WO2019189915A1 - 電気化学素子積層体、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 - Google Patents

電気化学素子積層体、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 Download PDF

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大西久男
越後満秋
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大阪瓦斯株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical element laminate, an electrochemical element, an electrochemical module, an electrochemical device, and an energy system.
  • an electrochemical element laminate constituting an electrochemical device such as a fuel cell (electrochemical power generation cell) or an electrolysis cell includes a gas permeable region and covers the gas permeable region.
  • a large number of substrates including a metal substrate formed with a chemical reaction portion, a metal substrate functioning as a spacer or a separator, and the like are hermetically stacked.
  • an air flow path for air (oxidizing component gas) and a fuel gas flow path for fuel gas (reducing component gas) are demarcated along both surfaces of the metal substrate (electrochemical element) provided with the electrochemical reaction section.
  • the air and the fuel gas are circulated through the respective flow paths. That is, a plurality of electrochemical elements are integrally formed as an electrochemical element laminate. As a result, an electrochemical output such as electric power is generated from the reaction between air and fuel gas in the electrochemical reaction section.
  • the electrochemical element laminate as described above forms a plurality of substrates to form an air flow path and a fuel gas flow path, it is necessary to securely seal and fix a large number of metal substrates. Therefore, in order to produce such an electrochemical element or electrochemical element laminate, a great deal of man-hours and great care are required in order to fix it reliably and reliably. Therefore, the production cost for producing such an electrochemical element laminate is greatly increased, and the reliability of the produced electrochemical element laminate (eg, airtightness between metal substrates and reliability of electrical connection) is increased. It was supposed to decline.
  • the present invention provides an electrochemical element laminate having a small number of parts and easy production in view of the above-mentioned situation, and an electrochemical element having an easy-to-handle structure in producing the electrochemical element laminate.
  • the purpose is to provide.
  • Another object is to provide an electrochemical module, an electrochemical device, and an energy system using the electrochemical element laminate at low cost.
  • Each electrochemical element includes a conductive plate-like support having an internal flow path inside, The plate-like support covers a gas flow permissible portion capable of transmitting gas across the internal flow path and the outside, which are inside the plate-like support, and all or part of the gas flow permissible portion.
  • An electrochemical reaction portion having at least a membrane electrode layer, a membrane electrolyte layer, and a membrane counter electrode layer in the order of description, an outer surface in the surface penetration direction of the plate-like support, and the internal flow path A first through portion that forms a supply path through which the first gas that is one of the reducing component gas and the oxidizing component gas flows,
  • at least a first electrochemical element and a second electrochemical element are stacked adjacent to each other, The plate constituting the first electrochemical element in a form in which the plate-like support constituting the first electrochemical element and the plate-like support constituting the second electrochemical element are opposed to each other.
  • An outer surface of the plate-like support on which the electrochemical reaction part is disposed and an outer surface different from the side on which the electrochemical reaction part of the plate-like support constituting the second electrochemical element is disposed are electrically connected. And a flow passage portion through which the second gas, which is the other of the reducing component gas and the oxidizing component gas, flows along the two outer surfaces between the two outer surfaces. It is in a formed point.
  • the electrochemical element since the electrochemical element includes a plate-like support having an internal flow path, the first gas and the second gas can be distributed and distributed in a state of partitioning the internal flow path and the outside.
  • the electrochemical element functions as a fuel cell (electrochemical power generation cell) that “converts chemical energy such as fuel into electric energy”
  • the first gas is hydrogen gas consumed by the electrochemical reaction. Or the like, and the second gas is the other.
  • the electrochemical element functions as an electrolytic cell that "converts electrical energy into chemical energy such as fuel”
  • the first gas is a reducing component gas such as hydrogen gas generated by an electrochemical reaction, oxygen, etc.
  • One of the oxidizing component gases and the second gas is the other.
  • the plate-like support covers a gas flow permissible portion that can transmit gas across the internal flow path that is inside the plate-like support and the outside, and a state that covers all or part of the gas flow permissible portion.
  • the electrochemical device functions as a fuel cell (electrochemical power generation cell).
  • the first gas and the second gas include an electrochemical reaction section from a path from the outer side of the plate-shaped support and a path from the internal flow path to the gas flow allowing portion of the plate-shaped support.
  • an electrochemical reaction such as generating electricity
  • the electrochemical element functions as an electrolytic cell
  • the first gas and the second gas are generated by an electrolysis reaction such as water by supplying electricity to the electrochemical reaction section, and the outside of the plate-like support It is possible to discharge from the side path and the path through the internal flow path from the gas flow allowing portion of the plate-like support.
  • the plate-like support is electrically conductive because it is necessary to electrically extract the electrochemical output or supply electricity.
  • Examples of such an electrically conductive material include metals and electrically conductive ceramics. Among these, a metal is preferable because a robust structure can be easily formed.
