第2平板狀構件的彈性力，因此層積體係藉由第1平板狀構件而往環狀密封部所被連結之供給管及排出管等之配管側被按壓。藉此，可使層積體與流通管的連接位置大略位於固定位置，並且可抑制第1氣體從環狀密封部與其他構件之間隙的洩漏。 此外，第1平板狀構件的彈性力＞第2平板狀構件的彈性力之關係，係亦可藉由第1平板狀構件的熱膨脹率＞第2平板狀構件的熱膨脹率之關係而獲得。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 具備：按壓機構，係被設在前記第2平面側，將前記環狀密封部的裝著地點，於前記層積方向上對前記夾持體進行按壓。
若依據上記特徵構成，則層積體，係藉由層積體之第1平面側的第1平板狀構件，從第2平面側會比從第1平面側更為強力地被按壓。因此，層積體，係藉由第1平板狀構件，而往環狀密封部所被連結之供給管及排出管等之配管側被按壓。再者，若依據上記特徵構成，則由於電化學模組係具備將環狀密封部沿著層積方向而按壓的按壓機構，因此可將環狀密封部予以按壓，可抑制第1氣體從環狀密封部與其他構件之間隙的洩漏。又，可將環狀密封部與電化學反應部獨立地進行按壓，因此可將能夠抑制第1氣體從這些間隙之洩漏的適切的按壓力，施加至環狀密封部。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記按壓機構，係隔著前記流通管而將前記環狀密封部所存在之領域沿著前記層積方向進行按壓； 前記按壓機構的熱膨脹率，係為前記流通管的熱膨脹率以下。
若依據上記特徵構成，則由於按壓機構的熱膨脹率是流通管的熱膨脹率以下，因此可抑制從按壓機構透過流通管而對環狀密封部之按壓力的傳達損失。例如，假設按壓機構的熱膨脹率是比流通管的熱膨脹率還大的情況。然後，在按壓機構是朝向與按壓機構應傳達至流通管及環狀密封部的按壓方向不同之方向而發生熱膨脹的情況下，會有流通管無法追隨按壓機構之膨脹的情況。因此，按壓機構與流通管之間的間隔會變大，從按壓機構透過流通管而對環狀密封部無法傳達足夠的按壓力。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記按壓機構係具備：被設在前記第1夾持體的第1螺合構件；和藉由與前記第1螺合構件之螺合而可將前記環狀密封部朝前記層積方向進行按壓的第2螺合構件。
若依據上記特徵構成，則藉由使構成按壓機構的第1螺合構件與第2螺合構件相互螺合，可將環狀密封部沿著層積方向而按壓，可抑制第1氣體從環狀密封部與其他構件之間隙的洩漏。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記第1螺合構件係為筒狀構件，且在內周面具有母螺紋部； 前記第2螺合構件係為筒狀構件，且在外周面具有公螺紋部； 使前記第2螺合構件的前記公螺紋部被螺合至前記第1螺合構件的前記母螺紋部。
若依據上記特徵構成，則藉由使第2螺合構件的公螺紋部螺合至第1螺合構件的母螺紋部，可將環狀密封部沿著層積方向而按壓，可抑制第1氣體從環狀密封部與其他構件之間隙的洩漏。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記按壓機構係具備：前記第2螺合構件與前記流通管之間的電絕緣性的密封部。
若依據上記特徵構成，則第2螺合構件與環狀密封部之間是藉由密封部而被密封，因此可抑制第2螺合構件與環狀密封部之間的第1氣體之洩漏。又，由於密封部係為絕緣性，因此可抑制電化學模組中的電性短路(short)。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記基板，係在內部具有：經由前記環狀密封部而被導入前記第1氣體的內部流路； 在前記層積方向上所相鄰的電化學元件間係被形成有：讓屬於前記還原性成分氣體及前記氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
若依據上記特徵構成，則各電化學元件，係在基板的內部被形成有讓第1氣體流通的內部流路；在相鄰的電化學元件間係被形成有讓第2氣體流通的流通部。因此，各電化學元件，係藉由從內部流路所被供給之第1氣體與從流通部所被供給之第2氣體而會進行電化學反應，而可進行發電。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 各電化學元件的基板係具有：第1貫通部，其係形成讓前記第1氣體流通的供給路； 各電化學元件的第1貫通部，係與介隔在相鄰的電化學元件之間的環狀密封部的環狀孔連通。
若依據上記特徵構成，則第1氣體係經由各電化學元件的第1貫通部及環狀密封部而被供給至層積體。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 在前記複數電化學元件中，第1電化學元件與第2電化學元件是彼此相鄰而被層積； 構成各電化學元件的前記基板，係在內部具有：經由前記環狀密封部而讓前記第1氣體流通的內部流路； 在構成前記第1電化學元件的前記基板、與構成前記第2電化學元件的前記基板是呈對向的形態下，且構成前記第1電化學元件的前記基板中的電化學反應部所被配置的外面、與構成前記第2電化學元件的前記基板中的與前記電化學反應部所被配置側不同的另一外面是被電性連接，且在這兩外面彼此的相鄰之間係被形成有：沿著該當兩外面而讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
若依據上記特徵構成，則電化學元件，係具有基板之內部的內部流路，在內部流路中係有第1氣體流通。另一方面，對於被與內部流路區隔的流通部係流通第2氣體。因此，可將第1氣體與第2氣體予以分配而使其流通。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 在構成各電化學元件的前記基板係被形成有：跨越該當基板之內側也就是前記內部流路與外側而可讓氣體透通的氣體流通容許部； 在被覆前記氣體流通容許部之全部或部分的狀態下，藉由前記電極層與前記電解質層與前記對極電極層而形成電化學反應部； 被形成有第1貫通部，其係用以形成，讓前記第1氣體跨越前記基板之表面貫通方向外方與前記內部流路而流通的供給路。
在使電化學元件成為「把燃料等之化學能轉換成電能」的燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，則第1氣體係為藉由電化學反應而被消耗的氫氣等之還原性成分氣體及空氣等之氧化性成分氣體之其中一方，而第2氣體則為另一方。 在使電化學元件成為「把電能轉換成燃料等之化學能」的電解胞而發揮機能的情況下，則第1氣體係為藉由電化學反應而被生成的氫氣等之還原性成分氣體及氧等之氧化性成分氣體之其中一方，而第2氣體則為另一方。 又，基板係具備：氣體流通容許部，係跨越基板的內側也就是內部流路與外側而可讓氣體透通；和在被覆氣體流通容許部的全部或部分的狀態下，具有電極層和電解質層和對極電極層的電化學反應部。因此，在使電化學元件成為燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，第1氣體與第2氣體，係從來自於基板之外方側的路徑、和從內部流路通往基板的氣體流通容許部的路徑，抵達電化學反應部，藉由在電極層及對極電極層中彼此發生反應，而可引發例如產生電等的電化學反應。 在使電化學元件成為電解胞而發揮機能的情況下，藉由對電化學反應部供電，而藉由水等的電解反應而產生第1氣體與第2氣體，可從基板之外方側的路徑、與從基板的氣體流通容許部通往內部流路的路徑而排出。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 於前記流通部內，具備：用來把分別被形成在前記兩外面的前記第1貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第1環狀密封部； 藉由前記第1貫通部及前記第1環狀密封部而形成了，與前記內部流路之間讓前記第1氣體流通的前記供給路。
藉由設置第1環狀密封部，可使層積體中被相互層積的電化學元件的第1貫通部彼此與流通部做區隔而連通連接。因此，只需將相鄰的電化學元件的第1貫通部彼此緊密連接的極為簡單的構成，就可使各個電化學元件連接成可藉由第1氣體、第2氣體而適切動作的形態，可成為容易製作且信賴性高的電化學模組，在製作電化學模組時，可為容易操作的結構。 此外環狀密封部，係只要能夠使貫通部彼此連通並防止氣體之洩漏的構成即可，其形狀在所不問。亦即，環狀密封部，係只要是在內部具有連通至貫通部之開口部的無端狀之構成，且將相鄰的電化學元件彼此之間予以密封的構成即可。環狀密封部係為例如環狀。環狀中亦可包含有圓形、橢圓形、方形、多角形狀等任意的形狀。
[構成] 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記基板係具備：第2貫通部，其係用以形成，使前記內部流路中流通的前記第1氣體往前記基板之表面貫通方向外方流通的排出路； 於前記流通部內，具備：用來把分別被形成在前記兩外面的前記第2貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第2環狀密封部； 藉由前記第2貫通部及前記第2環狀密封部而形成了，讓在前記內部流路中流通的前記第1氣體流通的前記排出路。
亦即，例如，在使電化學元件成為燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，從第1貫通部進入到內部流路的第1氣體，係通過內部流路，經由氣體流通容許部而往電化學反應部流通，同時，剩餘部分則是往形成排出路的第2貫通部流通。由於排出路係為，第2貫通部是以被與第2氣體做區隔的狀態而被形成，因此第1氣體係成為，可以被與第2氣體區別的狀態而從排出路回收的狀態。該排出路係與第1貫通部中的供給路同樣地以密封部而被構成，因此只需將相鄰的電化學元件的第2貫通部彼此緊密連接的極為簡單的構成，就可將流通部以已區隔的狀態做連通連接，可使各個電化學元件連接成可藉由第1氣體、第2氣體而適切動作的形態，可成為容易製作且具信賴性的電化學模組，在製作電化學模組時，可為容易操作的結構。
[構成] 本發明所述之電化學裝置的特徵構成重點在於，至少具有：上記的電化學模組；和往前記電化學模組流通含有還原性成分之氣體的燃料轉換器、或是將前記電化學模組中所生成的含有還原性成分之氣體加以轉換的燃料轉換器。
若依據上記的特徵構成，則具有電化學模組和往電化學模組流通含有還原性成分之氣體的燃料轉換器。因此，使電化學模組作為燃料電池而動作的情況下，若是設計成，藉由改質器等之燃料轉換器，從使用都市瓦斯等既存的原燃料供給基礎設施所被供給的天然氣等來生成氫，並使其流通至燃料電池的構成，則可實現具備有耐久性/信賴性及性能佳的電化學模組的電化學裝置。又，由於可容易地建構出將從電化學模組所排出的未利用之燃料氣體做循環利用的系統，因此可實現高效率的電化學裝置。
甚至，若依據上記的特徵構成，則具有電化學模組和將電化學模組中所生成的含有還原性成分之氣體予以轉換的燃料轉換器。因此，使電化學模組作為電解胞而動作的情況下，則例如，可以做成將藉由水的電解反應所生成的氫以燃料轉換器使其與一氧化碳或二氧化碳反應而轉換成甲烷等的電化學裝置，但若設計成如此的構成，則可實現具備有耐久性/信賴性及性能佳的電化學模組的電化學裝置。
[構成] 本發明所述之電化學裝置的特徵構成重點在於，至少具有： 上記的電化學模組；和從前記電化學模組取出電力或是往前記電化學模組流通電力的電力轉換器。
若依據上記的特徵構成，則電力轉換器，係將電化學模組所發電的電力加以取出，或是往電化學模組流通電力。藉此，如上述，電化學模組係可作為燃料電池而作用，或是作為電解胞而作用。因此，若依據上記構成，則可提供能夠提升把燃料等之化學能轉換成電能，或是把電能轉換成燃料等之化學能之效率的電化學模組等。 此外，例如，作為電力轉換器是使用變流器的情況，從耐久性/信賴性及性能佳的電化學模組所獲得的電力輸出，可藉由變流器進行升壓、或將直流轉換成交流等等，因此，電化學模組所獲得的電力輸出會變得較容易利用為理想。
[構成] 本發明所述之能源系統的特徵構成重點在於，具有： 上記的電化學裝置；和排熱利用部，係將從前記電化學裝置或是燃料轉換器所被排出的熱予以再利用。
若依據上記的特徵構成，則因為具有電化學裝置；和將從電化學裝置或是燃料轉換器所排出的熱予以再利用的排熱利用部，因此可以實現耐久性/信賴性及性能佳，且能源效率亦佳的能源系統。此外，也可與利用從電化學裝置或是燃料轉換器所排出的未利用之燃料氣體的燃燒熱來進行發電的發電系統做組合，以實現能源效率佳的混成系統。
以下說明本發明的實施形態所述之電化學模組M。此外，在表示層的位置關係等之際，例如從電極層來看將電解質層之側稱為「上」、「上側」，將第1板狀體之側稱為「下」、「下側」等。又，本發明係由於無論將電化學模組M垂直或是水平方向設置都能獲得同樣，因此將「上」、「下」分別改讀成「左」、「右」也無妨。
[實施形態] (1)電化學模組M的全體構成 以下說明實施形態所述之電化學模組M的全體構成。如圖1所示，電化學模組M係具備：電化學元件層積體(層積體)S、和內裝有電化學元件層積體S的大略直方體狀之容器(框體、第1夾持體、第2夾持體)200。電化學元件A(圖4)係為進行發電的元件，於圖1的剖面視點下，是被形成為從紙面前方沿著紙面縱深方向而延伸的板狀。然後，電化學元件層積體S，係由複數平板狀之電化學元件A於圖1的剖面視點下朝上下之層積方向被層積而構成。在本實施形態中，作為電化學元件A是舉出SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)為例來做說明。
又，電化學模組M，係從容器200之外部起，具備：將第1氣體供給至電化學元件層積體S的第1氣體供給部(流通管)61、和將電化學元件層積體S中反應後的第1氣體予以排出的第1氣體排出部(流通管)62。第1氣體供給部(流通管)61及第1氣體排出部(流通管)62，係被連接至電化學元件層積體S的上部平面(第2平面)。 又，對應於第1氣體供給部61及第1氣體排出部62之各者，而設有後述的按壓機構400。按壓機構400係為，可將第1氣體供給部61及複數第1環狀密封部42，與第1氣體排出部62及複數第2環狀密封部52，往電化學元件層積體S側做按壓的機構。
容器200中係如圖1～圖3所示設有第2氣體供給部71，從容器200之外部往電化學元件層積體S供給第2氣體。於電化學元件層積體S中反應後的第2氣體，係從被設在容器200的第2氣體排出部72被排出至外部。 此處，第1氣體係為例如燃料氣體等之還原性成分氣體，第2氣體係為空氣等之氧化性成分氣體。
又，電化學模組M係於圖1的剖面視點下，在電化學元件層積體S之兩側面具備附開口板構件240。附開口板構件240，係對應於電化學元件層積體S之兩側面，係為沿著電化學元件A之層積方向而延伸的板狀構件，為了防止電化學模組M中的電性短路(short)，而以雲母等之絕緣材料為理想。附開口板構件240中係被形成有，沿著電化學元件層積體S之平面方向而貫通的複數開口240a。
因此，電化學元件層積體S，係從第1氣體供給部61接受燃料氣體之供給，從第2氣體供給部71經由附開口板構件240的開口240a而接受空氣之供給，使燃料氣體及空氣中的氧產生電化學反應而發電。電化學反應後的燃料氣體係從第1氣體排出部62被排出至外部。又，電化學反應後的空氣，係經由附開口板構件240的開口240a而被引導至第2氣體排出部72，從第2氣體排出部72被排出至外部。
此外，雖然此處是相鄰於電化學元件層積體S之兩側面而設置附開口板構件240，但這並非必須，亦可只設置任一方，亦可雙方都被省略。
又，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之上部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：上部絕緣體210T、上部板件(第1夾持體)230T。電化學模組M，係在電化學元件層積體S之下部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：下部絕緣體210B、下部平板狀構件(第1平板狀構件)220B、下部板件(第2夾持體)230B。 關於電化學元件層積體S係在後面詳述。
(2)絕緣體、下部平板狀構件、板件、容器及按壓機構 以下針對絕緣體(上部及下部絕緣體210T及210B) 210、下部平板狀構件220B、板件(上部及下部板件230T及230B)230、容器200及按壓機構400，做更進一步說明。
(2-1)上部絕緣體 上部絕緣體210T係為板狀構件，是以覆蓋電化學元件層積體S之上部平面(第2平面)的方式而被配置。上部絕緣體210T，係由例如硬質雲母所形成，使電化學元件層積體S與外部電性絕緣。在上部絕緣體210T係設有，讓第1氣體供給部61貫通的開口210Ta。
(2-2)上部板件 上部板件230T係為板狀構件，被配置在上部絕緣體210T之上部，是由在高溫中的彎曲強度較高的陶瓷系材料，例如99氧化鋁所形成。又，在上部板件230T係設有，讓第1氣體供給部61及第1氣體排出部62貫通的開口230Ta。
上部板件230T，係連同下部板件230B，一起從容器200承受所定之緊箍壓力，而夾住電化學元件層積體S、一對上部及下部絕緣體210T及210B、下部平板狀構件220B。此處，所謂緊箍壓力係為例如每1mm2 等之每單位面積的壓力。
(2-3)下部絕緣體 下部絕緣體210B，係以覆蓋電化學元件層積體S的下部平面(第1平面)的方式而被配置。下部絕緣體210B，係具有和上部絕緣體210T相同的構成，但不具有貫通口。 (2-4)下部平板狀構件 下部平板狀構件220B，係被配置在下部絕緣體210B之下部。因此，下部平板狀構件220B係沿著電化學元件層積體S的下部平面(第1平面)而被設置，相對於此，第1氣體供給部(流通管)61及第1氣體排出部(流通管)62則是被連接至電化學元件層積體S的上部平面(第2平面)。 下部平板狀構件220B，係為具有彈性的構件，在本實施形態中，例如於圖1的剖面視點下被形成為波浪形之形狀。波浪形，係沿著電化學元件層積體S之平面而延伸。因此，下部平板狀構件220B，係以波浪形之頂部220Ba是與下部絕緣體210B接觸的方式，而被配置。下部平板狀構件220B，係不具有貫通口。
波浪形狀的下部平板狀構件220B之板厚係不限定於此，但為例如0.1mm～1mm左右。又，波浪形的振幅(高度)係不限定於此，但為例如1mm～10mm左右。 關於下部平板狀構件220B的角色係於後述。 (2-5)下部板件 下部板件230B係被配置在下部平板狀構件220B之下部。下部板件230B，係和上部板件230T相同的構成，但下部板件230B係不具有貫通口。
(2-6)容器 內裝有電化學元件層積體S的容器200，係如圖1～圖3所示，係為大略直方體狀之容器。容器200係含有：下方有開口的箱狀之上蓋(第1夾持體)201、與上方有開口的下蓋203(第2夾持體)。上蓋201之外緣，係大於下蓋203之外緣，以下蓋203之外緣會被上蓋201所覆蓋的方式而被組合。然後，上蓋201與下蓋203的接觸面彼此係被藉由熔接、接著、嵌合等而使上蓋201與下蓋203被締結。藉此，在上蓋201與下蓋203的內部就形成了直方體狀之空間。
在本實施形態中，如圖1所示，下蓋203之上下方向(電化學元件A之層積方向)之深度，係比上蓋201之深度還深。但是，上蓋201及下蓋203係只要能夠成為一體而在內部形成空間即可，深度的關係並非限定於此。例如，上蓋201之深度亦可比下蓋203還深。
如圖1～圖3所示，於容器200之上下方向之中央部，下蓋203的對向之一對側壁上分別被形成有第2氣體供給部71及第2氣體排出部72。