  • the internal flow path may be defined between the opposing surfaces of the plate-like support, but it is not necessary to be hermetically formed in the electrochemical element. Any configuration that can form a simple flow path is sufficient.
  • the gas flow allowing portion may be provided as a large number of through holes extending from the front to the back of the plate-like support, or may be provided as a porous structure.
  • the gas flow allowing portion can be easily and selectively provided on the support, and the strength of the support can be further increased. Therefore, an electrochemical element that is superior in strength and durability can be realized more easily.
  • the gas flow allowing portion can be formed more easily, and the surface of the gas permeable member can be easily formed flat, and the electrochemical reaction portion can be formed. Yield can be improved. That is, the electrochemical element can be manufactured more easily.
  • the plate-like support body is provided with a first through-portion that forms a supply path through which the first gas flows between the outer side in the surface penetration direction of the plate-like support body and the internal flow path,
  • the first gas can be passed through the internal flow path.
  • the first penetration part opens to the space side through which the second gas flows, but the first gas is separated from the second gas flowing along the outer surface of the plate-like support. By flowing, the first gas and the second gas can be appropriately guided to the electrochemical reaction part or discharged from the electrochemical reaction part.
  • the first gas can be supplied to the internal flow paths of all the laminated plate-like supports simply by laminating the plate-like supports and communicating the first through portions with each other. Can be distributed.
  • This is an extremely simple configuration as compared to a configuration in which a supply path is individually formed for each plate-like support, and the electrochemical element laminate can be easily assembled, highly reliable, and inexpensively manufactured.
  • the surface penetration direction of a plate-shaped support body is a direction which penetrates a plate-shaped support body, and a 1st penetration part is formed in the form which penetrates a plate-shaped support body.
  • the electrochemical element can be handled as a plate-like support having a simple structure in which a gas flow allowing portion is provided on the plate-like support and an electrochemical reaction portion is formed. Perform electrochemical reactions.
  • this electrochemical device since this electrochemical device has a simple configuration, it is highly convenient in handling when used in combination. Furthermore, since a simple structure in which the same structure is simply connected in communication in the first through portion can be employed when a large number of combinations are used, assembly is easy, reliable, and inexpensive.
  • the electrochemical element laminate a plurality of electrochemical elements are stacked. Since the plate-like support constituting the first electrochemical element and the plate-like support constituting the second electrochemical element are opposed to each other, the first and second electrochemical elements are aligned. . Further, the outer surface on which the electrochemical reaction part in the plate-like support constituting the first electrochemical element is arranged and the side on which the electrochemical reaction part in the plate-like support constituting the second electrochemical element is arranged Since the electrochemical elements stacked in an aligned manner are electrically connected to another outer surface, the electrochemical reaction portions provided in each electrochemical element are stacked in series and electrically connected. It becomes a state.
  • a flow passage portion through which the second gas flows is formed along the two outer surfaces between the two outer surfaces, it is formed on one of the electrode layer and the counter electrode layer in the electrochemical reaction portion.
  • the first gas flows from the first through portion through the internal flow path and the gas flow allowing portion, and the second gas flows to the other of the electrode layer and the counter electrode layer via the flow portion. can do. Therefore, the electrochemical reaction portions of the electrochemical elements stacked in an aligned manner have the first gas corresponding to the respective electrode layers and counter electrode layers, while the respective electrochemical reaction portions are connected in series in the same direction.
  • the electrochemical element When the second gas is circulated and the electrochemical element functions as a fuel cell (electrochemical power generation cell), the electrochemical outputs from the plurality of electrochemical elements are combined, for example, power as electrochemical output is obtained.
  • the electrochemical element can function as an electrolytic cell, a large amount of reducing component gas such as hydrogen gas and oxidizing component gas such as oxygen generated from the plurality of electrochemical elements can be collected. Can be taken out.
  • each electrochemical element is composed of a conductive plate-like support and an electrochemical reaction part, and can be configured to be integrated with each other.
  • the electrochemical device laminate is easy to manufacture and highly reliable, and has a structure that is easy to handle when manufacturing the electrochemical device laminate.
  • the electrochemical element laminate includes a first annular seal portion as an annular seal portion that partitions the first through portion formed on each of the outer surfaces from the flow portion in the flow portion,
  • the supply passage through which the first gas flows can be formed between the first through portion and the first annular seal portion between the first passage and the internal passage.
  • the first through portions of the electrochemical elements stacked in the electrochemical element stack can be separated from the flow part and can be connected to each other. Therefore, it is possible to connect each electrochemical element in a form that properly operates with the first gas and the second gas, with an extremely simple configuration in which the first through portions of adjacent electrochemical elements are closely connected. It is possible to produce an electrochemical element laminate that is easy to manufacture and highly reliable, and has a structure that is easy to handle when producing the electrochemical element laminate.