此外，此處是在下蓋203被形成有第2氣體供給部71及第2氣體排出部72。可是，第2氣體供給部71及第2氣體排出部72的形成位置並非限定於此，亦可被形成在容器200的任意位置。第2氣體供給部71及第2氣體排出部72係亦可被形成在例如上蓋201。
上蓋201，係如圖1、圖2所示，具有平面部201a。在平面部201a的最外側，係有側面也就是第1端部201c朝電化學元件層積體S的層積方向之下方而延伸所定長度。第1端部201c，係與平面部201a於剖面視點下呈大約90°，形成了上蓋201之外緣。在第1端部201c的內方側，係有第2端部201b，與平面部201a係於剖面視點下呈大略90°而朝前記層積方向之下方延伸所定長度。平面部201a與第2端部201b，係構成了L字狀的角部。 又，在平面部201a，係在比第2端部201b還要內方中，形成有比構成外緣的第1端部201c還要小一圈的開口201d。
然後，在平面部201a，係在第2端部201b與開口201d之間，對應於第1氣體供給部61及第1氣體排出部62而被形成有圓筒狀之開口，從該開口朝前記層積方向之上方係有後述的第1螺合構件401凸出。
下蓋203，係如圖1所示，具有平面部203a。在平面部203a的最外側，係有側面也就是第1端部203b朝電化學元件層積體S的層積方向之上方而延伸所定長度。第1端部203b，係與平面部203a於剖面視點下呈大約90°，形成了下蓋203之外緣。形成下蓋203之外緣的第1端部203b，係比形成上蓋201之外緣的第1端部201c還小了一圈。然後，在將上蓋201嵌入至下蓋203的情況下，下蓋203的第1端部203b係密接於上蓋201的第1端部201c的內周面。 又，在第1端部203b的內方側，係有第2端部203c，與平面部201a係於剖面視點下呈大略90°而朝前記層積方向之上方延伸所定長度。平面部203a與第2端部203c，係構成了L字狀的角部。 又，在第1端部203b係被形成有，朝外方而往與層積方向交叉之方向延伸的第3端部203d。第3端部203d，係構成了第2氣體供給部71及第2氣體排出部72。
如圖1所示，在上蓋201的平面部201a及第2端部201b所形成的L字之角部，係被鑲嵌有一對附開口板構件240之上端、上部絕緣體210T、上部板件230T。具體而言，沿著電化學元件層積體S之平面方向的上部板件230T，其外周端部的上面是接觸於平面部201a的下面(L字之角部之內面之一部分)而被支持。又，沿著電化學元件層積體S之側面的附開口板構件240，其上端之外面，是接觸於第2端部201b之內方側面(L字之角部之內面之一部分)而被支持。上部絕緣體210T，係透過上部板件230T及附開口板構件240，而被由平面部201a及第2端部201b所成之L字之角部所支持。
同樣地，在下蓋203之平面方向上呈對向的一對L字之角部，係鑲嵌有一對附開口板構件240之下端、下部絕緣體210B、下部平板狀構件220B、下部板件230B。 然後，電化學元件層積體S，其上面是透過上部板件230T及上部絕緣體210T而被上蓋201所支持。又，電化學元件層積體S，其下面是透過下部板件230B、下部平板狀構件220B及下部絕緣體210B而被下蓋203所支持。
藉由如此構成，將電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、下部平板狀構件220B、上部及下部板件230T及230B等從上部及下部予以夾住的狀態下，在上蓋201的第1端部201c之內周面係有下蓋203的第1端部203b係被密接、熔接、接著、嵌合等，藉此，上蓋201與下蓋203係被締結。該締結之際，上蓋201及下蓋203，係對電化學元件層積體S等施加所定之緊箍壓力而被連結。亦即，上蓋201及下蓋203已被連結的狀態下，對電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、下部平板狀構件220B、上部及下部板件230T及230B，係施加有所定之緊箍壓力。
再者，第1氣體供給部61及第1氣體排出部62，係可藉由按壓機構400而往電化學元件層積體S側進行按壓。 因此，如圖4所示，於電化學元件層積體S中，電化學反應部3所被設置的沿著層積方向之領域，係由於上部及下部絕緣體210T及210B、下部平板狀構件220B、上部及下部板件230T及230B等，是被上蓋201及下蓋203所按壓，因此會被施加所定之緊箍壓力。另一方面，於電化學元件層積體S中，第1氣體供給部61及第1氣體排出部62所被設置的沿著層積方向之領域，係除了上蓋201及下蓋203所致之緊箍壓力以外，還可藉由按壓機構400而被進一步按壓。
此外，如圖3所示般地在下蓋203之側面係被形成有開口203e。因此，從開口203e，係有電化學元件層積體S之側面之一部分會外露。然後，前述的開口201d及開口203e是被形成在容器200，藉此，可使容器200輕量化，可削減容器200所必須的材料。此外，電化學元件層積體S之側面、與上蓋201或是下蓋203或雙方有可能因為接觸而發生電性短路(short)的情況下，則由雲母等之材料所構成的側面絕緣體245，是被設置在電化學元件層積體S與上蓋201或是下蓋203之側面之間。
(2-7)按壓機構 按壓機構400，係對應於第1氣體供給部61及第1氣體排出部62之各者而被設置。
首先說明第1氣體供給部61。 如圖1及圖4所示，第1氣體供給部61係為，為了將第1氣體供給至電化學元件層積體S，而從容器200之外部將第1氣體導入至容器200內的通路。第1氣體供給部61係具有：讓第1氣體流通的圓筒狀之供給貫通部61a、身為上端的供給上端部61b、身為下端的供給下端部61c。此外，在第1氣體供給部61之下方，係有被設在各電化學元件A的後述之第1環狀密封部42，伴隨著各電化學元件A的層積，而在層積方向上被層積。此情況下，第1氣體供給部61的軸心，與複數第1環狀密封部42之層積方向的軸心係為大略一致。
在後述的與集電體81相鄰的第1板狀體1的上面，係設有環狀之膨出部a。在該環狀之膨出部a之內周，係有第1氣體供給部61的供給下端部61c會被嵌入而被熔接於第1板狀體1的上面。膨出部a，係由例如迫緊(packing)等之密封構件所構成。又，第1氣體供給部61與第1板狀體1所被熔接之部分的膨出部a，亦即圖4所示的最上部之膨出部a，係由例如集電迫緊(packing)等所構成。 此外，雖然後面會說明，但在第1板狀體1的上面，係在對應於第1環狀密封部42的位置，也設有膨出部a。
接著說明，對應於第1氣體供給部61而被設置的按壓機構400。按壓機構400，係將第1氣體供給部61及複數第1環狀密封部42沿著層積方向而進行按壓。 按壓機構400，係在上蓋201的平面部201a之中，在對應於第1氣體供給部61的部分，具有朝電化學元件層積體S的層積方向之上方延伸所定長度的第1螺合構件401。第1螺合構件401，係為筒狀構件，在內周面被形成有母螺紋部401a。
按壓機構400係還具有：被插入至第1螺合構件401之圓筒部分而螺合的第2螺合構件403、和用來將第2螺合構件403予以鎖入所需之鎖入部405。在第2螺合構件403之外周面係被形成有：用來與第1螺合構件401的母螺紋部401a做螺合的公螺紋部403a。 在第2螺合構件403及鎖入部405係被形成有：將這些予以貫通的供給貫通孔407。第2螺合構件403及鎖入部405和第1氣體供給部61，係與供給貫通孔407和供給貫通部61a對應而做連通。藉此，經由供給貫通孔407及供給貫通部61a，第1氣體就可從外部被供給至電化學元件層積體S。
按壓機構400，係在第2螺合構件403與第1氣體供給部61的供給上端部61b之間，具有電絕緣性之環狀密封部(密封部)410為理想。電絕緣性之環狀密封部410，係抑制第2螺合構件403與第1氣體供給部61之間的第1氣體之洩漏，並且抑制電化學元件層積體S中的電性短路(short)。
一旦對第1螺合構件401鎖入第2螺合構件403，則母螺紋部401a與公螺紋部403a就會咬合，第2螺合構件403就被往層積方向之下方推擠。藉此，第2螺合構件403，透過環狀密封部410而將第1氣體供給部61往層積方向之下方推擠。藉由第1氣體供給部61的推擠，對被層積在第1氣體供給部61之下方的複數第1環狀密封部42，係有往第1氣體供給部61之推擠力會被傳達。 另一方面，下部平板狀構件220B，係藉由預先所被給予的壓縮位移所致之彈性力與藉由下部平板狀構件220B本身之熱膨脹所產生的彈性力，而將適切的緊箍壓力，傳達至電化學元件層積體S側。
如圖4所示，第1環狀密封部42，係與第1板狀體1及第2板狀體2做接觸。對第1環狀密封部42，藉由按壓機構400而往層積方向之下方施加推擠力，同時藉由下部平板狀構件220B而往層積方向之上方施加推擠力，藉此就可抑制第1環狀密封部42與其所接觸之構件發生間隙。藉此，可抑制第1氣體從該當間隙的洩漏。 此外，第2螺合構件403與第1氣體供給部61的供給上端部61b是被密接地連接，於連接部分第1氣體不會洩漏的情況下，則並不一定需要設置環狀密封部410。或者，於該當連接部分不會發生電化學模組中的電性短路(short)的情況下，則並不一定需要設置環狀密封部410。
接著說明，第1氣體排出部62及其所對應之按壓機構400。 第1氣體排出部62，係為將第1氣體往外部排出的通路，係為與第1氣體供給部61相同的構成。因此，以下針對第1氣體排出部62及按壓機構400做簡單地說明。第1氣體排出部62係具有：讓第1氣體流通的圓筒狀之排出貫通部62a、身為上端的排出上端部62b、身為下端的排出下端部62c。 按壓機構400係具有：第1螺合構件401、第2螺合構件403、鎖入部405、環狀密封部410。
一旦對第1螺合構件401鎖入第2螺合構件403，則第2螺合構件403就被往層積方向之下方推擠。藉此，第2螺合構件403，透過環狀密封部410而將第1氣體排出部62往層積方向之下方推擠。藉由第1氣體排出部62的推擠，對被層積在第1氣體排出部62之下方的複數第2環狀密封部52，係有往第1氣體排出部62之推擠力會被傳達。另一方面，下部平板狀構件220B，係異於按壓機構400所致之往層積方向之下方的按壓方向，將往層積方向之上方的按壓力，傳達至電化學元件層積體S側。亦即，下部平板狀構件220B，係藉由預先所被給予的壓縮位移所致之彈性力與藉由下部平板狀構件220B本身之熱膨脹所產生的彈性力，而朝層積方向之上方將適切的緊箍壓力，傳達至電化學元件層積體S側。
如圖4所示，第2環狀密封部52，係與第1板狀體1及第2板狀體2做接觸。對第2環狀密封部52，藉由按壓機構400而往層積方向之下方施加推擠力，同時藉由下部平板狀構件220B而往層積方向之上方施加推擠力，藉此就可抑制第2環狀密封部52與其所接觸之構件之間發生間隙。藉此，可抑制第1氣體從該當間隙的洩漏。
(3)下部平板狀構件及其所關連之構件的構成及作用 接著，針對下部平板狀構件220B及其所關連之構件的構成及作用，做更進一步說明。
如上述，在上蓋201及下蓋203已被連結的狀態下，電化學元件層積體S及上部及下部絕緣體210T及210B，係透過下部平板狀構件220B，而被施加所定之緊箍壓力而被上部及下部板件230T及230B所夾持。
(3-1)下部及其所關連之構件的構成 下部平板狀構件220B，在本實施形態中，係由會因為熱而膨脹的熱膨脹構件所形成。下部平板狀構件220B的熱膨脹率，係比構成電化學元件層積體S及容器200等的構件的熱膨脹率還大為理想。作為如此的下部平板狀構件220B的材料係可舉出例如沃斯田鐵系不鏽鋼。
沃斯田鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係為相對較大。例如，鋁的熱膨脹率約為23.8×10-6 /℃，相對於此，沃斯田鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係與鋁的熱膨脹率等同程度地大。沃斯田鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係為，SUS303及SUS304約為17.3×10-6 /℃，SUS316約為16×10-6 /℃。但是，下部平板狀構件220B的材料並非限定於此，選擇熱膨脹率比容器200等還大，且耐腐蝕性佳的構件為理想。
又，容器200的熱膨脹率，係小於下部平板狀構件220B的熱膨脹率為理想。容器200，係隔著板件230而相鄰於下部平板狀構件220B而被配置。然後，容器200的下蓋203與上蓋201，係藉由兩者的結合，透過下部平板狀構件220B而對電化學元件層積體S施加緊箍壓力。作為如此的容器200之材料係可舉出例如：肥粒鐵系不鏽鋼、麻田散鐵系不鏽鋼、或這些與陶瓷的複合體等。這些材料係熱膨脹率小於沃斯田鐵系不鏽鋼，肥粒鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係為，SUS430約為11×10-6 /℃。又，麻田散鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係為SUS403及SUS420J1約為10.4×10-6 /℃，SUS410及SUS440C約為10.1×10-6 /℃。但是，容器200並非限定於此，選擇熱膨脹率比下部平板狀構件220B還小，且耐腐蝕性佳的材料為理想。
電化學元件層積體S之材料，係與容器200相同材料為理想。換言之，電化學元件層積體S及容器200之材料，係為與容器200同程度的熱膨脹率為理想。此情況下，電化學元件層積體S的基板、容器200，例如在電化學元件A呈現高溫的發電時，會同程度地熱膨脹。因此，例如，可使電化學元件A的基板與容器200的熱膨脹差抑制成較小，可抑制基板發生破損等。
(3-2)按壓機構及其所關連之構件的構成 構成按壓機構400的第1螺合構件401及第2螺合構件403的熱膨脹率，係為第1氣體供給部61及第1氣體排出部62的熱膨脹率以下。按壓機構400係可由例如SUS316等之金屬所形成。又，第1氣體供給部61也可由例如SUS316等之金屬所形成。 由於按壓機構400的熱膨脹率是第1氣體供給部61及第1氣體排出部62的熱膨脹率以下，因此可以抑制，從按壓機構400，經由第1氣體供給部61及第1氣體排出部62，往第1環狀密封部42及第2環狀密封部52之按壓力的傳達損失。 例如，假設按壓機構400的熱膨脹率是大於第1氣體供給部61及第1氣體排出部62的熱膨脹率。然後，按壓機構400係會有，朝著與應向第1氣體供給部61及第1氣體排出部62、第1環狀密封部42及第2環狀密封部52傳達之按壓方向不同的方向，亦即電化學元件層積體S所存在之一側的相反方向，按壓機構400發生熱膨脹的情況。然後，會有第1氣體供給部61及第1氣體排出部62無法追隨於該按壓機構400之膨脹的情況。因此，按壓機構400與第1氣體供給部61及第1氣體排出部62之間的間隔會變大，從按壓機構400經由第1氣體供給部61及第1氣體排出部62而對第1環狀密封部42及第2環狀密封部52，無法傳達足夠的按壓力。
(3-3)電化學模組M的組裝方法及壓縮位移 (a)電化學模組M的組裝方法 接著說明，上記的電化學模組M的組裝方法。 將複數電化學元件A予以層積而準備電化學元件層積體S。電化學元件層積體S的構成及製造方法係於後述。
又，準備用來收容電化學元件層積體S所需之容器200。容器200係不限定於此，但可使用例如脫臘鑄造法而製造。使用脫臘鑄造法的情況，例如，藉由蜜蠟或松脂等所成之熱可塑性物質來製造容器200之外形所對應之空洞的模型。將該模型以矽砂或石灰粉末等所成之耐火材料予以被覆。其後，將已被耐火材料所被覆的模型予以加熱，由熱可塑性物質所構成的模型就會溶出。藉此，在耐火材料內部，仿照容器200之形狀的模型所對應之空洞就被形成。對該空洞注入容器200之材料並使其固化後，摘除耐火材料。藉此，藉由脫臘鑄造法，就製造出具有上蓋201及下蓋203的容器200。此外，上蓋201及下蓋203亦可被個別地製造。
接著，例如，一對附開口板構件240係被配置在電化學元件層積體S之兩側面，從層積方向之上方往下，上部板件230T、上部絕緣體210T、電化學元件層積體S、下部絕緣體210B、下部平板狀構件220B、下部板件230B是被依序配置的狀態下，被收容在下蓋203內。將該下蓋203與上蓋201予以覆蓋，進行位置調整以對電化學元件層積體S施加所定之緊箍壓力，將下蓋203與上蓋201進行熔接等而予以結合。藉此，就組裝成電化學模組M。
如上述，使用脫臘鑄造法來製造容器200的情況下，係可達成薄片化、精密化及量產化所致之低成本化。 又，藉由形成箱狀之容器200，在本實施形態中，就可設置從第2氣體供給部71往電化學元件層積體S所供給的空氣之流形(Manifolds)之空間。
又，在從第1環狀密封部42及第2環狀密封部52、和與其接觸之構件之間隙有可能第1氣體會洩漏的情況下，則藉由按壓機構400來對第1環狀密封部42及第2環狀密封部52施加按壓力。亦即，對第1螺合構件401鎖入第2螺合構件403，使第2螺合構件403往層積方向之下方推擠。
(b)組裝時的下部平板狀構件220B之壓縮位移 上記的電化學模組M的組裝時，在下蓋203與上蓋201結合之際會對電化學元件層積體S施加所定之緊箍壓力。該緊箍壓力，係藉由對下部平板狀構件220B給予所定之壓縮位移L，而被施加。
以下針對該壓縮位移L做說明。 以下假設，容器200是使用所定之材料A而被形成，電化學元件層積體S的基板等之主要部是使用所定之材料B而被形成，下部平板狀構件220B是使用所定之材料C而被形成。材料C的熱膨脹率，係大於材料A及材料B的熱膨脹率。
此處下部平板狀構件220B，於室溫(20℃)下，彈性常數係為K20。 彈性常數K20，係使用下部平板狀構件220B的例如板厚、波浪形狀的振幅(高度)及波浪的間距等，而被算出。 又，於電化學元件A所致之發電時的溫度(例如700℃)下，彈性常數係為K700。此外，K700，係為K20的例如約75%。
此處，假設電化學元件層積體S進行發電時(例如700℃)所需要的每單位面積之緊箍壓力為P。此處，P係不限定於此，但為例如約1～3kgf/cm2 。若令電化學元件層積體S的需要加壓的面積為SB，則加重力F係為F=P×SB。
又，溫度從室溫(20℃)上升至發電時之高溫(例如700℃)的情況下，在加重方向(此處係為電化學元件A之層積方向)上，假設容器200的熱膨脹長度為LA，電化學元件層積體S的熱膨脹長度為LB，下部平板狀構件220B的熱膨脹長度為LC。
容器200與電化學元件層積體S的熱膨脹長度之差分ΔG，係為ΔG=LA-LB。此處，作為熱膨脹長度之差分ΔG，亦可算出容器200、電化學元件層積體S及下部平板狀構件220B的熱膨脹長度之差分。此情況下，ΔG=LA-(LB+LC)。以下，假定下部平板狀構件220B不會發生熱膨脹，因此容器200等即使發生了熱膨脹之後，為了藉由組裝時的下部平板狀構件220B的壓縮位移L而可較確實地施加適切的緊箍壓力，而使用ΔG=LA-LB。
此處，於發電時的高溫(例如700℃)下，為了維持每單位面積之緊箍壓力P，下部平板狀構件220B於室溫(20℃)下的壓縮位移L係藉由以下的數式而被算出。 L=P×SB/(K700)+ΔG
根據以上，電化學元件層積體S及下部平板狀構件220B等被收容在容器200內之後，下蓋203與上蓋201係以能夠對下部平板狀構件220B給予上記所算出之壓縮位移L的方式，調整結合距離等而藉由熔接等而被密封。藉此，就可對電化學元件層積體S，施加所定之緊箍壓力。
(3-4)作用 (a)下部平板狀構件220B的作用 如上述，由熱膨脹構件所成之下部平板狀構件220B，係被配置在電化學元件層積體S的下部平面，從上部及下部板件230被施加所定之緊箍壓力，彈性地支持電化學元件層積體S。
此處，例如，電化學元件層積體S及容器200等之至少任一者，係從電化學元件A尚未發電的低溫(例如室溫下約20℃等)之狀態，在電化學元件A進行發電時會變成高溫(例如約650℃～約950℃等)之狀態而膨脹。此時，電化學元件層積體S及容器200間一旦產生熱膨脹差，則電化學元件層積體S與容器200之間的間隔，在發電時(高溫時)與未發電時(低溫時)之間，會有所不同。
若依據上記構成，則由於下部平板狀構件220B係為熱膨脹構件，因此下部平板狀構件220B也會因為電化學元件A發電時變成高溫而熱膨脹。因此，即使因為熱膨脹而導致電化學元件層積體S與容器200之間的間隔發生了變動的情況下，下部平板狀構件220B，係利用藉由下部平板狀構件220B本身之熱膨脹所產生的彈性力與事前所被給予之壓縮位移L所致之彈性力，以下部板件230B為按壓面，而對電化學元件層積體S施加朝向層積方向之上方的適切的緊箍壓力。
亦即，熱膨脹所致之電化學元件層積體S與容器200之間的間隔之變動，係可藉由下部平板狀構件220B(220)的熱膨脹所致之變動來加以彌補。因此，即使在前述的間隔發生了變動之後，仍可將適切的緊箍壓力，朝層積方向之上方而施加至電化學元件層積體S。例如，因熱膨脹而變大的電化學元件層積體S與容器200之間的間隔，可藉由下部平板狀構件220B的熱膨脹來加以填補，而對電化學元件層積體S施加適切的緊箍壓力。
然後，由於下部平板狀構件220B係沿著電化學元件層積體S的下部平面及下部板件230B的平面而被配置，因此即使在前述的間隔發生了變動之後，仍可將適切的緊箍壓力沿著電化學元件層積體S的下部平面而大略均勻地賦予。因此，於電化學模組M中，可抑制電化學元件A彼此的接觸面積之降低，可降低內部阻抗。又，由於可使電化學元件A間做適度地接觸而保持密閉性，因此可抑制燃料氣體等往電化學元件A之外部漏出，可抑制反應氣體的密封性之降低。
如此可以達成，即使在電化學元件層積體S等發生膨脹之際，仍可適切地將電化學元件層積體S等予以緊箍的小型、輕量且低成本之電化學模組。
尤其是，在上記實施形態中，下部平板狀構件220B的熱膨脹率，係大於構成容器200的構件的熱膨脹率。為了達成此關係，作為下部平板狀構件220B的材料係採用例如沃斯田鐵系不鏽鋼，作為容器200的材料係採用肥粒鐵系不鏽鋼、麻田散鐵系不鏽鋼、或這些與陶瓷的複合體等。又，作為電化學元件層積體S的母材料，係採用與容器200的材料相同系統的不鏽鋼之材料。
此處，如前述，於電化學元件層積體S中從未發電的低溫之狀態，一旦變成發電時的高溫之狀態，則電化學元件層積體S及容器200之至少任一者會熱膨脹，電化學元件層積體S的熱膨脹量與容器200的熱膨脹量會產生差異。如此一來，高溫時的電化學元件層積體S與容器200之間隔，會比低溫時還要擴大。例如，容器200的熱膨脹量是比較大的情況下，則電化學元件層積體S與容器200之間隔會更加擴大。
在本實施形態中，如前述，下部平板狀構件220B的熱膨脹率係大於構成容器200的構件的熱膨脹率。因此，尤其可將因為容器200之膨脹而擴大的電化學元件層積體S與容器200之間隔，藉由下部平板狀構件220B之熱膨脹來加以彌補。亦即，即使因為熱膨脹而導致電化學元件層積體S與容器200之間的間隔是往變大的方向變動的情況下，藉由熱膨脹更大的下部平板狀構件220B，就可彌補前述的間隔。因此，即使在該間隔發生了變動之後，仍可藉由對下部平板狀構件220B預先給予的壓縮位移所致之彈性力與下部平板狀構件220B(220)本身的熱膨脹所產生的彈性力，而將適切的緊箍壓力，朝層積方向之上方而沿著電化學元件層積體S之平面而大略均勻地施加。
此外，在容器200的熱膨脹率是比較小的情況下，例如發電時變成高溫的情況下，可將容器200的熱膨脹量抑制成較小。藉此，可將熱膨脹所致之電化學元件層積體S與容器200之間的間隔的擴大，抑制成較小。因此，即使在下部平板狀構件220B的熱膨脹率是比較小的情況下，在前述的間隔發生了變動之後仍可將適切的緊箍壓力，沿著電化學元件層積體S之平面而大略均勻地施加。 又，容器200的熱膨脹量較小的情況下，可抑制因為容器200之膨脹而導致電化學元件A之基板等之位置偏移及破損等。
又，在上記實施形態中，下部平板狀構件220B係被形成為波浪形狀。因此，下部平板狀構件220B的波浪形之頂部係會交互地，對下部板件230B之平面、與隔著下部絕緣體210B而對電化學元件層積體S的下部平面，在分散的複數地點做接觸。
此處，藉由電化學元件層積體S及容器200之至少任一者的膨脹而一旦導致電化學元件層積體S與容器200之間隔發生變動，則起因於該間隔之變動，對下部平板狀構件220B所被施加的按壓力也會跟著變動。該變動之按壓力，係透過下部平板狀構件220B，沿著電化學元件層積體S的下部平面及下部板件230B的平面之大略全體而以大略均勻分散的狀態，被彈力性地承受。這是因為，如前述，下部平板狀構件220B是與電化學元件層積體S的下部平面及下部板件230B的平面，在分散的複數地點做接觸的緣故。又，下部平板狀構件220B發生熱變動的情況下，可將電化學元件層積體S與容器200的間隔之變動，藉由下部平板狀構件220B本身的熱膨脹與彈性而於前述的複數地點予以承受。
因此，即使因電化學元件層積體S等之膨脹而導致電化學元件層積體S及容器200之間隔發生變動，仍可藉由下部平板狀構件220B，而將層積方向之適度的緊箍壓力，沿著電化學元件層積體S之平面而大略均勻賦予。藉此，於電化學模組M中，可抑制內部阻抗之增大，以及抑制反應氣體的密封性之降低，並且可以達成小型化及輕量化。
又，在本實施形態中，電化學元件層積體S係由電化學元件也就是SOFC所構成。SOFC在發電時的溫度係為約650℃～約950℃等的高溫。因此，電化學元件層積體S及容器200等的膨脹量，係從非發電時的低溫(例如室溫下約20℃等)之狀態，變成發電時的高溫(例如約650℃～約950℃等)之狀態，而會變大。在本實施形態中，下部平板狀構件220B，係可利用下部平板狀構件220B本身的熱膨脹所致之彈性力的變動，而以下部板件230B為按壓面，來對電化學元件層積體S施加適切的緊箍壓力。因此，即使在高溫領域下進行發電的SOFC等，仍可適用本實施形態而對電化學元件層積體S施加適切的緊箍壓力。
針對電化學模組M的小型化做更進一步說明。例如，將一對很厚的夾持板之周邊予以緊箍而對電化學元件層積體S施加緊箍壓力之構成的情況下，作為緊箍構件，必須在電化學模組M之外部配置利用彈簧的大型的緊箍螺栓。可是，在上記實施形態中，只須在電化學模組M之內部配置下部平板狀構件220B即可，可使電化學模組M小型化。
又，大型的緊箍螺栓等之凸起體被配置在電化學模組M之外部的情況下，則會因為如此的電化學模組M之凸起體而在發電時變成容易放熱。由於本實施形態的下部平板狀構件220B係被配置在電化學模組M之內部，因此可減少放熱面，可提升電化學模組M的發電效率。
又，在本實施形態中，由於是藉由下部平板狀構件220B來調整緊箍壓力，因此相較於使用大型的複數緊箍螺栓等來調整電化學元件層積體S之緊箍壓力的情況，可大幅削減緊箍壓力的調整所需的麻煩。例如，使用大型的複數緊箍螺栓來將電化學元件層積體S予以緊箍的情況下，必須一面管理複數螺栓的扭力而一面進行壓力的調整。可是，在使用本實施形態的下部平板狀構件220B的情況下，由於下部平板狀構件220B是對電化學元件層積體S之平面大略均勻施加緊箍壓力，因此不需要如前述的複雜的扭力管理。
(b)按壓機構的作用 第1氣體，係如上述，是在第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1氣體排出部62、及第2環狀密封部52等之複數氣體流通用之構件中流通。尤其是，在對第1環狀密封部42及第2環狀密封部52的按壓力為不足的情況下，則第1氣體會從這些構件與其他構件之接觸部分之間隙洩漏。例如，複數電化學元件A係朝層積方向而被層積，藉由所定之緊箍壓力而被按壓，但對第1環狀密封部42及第2環狀密封部52而言為必要的按壓力，有時候會變成比對電化學反應部3的按壓力還大的情況。
若做更具體的說明，則電化學反應部3，係具有電極層31和電解質層32和對極電極層33，係使用對藉由第1板狀體1與第2板狀體2所形成之後述之內部流路A1所被供給的第1氣體，和對與內部流路A1對向側之後述之流通部A2而另行供給的第2氣體(還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中異於第1氣體的氣體)，而進行電化學反應。第1環狀密封部42及第2環狀密封部52，係往內部流路A1供給第1氣體並且從內部流路A1排出第1氣體。如此的具有電化學反應部3、第1環狀密封部42及第2環狀密封部52等的電化學元件A係被層積，藉由所定之緊箍壓力而被按壓以形成電化學元件層積體S。
此情況下，由於構成的差異，在電化學元件層積體S之中，有時候，複數電化學反應部3所存在之領域的按壓力，與第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所存在之領域的按壓力會有所不同。然後，對第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所存在之領域而言為必要的按壓力，有時候會大於複數電化學反應部3所存在之領域的按壓力。此情況下，若是只對電化學元件層積體S施加電化學反應部3所必要的按壓力，則第1環狀密封部42及第2環狀密封部52就不是以其所必要的按壓力而被按壓。因此，在第1環狀密封部與其他構件之接觸部分會發生間隙，第1氣體就會從該當間隙洩漏。
若依據上記構成，則電化學模組M係為，從電化學元件層積體S的下部平面側，是藉由具有彈性的下部平板狀構件220B，第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所存在之領域是從層積方向之下方往上方而被按壓。另一方面，從電化學元件層積體S的上部平面側，則是藉由按壓機構400，第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所存在之領域是朝層積方向之下方而被按壓。因此，複數第1環狀密封部42及第2環狀密封部52，係從電化學元件層積體S的下部平面側及上部平面側之兩方向沿著層積方向而被按壓。藉此，可抑制第1氣體從第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與其他構件之間隙的洩漏。又，由於可將複數第1環狀密封部42及第2環狀密封部52獨立於複數電化學反應部3而做按壓，因此可將能夠抑制第1氣體從這些間隙之洩漏的適切的按壓力，施加至第1環狀密封部42及第2環狀密封部52。
又，電化學元件層積體S，係藉由下部平板狀構件220B而往第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所被連結之第1氣體供給部61及第1氣體排出部62等之配管側被按壓。因此，可使第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管的連接位置大略位於固定位置。因此，可將第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管藉由熔接等而予以固定。藉此，不需考慮第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管的連接位置之變動而使用可撓性之配管，可將具有耐久性之鋼管當作配管來使用。
(4)電化學模組M的具體構成 接著，使用圖1及圖4，來說明電化學模組M的具體構成。圖1的電化學元件層積體S的細節係被示於圖1。
如圖1及圖4所示，電化學模組M係具備：內裝有電化學元件層積體S的容器200(上蓋201及下蓋203)；和從容器200之外部透過供給路4而往內部流路A1供給第1氣體的第1氣體供給部61；和將反應後的第1氣體予以排出的第1氣體排出部62；和從容器200之外部往流通部A2供給第2氣體的第2氣體供給部71；和將反應後的第2氣體予以排出的第2氣體排出部72；和獲得電化學反應部3中的伴隨電化學反應之輸出的輸出部8。 容器200內係具備有：將從第2氣體供給部71所被供給之第2氣體分配供給至流通部A2的分配室9。
分配室9係為位於相對於電化學元件層積體S而往該當電化學元件層積體S供給第2氣體側的空間。 流通部A2，係朝空間側被形成有開口而與該當空間連通。
電化學元件層積體S，係對容器200，以夾持著一對集電體81、82的狀態而被內裝，在該集電體81、82係有輸出部8被延設，可對容器200外部之電力供給目標自由供給電力地而被連接，並且集電體81、82係對容器200而至少一方是被電性絕緣，且第1氣體是對容器200呈氣密地而被收容。
藉此電化學模組M係從第1氣體供給部61供給燃料氣體，並且從第2氣體供給部71供給空氣，而燃料氣體就會如圖1、4虛線箭頭所示般地進入，空氣就會如實線箭頭所示般地進入。
在本實施形態中，第1氣體供給部61，係將集電體81的貫通孔81a予以貫通，而被定位於集電體81所相鄰的第1板狀體1的上面之環狀之膨出部a。然後，第1氣體供給部61的供給上端部61b與第1板狀體1係被熔接等而被連結。同樣地，第1氣體排出部62，係將集電體81的貫通孔81a予以貫通，被定位於集電體81所相鄰的第1板狀體1的上面之環狀之膨出部a，排出上端部62b係對第1板狀體1熔接等而被連結。
從第1氣體供給部61所被供給之燃料氣體，係藉由電化學元件層積體S之最上部的電化學元件A的第1貫通部41而被引導至供給路4，藉由被第1環狀密封部42所區隔的供給路4，而往所有的電化學元件A的內部流路A1流通。又從第2氣體供給部71所被供給之空氣，係暫時流入至分配室9之後，往各電化學元件A間所被形成之流通部A2流通。
順便一提，若以第2板狀體2(板狀支持體10之一部分)為基準，則浪板狀之第2板狀體2部分是以從第1板狀體1(板狀支持體10之一部分)膨出的部分而在第1板狀體1與第2板狀體2之間形成了內部流路A1，並且接觸至相鄰的電化學元件A的電化學反應部3而可做電性連接。另一方面，浪板狀之第2板狀體2與第1板狀體1接觸的部分是與第1板狀體1做電性連接，在與第2板狀體2相鄰的電化學元件A的電化學反應部3之間形成流通部A2。
在圖18的一部分中，包含內部流路A1的呈現剖面的電化學元件A、與包含流通部A2的呈現剖面的電化學元件A是為了方便起見而有並列表示的部分，但從第1氣體供給部61所被供給之燃料氣體，係抵達分配部A12(參照圖9、12、13)，透過分配部A12而沿著一端部側之寬度方向而擴展流通，抵達內部流路A1之中的各副流路A11(參照圖9、圖11、圖13)。此情況下，可從分配部A12往複數副流路A11均等地分配第1氣體(燃料氣體)，可使各電化學元件中均等地產生電化學輸出。
如此一來，進入到內部流路A1的燃料氣體係可透過氣體流通容許部1A而進入至電極層31、電解質層32。又，燃料氣體，係連同已電化學反應完畢之燃料氣體，進一步往內部流路A1前進，透過匯流部A13、第2貫通部51，前進至由第2環狀密封部52所形成的排出路5，連同來自其他電化學元件A的已電化學反應完畢之燃料氣體一起藉由第1氣體排出部62而被排出至容器200外。
另一方面，從第2氣體供給部71所被供給之空氣，係透過分配室9而進入至流通部A2，而可進入至對極電極層33、電解質層32。又，空氣係連同已電化學反應完畢之空氣，進一步沿著電化學反應部3而往流通部A2前進而藉由第2氣體排出部72而被排出至容器200外。
隨著該燃料氣體及空氣之流動而在電化學反應部3中所產生的電力，係藉由相鄰的電化學元件A的電化學反應部3與第2板狀體2之接觸而在集電體81、82彼此之間被串聯連接，成為合成輸出係由輸出部8而被取出的形態。 關於電化學元件層積體S的構成係在後面詳述。
(5)下部平板狀構件220B的變形例 (a)在上記中，下部平板狀構件220B係為因為熱而會膨脹的熱膨脹構件。可是，下部平板狀構件220B，係只要在電化學元件層積體S及容器200等的膨脹及收縮時等，可對電化學元件層積體S之平面大略均勻地施加緊箍壓力的構件即可，並不限定於熱膨脹構件。例如，下部平板狀構件220B係亦可為，雖然熱膨脹率為小，但是具有某種程度之彈性的構件。
具有彈性的下部平板狀構件220B，係在電化學元件層積體S的下部平面，沿著其平面而被配置。然後，下部平板狀構件220B，係從容器200透過下部板件230B而被施加所定之緊箍壓力，而彈性地支持電化學元件層積體S。
此處，電化學元件層積體S及容器200之至少任一者發生膨脹之際，電化學元件層積體S與容器200之間隔，係在電化學元件層積體S等的膨脹前後，有可能發生變動。由於下部平板狀構件220B係具有彈性力，因此即使電化學元件層積體S與容器200的間隔有所變動的情況下，仍會藉由其彈性力而在容器200內將電化學元件層積體S予以彈性夾持。亦即，下部平板狀構件220B，係從容器200承受緊箍壓力而在一對板件230之間將電化學元件層積體S予以彈性夾持。
更具體而言，藉由電化學元件層積體S及容器200之至少任一者的膨脹而一旦導致電化學元件層積體S與容器200之間隔發生變動，則起因於該間隔之變動，對下部平板狀構件220B所被施加的按壓力也會跟著變動。該變動之按壓力，係藉由沿著電化學元件層積體S的下部平面及下部板件230B的平面而被配置的下部平板狀構件220B，沿著電化學元件層積體S的下部平面及下部板件230B的平面之大略全體而以大略均勻分散的狀態，被彈力性地承受。
因此，即使因電化學元件層積體S等之膨脹而導致電化學元件層積體S及容器200之間隔發生變動，仍可藉由下部平板狀構件220B，而將層積方向之適度的緊箍壓力，沿著電化學元件層積體S之平面而大略均勻賦予。 如此，藉由在電化學元件層積體S的下部平面與下部板件230B的下部平面之間，沿著電化學元件層積體S及板件230之平面而配置下部平板狀構件220B，並收納於容器200的如此簡單的構成，就可構成有考慮到電化學元件層積體S等之膨脹的電化學模組M。
此外，下部平板狀構件220B是熱膨脹率較小之構件的情況下，則在容器200中將下部平板狀構件220B及電化學元件層積體S等予以收容而進行組裝之際，相較於下部平板狀構件220B是熱膨脹率較大之構件的情況下，將緊箍壓力設成較大為理想。此情況下，於組裝時，藉由較大的緊箍壓力，在下部平板狀構件220B就會產生較大的反作用力。因此，即使因電化學元件層積體S等之膨脹而導致電化學元件層積體S及容器200之間隔擴大，緊箍壓力是某種程度地小的時候，仍可對電化學元件層積體S給予適度的緊箍壓力。
(b)在上記中，雖然下部平板狀構件220B係為波浪形狀，但並非限定於此，亦可採用電化學元件層積體S及板件230等是於複數地點中分散而接觸的其他構成。例如，下部平板狀構件220B係亦可為具有凸部的板彈簧之形狀、或將前記板彈簧予以層積而成的形狀、或者是金屬蜂窩形狀。
又，下部平板狀構件220B，係亦可只與電化學元件層積體S的下部平面及下部板件230B的平面之其中一者，於分散的複數地點做接觸。 例如，下部平板狀構件220B，係亦可與電化學元件層積體S的下部平面，於分散的複數地點做接觸，而與下部板件230B的平面則是做面接觸。此情況下，下部平板狀構件220B，係在與電化學元件層積體S接觸的部分，將電化學元件層積體S等之膨脹所致之負荷力予以分散而承受。
又，亦可為例如，下部平板狀構件220B，係與電化學元件層積體S的下部平面做面接觸，而與下部板件230B的平面則是於複數地點做接觸。 此情況下，下部平板狀構件220B，係在與下部板件230B之平面接觸的部分，將電化學元件層積體S等之膨脹所致之負荷力予以分散而承受。