  • the shape of the annular seal portion is not limited as long as it allows the through portions to communicate with each other to prevent gas leakage. That is, the annular seal portion may have an endless configuration having an opening communicating with the penetrating portion inside, and may be configured to seal between adjacent electrochemical elements.
  • the annular seal portion is, for example, annular.
  • the ring may have any shape such as a circle, an ellipse, a rectangle, or a polygon.
  • the plate-like support includes a second through portion that forms a discharge passage through which the first gas flowing through the internal flow channel flows through the plate-like support in the direction of surface penetration.
  • a second annular seal portion serving as an annular seal portion that divides the second through portion formed on each of the outer surfaces from the flow portion within the flow portion; The second through portion and the second annular seal portion may form the discharge path through which the first gas flowing through the internal flow path flows.
  • the first gas that has entered the internal flow path from the first through portion passes through the internal flow path and is allowed to pass gas.
  • the remaining portion flows through the second through portion forming the discharge path while being distributed to the electrochemical reaction portion via the portion. Since the discharge path is formed in a state where the second through portion is partitioned from the second gas, the first gas can be recovered from the discharge path in a state distinguished from the second gas. Since this discharge path is composed of an annular seal portion as well as the supply path in the first through portion, it has a very simple configuration that only connects the second through portions of adjacent electrochemical elements in close contact with each other.
  • each electrochemical element can be connected to a form in which each electrochemical element operates properly with the first gas and the second gas, and it becomes an easily manufactured and highly reliable electrochemical element laminate, In producing an electrochemical element laminate, the structure is easy to handle.
  • the annular seal portion can be an insulating seal portion that electrically insulates adjacent electrochemical elements.
  • the electrochemical reaction parts in the stacked electrochemical elements adjacent to each other are connected in series to recover the electric power as the electrochemical output or apply the voltage necessary for the electrolysis. It is necessary to insulate parts other than the chemical reaction part.
  • the first and second annular seal portions are formed in an insulating seal portion that electrically insulates the adjacent electrochemical elements, the supply portion and the discharge portion are formed, and at the same time, the insulating function is exhibited.
  • the characteristic configuration of the electrochemical element used in the electrochemical element laminate for achieving the above object is as follows: Comprising the plate-like support, The said plate-shaped support body exists in the point provided with the said gas flow permission part, the said electrochemical reaction part, and said 1st penetration part.
  • the electrochemical element laminate can be formed by laminating the plate-like support. And since this plate-shaped support body is provided with a gas flow permission part, an electrochemical reaction part, and a first penetration part, for example, when making an electrochemical element function as a fuel cell (electrochemical power generation cell) Each electrochemical element to be stacked generates an electrochemical output in the electrochemical reaction part, and the electrochemical outputs from a plurality of electrochemical elements are combined to greatly amplify the electric power as the electrochemical output, for example. Can be taken out.
  • the characteristic configuration of the electrochemical device according to the present invention is as follows: Provided with a conductive plate-like support having an internal channel inside, In the plate-like support, the plate-like support has a gas flow permissible portion capable of transmitting gas over the inner flow path and the outside which are inside the plate-like support, and the gas flow permissible portion.
  • An electrochemical reaction part having at least a film-like electrode layer, a film-like electrolyte layer, and a film-like counter electrode layer in the order of description in a state where all or a part of the plate-like support is covered, and a surface penetration direction of the plate-like support
  • a first through portion that forms a supply path through which the first gas, which is one of the reducing component gas and the oxidizing component gas, flows between the outside and the internal channel;
  • the first penetrating portion and the internal flow path are separated from a second gas that is the other of the reducing component gas and the oxidizing component gas that flows along the outer surface of the plate-like support.
  • the configuration is such that the first gas flows.
  • the electrochemical element since the electrochemical element includes the conductive plate-like support body having the internal flow path inside, the plate-like support body is divided into the first gas in a state of partitioning the internal flow path and the outside. And the second gas can be distributed and distributed.
  • the first gas is one of a reducing component gas such as hydrogen gas and an oxidizing component gas such as air
  • the second gas is the other.
  • the plate-like support covers a gas flow permissible portion that can transmit gas across the internal flow path that is inside the plate-like support and the outside, and a state that covers all or part of the gas flow permissible portion.
  • the electrochemical reaction portion having the membrane electrode layer, the membrane electrolyte layer, and the membrane counter electrode layer in the order of description.
  • the electrochemical element functions as a fuel cell (electrochemical power generation cell).
  • the first gas and the second gas are electrochemically generated from the path from the outside of the plate-like support and the path from the internal flow path through the gas flow allowing portion of the plate-like support.
  • an electrochemical reaction such as generation of electricity can be caused.
  • the plate-like support is electrically conductive because it is necessary to electrically extract the electrochemical output or supply electricity.
  • Examples of such an electrically conductive material include metals and electrically conductive ceramics.