(c)在上記中，下部平板狀構件220B的熱膨脹率，係大於構成容器200的構件的熱膨脹率。可是，因熱膨脹而產生的電化學元件層積體S與容器200之間的間隔，只要可以藉由下部平板狀構件220B的膨脹來彌補即可，並不限定於如此的熱膨脹率之關係。 例如，下部平板狀構件220B的熱膨脹率，係亦可與構成容器200之構件的熱膨脹率相同程度，或者更小。
(d)在上記中，針對下部平板狀構件220B係會調整膨脹所致之電化學元件層積體S及容器200間的間隔之變動的情況而做了說明。可是，關於收縮所致之電化學元件層積體S及容器200間之間隔之變動，也可採用下部平板狀構件220B。
(e)在上記中，下部平板狀構件220B，係不只伴隨發電的溫度變化，還有因為例如：對電化學模組M所施加的振動、外壓、濕度及外氣溫等之變化所產生的電化學元件層積體S及容器200等之膨脹及收縮，都可承受。
(f)在上記中，電化學模組M係被設置了，具有絕緣性的絕緣體210等之機能層。電化學模組M，係亦可除了上記所示的機能層以外，或者取代其而設置另外的機能層。
(g)在上記中，下蓋203與上蓋201係藉由熔接而結合。可是，下蓋203與上蓋201之結合係不限於熔接，例如亦可藉由螺栓等而被結合。
(6)另一形態之電化學模組M 以下，針對與上記實施形態的電化學模組M不同形態的電化學模組M，舉出其他型態1及其他型態2為例來做說明。
(6-1)另一形態1 關於另一形態1所述之電化學模組M1，使用圖5來做說明。另一形態1所述之電化學模組M1，係與圖1的電化學模組M，除了設置下部平板狀構件220B之外，還設置了下部平板狀構件320B的這點，是有所不同。亦即，另一形態1所述之電化學模組M1中，係被設有2個下部平板狀構件220B、320B。
如圖5所示，電化學模組M1，係在電化學元件層積體S之上部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：上部絕緣體210T、上部板件230T。同樣地，電化學模組M1，係在電化學元件層積體S之下部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：下部絕緣體210B、下部平板狀構件320B、下部平板狀構件220B、下部板件230B。
在圖5中，下部平板狀構件320B，係為例如金屬蜂窩形狀之平板狀構件。另一方面，下部平板狀構件220B，係為例如波浪形狀之平板狀構件。電化學模組M1具備下部平板狀構件320B及下部平板狀構件220B時的作用效果，係和圖1的電化學模組M相同。又，電化學模組M1的其他構成，係和圖1的電化學模組M相同因此省略說明。
此外，於圖5的電化學模組M1中，亦可將下部平板狀構件320B設成波浪形狀之平板狀構件，將下部平板狀構件220B設成金屬蜂窩形狀之平板狀構件。
(6-2)另一形態2 關於另一形態2所述之電化學模組M2，使用圖6來做說明。另一形態2所述之電化學模組M2，係與圖5的電化學模組M，在上蓋201的平面部201a未設有開口201d的這點、在下蓋203之側面也就是第1端部203b未設有開口201e的這點、上部及下部板件230T及230B係被省略的這點，主要有所不同。
再者，在電化學模組M2中，係如圖7及圖8所示，下蓋203與上蓋201是藉由螺栓而被結合，這點是與圖5的電化學模組M不同。具體而言，下蓋203之緣部205與上蓋201之緣部202是呈對向，在緣部202、205的複數地點係有複數締結構件250被締結。締結構件250，係由具有頭部及軸部的螺栓251與螺帽253所構成。螺栓251之軸部是被插通於下蓋203之緣部205及上蓋201之緣部202之貫通孔中，螺帽253係被締結至螺栓251。藉此，下蓋203之緣部205與上蓋201之緣部202就被結合。 但是，下蓋203與上蓋201係與圖5同樣地亦可藉由熔接而被結合。
若以圖6更進一步說明，則電化學模組M2，係在電化學元件層積體S之上部，從電化學元件層積體S側往外側具備上部絕緣體210T。此情況下，被平面部201a、第1氣體供給部61及第2端部201b所圍繞的空間，與被平面部201a、第1氣體排出部62及第2端部201b所圍繞的空間中，係未被配置上部絕緣體210T。 又，電化學模組M2，係在電化學元件層積體S之下部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：下部絕緣體210B、例如金屬蜂窩形狀之下部平板狀構件320B、例如波浪形狀之下部平板狀構件220B。
上蓋201的平面部201a，係對向於電化學元件層積體S的上部平面，下蓋203的平面部203a，係對向於電化學元件層積體S的下部平面。然後，藉由上蓋201與下蓋203結合，電化學元件層積體S係沿著其平面而大略均勻地，透過下部平板狀構件220B、320B而從平面部201a及平面部203a承受緊箍壓力。 此外，亦可為設置下部平板狀構件220B及下部平板狀構件320B之至少任一者的構成。又，被平面部201a、第1氣體供給部61及第2端部201b所圍繞的空間，與被平面部201a、第1氣體排出部62及第2端部201b所圍繞的空間中，亦可未被配置上部絕緣體210T。
(7)電化學元件層積體S的具體構成 接著，說明電化學元件層積體S的具體構成。電化學元件層積體S，係由複數電化學元件A所層積而被形成。 使用圖9～圖18來說明電化學元件A。
(電化學元件) 如圖9～圖17所示，電化學元件A係具備：具有被形成在導電性之第1板狀體1與導電性之第2板狀體2之對向面間的內部流路A1的板狀支持體(基板)10。 板狀支持體10係具備：於構成該當板狀支持體10的第1板狀體1及第2板狀體2之至少一部分中，跨越該當板狀支持體10之內側也就是內部流路A1與外側而可讓氣體透通的氣體流通容許部1A；和將氣體流通容許部1A之全部或部分做被覆的狀態下，依序具有膜狀之電極層31與膜狀之電解質層32與膜狀之對極電極層33的電化學反應部3(參照圖13～圖17)。又，在板狀支持體10，從表面貫通方向外方往內部流路A1供給例如燃料氣體等之還原性成分氣體及例如空氣等之氧化性成分氣體之其中一方也就是第1氣體的形成供給路4的第1貫通部41係具備在一端部側，使通過了內部流路A1的第1氣體往板狀支持體之表面貫通方向外方排出的形成排出路5的第2貫通部51係具備在他端部側(參照圖9、圖11、圖16、圖17，此外，供給路4等與排出路5等係呈對稱形而為相同結構，這點也請理解)。
(板狀支持體) 第1板狀體1係擔任將具有電極層31與電解質層32與對極電極層33的電化學反應部3加以支持以確保電化學元件A之強度的角色。作為第1板狀體1的材料，係使用電子傳導性、耐熱性、耐氧化性及耐腐蝕性佳的材料。例如可採用肥粒鐵系不鏽鋼、沃斯田鐵系不鏽鋼、鎳基合金等。尤其是，含鉻的合金係可被合適地使用。在本實施形態中，第1板狀體1係使用含Cr為18質量%以上25質量%以下的Fe-Cr系合金，但若為含Mn為0.05質量%以上的Fe-Cr系合金、含Ti為0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Zr為0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Ti及Zr且Ti與Zr之合計的含有量為0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Cu為0.10質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金，則尤其理想。
第2板狀體2，係在與第1板狀體1重合的狀態下，將周緣部1a予以熔接一體化而構成板狀支持體10(參照圖10～圖17)。第2板狀體2，係亦可對第1板狀體1而被複數分割，亦可反之，是第1板狀體1對第2板狀體2而被複數分割的狀態。又，在進行一體化之際，亦可取代熔接而改為採用黏貼、嵌合等其他手段，只要能夠將內部流路與外部做區隔而形成即可，亦可在周緣部1a以外之部分做一體化。
第1板狀體1係具有：貫通表側的面與裏側的面而被設置的複數貫通孔11所被多數設置而成的氣體流通容許部1A(參照圖13～圖17)。此外，例如，貫通孔11係可藉由雷射加工等，而設在第1板狀體1。貫通孔11，係具有讓氣體從第1板狀體1之裏側的面往表側的面透通的機能。氣體流通容許部1A，係被設在比第1板狀體1中的電極層31所被設置之領域還小的領域為理想。
在第1板狀體1係在其表面設置有，作為擴散抑制層的金屬氧化物層12(後述，參照圖18)。亦即，在第1板狀體1與後述的電極層31之間，形成有擴散抑制層。金屬氧化物層12，係不只朝第1板狀體1之外部外露的面，就連與電極層31的接觸面(界面)上，也有被設置。又，在貫通孔11之內側的面也可設置。藉由該金屬氧化物層12，可抑制第1板狀體1與電極層31之間的元素相互擴散。例如，作為第1板狀體1是使用含鉻的肥粒鐵系不鏽鋼的情況下，則金屬氧化物層12主要係為鉻氧化物。然後，第1板狀體1的鉻原子等往電極層31或電解質層32擴散的這件事情，是被以鉻氧化物為主成分的金屬氧化物層12所抑制。金屬氧化物層12之厚度，係只要能夠兼顧高擴散防止性能與低電阻的厚度即可。 金屬氧化物層12係可藉由各種手法而被形成，但使第1板狀體1的表面氧化而變成金屬氧化物的手法係可被合適地利用。又，亦可在第1板狀體1之表面，將金屬氧化物層12藉由噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、濺鍍法或PLD法等之PVD法、CVD法等來加以形成，亦可藉由電鍍與氧化處理來形成之。甚至，金屬氧化物層12亦可含有高導電性的尖晶石相等。
作為第1板狀體1是使用肥粒鐵系不鏽鋼材的情況下，則熱膨脹係數係與電極層31或電解質層32的材料也就是YSZ(釔安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰，亦稱為CGO)等相近。因此，即使在重複低溫與高溫之溫度循環的情況下，電化學元件A仍難以受損。因此，可實現長期耐久性佳的電化學元件A而為理想。此外，第1板狀體1係具有，貫通表側的面與裏側的面而被設置的複數貫通孔11。此外，例如，貫通孔11係可藉由機械性、化學性或者光學性的穿孔加工等，而設在第1板狀體1。貫通孔11，係具有讓氣體從第1板狀體1之裏側的面往表側的面透通的機能。為了使第1板狀體1帶有氣體透通性，亦可使用多孔質金屬。例如，第1板狀體1係亦可使用燒結金屬或發泡金屬等。
第2板狀體2，係在與第1板狀體1的氣體流通容許部1A對向的領域中被形成為浪板狀，而形成了具備有從一端部側朝向他端部側的複數副流路A11、A11………的內部流路A1(參照圖9、圖13)。又，第2板狀體2，係表裏兩面皆被形成為浪板狀，將內部流路A1予以區隔形成的面的相反面，係電性連接至相鄰的電化學元件A的電化學反應部3，波型形狀之第2板狀體2與第1板狀體1接觸之部分的附近所被形成的通路，成為流通部A2而發揮機能。該副流路A11係沿著被形成為長方形狀之板狀支持體10之長邊而被複數平行設置，構成了從被設在一端部之供給路4往被設在他端部之排出路5的內部流路A1。又，第1貫通部41與內部流路A1的連接地點係具備：從與第1板狀體1之接觸部分往下方膨出，用來將從第1貫通部41所被供給之第1氣體分配至副流路A11之每一者的分配部A12(參照圖9)；第2貫通部51與內部流路A1的連接地點係具備：從與第1板狀體1之接觸部分往下方膨出，將通過了副流路A11之每一者的第1氣體予以集中而引導至第2貫通部51的匯流部A13(參照圖9、圖11、圖12、圖14～圖17；此外，供給路4等與排出路5等係呈對稱形而為相同結構，這點也請理解)。又，關於第2板狀體2的材料，係為耐熱性之金屬為理想，從降低與第1板狀體1之熱膨脹差、或確保熔接等之接合性的信賴性的觀點來看，若為與第1板狀體1相同的材料，則更理想。
如以上的由第1板狀體1及第2板狀體2所成之板狀支持體10，係有電極層31、電解質層32及對極電極層33等，被形成在其上面。亦即，電極層31、電解質層32及對極電極層33等係會被板狀支持體10所支持，可實現強度高，信賴性/耐久性佳的電化學元件A。又，金屬性的板狀支持體10係加工性佳而為理想。甚至，即使在板狀支持體10使用廉價的金屬仍可做成高強度的板狀支持體10，因此可將昂貴的電極層31或電解質層32等設成薄層，可抑制材料成本或加工成本而實現低成本的電化學元件A而為理想。
(電化學反應部) (電極層) 電極層31，係如圖13～18所示，可在第1板狀體1之表側的面且為比貫通孔11所被設置之領域還大的領域中，以薄層的狀態而設置。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想係可設成5μm～50μm。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的電極層材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的電極性能。貫通孔11所被設置之領域的全體，係被電極層31所覆蓋。亦即，貫通孔11係被形成在，第1板狀體1中的電極層31所被形成之領域的內側。換言之，所有的貫通孔11都是面朝電極層31而被設置。
電極層31，係為了使其帶有氣體透通性，而在其內部及表面具有複數細孔。 亦即電極層31係以多孔質的層的方式而被形成。電極層31係被形成為例如，其緻密度是30%以上未滿80%。細孔的尺寸係可適宜選用，適合於在進行電化學反應之際可使反應圓滑地進行的尺寸。此外所謂緻密度，係為構成層的材料佔據空間的比率，可表示成(1-空孔率)，又，與相對密度係為同等。
作為電極層31的材料係可使用例如：NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2 、Cu-CeO2 等之複合材。在這些例子中，GDC、YSZ、CeO2 可以稱為複合材的骨材。此外，電極層31，係以低溫燒成法(例如不在高於1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)或噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)、CVD法等來加以形成為理想。藉由這些可在低溫域下使用的製程，就不必使用例如高於1100℃之高溫域下的燒成，就能獲得良好的電極層31。因此，可不傷及第1板狀體1，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件A而為理想。再者，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
(中間層) 中間層34，係可在覆蓋著電極層31的狀態下，在電極層31之上以薄層的狀態來加以形成。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想為2μm～50μm左右，更理想為4μm～25μm左右。 若設成如此的厚度，則可減少昂貴的中間層34的材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的性能。作為中間層34的材料係可使用例如：YSZ(釔安定氧化鋯)、SSZ(鈧安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰)、YDC(釔摻雜氧化鈰)、SDC(釤摻雜氧化鈰)等。尤其是氧化鈰系之陶瓷可被合適地使用。
中間層34，係以低溫燒成法(例如不在高於1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)或噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等來加以形成為理想。藉由這些可在低溫域下使用的成膜製程，就不必使用例如高於1100℃之高溫域下的燒成，就能獲得中間層34。因此，可不傷及第1板狀體1，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件A。又，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
作為中間層34，係具有氧離子(氧化物離子)傳導性為理想。又，具有氧離子(氧化物離子)與電子之混合傳導性，則更加理想。具有這些性質的中間層34，係適合於適用至電化學元件A。
(電解質層) 如圖13～圖18所示，電解質層32，係在覆蓋著電極層31及中間層34的狀態下，在前記中間層34之上以薄層的狀態而被形成。又，亦可以厚度為10μm以下之薄膜之狀態來加以形成。詳言之，電解質層32係跨越中間層34之上與第1板狀體1之上而被設置。藉由如此構成，將電解質層32接合至第1板狀體1，就電化學元件全體而言可成為牢固性佳者。
又電解質層32係圖13所示，是被設在第1板狀體1之表側的面且為比貫通孔11所被設置之領域還大的領域中。亦即，貫通孔11係被形成在，第1板狀體1中的電解質層32所被形成之領域的內側。
又在電解質層32之周圍，係可抑制氣體從電極層31及前記中間層(未圖示)洩漏。進一步說明，將電化學元件A作為SOFC之構成要素來使用的情況下，在SOFC的作動時，氣體是從第1板狀體1之裏側通過貫通孔11而被供給至電極層31。在電解質層32接觸於第1板狀體1的部位中，不必設置墊片等之其他構件，就能抑制氣體的洩漏。此外，在本實施形態中雖然是藉由電解質層32而將電極層31之周圍全部予以覆蓋，但亦可設計成，在電極層31及前記中間層34之上部設置電解質層32，在周圍設置墊片等的構成。
作為電解質層32的材料係可使用可以使用YSZ(釔安定氧化鋯)、SSZ(鈧安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰)、YDC(釔摻雜氧化鈰)、SDC(釤摻雜氧化鈰)、LSGM(鍶鎂摻雜鎵酸鑭)等傳導氧離子的電解質材料，或鈣鈦礦(perovskite)型氧化物等傳導氫離子的電解質材料。尤其是氧化鋯系之陶瓷可被合適地使用。若電解質層32使用氧化鋯系陶瓷，則可令使用電化學元件A的SOFC的工作溫度，高於使用氧化鈰系陶瓷或各種氫離子傳導性材料的情況。例如將電化學元件A使用於SOFC的情況下，作為電解質層32的材料是使用像是YSZ這類即使在650℃左右以上之高溫域下仍可發揮電解質性能的材料，系統的原燃料則是使用都市瓦斯或LPG等之碳氫系之原燃料，將原燃料藉由水蒸氣改質等而變成SOFC之陽極氣體，若設計成如此的系統構成，則可建構出，把SOFC的電池堆中所產生的熱使用於原燃料氣體之改質的高效率的SOFC系統。
電解質層32，係以低溫燒成法(例如不在超過1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)或噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD(化學氣相成長)法等來加以形成為理想。藉由這些可在低溫域下使用的成膜製程，就不必使用例如超過1100℃之高溫域下的燒成，就能獲得緻密且氣密性及氣體隔絕性高的電解質層32。因此，可抑制第1板狀體1的損傷，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現性能/耐久性佳的電化學元件A。尤其是，若使用低溫燒成法或噴塗法等，就可實現低成本的元件而為理想。甚至，若使用噴塗法，則可在低溫域下容易獲得緻密且氣密性及氣體隔絕性高的電解質層，因此更加理想。
電解質層32係為了遮蔽陽極氣體或陰極氣體的氣體洩漏，並且展現高離子傳導性，而被緻密地構成。電解質層32的緻密度理想為90%以上，較理想為95%以上，更理想為98%以上。電解質層32係為均勻的層的情況下，則其緻密度理想為95%以上，較理想為98%以上。又，電解質層32是被構成為複數層狀的這類情況下，則其中至少一部分是含有緻密度為98%以上的層(緻密電解質層)為理想，含有99%以上的層(緻密電解質層)則較理想。若如此的緻密電解質層是被包含在電解質層之一部分中，則即使電解質層是被構成為複數層狀的情況下，仍可容易形成緻密且氣密性及氣體隔絕性高的電解質層。
(反應防止層) 反應防止層35，係可電解質層32之上以薄層的狀態來加以形成。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想為2μm～50μm左右，更理想為3μm～15μm左右。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的反應防止層材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的性能。作為前記反應防止層的材料，係只要能夠防止電解質層32的成分與對極電極層33的成分之間的反應的材料即可，可使用例如氧化鈰系材料等。又作為反應防止層35的材料，含有從Sm、Gd及Y所成之群組中所被選出的元素之其中至少1者的材料，係可被合適地使用。此外，含有從Sm、Gd及Y所成之群組中所被選出的元素之其中至少1者，且這些元素之含有率的合計為1.0質量%以上10質量%以下即可。藉由將反應防止層35導入至電解質層32與對極電極層33之間，就可有效抑制對極電極層33的構成材料與電解質層32的構成材料之反應，可提升電化學元件A之性能的長期穩定性。反應防止層35的形成，若適宜使用可在1100℃以下之處理溫度下形成的方法來進行，則可抑制第1板狀體1的損傷，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現性能/耐久性佳的電化學元件A，因而理想。例如，可適宜使用低溫燒成法(例如不在超過1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等，來進行之。尤其是，若使用低溫燒成法或噴塗法等，就可實現低成本的元件而為理想。再者，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
(對極電極層) 如圖13～圖18所示，可將對極電極層33，在電解質層32或是反應防止層35之上以薄層的狀態來加以形成。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想係可設成5μm～50μm。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的對極電極層材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的電極性能。作為對極電極層33的材料係可使用例如：LSCF、LSM等之複合氧化物、氧化鈰系氧化物及這些的混合物。對極電極層33是含有從La、Sr、Sm、Mn、Co及Fe所成之群組中所被選出之2種類以上之元素的鈣鈦礦型氧化物，則尤其理想。使用以上的材料所被構成的對極電極層33，係作為陰極而發揮機能。
此外，對極電極層33的形成，若適宜使用可在1100℃以下之處理溫度下形成的方法來進行，則可抑制第1板狀體1的損傷，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現性能/耐久性佳的電化學元件A，因而理想。例如，可適宜使用低溫燒成法(例如不在超過1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PDV法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等，來進行之。尤其是，若使用低溫燒成法或噴塗法等，就可實現低成本的元件而為理想。再者，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
藉由構成如此的電化學反應部3，而使電化學反應部3成為燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，可將電化學元件A作為固體氧化物形燃料電池的發電胞來使用。例如，從第1板狀體1之裏側的面通過貫通孔11而將身為第1氣體的含氫之燃料氣體供給至電極層31，往作為電極層31之對極的對極電極層33供給身為第2氣體的空氣，並維持在例如700℃左右的作動溫度。如此一來，於對極電極層33中空氣中所含之氧O2 係與電子e- 發生反應而生成氧離子O2- 。該氧離子O2- 會通過電解質層32而往電極層31移動。於電極層31中，係所被供給之燃料氣體中所含之氫H2 係與氧離子O2- 發生反應，生成水H2 O與電子e- 。 在電解質層32中使用會傳導氫離子的電解質材料的情況下，於電極層31中，所被流通之燃料氣體中所含之氫H2 會放出電子e- 而生成氫離子H+ 。該氫離子H+ 會通過電解質層32而往對極電極層33移動。於對極電極層33中，空氣中所含之氧O2 與氫離子H+ 、電子e- 會發生反應而生成水H2 O。 藉由以上的反應，在電極層31與對極電極層33之間就會產生起電力來作為電化學輸出。此情況下，電極層31係作為燃料電池的燃料極(陽極)而發揮機能，對極電極層33係作為空氣極(陰極)而發揮機能。
又，雖然在圖13～圖17中省略，但如圖18所示，在本實施形態中，電化學反應部3係在電極層31與電解質層32之間具備中間層34。再者，在電解質層32與對極電極層33之間係被設有反應防止層35。
(電化學反應部的製造方法) 接著說明電化學反應部3的製造方法。此外，於圖13～圖17中，因為省略了下記中間層34及反應防止層35的描述，所以此處主要使用圖18來做說明。
(電極層形成步驟) 在電極層形成步驟中，係在比第1板狀體1之表側的面的貫通孔11所被設置之領域還廣的領域中，電極層31是以薄膜的狀態而被形成。第1板狀體1的貫通孔11係可藉由雷射加工等而設置。電極層31的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
以低溫燒成法來進行電極層形成步驟的情況下，具體而言是如以下的例子般地進行。首先將電極層31的材料粉末與溶媒(分散媒)進行混合而作成材料糊，塗布在第1板狀體1之表側的面，以800℃～1100℃進行燒成。
(擴散抑制層形成步驟) 上述的電極層形成步驟中的燒成工程時，在第1板狀體1之表面形成有金屬氧化物層12(擴散抑制層)。此外，在上記燒成工程中，若含有把燒成氛圍設成氧分壓較低之氛圍條件的燒成工程，則元素的相互擴散抑制效果較高，可形成電阻值較低的良質的金屬氧化物層12(擴散抑制層)，因此較為理想。在使電極層形成步驟含有不進行燒成的塗布方法的情況下，亦可使其包含有另外的擴散抑制層形成步驟。無論如何，都是在可抑制第1板狀體1之損傷的1100℃以下之處理溫度下實施為理想。
(中間層形成步驟) 在中間層形成步驟中，是以覆蓋電極層31的形態，在電極層31之上係有中間層34以薄層的狀態而被形成。中間層34的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
以低溫燒成法來進行中間層形成步驟的情況下，具體而言是如以下的例子般地進行。 首先將中間層34的材料粉末與溶媒(分散媒)進行混合而作成材料糊，塗布在第1板狀體1之表側的面。然後將中間層34進行壓縮成形(中間層平滑化工程)，在1100℃以下進行燒成(中間層燒成工程)。中間層34的延壓係可藉由例如：CIP(Cold Isostatic Pressing ，冷間靜水壓加壓)成形、滾筒加壓成形、RIP(Rubber Isostatic Pressing)成形等來進行之。又，中間層34的燒成若在800℃以上1100℃以下之溫度下進行，則較為合適。若設成如此的溫度，則可一面抑制第1板狀體1的損傷/劣化，一面形成強度高的中間層34。又，中間層34的燒成在1050℃以下進行則較為理想，在1000℃以下進行則更加理想。這是因為，中間層34的燒成溫度越低，越能夠一面抑制第1板狀體1的損傷/劣化，一面形成電化學元件A。又，中間層平滑化工程與中間層燒成工程的順序亦可對調。 此外，中間層平滑化工程，係亦可藉由實施包膜成形或整平處理、表面的切削/研磨處理等來進行之。
(電解質層形成步驟) 在電解質層形成步驟中，是在被覆電極層31及中間層34的狀態下，電解質層32係在中間層34之上以薄層的狀態而被形成。又，亦可以厚度為10μm以下之薄膜的狀態而被形成。電解質層32的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
為了在1100℃以下之溫度域下形成緻密且氣密性及氣體隔絕性能高、良質的電解質層32，以噴塗法來進行電解質層形成步驟為理想。此情況下，係將電解質層32的材料朝向第1板狀體1上的中間層34進行噴射，以形成電解質層32。
(反應防止層形成步驟) 在反應防止層形成步驟中，反應防止層35是在電解質層32之上以薄層的狀態而被形成。反應防止層35的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。此外，為了使反應防止層35之上側的面變成平坦，例如亦可在反應防止層35的形成後實施整平處理或將表面實施切削/研磨處理，或是在濕式形成後燒成前，實施壓製加工。
(對極電極層形成步驟) 在對極電極層形成步驟中，對極電極層33是在反應防止層35之上以薄層的狀態而被形成。對極電極層33的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
可如以上所述般地，製造電化學反應部3。
此外於電化學反應部3中亦可設計成，中間層34與反應防止層35是可不具備其中一方、或是雙方的形態。亦即可以設計成，電極層31與電解質層32是接觸而被形成的形態，或是電解質層32與對極電極層33是接觸而被形成的形態。此情況下在上述的製造方法中，中間層形成步驟、反應防止層形成步驟係被省略。此外，亦可追加形成其他層的步驟，或是將同種的層做複數層積等等，但無論何種情況下，都是在1100℃以下之溫度進行為理想。
(電化學元件層積體) 如圖4所示，電化學元件層積體S，係由複數電化學元件A在所定之層積方向上被層積而被構成。關於相鄰的電化學元件A，構成一個電化學元件A(第1電化學元件A)的板狀支持體10、與構成另一個電化學元件A(第2電化學元件A)的板狀支持體10是以呈對向的形態而被配置。 例如，一個電化學元件A(第1電化學元件A)係具備：具有電化學反應部3所被配置之第1板狀體1與第2板狀體2的板狀支持體10。同樣地，第1電化學元件A之下方向(第1方向)及上方向(第2方向)所相鄰之第2電化學元件A之板狀支持體10係具備：具有電化學反應部3所被配置之第1板狀體1與第2板狀體2的板狀支持體10。
第1電化學元件A的第2板狀體2之外面、與上方向所相鄰之第2電化學元件A的第1板狀體1之外面，係被電性連接。又，在第1電化學元件A的第2板狀體2之外面與上方向所相鄰之第2電化學元件A的第1板狀體1之外面之間，沿著該當兩外面而被形成有，讓第2氣體流通的流通部A2。 又，第1電化學元件A的第1板狀體1之外面、與下方向所相鄰之第2電化學元件A的第2板狀體2之外面，係被電性連接。為了使其電性連接，除了使電傳導性表面部彼此單純地接觸以外，亦可採用對接觸面施加面壓、或是使其介隔著高電傳導性的材料而降低接觸電阻的方法等。又，在第1電化學元件A的第1板狀體1之外面與下方向所相鄰之第2電化學元件A的第2板狀體2之外面之間，沿著該當兩外面而被形成有，讓第1氣體流通的副流路A11(內部流路A1之一部分)。
如此的複數電化學元件A係被層積配置。具體而言，長方形狀之各電化學元件是以一端部之第1貫通部41與他端部之第2貫通部51對齊的狀態下，以各個電化學元件的電化學反應部朝上的狀態，被整齊排列而被層積。然後，在各第1貫通部41彼此之間係有第1環狀密封部42介隔，在第2貫通部51彼此之間係有第2環狀密封部52介隔。
在板狀支持體10中，形成用來從表面貫通方向外方往內部流路A1供給還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方也就是第1氣體的供給路4的第1貫通部41，是被具備在長方形狀之板狀支持體10之長邊方向一端部側。於流通部A2內係具備，用來使分別被形成在板狀支持體10之兩外面的第1貫通部41，與流通部A2做區隔的作為環狀密封部的第1環狀密封部42。又，藉由第1貫通部41及第1環狀密封部42，形成了用來將第1氣體供給至內部流路A1的供給路4。此外，在第1板狀體1中的第1環狀密封部42之抵接部位之周圍係在第1板狀體1中的與前記內部流路A1相反側面設有環狀之膨出部a，在沿著第1環狀密封部42的第1板狀體1的面的方向上可使定位變得容易。
又，在板狀支持體10中，形成用來將流通過內部流路A1之第1氣體往板狀支持體10之表面貫通方向外方予以排出的排出路5的第2貫通部51，是被具備在他端部側。第2貫通部51係為，在與第2氣體區隔的狀態下使第1氣體流通的構成。第2貫通部51，係於流通部A2內，具備有：用來把分別被形成在板狀支持體10之兩外面的第2貫通部51與流通部A2做區隔的作為環狀密封部的第2環狀密封部52。藉由第2貫通部51及第2環狀密封部52，形成了用來將流通過內部流路A1之第1氣體予以排出的排出路5。
第1、第2環狀密封部42、52，係由氧化鋁等之陶瓷材料或、雲母或是被覆這些的金屬等之絕緣性材料所成，係作為使相鄰的電化學元件彼此做電性絕緣的絕緣密封部而發揮機能。
(8)能源系統、電化學裝置 接著，使用圖19來說明能源系統、電化學裝置。 能源系統Z係具有：將從電化學裝置100、電化學裝置100所排出之熱予以再利用的作為排熱利用部的熱交換器190。 電化學裝置100係具有：電化學模組M、燃料供給模組、作為用來從電化學模組M取出電力之輸出部8的變流器(電力轉換器之一例)104。燃料供給模組，係由脫硫器101、氣化器106及改質器102所成，具有用來對電化學模組M供給含有還原性成分之燃料氣體的燃料供給部103。此外，此情況下，改質器102係成為燃料轉換器。
詳言之，電化學裝置100係具有：脫硫器101、改質水槽105、氣化器106、改質器102、送風機107、燃燒部108、變流器104、控制部110、及電化學模組M。
脫硫器101，係將都市瓦斯等之碳氫系之原燃料中所含之硫化合物成分予以去除(脫硫)。原燃料中含有硫化合物的情況下，藉由具備脫硫器101，可以抑制硫化合物對改質器102或是電化學元件A所造成的不良影響。氣化器106，係由從改質水槽105所被供給之改質水，來生成水蒸氣。改質器102，係使用已被氣化器106所生成的水蒸氣，而將已被脫硫器101所脫硫的原燃料，進行水蒸氣改質，生成含氫的改質氣體。
電化學模組M，係使用從改質器102所被供給之改質氣體、和從送風機107所被供給之空氣，來進行電化學反應而發電。燃燒部108，係使從電化學模組M所被排出之反應廢氣與空氣進行混合，而使反應廢氣中的可燃成分進行燃燒。
變流器104，係調整電化學模組M的輸出電力，使其變成與從商用系統(圖示省略)所受電之電力相同的電壓及相同的頻率。控制部110係控制電化學裝置100及能源系統Z的運轉。
改質器102，係使用燃燒部108中藉由反應廢氣之燃燒所產生的燃燒熱，來進行原燃料的改質處理。
原燃料，係藉由升壓泵浦111之作動而通過原燃料供給路112而被供給至脫硫器101。改質水槽105的改質水，係藉由改質水泵浦113之作動而通過改質水供給路114而被供給至氣化器106。然後，原燃料供給路112係在比脫硫器101下游側之部位，與改質水供給路114匯流，於容器200外已被匯流的改質水與原燃料係被供給至氣化器106。
改質水係於氣化器106中被氣化而變成水蒸氣。於氣化器106中所被生成的含水蒸氣之原燃料，係通過含水蒸氣原燃料供給路115而被供給至改質器102。於改質器102中原燃料係被進行水蒸氣改質，生成以氫氣為主成分的改質氣體(具有還原性成分之第1氣體)。於改質器102中所被生成的改質氣體，係通過燃料供給部103而被供給至電化學模組M。
反應廢氣係在燃燒部108中被燃燒，變成燃燒廢氣然後從燃燒廢氣排出路116被送往熱交換器190。在燃燒廢氣排出路116中係被配置有燃燒觸媒部117(例如鉑系觸媒)，燃燒廢氣中所含有的一氧化碳或氫等之還原性成分係被燃燒去除。
熱交換器190，係使燃燒部108中的燃燒所產生的燃燒廢氣、與所被供給之冷水進行熱交換，生成溫水。亦即熱交換器190，係作為將電化學裝置100所被排出之熱予以再利用的排熱利用部而動作。
此外，亦可取代排熱利用部，改為設置將從電化學模組M(未被燃燒)所被排出之反應廢氣予以利用的反應廢氣利用部。又，亦可使藉由第1氣體排出部62而往容器200外流通的反應廢氣之至少一部分，在圖19中的100、101、103、106、112、113、115之任一部位做匯流而循環回收。反應廢氣中係含有，於電化學元件A中未被使用於反應的殘餘之氫氣。在反應廢氣利用部中，可利用殘餘之氫氣，來進行燃燒所致之熱利用、或燃料電池等所致之發電，以進行能源的有效利用。
[其他實施形態] 此外上述的實施形態(包含其他實施形態，以下皆同)中所被揭露的構成，係只要不產生矛盾，都可與其他實施形態中所被揭露的構成做組合而適用，又，於本說明書中所被揭露之實施形態係為例示，本發明的實施形態並非限定於此，在不脫離本發明之目的的範圍內，可適宜改變。
(1)在上記實施形態中，電化學元件層積體S，係承受來自按壓機構400與下部平板狀構件(第1平板狀構件)220B之按壓。可是，亦可為未設置按壓機構400的構成。關於如此的構成，使用圖20～圖23來做說明。但是，是以異於上記實施形態的構成為中心做說明，至於相同樣的構成則是簡單說明或者省略。
(1-1)電化學模組M的全體構成 以下，使用圖20～圖23來說明電化學模組M的全體構成。如圖20所示，電化學模組M係具備：電化學元件層積體(層積體)S、和內裝有電化學元件層積體S的大略直方體狀之容器(框體、第1夾持體、第2夾持體)200。與上記實施形態不同，未設有按壓機構400。
電化學模組M，係從容器200之外部起，具備：將第1氣體供給至電化學元件層積體S的第1氣體供給部(流通管)61、和將電化學元件層積體S中反應後的第1氣體予以排出的第1氣體排出部(流通管)62。又，容器200中係設有，用來從容器200之外部往電化學元件層積體S供給第2氣體的第2氣體供給部71、和用來將第2氣體予以排出的第2氣體排出部72。 又，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之上部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：上部絕緣體210T、上部板件(第1夾持體)230T。另一方面，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之下部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：下部絕緣體210B、下部平板狀構件220B、下部板件(第2夾持體)230B。
內裝有電化學元件層積體S的容器200，係如圖20～圖22所示，係為大略直方體狀之容器。容器200係含有：下方有開口的箱狀之上蓋201、與上方有開口的下蓋203。在上蓋201的與下蓋203對向之端面係被設置有連結部202，在下蓋203的與上蓋201對向之端面係被設置有連結部205。連結部202與連結部205藉由例如熔接，而使上蓋201與下蓋203被連結，在內部形成直方體狀之空間。