  • the metal when the metal is used, it is possible to easily ensure the strength and conductivity of the support and prevent gas flow between the inside and outside of the support in portions other than the gas flow allowing portion.
  • the thermal conductivity of the plate-like support can be increased, the temperature distribution inside the plate-like support is reduced, and breakage due to the occurrence of stress distribution can be avoided. Therefore, it is preferable from the viewpoint that an electrochemical element superior in strength, reliability, durability and performance can be realized.
  • the internal flow path is defined between the opposing surfaces of the plate-shaped support, but does not need to be hermetically formed in the electrochemical element, and is airtight when formed as an electrochemical element laminate. Any configuration that can form a path is sufficient.
  • the gas flow allowing portion may be provided as a large number of through holes extending from the front to the back of the plate-like support, or may be provided as a porous structure.
  • the plate-like support body is provided with a first penetration portion that forms a supply path for flowing the first gas from the outside in the surface penetration direction of the plate-like support body to the internal flow path
  • the first gas can be passed through the flow path.
  • the first penetrating portion opens to the space side through which the second gas flows, but the first penetrating portion and the internal flow path are the second gas flowing along the outer surface of the plate-like support.
  • the first gas and the second gas can be appropriately guided to the electrochemical reaction section by allowing the first gas to flow in a state of being partitioned.
  • the surface penetration direction of a plate-shaped support body is a direction which penetrates a plate-shaped support body, and a penetration part is formed in the form which penetrates a plate-shaped support body.
  • a coaxial core on the opposing surface across the internal flow path of the plate-like support, as long as it penetrates the plate-like support so as to communicate with each other via the internal flow path.
  • the supply path for flowing the first gas between adjacent electrochemical elements may be formed.
  • the electrochemical element can be handled as a plate-like support having a simple structure in which a gas flow allowing portion is provided on the plate-like support and an electrochemical reaction portion is formed. Perform electrochemical reactions.
  • this electrochemical device since this electrochemical device has a simple configuration, it is highly convenient in handling when used in combination. Furthermore, since a simple structure in which the same structure is simply connected in communication in the first through portion can be employed when a large number of combinations are used, assembly is easy, reliable, and inexpensive.
  • the plate-like support has a second through-portion through which the first gas flowing through the internal flow path along the inner surface of the plate-like support flows through the plate-like support in the direction of surface penetration.
  • the second penetrating portion is configured to flow the first gas in a state partitioned from the second gas
  • the internal flow path may include a plurality of sub flow paths that lead from the first through part to the second through part.
  • the first gas that is circulated from the first through portion to the electrochemical element and enters the internal flow path is It becomes the structure which flows toward two penetration parts, and is distribute
  • the first gas moves along the inner surface of the plate-like support, but the first gas flows along the plurality of flow paths by flowing through the plurality of flow paths in the internal flow path. Divide and flow.
  • the flow resistance of the first gas is different between the central portion and the peripheral portion of the plate-like support, and there may be a difference in the flow speed of the first gas.
  • the first gas has a gas flow direction as compared with the case where the first gas flows through the internal flow channel where the plurality of sub-flow channels are not formed.
  • the flow velocities at arbitrary points in the crossing direction of the intersecting flows are substantially constant.
  • the gas flow velocity is substantially constant at any of a plurality of points including the center and both ends in the flow crossing direction. Therefore, the amount of gas flowing through the electrochemical reaction part can be made substantially constant at any of a plurality of points including the center part and both end parts in the flow crossing direction.
  • the difference between the part where the gas is insufficient and the part where the gas is excessively circulated is reduced, and power generation is performed in the entire electrochemical element, thereby improving the power generation efficiency of the electrochemical element. It is possible to form a uniform reaction field over a wide region of the electrochemical reaction part, and to suppress the occurrence of the above problem.
  • a distribution for distributing and communicating the first gas flowing through the first through portion to each of the sub flow channels between the first through portion and the internal flow channel inside the plate-like support. May be provided.
  • a film-like intermediate layer may be disposed between the electrode layer and the electrolyte layer.
  • a film-like reaction preventing layer may be disposed between the counter electrode layer and the electrolyte layer.
  • the internal flow path includes a plurality of sub-flow paths that allow the first gas to flow in a predetermined flow direction, and an upstream side of the plurality of sub-flow paths in the flow direction of the first gas.
  • a distribution unit provided, The plate-like support body temporarily stores the first gas in the distribution unit between the distribution unit and the plurality of sub-flow paths in the flow direction, and from the distribution unit to the plurality of sub-channels. You may have the supply structure which restrict
  • the plate-like support has an internal flow path through which the first gas flows.
  • the internal flow path has a distribution unit and a plurality of sub flow paths from the upstream side along the flow direction of the first gas.
  • the plate-like support has a supply structure between the distribution section and the plurality of sub-flow paths in the flow direction.