上蓋201，係如圖20、圖21所示，具有比上蓋201之外緣小了一圈的開口201c。然後，於圖20的剖面視點下，相鄰於開口201c，面對電化學元件層積體S的內方側之端部係分歧成第1端部201a及第2端部201b。然後，第1端部201a係朝著容器200之內方而在平面方向上延伸所定長度，第2端部201b係從第1端部201a分歧而朝容器200之下方延伸所定長度。第1端部201a與第2端部201b，係於剖面視點下呈大略90°，構成了L字狀之角部。該L字之角部，係在圖20所示的上蓋201的上面視點的外緣之內方側，沿著外緣而被形成。藉此，藉由第1端部201a之末端，而如圖20、圖21所示般地如前述，比上蓋201之外緣小了一圈的開口201c，係被形成在上蓋201的上面。
下蓋203，係和上蓋201同樣地，於圖20所示的剖面視點下，具有構成大略呈90°之L字狀之角部的第1端部203a及第2端部203b。然後，藉由第1端部203a之末端，如圖20所示，形成了比下蓋203之外緣小了一圈的開口203c。
如圖20所示，在上蓋201的第1端部201a及第2端部201b所形成的L字之角部，係被鑲嵌有一對附開口板構件240之上端、上部絕緣體210T、上部板件230T。 在下蓋203之平面方向上呈對向的一對L字之角部，係鑲嵌有一對附開口板構件240之下端、下部絕緣體210B、下部平板狀構件220B、下部板件230B。 然後，電化學元件層積體S，其上面是透過上部板件230T及上部絕緣體210T而被上蓋201所支持。又，電化學元件層積體S，其下面是透過下部板件230B、下部平板狀構件220B及下部絕緣體210B而被下蓋203所支持。
又，如圖23所示，電化學元件層積體S的第1貫通部41及第1環狀密封部42的貫通孔，係透過集電體81的開口而與第1氣體供給部61做連通。同樣地，第2貫通部51及第2環狀密封部52的貫通孔，係透過集電體81的開口而與第1氣體排出部62做連通。
藉由如此構成，上蓋201及下蓋203，係在將電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、下部平板狀構件220B、上部及下部板件230T及230B等，從上部及下部予以夾住的狀態下，連結部202連結部205是被例如熔接而被連結。該連結之際，上蓋201及下蓋203，係對電化學元件層積體S等施加所定之緊箍壓力而被連結。
(1-2)下部平板狀構件及其所關連之構件的構成及作用 下部平板狀構件220B係為和上記實施形態相同的構成。 若依據上記構成，則電化學模組M，係藉由具有彈性的下部平板狀構件220B，而從電化學元件層積體S的下部平面側被按壓。藉此，電化學元件層積體S，係包含第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所存在之領域在內都是從下部平面側被按壓。另一方面，在電化學元件層積體S的上部平面側，係被設置有第1氣體供給部(流通管)61及第1氣體排出部(流通管)62。
複數第1環狀密封部42及第2環狀密封部52，係從電化學元件層積體S的下部平面側往層積方向之上方而被按壓。藉此，可抑制第1氣體從第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與其他構件之間隙的洩漏。
又，電化學元件層積體S，係藉由下部平板狀構件220B而往第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所被連結之第1氣體供給部61及第1氣體排出部62等之配管側被按壓。因此，可使第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管的連接位置大略位於固定位置。因此，可將第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管藉由熔接等而予以固定。藉此，不需考慮第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管的連接位置之變動而使用可撓性之配管，可將具有耐久性之不鏽鋼鋼管等當作配管來使用。
此外，與後述的(2)的圖24同樣地，於圖20～圖23的構成中也是，亦可除了下部平板狀構件(第1平板狀構件)220B以外，還設有上部平板狀構件(第2平板狀構件)220T。此情況下，下部平板狀構件220B的彈性力係大於上部平板狀構件220T的彈性力(下部平板狀構件220B的彈性力＞上部平板狀構件220T的彈性力)。此關係亦可藉由，把下部平板狀構件220B的熱膨脹率，設成比上部平板狀構件220T的熱膨脹率還大而達成。
(2)在上記實施形態中，作為平板狀構件，係只設置了夾著電化學元件層積體S而與按壓機構400相反側的下部平板狀構件(第1平板狀構件)220B。可是，亦可如圖24所示，還設置與按壓機構400相同側的上部平板狀構件(第2平板狀構件)220T。 以下係以異於上記實施形態的構成為中心做說明，至於相同樣的構成則是簡單說明或者省略。
(2-1)電化學模組M的全體構成 如圖24所示，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之上部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：上部絕緣體210T、上部平板狀構件220T、上部板件230T。同樣地，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之下部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：下部絕緣體210B、下部平板狀構件220B、下部板件230B。
上部平板狀構件220T，係被配置在上部絕緣體210T之上部。上部平板狀構件220T，係為和下部平板狀構件220B相同的構成，係為具有彈性的構件。上部平板狀構件220T，係例如於圖24的剖面視點下被形成為波浪形之形狀。上部平板狀構件220T，係以波浪形之頂部220Ta是與上部絕緣體210T接觸的方式，而被配置。又，上部平板狀構件220T的波浪形之頂部220Tb是與上部板件230T接觸。 上部平板狀構件220T的材料及熱膨脹率等係如同上記實施形態所定義，但下部平板狀構件220B的彈性力係大於上部平板狀構件220T的彈性力(下部平板狀構件220B的彈性力＞上部平板狀構件220T的彈性力)。此關係亦可藉由，把下部平板狀構件220B的熱膨脹率，設成比上部平板狀構件220T的熱膨脹率還大而達成。
和圖4所示同樣地，第1氣體供給部61及第1氣體排出部62，係將集電體81的貫通孔81a予以貫通。在與該集電體81相鄰的第1板狀體1的上面，係沿著第1氣體供給部61及第1氣體排出部62之外周而設有外周壁415。外周壁415，係從前記的第1板狀體1的上面，經由集電體81的貫通孔81a而往上方延伸到上部板件230T的附近為止。因此，上部平板狀構件220T，係在外周壁415所存在的部分中，於平面視點下對應於外周壁415的圓形部分係被挖空。
將電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、上部及下部平板狀構件220T及220B、上部及下部板件230T及230B等從上部及下部予以夾住的狀態下，在上蓋201的第1端部201c之內周面係有下蓋203的第1端部203b係被密接、熔接、接著、嵌合等，藉此，上蓋201與下蓋203係被締結。該締結之際，上蓋201及下蓋203，係對電化學元件層積體S等施加所定之緊箍壓力而被連結。亦即，上蓋201及下蓋203已被連結的狀態下，對電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、上部及下部平板狀構件220T及220B、上部及下部板件230T及230B，係施加有所定之緊箍壓力。該緊箍壓力，係藉由對上部及下部平板狀構件220T及220B給予所定之壓縮位移L，而被施加。這裡的壓縮位移L，係為有考慮到上部及下部平板狀構件220T及220B之雙方的位移。
再者，第1氣體供給部61及第1氣體排出部62，係可藉由按壓機構400而往電化學元件層積體S側，亦即層積方向之上方進行按壓。按壓機構400的構成係和上記實施形態相同。
(2-2)平板狀構件及按壓機構的作用 接著，針對平板狀構件(上部及下部平板狀構件220T及220B)220及按壓機構400的作用，做更進一步說明。 由熱膨脹構件所成之上部及下部平板狀構件220T及220B，係被配置在電化學元件層積體S的上部平面及下部平面，從上部及下部板件230被施加所定之緊箍壓力，而彈性地支持電化學元件層積體S。然後，上部平板狀構件220T，係將電化學元件層積體S從層積方向之上方予以按壓般地加以支持，下部平板狀構件220B，係將電化學元件層積體S從層積方向之下方予以按壓般地加以支持。例如，因熱膨脹而變大的電化學元件層積體S與容器200之間的間隔，可藉由上部及下部平板狀構件220T及220B的熱膨脹來加以填補，而對電化學元件層積體S施加適切的緊箍壓力。
此處，如上述，下部平板狀構件220B的熱膨脹率，係大於上部平板狀構件220T的熱膨脹率。因此，相較於下部平板狀構件220B將電化學元件層積體S從層積方向之下方予以按壓的按壓力，上部平板狀構件220T將電化學元件層積體S從層積方向之上方予以按壓的按壓力會比較大。因此，電化學元件層積體S係相較於上方而會從下方受到比較大的按壓力而被往上方按壓。 又，於按壓機構400中，一旦對第1螺合構件401鎖入第2螺合構件403，則第2螺合構件403就被往層積方向之下方推擠。藉此，第2螺合構件403，係將第1氣體供給部61及複數第1環狀密封部42往層積方向之下方推擠。同樣地，一旦使按壓機構400發生作用，則第1氣體排出部62及複數第2環狀密封部52就會往層積方向之下方被推擠。
第1氣體供給部61及第1氣體排出部62所被設置的沿著層積方向之領域，係由於下部平板狀構件220B的彈性力＞上部平板狀構件220T的彈性力之關係，因此從層積方向之下方往上方會以較大的按壓力而被按壓。又，該當領域，係藉由按壓機構400而從層積方向之上方往下方被按壓。亦即，複數第1環狀密封部42及第2環狀密封部52，係從層積方向之下方藉由下部平板狀部220B而被按壓，同時，從層積方向之上方藉由按壓機構400而被按壓。藉此，可抑制第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與其他構件的間隙之發生，可抑制第1氣體的洩漏。
又，於電化學元件層積體S中，電化學反應部3所被設置的領域，係由於上部及下部絕緣體210T及210B、上部及下部平板狀構件220T及220B、上部及下部板件230T及230B等，是被上蓋201及下蓋203所按壓，因此會被施加所定之緊箍壓力。
此外，和上記(1)同樣地，於圖24的構成中也可省略按壓機構400。即使在省略了按壓機構400的情況下，仍由於下部平板狀構件220B的彈性力＞上部平板狀構件220T的彈性力，因此電化學元件層積體S係從層積方向之下方往上方以較大的按壓力而被按壓。因此，電化學元件層積體S，係包含第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所存在之領域在內都是從層積方向之下方往上方而被按壓。藉此，可抑制第1氣體從第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與其他構件之間隙的洩漏。又，如前述，電化學元件層積體S，係藉由下部平板狀構件220B而往第1環狀密封部42及第2環狀密封部52所被連結之第1氣體供給部61及第1氣體排出部62等之配管側被按壓。可使第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管的連接位置大略位於固定位置。因此，可將第1環狀密封部42及第2環狀密封部52與配管藉由熔接等而予以固定。
又，上部平板狀構件220T，係可如上述的下部平板狀構件220B的圖5、圖6等般地做變形。
(3)在上記實施形態中，對電化學元件層積體S的上部平面(第2平面)係被連接有第1氣體供給部(流通管)61及第1氣體排出部(流通管)62。另一方面，沿著電化學元件層積體S的下部平面(第1平面)而被設有下部平板狀構件220B。可是，只要第1環狀密封部42及第2環狀密封部52是往第1氣體供給部61及第1氣體排出部62等之配管側被按壓即可，並不限定於該構成。例如，於電化學元件層積體S中，第1氣體供給部(流通管)61及第1氣體排出部(流通管)62所被連接側，與平板狀構件所被設置側，只要相反即可。因此，亦可對電化學元件層積體S的下部平面(第1平面)連接第1氣體供給部(流通管)61及第1氣體排出部(流通管)62，並沿著上部平面(第2平面)而設置上部平板狀構件220T。
(4)在上記實施形態中，按壓機構400係由，藉由螺絲的螺合而使第2螺合構件403往第1螺合構件401推擠的機構所構成。可是，只要能夠按壓第1環狀密封部42及第2環狀密封部52即可，按壓機構400係不限定於上記的構成。按壓機構400係亦可為例如，第2螺合構件403是被插入至筒狀之第1螺合構件401，藉由摩擦等而被固定在推擠位置的構成。又，按壓機構400係亦可由，形成第1螺合構件401上所被形成之公螺紋部、與第2螺合構件403上所被形成的母螺紋部，藉由使這些公螺紋部及母螺紋部做螺合而將第2螺合構件403往第1螺合構件401做推擠的機構所構成。
(5)在上記實施形態中，是對電化學元件A係為SOFC的電化學模組M，適用了平板狀構件220。可是，上記的平板狀構件220，係亦可適用於SOEC(Solid Oxide Electrolyzer Cell)及充電電池等。
(6)在上記實施形態中，雖然是將電化學元件A使用於作為電化學裝置100的固體氧化物形燃料電池，但電化學元件A係亦可利用於固體氧化物形電解胞、或利用了固體氧化物的氧感測器等。又，電化學元件A，係不限於作為電化學元件層積體S或電化學模組M而被複數組合來使用，亦可單獨地使用。 亦即，在上記的實施形態中係說明了，可以提升把燃料等之化學能轉換成電能之效率的構成。 亦即，在上記的實施形態中，係使電化學元件A及電化學模組M成為燃料電池而動作，往電極層31流通氫氣，並往對極電極層33流通氧氣。如此一來，於對極電極層33中氧分子O2 係與電子e- 發生反應而生成氧離子O2- 。該氧離子O2- 會通過電解質層32而往電極層31移動。於電極層31中，氫分子H2 係與氧離子O2- 發生反應，生成水H2 O與電子e- 。藉由以上的反應，在電極層31與對極電極層33之間就會產生起電力，而進行發電。 另一方面，在使電化學元件A及電化學模組M成為電解胞而動作的情況下，則是往電極層31流通含有水蒸氣或二氧化碳之氣體，並在電極層31與對極電極層33之間施加電壓。如此一來，於電極層31中電子e- 與水分子H2 O、二氧化碳分子CO2 會發生反應而變成氫分子H2 或一氧化碳CO與氧離子O2- 。氧離子O2- 係通過電解質層32而往對極電極層33移動。於對極電極層33中氧離子O2- 會放出電子而變成氧分子O2 。藉由以上的反應，水分子H2 O係被電解成氫H2 和氧O2 ，而在流通含有二氧化碳分子CO2 之氣體的情況下則會被電解成一氧化碳CO和氧O2 。 在含有水蒸氣與二氧化碳分子CO2 的氣體被流通的情況下則可設置，從藉由上記電解而在電化學元件A及電化學模組M中所生成的氫及一氧化碳等來合成碳化氫等之各種化合物等的燃料轉換器25(圖26)。藉由燃料供給部(未圖示)，就可將該燃料轉換器25所生成的碳化氫等取出至本系統/裝置外而另外作為燃料來利用。又，亦可在燃料轉換器25中將氫或一氧化碳轉換成化學原料來利用。
圖26中係圖示了，使電化學反應部3作為電解胞而動作時的能源系統Z及電化學裝置100之一例。在本系統中所被供給的水與二氧化碳係於電化學反應部3中被電解，生成氫及一氧化碳等。然後於燃料轉換器25中，碳化氫等係被合成。使圖26的熱交換器24動作成為令燃料轉換器25中所發生之反應所產生的反應熱與水進行熱交換而氣化的排熱利用部，並且，使圖26中的熱交換器23動作成為令電化學元件A所產生的排熱與水蒸氣及二氧化碳進行熱交換而預熱的排熱利用部，藉由設計成如此構成，就可提高能源效率。 又，電力轉換器93，係往電化學元件A流通電力。藉此，如上述般地，電化學元件A係作為電解胞而作用。 因此，若依據上記構成則可提供，可以提升將電能轉換成燃料等之化學能之效率的電化學裝置100及能源系統Z等。
(7)在上記實施形態中，作為電極層31的材料係使用了例如NiO- GDC、Ni- GDC、NiO- YSZ、Ni- YSZ、CuO- CeO2 、Cu- CeO2 等之複合材，作為對極電極層33的材料係使用了例如LSCF、LSM等之複合氧化物。如此所被構成的電化學元件A，係往電極層31供給氫氣而作為燃料極(陽極)，往對極電極層33供給空氣而作為空氣極(陰極)，可作為固體氧化物形燃料電池胞來使用。亦可變更此構成，可把電極層31當作空氣極，把對極電極層33當作燃料極，來構成電化學元件A。亦即，作為電極層31的材料係使用例如LSCF、LSM等之複合氧化物，作為對極電極層33的材料是使用例如NiO- GDC、Ni- GDC、NiO- YSZ、Ni- YSZ、CuO- CeO2 、Cu- CeO2 等之複合材。若為如此構成的電化學元件A，則可往電極層31供給空氣而當作空氣極，往對極電極層33供給氫氣而當作燃料極，把電化學元件A當作固體氧化物形燃料電池胞來使用。
(8)在上記實施形態中，是在第1板狀體1與電解質層32之間配置了電極層31，在從電解質層32來看與第1板狀體1相反側配置了對極電極層33。亦可為電極層31與對極電極層33是顛倒配置的構成。亦即也可為，在第1板狀體1與電解質層32之間配置對極電極層33，在從電解質層32來看與第1板狀體1相反側配置電極層31的構成。此情況下，關於對電化學元件A的氣體之供給，也需要做變更。 亦即，關於電極層31與對極電極層33的順序或第1氣體、第2氣體之中的哪一者是還原性成分氣體及氧化性成分氣體之一方或他方，係只要配置成，使得對於電極層31與對極電極層33把第1氣體、第2氣體以可適切進行反應之形態來做供給的話，則可採用種種的形態。
(9)在上記實施形態中，雖然是覆蓋氣體流通容許部1A而將電化學反應部3，設在第1板狀體1的與第2板狀體2之相反側，但亦可設在第1板狀體1的第2板狀體2側。亦即，即使是電化學反應部3係被配置在內部流路A1的構成，本發明仍成立。
(10)在上記中，是藉由容器(第1夾持體、第2夾持體)200而將電化學元件層積體S予以夾持。可是只要能夠夾持電化學元件層積體S的話，就不需要使用容器200。例如，亦可藉由端板(第1夾持體、第2夾持體)等來夾持電化學元件層積體S。
(11)在上記實施形態中，雖然是將第1貫通部41、第2貫通部51在長方形狀之板狀支持體之兩端部設成一對的形態，但不限於設在兩端部的形態，甚至亦可為設有2對以上的形態。又，第1貫通部41、第2貫通部51係並不一定要成對設置。因此，第1貫通部41、第2貫通部51係可分別設置1個以上。 甚至，板狀支持體係不限於長方形狀，亦可採用正方形狀、圓形狀等種種的形態。
(12)第1、第2環狀密封部42、52，係只要能夠使第1、第2貫通部41、51彼此連通並防止氣體之漏洩的構成即可，其形狀在所不問。亦即，第1、第2環狀密封部42、52，係只要是在內部具有連通至貫通部之開口部的無端狀之構成，且將相鄰的電化學元件A彼此之間予以密封的構成即可。第1、第2環狀密封部42、52係為例如環狀。環狀中亦可包含有圓形、橢圓形、方形、多角形狀等任意的形狀。