  • the supply structure distributes the first gas from the distribution unit to the plurality of sub-flow paths while temporarily storing the first gas in the distribution unit.
  • the supply structure configured as described above is provided between the distribution unit and the plurality of sub-channels, and includes a barrier for the flow of the first gas from the distribution unit to the plurality of sub-channels. Become. Therefore, the pressure loss of the first gas when flowing from the distribution unit to the plurality of sub-flow paths becomes high, and the first gas introduced into the distribution unit spreads to fill the distribution unit and is temporarily stored. Is done. For this reason, the entire inside of the distribution section has a substantially uniform pressure (equal pressure). That is, the differential pressure between the distribution unit and each of the plurality of sub-channels is substantially the same.
  • the first gas is supplied from the distribution unit to the plurality of sub-channels, the first gas is supplied to each sub-channel in a substantially uniform pressure state.
  • the flow distribution (flow velocity, flow rate, pressure, etc.) of the first gas along the flow direction becomes substantially uniform between the sub-flow channels.
  • the first gas flows separately from the distribution unit into a plurality of sub-flow channels. Even when the first gas flows through the internal flow path in which the plurality of flow paths are not formed, the flow distribution (flow velocity, flow rate, and pressure) of the first gas is also increased by the rectifying action caused by the flow divided into the plurality of flow paths. Etc.) is generally constant.
  • the internal flow path has a merging portion provided on the downstream side of the plurality of sub flow paths in the predetermined flow direction of the first gas
  • the plate-like support body has a discharge structure that restricts discharge of the first gas from the plurality of sub-flow paths to the merge section between the plurality of sub-flow paths and the merge section in the flow direction. You may have a body.
  • the discharge structure is provided in the part to be made. Since the plurality of sub-flow paths are sandwiched between the supply structure and the discharge structure, the flow distribution (flow velocity, flow rate, pressure, etc.) of the first gas in the plurality of sub-flow paths is substantially uniform, The reaction efficiency of chemical reaction can be improved. More specifically, the discharge structure having the above-described configuration is provided between the plurality of sub flow paths and the merging section, and serves as a barrier for the flow of the first gas from the sub flow paths to the merging section.
  • the pressure loss of the first gas when flowing from the plurality of sub-flow channels to the junction is increased.
  • the first gas introduced into the plurality of sub-channels is unlikely to be immediately introduced from the plurality of sub-channels to the joining portion, and spreads to fill the plurality of sub-channels.
  • the flow distribution (flow velocity, flow volume, pressure, etc.) of the 1st gas along a flow direction can be made substantially uniform.
  • the electrochemical reaction is sufficiently performed in the plurality of sub-channels. By these, the reaction efficiency of an electrochemical reaction can be improved.
  • the electrochemical module of the present invention has a characteristic configuration including a housing in which an electrochemical element laminate is housed, A first gas supply unit that distributes the first gas from the outside of the housing to the internal flow path via the supply path; And a second gas supply unit that circulates the second gas over the outside of the housing and the flow passage.
  • the first gas supply unit supplies the first gas to the internal flow path from the outside of the housing via the supply path. Therefore, the first gas can be circulated to each electrochemical reaction part of the electrochemical element laminate. Moreover, since the second gas is circulated from the outside of the housing to the flow passage by the second gas supply section, the second gas can be circulated to the electrochemical reaction section via the flow passage. Then, in an electrochemical reaction part, an electrochemical output can be produced
  • the output unit can integrate the outputs of the respective electrochemical elements and take out a large output.
  • a further characteristic configuration of the electrochemical module of the present invention is that a distribution chamber for distributing the second gas flowing through the second gas supply section to the flow section is provided in the casing.
  • the “supply section” means the first gas or the second gas when the electrochemical element functions as a fuel cell (electrochemical power generation cell) that “converts chemical energy such as fuel into electric energy”.
  • the second gas is evenly distributed to the flow passage by the distribution chamber, the second gas is evenly distributed to each electrochemical element, and an electrochemical output is generated equally in each electrochemical element. Can be made.
  • the electrochemical module can be easily configured by the casing in which the electrochemical element laminate is housed, and the first and second gas supply units and the distribution chamber in the casing. Therefore, the assembly of the electrochemical module is easy, the reliability is high, and the cost can be reduced. Further, when an output unit is provided for obtaining an output from the electrochemical element laminate, a large output can be taken out from the output unit.
  • the distribution chamber is a space located on a side of the electrochemical element stack with respect to the electrochemical element stack,
  • the flow passage portion may be configured to be open at the space side and communicate with the space.
  • the electrochemical element functions as a fuel cell (electrochemical power generation cell)
  • it is a space located on the side (side) that serves as the inlet or outlet of the circulation part of the electrochemical element laminate in the housing.
  • the characteristic configuration of the electrochemical device of the present invention is as follows.
  • the electrochemical element or the electrochemical module and a fuel converter at least, and a reducing component gas from a fuel converter is circulated to the electrochemical element or the electrochemical module, or the electrochemical element or It has the fuel supply part which distribute
  • the electrochemical reaction unit When the electrochemical reaction unit is operated as an electrolytic cell, a gas containing water vapor or carbon dioxide is circulated through the electrode layer, and a voltage is applied between the electrode layer and the counter electrode layer. Then, in the electrode layer, electrons e ⁇ react with water molecules H 2 O and carbon dioxide molecules CO 2 to form hydrogen molecules H 2 , carbon monoxide CO, and oxygen ions O 2 ⁇ . Oxygen ions O 2 ⁇ move through the electrolyte layer to the counter electrode layer. In the counter electrode layer, oxygen ions O 2 ⁇ emit electrons and become oxygen molecules O 2 .
  • water molecule H 2 O is electrolyzed into hydrogen H 2 and oxygen O 2, and when a gas containing carbon dioxide molecule CO 2 is circulated into carbon monoxide CO and oxygen O 2.
  • a fuel converter for synthesizing various compounds such as hydrocarbons from hydrogen and carbon monoxide generated in the electrochemical reaction part by the above electrolysis is provided. be able to.
  • the fuel supply unit allows hydrocarbons and the like generated by the fuel converter to be distributed to the electrochemical reaction unit, or taken out of the system / device and used separately as fuel or chemical raw material.
  • the power converter takes out the electric power generated by the electrochemical reaction unit or distributes the electric power to the electrochemical reaction unit.
  • an electrochemical reaction part acts as a fuel cell, or acts as an electrolysis cell. Therefore, according to the said structure, the electrochemical element etc. which can improve the efficiency which converts chemical energy, such as a fuel, into electrical energy, or converts electrical energy into chemical energy, such as a fuel, can be provided.
  • the characteristic configuration of the energy system of the present invention is that it has an electrochemical device and an exhaust heat utilization unit that reuses the heat discharged from the electrochemical device or the fuel converter.
  • the waste heat utilization part that reuses the heat discharged from the electrochemical device and the electrochemical device or the fuel converter, it has excellent durability, reliability, and performance, and energy efficiency Even an excellent energy system can be realized. It is also possible to realize a hybrid system with excellent energy efficiency in combination with a power generation system that generates power using the combustion heat of unused fuel gas distributed from an electrochemical device.
  • an electrochemical element laminate having a small number of parts and easy to manufacture can be realized by an electrochemical element having an easy-to-handle structure.
  • an electrochemical module, an electrochemical device and an energy system using the electrochemical element laminate can be provided at low cost.
  • Enlarged view of the main part of the electrochemical reaction section Schematic diagram of the electrochemical module Schematic diagram of energy system Explanatory drawing of the electrochemical module which concerns on another form Schematic diagram of another electrochemical element XV-XV sectional view in FIG. XVI-XVI plane view in FIG. XVII-XVII sectional view in FIG. XVIII-XVIII sectional view in FIG.
  • an electrochemical element laminate, an electrochemical element, an electrochemical module, an electrochemical device, and an energy system will be described with reference to FIGS.
  • the side of the electrolyte layer as viewed from the electrode layer is referred to as “upper” and “upper side”
  • the side of the first plate-like body is referred to as “lower” and “lower side”.
  • the electrochemical element A has an internal flow path A1 formed between opposing surfaces of the conductive first plate 1 and the conductive second plate 2.
  • a plate-like support 10 is provided, The plate-like support 10 includes an internal channel A1 that is inside the plate-like support 10 and at least a part of the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 constituting the plate-like support 10.
  • a gas flow allowing portion 1A capable of transmitting gas over the outside, and a film-like electrode layer 31, a membrane-like electrolyte layer 32, and a film shape in a state of covering all or part of the gas flow allowing portion 1A
  • the counter electrode layer 33 in the order of description (see FIGS. 5 to 9).
  • a first gas that is one of a reducing component gas such as a fuel gas and an oxidizing component gas such as air is circulated through the plate-like support 10 from the outside in the surface penetration direction to the internal flow path A1.
  • a first through part 41 that forms the supply path 4 is provided on one end side, and a discharge path 5 is formed through which the first gas that has flowed through the internal flow path A1 flows outward in the surface penetration direction of the plate-like support.
  • a second penetrating portion 51 is provided on the other end side (see FIGS. 1, 3, 8, and 9; the supply path 4 and the discharge path 5 and the like may be symmetrical and have a similar structure. Understood).
  • the first plate 1 supports the electrochemical reaction part 3 having the electrode layer 31, the electrolyte layer 32, and the counter electrode layer 33 and plays a role of maintaining the strength of the electrochemical element A.
  • a material excellent in electron conductivity, heat resistance, oxidation resistance and corrosion resistance is used.
  • ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, nickel base alloy, or the like is used.
  • an alloy containing chromium is preferably used.