(13)在上記中，板狀支持體10係由第1板狀體1及第2板狀體2所構成。此處，第1板狀體1與第2板狀體2，係亦可由個別的板狀體所構成，亦可如圖25所示般地由一個板狀體所構成。在圖25的情況下，藉由使一個板狀體被彎折，而使第1板狀體1與第2板狀體2被重合。然後，藉由周緣部1a被熔接等，而使第1板狀體1與第2板狀體2被一體化。此外，第1板狀體1與第2板狀體2亦可由一連串沒有接縫的板狀體所構成，亦可藉由一連串板狀體被彎折而如圖25般地被成型。 又，雖然會後述，但第2板狀體2亦可由一個構件所構成，亦可由2個以上之構件所構成。同樣地，第1板狀體1亦可由一個構件所構成，亦可由2個以上之構件所構成。
(14)上記的第2板狀體2，係連同第1板狀體1而一起形成了內部流路A1。內部流路A1係具有：分配部A12、複數副流路A11、匯流部A13。已被供給至分配部A12的第1氣體，係如圖9所示，會被分配供給至複數副流路A11之各者，在複數副流路A11的出口處於匯流部A13中匯流。因此，第1氣體，係沿著從分配部A12往匯流部A13的氣體流動方向而流動。 複數副流路A11，係在第2板狀體2之中，從分配部A12往匯流部A13以外之部分形成為浪板狀，而被構成。然後，如圖13所示，複數副流路A11，係在與第1氣體之氣體流動方向交叉的流動交叉方向上的剖面視點下，是被構成為浪板狀。如此的複數副流路A11係為，浪板是沿著圖9所示的氣體流動方向延伸而被形成。複數副流路A11，係亦可在分配部A12與匯流部A13之間由一連串波浪狀之板狀體所形成，亦可由2個以上波浪狀之板狀體所構成。複數副流路A11係例如，亦可由沿著沿氣體流動方向之方向而分離的2個以上之波浪狀之板狀體所構成亦可由沿著沿流動交叉方向之方向而分離的2個以上之波浪狀之板狀體所構成。
又，複數副流路A11，係亦可如圖13所示般地是由相同形狀的山及谷被反覆形成而構成為波浪形。可是，第2板狀體2係亦可在複數副流路A11所被形成之領域中，具有板狀部分。例如，複數副流路A11，係亦可藉由板狀部分與凸起狀部分是被交互形成，而被構成。然後，可將凸起狀部分當作讓第1氣體等之流體流通的部分。
(15)於上記的第2板狀體2中相當於複數副流路A11的部分，係不需要全面都是被形成為浪板狀，只要至少一部分是被形成為浪板狀即可。第2板狀體2係亦可為例如，在分配部A12與匯流部A13之間，氣體流動方向之一部分係為平板狀，其餘則是浪板狀。又，第2板狀體2係亦可為，流動交叉方向之一部分是平板狀，其餘則是浪板狀。
(16)在上記的內部流路A1中，可以設置可使發電效率提升的結構體。針對如此的構成，說明如下。與上記實施形態重複的部分係簡化記載或省略之。
(I)電化學模組M的具體構成 接著，使用圖27～圖44等，說明電化學模組M的具體構成。電化學模組M中係包含有圖4所示的電化學元件層積體S。 此處，如圖27～圖44等所示，電化學元件層積體S之層積方向係為+Z方向及-Z方向(Z方向)。又，於第1板狀體1及第2板狀體2之間第1氣體從第1氣體供給部61側往第1氣體排出部62側進行流通的方向，同樣地於第1板狀體1及第2板狀體2之間第2氣體從第2氣體供給部71側往第2氣體排出部72側進行流通的方向，係為與+Z方向及-Z方向(Z方向)交叉的+X方向及-X方向(X方向)。又，與+Z方向及-Z方向(Z方向)及+X方向及-X方向(X方向)交叉的方向，係為+Y方向及-Y方向(Y方向)。然後，XZ平面與XY平面與YZ平面係彼此大略正交。
如圖4及圖27等所示，電化學模組M係具備：透過供給路4而往內部流路A1供給第1氣體的第1氣體供給部61；和將反應後的第1氣體予以排出的第1氣體排出部62；和從外部往流通部A2供給第2氣體的第2氣體供給部71；和將反應後的第2氣體予以排出的第2氣體排出部72；和獲得電化學反應部3中的伴隨電化學反應之輸出的輸出部8；容器200內係具備有：將從第2氣體供給部71所被供給之第2氣體分配供給至流通部A2的分配室9。
藉此電化學模組M係從第1氣體供給部61供給燃料氣體(有時候也稱為第1氣體)，並且從第2氣體供給部71供給空氣(有時候也稱為第2氣體)，而燃料氣體就會如圖4、圖27等的虛線箭頭所示般地進入，空氣就會如實線箭頭所示般地進入。
從第1氣體供給部61所被供給之燃料氣體，係藉由電化學元件層積體S之最上部的電化學元件A的第1貫通部41而被引導至供給路4，藉由被第1環狀密封部42所區隔的供給路4，而往所有的電化學元件A的內部流路A1流通。又從第2氣體供給部71所被供給之空氣，係暫時流入至分配室9之後，往各電化學元件A間所被形成之流通部A2流通。在本實施形態中，燃料氣體在內部流路A1中沿著板狀支持體10之平面而流通的流通方向，係為從+X方向往-X方向的方向。同樣地，空氣在流通部A2中沿著板狀支持體10之平面而流通的流通方向，係為從+X方向往-X方向的方向。
順便一提，若以第2板狀體2(板狀支持體10之一部分)為基準，則浪板狀之第2板狀體2部分是以從第1板狀體1(板狀支持體10之一部分)膨出的部分而在第1板狀體1與第2板狀體2之間形成了內部流路A1，並且接觸至相鄰的電化學元件A的電化學反應部3而可做電性連接。另一方面，浪板狀之第2板狀體2與第1板狀體1接觸的部分是與第1板狀體1做電性連接，在與第2板狀體2相鄰的電化學元件A的電化學反應部3之間形成流通部A2。
在圖43等的一部分中，包含內部流路A1的呈現剖面的電化學元件A、與包含流通部A2的呈現剖面的電化學元件A是為了方便起見而有並列表示的部分，但從第1氣體供給部61所被供給之燃料氣體，係抵達分配部A12(參照圖27～圖30等)，透過分配部A12而沿著一端部側之寬度方向而擴展流通，抵達內部流路A1之中的各副流路A11(參照圖27～圖30等)。
此處，如圖27等所示，內部流路A1係具有：分配部A12、複數副流路A11、後述之匯流部A13。又，內部流路A1係具有：分配部A12與複數副流路A11之間的供給緩衝部144、和複數副流路A11與匯流部A13之間的排出緩衝部154。 該內部流路A1，係藉由第1板狀體1與第2板狀體2呈對向的空間，而被形成。在本實施形態中，第1板狀體1係為平板狀，且被形成有後述的氣體流通容許部1A。第2板狀體2，係相對於層積方向而具有朝上方向凸出的部分、和朝下方向凹陷的部分。因此，藉由第1板狀體1與第2板狀體2是呈對向而被組合，第2板狀體2的朝上方向凸出的部分係與第1板狀體1抵接。然後，藉由第2板狀體2的朝下方向凹陷的部分與第1板狀體1，形成了分配部A12、供給緩衝部144、複數副流路A11、排出緩衝部154及匯流部A13等之各部係被分隔的空間。
雖然後面會詳述，但在沿著燃料氣體之流通方向的方向(+X方向及-X方向(X方向))上，在分配部A12與複數副流路A11之間設有供給結構體140。供給結構體140，係使燃料氣體暫時儲留在分配部A12，而限制從分配部A12往複數副流路A11的燃料氣體之供給。 又，在沿著燃料氣體之流通方向的方向上，在複數副流路A11與匯流部A13之間設有排出結構體150。排出結構體150，係限制從複數副流路A11往匯流部A13的燃料氣體之排出。
燃料氣體，係在第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等中流通，而被供給至各電化學元件A的分配部A12。被供給至分配部A12的燃料氣體，係藉由供給結構體140而被暫時儲留在分配部A12。其後，燃料氣體係從分配部A12被導入至複數副流路A11。 進入到各副流路A11的燃料氣體，係在各副流路A11中流通，同時，經由氣體流通容許部1A而進入到電極層31、電解質層32。又，燃料氣體，係連同已電化學反應完畢之燃料氣體，一起還往副流路A11前進。抵達了複數副流路A11之流通方向之末端的燃料氣體，係以藉由排出結構體150而被部分性限制了往匯流部A13之流通的狀態下，往匯流部A13前進。前進至匯流部A13的燃料氣體，係在匯流部A13、第2貫通部51、第2環狀密封部52等中流通。然後，連同來自其他電化學元件A的已電化學反應完畢之燃料氣體，一起藉由第1氣體排出部62而被往外排出。
另一方面，從第2氣體供給部71所被供給之空氣，係透過分配室9而進入至流通部A2，而可進入至對極電極層33、電解質層32。又，空氣係連同已電化學反應完畢之空氣，進一步沿著電化學反應部3而往流通部A2前進而藉由第2氣體排出部72而被往外排出。
隨著該燃料氣體及空氣之流動而在電化學反應部3中所產生的電力，係藉由相鄰的電化學元件A的電化學反應部3與第2板狀體2之接觸而在集電體81、82彼此之間被串聯連接，成為合成輸出係由輸出部8而被取出的形態。 關於電化學元件層積體S的構成係在後面詳述。
(II)內部流路及第2板狀體之構成 關於第1板狀體1與第2板狀體2是呈對向而被形成的內部流路A1之構成，做更進一步說明。 在本實施形態中，平板狀之第1板狀體1，與沿著層積方向而往上方(+Z方向)凸出、或是沿著層積方向而往下方(-Z方向)凹陷般地被形成有凹凸的第2板狀體2，是在彼此對向而被組合的內面，被形成有內部流路A1。內部流路A1中係含有：分配部A12、供給緩衝部144、複數副流路A11、排出緩衝部154及匯流部A13。又，內部流路A1中係還含有：讓第1氣體通過的供給通過部141(供給結構體140之一部分)及排出通過部151(排出結構體150之一部分)。
此外，第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等所被設置的供給路4側，與第1氣體排出部62、第2環狀密封部52、第2貫通部51等所被設置的排出路5側，係為對稱的結構。於圖28～圖30、圖32～圖35等中係圖示了，第1氣體排出部62、第2環狀密封部52、第2貫通部51等所被設置的排出路5側的剖面圖。另一方面，於圖36～圖42等中係圖示了，第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等所被設置的供給路4側的剖面圖。然後，在圖28～圖30、圖32～圖35等的排出路5側的剖面圖中，第1氣體係從複數副流路A11經由匯流部A13而往第2貫通部51等排出的方向流通。另一方面，在圖36～圖42等的供給路4側的剖面圖中，第1氣體係經由第1貫通部41等而從分配部A12被供給至複數副流路A11的方向流通。
分配部A12，係對應於各電化學元件A而被設置。分配部A12係被設在供給路4側，係為用來對各電化學元件A供給第1氣體所需之緩衝部。又，分配部A12，係在第1氣體之流通方向(從+X方向往-X方向的方向)上，在內部流路A1之中被設在複數副流路A11之上游側。如圖27、圖42等所示，在分配部A12中，在與流通方向之交叉方向(+Y方向及-Y方向(Y方向))及流通方向(+X方向及-X方向(X方向))的大略中央部，形成有貫通第2板狀體2的第1貫通部41。第1氣體，係在第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等中流通，而被供給至各電化學元件A的分配部A12。
第1板狀體1與第2板狀體2，係如圖28～圖42等所示，藉由第1板狀體1之緣部與第2板狀體2之緣部於周緣部1a被熔接而被一體化。分配部A12，係藉由比周緣部1a還往層積方向之下方(-Z方向)凹陷的方式，將第2板狀體2進行加工而被形成。進一步來說，分配部A12，係於供給阻止部142(供給結構體140之一部分)中以層積方向上位置不同的方式而被形成。亦即，如圖39等所示，於層積方向上，分配部A12的上面位於比供給阻止部142的上面還要下方。然後，供給阻止部142的上面係抵接於第1板狀體1的下面。藉此，已被導入至分配部A12的第1氣體，係藉由朝層積方向之上方凸出的供給阻止部142而被限制來自分配部A12之排出，而被暫時儲留在被形成為凹狀的分配部A12中。
又，分配部A12，係於上面視點下，如圖27等所示般地在+Y方向及-Y方向(Y方向)上較長。然後，分配部A12的Y方向之長度係對應於，在Y方向上保持間隔而被平行排列配置的複數副流路A11之領域的Y方向之長度。
讓第1氣體流通的複數副流路A11，係如圖27～圖44等所示，沿著流通方向，亦即沿著+X方向及-X方向(X方向)而延伸。然後，複數副流路A11，係如前述，於Y方向上保持間隔而被平行排列配置。第2板狀體2，係如圖27～圖44等所示，被設在形成複數副流路A11之每一者的複數副流路形成部160、與相鄰的副流路形成部160之間，具有將相鄰的副流路A11之每一者予以分隔的複數分隔部161。如圖43等所示，副流路形成部160係被形成為具有底面的凹狀，分隔部161的上面係位於比副流路形成部160之底面還往層積方向之上方的位置。然後，分隔部161的上面係抵接於第1板狀體1的下面。藉此，各副流路A11係被分離，各副流路A11內分別有第1氣體會沿著流通方向而流通。
此外，副流路A11，係在圖27等中，從供給結構體140之附近到排出結構體150之附近為止，沿著流通方向而延伸。可是並非限定於此，副流路A11係亦可只被形成在，從供給結構體140之附近到排出結構體150之附近為止的一部分。亦即，形成副流路A11的副流路形成部160係亦可只被配置在，從供給結構體140之附近到排出結構體150之附近為止的一部分。
如圖43、圖44所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上，分隔部161的長度L3係小於副流路形成部160的長度L4(L3＜L4)。L3＜L4的情況下，如圖43等所示，可縮小分隔部161的上面與第1板狀體1的下面的抵接面積。亦即，可以加大副流路A11面對氣體流通容許部1A所被形成之第1板狀體1的空間，可使從副流路A11往電化學反應部3的第1氣體的量變多。
第2板狀體2，係如圖27、圖36～圖44等所示，在沿著流通方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))上，在分配部A12與複數副流路A11之間具有供給結構體140。供給結構體140，係使第1氣體暫時儲留在分配部A12，同時限制從分配部A12往複數副流路A11的第1氣體之供給。
供給結構體140係具有複數供給通過部141及複數供給阻止部142。供給通過部141係使第1氣體從分配部A12往複數副流路A11流通。供給阻止部142，係阻止第1氣體從分配部A12往複數副流路A11的流通。如圖38等所示，供給阻止部142的上面係位於比供給通過部141的上面還往層積方向之上方的位置，並抵接於第1板狀體1的下面。因此，分配部A12內的第1氣體，係藉由供給阻止部142而被阻止往流通方向之流通，而另一方面，會經由供給通過部141往流通方向而流通，通往複數副流路A11。
在本實施形態中，各供給阻止部142，係例如圖27、圖44等所示般地，是被形成為大略長方形狀。然後，長方形狀之各供給阻止部142係為，其長邊是沿著+Y方向及-Y方向(Y方向)般地沿著Y方向而被配置。在相鄰的供給阻止部142之間，設有供給通過部141。亦即，供給通過部141，係被設在相鄰的供給阻止部142的短邊所對向的區間。
如圖44所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上，供給阻止部142的長度L2係大於供給通過部141的長度L1(L2＞L1)。又，供給通過部141的長度L1，係小於分隔部161的長度L3為理想(L1＜L3)。藉此，可使從分配部A12經由供給通過部141而被擠出的第1氣體碰撞到分隔部161的+X方向側之端部，而可使其被暫時儲留在後述的供給緩衝部144。 L1與L2的關係是根據例如：對分配部A12在單位時間內所被供給的第1氣體的量、對複數副流路A11在單位時間內所應供給的第1氣體的量、供給阻止部142的數量、分隔部161的Y方向之長度L3、副流路A11的Y方向之長度L4等而決定。
如上述，各副流路A11係藉由各分隔部161而被分隔。於流通方向(+X方向及-X方向(X方向))上，對於供給通過部141，係有複數分隔部161之中的任一分隔部161是被對應而配置。 又，於流通方向上，對於供給阻止部142，係有複數副流路A11之中的至少1個副流路A11是被對應而配置。
此處，第1氣體，係從分配部A12經由供給通過部141而被引導至複數副流路A11。若依據上記構成，則於流通方向上對於供給通過部141係有任一分隔部161是被對應而配置，因此從分配部A12往供給通過部141所被擠出的第1氣體，係沿著流通方向而前進，藉此而碰撞到朝層積方向之上方凸出的分隔部161。藉由與分隔部161之碰撞，第1氣體係往與流通方向交叉的交叉方向前進。亦即，從分配部A12經由供給通過部141而流通過來的第1氣體，並非立刻被導入至複數副流路A11，而是在副流路A11的前方與分隔部161碰撞而往交叉方向前進。然後，往交叉方向前進的第1氣體，係由於朝層積方向之上方凸出的供給阻止部142而不會回到分配部A12，在供給結構體140與複數副流路A11之間被暫時儲留。其後，第1氣體係順著來自分配部A12之擠壓，而被導入至複數副流路形成部160所形成的複數副流路A11。 此外，第1氣體在供給結構體140與複數副流路A11之間所被暫時儲留的領域，係為供給緩衝部144。
在本實施形態中，於流通方向上，是對應於1個供給通過部141而被配置有1個分隔部161。可是，並非限定於此，亦可對應於1個供給通過部141而被配置有複數個分隔部161。又，亦可對應於1個供給通過部141而沒有分隔部161被配置，且對應另1個供給通過部141而被配置有分隔部161。
又，於流通方向上，對應於第1貫通部41而被設有供給阻止部142。藉此，可抑制從第1貫通部41被導入至分配部A12的第1氣體立即前往複數副流路A11。因此，可在分配部A12中暫時儲留第1氣體。
供給阻止部142的數量係不限定於此，但為例如2個以上。又，隨著複數副流路A11的數量來設定供給阻止部142的數量為理想。 又，供給阻止部142在上記中係朝流通方向之交叉方向而配置成一列。 可是，只要能夠將第1氣體暫時儲留於分配部A12，能夠對複數副流路A11大略均勻地供給第1氣體的話，就不限定於該配置。例如，複數供給阻止部142亦可從交叉方向錯開而被配置。又，複數供給阻止部142亦可沿著交叉方向，或是從交叉方向錯開而被配置。 又，在上記中，供給阻止部142係為長方形狀。可是，只要能夠從分配部A12往複數副流路A11均勻地供給氣體的話，則供給阻止部142的形狀並非限定於此。例如，供給阻止部142係亦可被形成為正方形狀、圓形狀、橢圓形狀、三角形狀等種種的形狀。
又，雖然不限定於此，但如圖27、圖44等之上記實施形態所示，複數供給阻止部142之中的2個，係分別被設置在對應於分配部A12的+Y方向之端部及-Y方向之端部的位置上為理想。第1氣體，係從分配部A12的第1貫通部41而在分配部A12的空間中擴散的方式而佈滿分配部A12，碰撞到分配部A12之端面。因此，碰撞到分配部A12之端面的第1氣體，係有時候會在端面改變方向而朝複數副流路A11流動。因此，藉由在對應於分配部A12之端部的位置上設置供給阻止部142，就可抑制第1氣體從分配部A12立刻往複數副流路A11流出。藉此，如後述，可從分配部A12往各副流路A11大略均勻地供給第1氣體。
接著說明匯流部A13及排出結構體150。匯流部A13及排出結構體150，係分別與分配部A12及供給結構體140為相同構成。 匯流部A13係被設在排出路5側，是用來將流通過複數副流路A11的第1氣體予以排出所需之緩衝部。匯流部A13，係在第1氣體的流通方向上，在內部流路A1之中被設在複數副流路A11的下游側。如圖27、圖44等所示，在匯流部A13中，在流通方向及其交叉方向的大略中央部，形成有貫通第2板狀體2的第2貫通部51。通過了複數副流路A11的第1氣體，係被導入至匯流部A13，經由第2貫通部51、第2環狀密封部52、第1氣體排出部62等而被排出至外部。
又，匯流部A13係被形成為，於排出阻止部152(排出結構體150之一部分)中在層積方向上位置係為不同。亦即，如圖32等所示，於層積方向上，匯流部A13的上面位於比排出阻止部152的上面還要下方。然後，排出阻止部152的上面係抵接於第1板狀體1的下面。藉此，從複數副流路A11流往匯流部A13的第1氣體，係藉由朝層積方向之上方凸出的排出阻止部152而被限制了往匯流部A13的排出，而被暫時儲留在複數副流路A11。