  • the first plate-like body 1 uses an Fe—Cr-based alloy containing 18% by mass or more and 25% by mass or less of Cr, but an Fe—Cr-based alloy containing 0.05% by mass or more of Mn.
  • Fe—Cr alloy containing 0.15% to 1.0% by mass of Ti Fe—Cr alloy containing Zr of 0.15% to 1.0% by mass
  • a Cr alloy is particularly preferable.
  • the peripheral edge portion 1a is welded and integrated to constitute the plate-like support body 10 (see FIGS. 2 to 9).
  • the 2nd plate-shaped body 2 may be divided
  • other means such as adhesion and fitting can be adopted instead of welding, and if the internal flow path can be partitioned from the outside, it is integrated at a portion other than the peripheral portion 1a. May be.
  • the first plate-like body 1 is plate-like as a whole. And, it has a gas flow allowing portion 1A provided with a plurality of through holes 11 provided through the front side surface and the back side surface (see FIGS. 5 to 9).
  • the through hole 11 can be provided in the first plate-like body 1 by laser processing or the like.
  • the through hole 11 has a function of allowing gas to pass from the back side surface of the first plate-like body 1 to the front side surface.
  • the gas flow allowing portion 1A is preferably provided in a region smaller than a region where the electrode layer 31 is provided in the first plate 1.
  • the first plate-like body 1 is provided with a metal oxide layer 12 (described later, see FIG. 10) as a diffusion suppressing layer. That is, a diffusion suppression layer is formed between the first plate 1 and an electrode layer 31 described later.
  • the metal oxide layer 12 is provided not only on the surface exposed to the outside of the first plate-like body 1 but also on the contact surface (interface) with the electrode layer 31. It can also be provided on the inner surface of the through hole 11. This metal oxide layer 12 can suppress elemental interdiffusion between the first plate 1 and the electrode layer 31.
  • the metal oxide layer 12 is mainly chromium oxide.
  • the metal oxide layer 12 which has a chromium oxide as a main component suppresses that the chromium atom etc. of the 1st plate-shaped body 1 diffuse to the electrode layer 31 or the electrolyte layer 32.
  • the thickness of the metal oxide layer 12 may be any thickness that can achieve both high diffusion prevention performance and low electrical resistance.
  • the metal oxide layer 12 can be formed by various methods, but a method of oxidizing the surface of the first plate 1 to form a metal oxide is preferably used. Further, a metal oxide layer 12 is spray coated on the surface of the first plate 1 (spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder jet deposition method, particle jet deposition method, cold spray). For example, a sputtering method, a PVD method such as a PLD method, a CVD method, or the like, or a plating and oxidation treatment. Further, the metal oxide layer 12 may include a spinel phase having high conductivity.
  • the first plate-like body 1 When a ferritic stainless steel material is used as the first plate-like body 1, thermal expansion with YSZ (yttria-stabilized zirconia), GDC (also referred to as gadolinium-doped ceria, CGO), etc., which are materials of the electrode layer 31 and the electrolyte layer 32 The coefficients are close. Therefore, even when the temperature cycle of low temperature and high temperature is repeated, the electrochemical element A is hardly damaged. Therefore, the electrochemical element A having excellent long-term durability can be realized, which is preferable.
  • the 1st plate-shaped body 1 has the several through-hole 11 provided by penetrating the surface on the front side, and the surface on the back side.
  • the through-hole 11 can be provided in the first plate-like body 1 by mechanical, chemical or optical drilling.
  • the through hole 11 has a function of allowing gas to pass from the back side surface of the first plate-like body 1 to the front side surface.
  • a porous metal In order to give gas permeability to the first plate-like body 1, it is possible to use a porous metal.
  • the first plate-like body 1 can also use a sintered metal, a foam metal, or the like.
  • the second plate-like body 2 includes a plurality of sub-channels A11, A11,... Directed from one end side to the other end side in a region facing the gas flow allowing portion 1A of the first plate-like body 1. Further, it is formed in a corrugated shape that forms the internal flow path A1 (see FIGS. 1 and 5). Further, the second plate-like body 2 is formed in a corrugated shape on both the front and back surfaces, and the surface opposite to the surface forming the internal flow path A1 is electrically connected to the electrochemical reaction part 3 of the adjacent electrochemical element A.
  • auxiliary flow paths A11 are provided in parallel along the long side of the plate-like support body 10 formed in a rectangular shape, and the supply path 4 provided at one end is connected to the discharge path 5 provided at the other end.
  • the connection location of the 1st penetration part 41 and internal flow path A1 is made to bulge below from the contact part with the 1st plate-shaped body 1, and the 1st gas distribute
  • a distribution portion A12 that distributes to each of the sub-channels A11 is provided (see FIG. 1), and the connection portion between the second through portion 51 and the internal channel A1 bulges downward from the contact portion with the first plate-like body 1.