又，匯流部A13，係於上面視點下，如圖27等所示般地在+Y方向及-Y方向(Y方向)上較長。然後，匯流部A13的Y方向之長度係對應於，在Y方向上保持間隔而被平行排列配置的複數副流路A11之領域的Y方向之長度。
第2板狀體2，係如圖27、圖31～圖35、圖44等所示，在沿著流通方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))上，在複數副流路A11與匯流部A13之間具有排出結構體150。排出結構體150，係限制從複數副流路A11往匯流部A13的第1氣體之排出。
排出結構體150係具有複數排出通過部151及複數排出阻止部152。排出通過部151係使第1氣體從複數副流路A11往匯流部A13通過。排出阻止部152，係阻止第1氣體從複數副流路A11往匯流部A13的通過。如圖32等所示，排出阻止部152的上面係位於比排出通過部151的上面還往層積方向之上方的位置，並抵接於第1板狀體1的下面。因此，複數副流路A11內的第1氣體，係藉由排出阻止部152而被阻止往流通方向之流通，而另一方面，會經由排出通過部151往流通方向而流通，通往匯流部A13。
在本實施形態中，排出阻止部152，係與供給阻止部142同樣地，例如圖27、圖44等所示般地，是被形成為大略長方形狀。然後，長方形狀之各排出阻止部152係為，其長邊是沿著+Y方向及-Y方向(Y方向)般地沿著Y方向而被配置。在相鄰的排出阻止部152之間，設有排出通過部151。亦即，排出通過部151，係被設在相鄰的排出阻止部152的短邊所對向的區間。
如圖44所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上，排出阻止部152的長度L12係大於排出通過部151的長度L11(L12＞L11)。又，排出阻止部152的長度L12係大於副流路形成部160的長度L4為理想(L12＞L3)。藉此，可使從複數副流路A11流往匯流部A13的第1氣體碰撞到排出阻止部152，可使其暫時儲留在後述的排出緩衝部154。 L11與L12的關係是根據例如：對複數副流路A11在單位時間內所供給的第1氣體的量、從匯流部A13在單位時間內所應排出的第1氣體的量、排出阻止部152的數量、分隔部161的Y方向之長度L3、副流路A11的Y方向之長度L4等而決定。
於流通方向上，對於排出阻止部152，係有複數副流路A11之中的至少1個副流路A11是被對應而配置。 又，於流通方向上，對於排出通過部151，係有複數分隔部161之中的任一分隔部161是被對應而配置。
若依據上記構成，則從複數副流路A11被擠出的第1氣體，係沿著流通方向前進而碰撞到朝層積方向之上方凸出的排出阻止部152。藉由與排出阻止部152之碰撞，第1氣體係往與流通方向交叉的交叉方向前進。亦即，從複數副流路A11流通過來的第1氣體，不會立刻被導入至匯流部A13，而是在匯流部A13的前方與排出阻止部152發生碰撞而往交叉方向前進。其後，第1氣體係順著從複數副流路A11的擠出，通過排出通過部151而被導入至匯流部A13。 此外，第1氣體在複數副流路A11與排出結構體150之間所被暫時儲留的領域，係為排出緩衝部154。
又，於流通方向上，對應於第2貫通部51而被設有排出阻止部152。藉此可抑制，在複數副流路A11中流通的第1氣體被立刻被導入至匯流部A13，從第2貫通部51被排出。因此，可在複數副流路A11中暫時儲留第1氣體。
排出通過部151及排出阻止部152的形狀、大小、配置、數量等，係與供給通過部141及供給阻止部142相同。例如，於圖44中，+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上的排出阻止部152的長度L12及排出通過部151的長度L11，係與上述的供給阻止部142的長度L1及供給通過部141的長度L2相同。 但是，排出通過部151及排出阻止部152的形狀、大小、配置、數量等，係亦可與供給通過部141及供給阻止部142不同。例如，亦可將排出通過部151的大小設成比供給通過部141還大。藉此，相較於從分配部A12往複數副流路A11供給第1氣體之際的供給壓，可使從複數副流路A11往匯流部A13的排出壓為較小。從分配部A12往複數副流路A11以某種程度的供給壓來供給第1氣體而使複數副流路A11間的流動分布成為一定，且在排出第1氣體之際可平順地導入至匯流部A13。
(a)供給結構體及排出結構體的作用 (a1)供給結構體的作用 接著說明供給結構體140的作用。 上記構成的供給結構體140的供給阻止部142，係被設在分配部A12與複數副流路A11之間，成為從分配部A12往複數副流路A11的第1氣體之流動的障壁。因此，從分配部A12往複數副流路A11流通之際的第1氣體的壓力損失會變高，已被導入至分配部A12的第1氣體係充滿分配部A12而遍佈，而被暫時儲留。因此，分配部A12內全體會呈現大略均勻的壓力(均壓)。亦即，分配部A12與複數副流路A11之每一者的差壓係大略相同。然後，由於是從分配部A12經由供給通過部141往複數副流路A11供給第1氣體，因此第1氣體是對各副流路A11以大略均壓的狀態而被供給。藉此，於各副流路A11間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)會是大略均勻。 又，第1氣體係從分配部A12分流至複數副流路A11。藉由如此分流至複數流路所致之整流作用，第1氣體，係相較於在未被形成有複數流路的內部流路中流動的情況，其流動分布(流速、流量及壓力等)係呈大略一定。
如以上所述，於各副流路A11間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布會是大略均勻。例如，於各副流路A11間觀看流通方向之某一位置的情況下，在與該當某一位置交叉的交叉方向上，各副流路A11的第1氣體的流速、流量及壓力等係為大略一定。藉此，於電化學反應部3中，第1氣體為不足的部分，與第1氣體流通過剩的部分的差異會變小，可提升電化學元件A全體的第1氣體之利用率而提升電化學反應的反應效率。
此外，在未採用上記的分配部A12、複數副流路A11及供給結構體140等之構成的情況下，各副流路A11中的第1氣體之流動分布會有所不同，會有在某一副流路A11中第1氣體的流速為較快，在另一副流路A11中第1氣體的流速為較慢的情況。在第1氣體的流速較慢的副流路A11中第1氣體會因為電化學反應而被消耗，第1氣體就會不足。因此而會導致第1氣體的濃度降低，電化學反應部3的電極層會氧化劣化，而有降低電極性能或機械性強度之虞。另一方面，在第1氣體的流速較快的副流路A11中，第1氣體於電化學反應中被消耗之前就被排出。亦即，若第1氣體是氫等之燃料氣體的情況下，則濃度尚高的第1氣體就被排出，燃料利用率會降低。此處，也考慮相對於第1氣體的流速較慢的副流路A11中的第1氣體的不足，而把供給至各副流路A11的第1氣體之供給量予以增加。可是，此情況下，在第1氣體的流速較快的副流路A11中，於電化學反應中被消耗之前就被排出的第1氣體的量就會更為增加，導致燃料利用率更為降低。由於這些因素，在各副流路A11中的第1氣體之流動分布為不同的情況下，則會導致電化學反應的反應效率降低，發電效率降低。 (a2)排出結構體的作用 接著說明排出結構體150的作用。 若依據上記構成，則不只設置了用以從分配部A12往複數副流路A11將第1氣體以大略均勻的流動分布進行供給所需之供給結構體140，還在用以從複數副流路A11使第1氣體匯流至匯流部A13的部分設置有排出結構體150。由於複數副流路A11是被供給結構體140與排出結構體150所夾，因此可使複數副流路A11內的第1氣體之流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻，同時可提升電化學反應的反應效率。 若更具體說明，則上記構成的排出結構體150的排出阻止部152，係被設在複數副流路A11與匯流部A13之間，會成為從副流路A11往匯流部A13的第1氣體之流動的障壁。因此，從複數副流路A11往匯流部A13進行流通之際的第1氣體的壓力損失會變高。因此，已被導入至複數副流路A11的第1氣體，係難以從複數副流路A11立刻被導入至匯流部A13，會充滿複數副流路A11而遍佈。藉此，於各副流路A11間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。又，由於第1氣體會充滿複數副流路A11而遍佈，因此於複數副流路A11內可使電化學反應被充分進行。藉由這些，可提升電化學反應的反應效率。
(17)於上記實施形態中，電化學裝置係具備有：具備複數電化學元件A的電化學模組M。可是，上記實施形態的電化學裝置係亦可適用於具備1個電化學元件的構成。
(18)於上記實施形態的圖1中，電化學元件層積體S，係於層積方向上側，是隔著上部絕緣體210T，而被上部板件230T所夾。又，電化學元件層積體S，係於層積方向下側，是隔著下部絕緣體210B，而被下部平板狀構件220B、下部板件230B所夾。然後，被如此配置的電化學元件層積體S、上部絕緣體210T、上部板件230T、下部絕緣體210B、下部平板狀構件220B、下部板件230B，係被收容在容器200中。於申請專利範圍中的夾持體，係相當於上部及下部板件230及容器200。 又，於上記的圖5中，電化學元件層積體S，係於層積方向上側，是隔著上部絕緣體210T，而被上部板件230T所夾。又，電化學元件層積體S，係於層積方向下側，是隔著下部絕緣體210B，而被下部平板狀構件320B、下部平板狀構件220B、下部板件230B所夾。然後，被如此配置的電化學元件層積體S、上部絕緣體210T、上部板件230T、下部絕緣體210B、下部平板狀構件320B、下部平板狀構件220B、下部板件230B，係被收容在容器200中。於申請專利範圍中的夾持體，係相當於上部及下部板件230及容器200。 又，於上記的圖6中，電化學元件層積體S，係於層積方向上側，被上部絕緣體210T所夾。又，電化學元件層積體S，係於層積方向下側，是隔著下部絕緣體210B，而被下部平板狀構件320B、下部平板狀構件220B所夾。然後，被如此配置的電化學元件層積體S、上部絕緣體210T、下部絕緣體210B、下部平板狀構件320B、下部平板狀構件220B，係被收容在容器200中。於申請專利範圍中的夾持體，係相當於上部及下部板件230及容器200。
1:第1板狀體 1A:氣體流通容許部 2:第2板狀體 3:電化學反應部 4:供給路 5:排出路 9:分配室 10:板狀支持體 11:貫通孔 31:電極層 32:電解質層 33:對極電極層 41:第1貫通部 42:第1環狀密封部 51:第2貫通部 52:第2環狀密封部 61:第1氣體供給部 62:第1氣體排出部 71:第2氣體供給部 72:第2氣體排出部 100:電化學裝置 200:容器 201:上蓋 203:下蓋 220:平板狀構件 400:按壓機構 401:第1螺合構件 401a:母螺紋部 403:第2螺合構件 403a:公螺紋部 A:電化學元件 A1:內部流路 A11:副流路 A12:分配部 A13:匯流部 A2:流通部 M:電化學模組 M1:電化學模組 M2:電化學模組
[圖1]電化學模組的剖面圖。 [圖2]電化學模組的上面圖。 [圖3]電化學模組的側面圖。 [圖4]電化學模組的概略圖。 [圖5]另一形態1所述之電化學模組的剖面圖。 [圖6]另一形態2所述之電化學模組的剖面圖。 [圖7]圖6的電化學模組的上面圖。 [圖8]圖6的電化學模組的側面圖。 [圖9]電化學元件的概略圖。 [圖10]圖9中的X-X剖面圖。 [圖11]圖9中的XI-XI面圖。 [圖12]圖9中的XII-XII剖面圖。 [圖13]圖9中的XIII-XIII剖面圖。 [圖14]圖9中的XIV-XIV剖面圖。 [圖15]圖9中的XV-XV剖面圖。 [圖16]圖9中的XVI-XVI剖面圖。 [圖17]圖9中的XVII-XVII剖面圖。 [圖18]電化學反應部的重點放大圖。 [圖19]能源系統的概略圖。 [圖20]電化學模組的剖面圖。 [圖21]電化學模組的上面圖。 [圖22]電化學模組的側面圖。 [圖23]電化學模組的概略圖。 [圖24]電化學模組的剖面圖。 [圖25]另一形態所述之電化學模組的說明圖。 [圖26]另一能源系統的概略圖。 [圖27]另一電化學元件的概略圖。 [圖28]圖27中的XXVIII-XXVIII剖面圖。 [圖29]圖27中的XXIX-XXIX面圖。 [圖30]圖27中的XXX-XXX剖面圖。 [圖31]圖27中的XXXI-XXXI剖面圖。 [圖32]圖27中的XXXII-XXXII剖面圖。 [圖33]圖27中的XXXIII-XXXIII剖面圖。 [圖34]圖27中的XXXIV-XXXIV剖面圖。 [圖35]圖27中的XXXV-XXXV剖面圖。 [圖36]圖27中的XXXVI-XXXVI剖面圖。 [圖37]圖27中的XXXVII-XXXVII剖面圖。 [圖38]圖27中的XXXVIII-XXXVIII剖面圖。 [圖39]圖27中的XXXIX-XXXIX剖面圖。 [圖40]圖27中的XL-XL剖面圖。 [圖41]圖27中的XLI-XLI剖面圖。 [圖42]圖27中的XLII-XLII剖面圖。 [圖43]電化學反應部的重點放大圖。 [圖44]供給結構體及排出結構體的說明圖。
9:分配室
61:第1氣體供給部
62:第1氣體排出部
71:第2氣體供給部
72:第2氣體排出部
200:容器
201:上蓋
201a:平面部
201b:第2端部
201c:第1端部
202:緣部
203:下蓋
203a:平面部
203b:第1端部
205:緣部
210:絕緣體
210B:下部絕緣體
210T:上部絕緣體
220:平板狀構件
220B:下部平板狀構件
220Ba:頂部
220Bb:頂部
230:板件
230B:下部板件
230T:上部板件
240:附開口板構件
240a:開口
M:電化學模組
S:電化學元件層積體

Claims (16)

  1. 一種電化學模組，係具備： 層積體，係由電解質層與分別被配置在前記電解質層之兩側的電極層及對極電極層是沿著基板而被形成的複數電化學元件，隔著用來讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方的第1氣體流通所需之環狀密封部而朝所定之層積方向被層積而成；和 夾持體，係含有：將前記層積體的前記層積方向上的第1平面予以按壓的第1夾持體、及將與前記第1平面相反側之第2平面予以按壓的第2夾持體，藉由前記第1夾持體及前記第2夾持體而將前記層積體予以夾持；和 具有彈性的第1平板狀構件，係被配置在前記第1平面與前記第1夾持體之間；和 流通管，係在連通前記環狀密封部的狀態下，被連接至前記第2平面。
  2. 如請求項1所記載之電化學模組，其中， 具備：具有彈性的第2平板狀構件，係被配置在前記第2平面與前記第2夾持體之間； 前記第1平板狀構件的彈性力，係大於前記第2平板狀構件的彈性力。
  3. 如請求項1或2所記載之電化學模組，其中，具備：按壓機構，係被設在前記第2平面側，將前記環狀密封部的裝著地點，於前記層積方向上對前記夾持體進行按壓。
  4. 如請求項3所記載之電化學模組，其中， 前記按壓機構，係隔著前記流通管而將前記環狀密封部所存在之領域沿著前記層積方向進行按壓； 前記按壓機構的熱膨脹率，係為前記流通管的熱膨脹率以下。
  5. 如請求項3或4所記載之電化學模組，其中，前記按壓機構係具備：被設在前記第1夾持體的第1螺合構件；和藉由與前記第1螺合構件之螺合而可將前記環狀密封部朝前記層積方向進行按壓的第2螺合構件。
  6. 如請求項5所記載之電化學模組，其中， 前記第1螺合構件係為筒狀構件，且在內周面具有母螺紋部； 前記第2螺合構件係為筒狀構件，且在外周面具有公螺紋部； 使前記第2螺合構件的前記公螺紋部被螺合至前記第1螺合構件的前記母螺紋部。
  7. 如請求項6所記載之電化學模組，其中，前記按壓機構係具備：前記第2螺合構件與前記流通管之間的電絕緣性的密封部。
  8. 如請求項1～7之任1項所記載之電化學模組，其中， 前記基板，係在內部具有：經由前記環狀密封部而被導入前記第1氣體的內部流路； 在前記層積方向上所相鄰的電化學元件間係被形成有：讓屬於前記還原性成分氣體及前記氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
  9. 如請求項1～8之任1項所記載之電化學模組，其中， 各電化學元件的基板係具有：第1貫通部，其係形成讓前記第1氣體流通的供給路； 各電化學元件的第1貫通部，係與介隔在相鄰的電化學元件之間的環狀密封部的環狀孔連通。
  10. 如請求項9所記載之電化學模組，其中， 在前記複數電化學元件中，第1電化學元件與第2電化學元件是彼此相鄰而被層積； 構成各電化學元件的前記基板，係在內部具有：經由前記環狀密封部而讓前記第1氣體流通的內部流路； 在構成前記第1電化學元件的前記基板、與構成前記第2電化學元件的前記基板是呈對向的形態下，且構成前記第1電化學元件的前記基板中的電化學反應部所被配置的外面、與構成前記第2電化學元件的前記基板中的與前記電化學反應部所被配置側不同的另一外面是被電性連接，且在這兩外面彼此的相鄰之間係被形成有：沿著該當兩外面而讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
  11. 如請求項10所記載之電化學模組，其中， 在構成各電化學元件的前記基板係被形成有：跨越該當基板之內側也就是前記內部流路與外側而可讓氣體透通的氣體流通容許部； 在被覆前記氣體流通容許部之全部或部分的狀態下，藉由前記電極層與前記電解質層與前記對極電極層而形成電化學反應部； 被形成有第1貫通部，其係用以形成，讓前記第1氣體跨越前記基板之表面貫通方向外方與前記內部流路而流通的供給路。
  12. 如請求項11所記載之電化學模組，其中， 於前記流通部內，具備：用來把分別被形成在前記兩外面的前記第1貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第1環狀密封部； 藉由前記第1貫通部及前記第1環狀密封部而形成了，與前記內部流路之間讓前記第1氣體流通的前記供給路。
  13. 如請求項11或12所記載之電化學模組，其中， 前記基板係具備：第2貫通部，其係用以形成，使前記內部流路中流通的前記第1氣體往前記基板之表面貫通方向外方流通的排出路； 於前記流通部內，具備：用來把分別被形成在前記兩外面的前記第2貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第2環狀密封部； 藉由前記第2貫通部及前記第2環狀密封部而形成了，讓在前記內部流路中流通的前記第1氣體流通的前記排出路。
  14. 一種電化學裝置，係至少具有： 如請求項1～13之任1項所記載之電化學模組；和 往前記電化學模組流通含有還原性成分之氣體的燃料轉換器、或是將前記電化學模組中所生成的含有還原性成分之氣體加以轉換的燃料轉換器。
  15. 一種電化學裝置，係至少具有：如請求項1～13之任1項所記載之電化學模組；和從前記電化學模組取出電力或是往前記電化學模組流通電力的電力轉換器。
  16. 一種能源系統，係具有：如請求項14或15所記載之電化學裝置；和排熱利用部，係將從前記電化學裝置或是燃料轉換器所被排出的熱予以再利用。
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