  • the supply path 4 and the discharge path 5 and the like are symmetrical and have the same structure).
  • the material of the second plate-like body is preferably a heat-resistant metal, and from the viewpoint of reducing the difference in thermal expansion from the first plate-like body and ensuring the reliability of the joining properties such as welding. If it is the same material as the one plate-like body 1, it is more preferable.
  • the electrode layer 31 can be provided in a thin layer state on a surface on the front side of the first plate-like body 1 and larger than the region where the through holes 11 are provided.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to ensure sufficient electrode performance while reducing the amount of expensive electrode layer material used and reducing costs.
  • the entire region where the through hole 11 is provided is covered with the electrode layer 31. That is, the through hole 11 is formed inside the region where the electrode layer 31 is formed in the first plate-like body 1. In other words, all the through holes 11 are provided facing the electrode layer 31.
  • the electrode layer 31 has a plurality of pores inside and on the surface in order to provide gas permeability. That is, the electrode layer 31 is formed as a porous layer.
  • the electrode layer 31 is formed, for example, so that the density thereof is 30% or more and less than 80%.
  • As the size of the pores a size suitable for a smooth reaction to proceed during the electrochemical reaction can be appropriately selected.
  • the fine density is the ratio of the material constituting the layer to the space, and can be expressed as (1-porosity), and is equivalent to the relative density.
  • the electrode layer 31 As a material of the electrode layer 31, for example, a composite material such as NiO—GDC, Ni—GDC, NiO—YSZ, Ni—YSZ, CuO — CeO 2 , Cu — CeO 2 can be used. In these examples, GDC, YSZ, and CeO 2 can be referred to as composite aggregates.
  • the electrode layer 31 may be formed by a low-temperature baking method (for example, a wet method using a baking process in a low temperature range that does not perform a baking process in a high temperature range higher than 1100 ° C.) or a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas).
  • It is preferably formed by a deposition method, a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, a cold spray method or the like), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), a CVD method or the like.
  • the intermediate layer 34 can be formed in a thin layer on the electrode layer 31 while covering the electrode layer 31.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably about 2 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably about 4 ⁇ m to 25 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to secure sufficient performance while reducing the cost by reducing the amount of material used for the expensive intermediate layer 34.
  • Examples of the material of the intermediate layer 34 include YSZ (yttria-stabilized zirconia), SSZ (scandium-stabilized zirconia), GDC (gadlium-doped ceria), YDC (yttrium-doped ceria), and SDC (samarium-doped ceria). Ceria) or the like can be used. In particular, ceria-based ceramics are preferably used.
  • the intermediate layer 34 is formed by a low-temperature baking method (for example, a wet method using a baking process in a low temperature range in which a baking process is not performed in a high temperature range higher than 1100 ° C.) or a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition). It is preferably formed by a method such as a method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method.
  • a low-temperature baking method for example, a wet method using a baking process in a low temperature range in which a baking process is not performed in a high temperature range higher than 1100 ° C.
  • a spray coating method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition. It is preferably formed by a method such as a method such as
  • the intermediate layer 34 can be obtained without using firing in a high temperature range higher than 1100 ° C., for example. Therefore, elemental interdiffusion between the first plate 1 and the electrode layer 31 can be suppressed without damaging the first plate 1, and the electrochemical element A having excellent durability can be realized. Further, it is more preferable to use a low-temperature baking method because handling of raw materials becomes easy.
  • the intermediate layer 34 preferably has oxygen ion (oxide ion) conductivity. Further, it is more preferable to have mixed conductivity of oxygen ions (oxide ions) and electrons. The intermediate layer having these properties is suitable for application to the electrochemical element A.
  • the aggregate ratio, density, and strength of the aggregate of the cermet material may be continuously increased from the lower side to the upper side of the electrode layer 31.
  • the electrode layer 31 may not have a region that can be clearly distinguished as a layer.
  • the content ratio of the aggregate of the cermet material in the part (upper part) adjacent to the electrolyte layer 32, compared to the part (lower part) adjacent to the first plate 1 in the electrode layer 31 It is also possible to increase the density and strength.
  • the electrolyte layer 32 is formed in a thin layer on the intermediate layer while covering the electrode layer 31 and the intermediate layer 34. Moreover, it can also form in the state of a thin film whose thickness is 10 micrometers or less. Specifically, the electrolyte layer 32 is provided over (over the) the intermediate layer 34 and the first plate 1. By comprising in this way and joining the electrolyte layer 32 to the 1st plate-like body 1, it can be made the thing excellent in robustness as the whole electrochemical element.
  • the electrolyte layer 32 is provided in a region that is a surface on the front side of the first plate-like body 1 and is larger than a region in which the through hole 11 is provided. That is, the through hole 11 is formed inside the region where the electrolyte layer 32 is formed in the first plate 1.
  • gas leakage from the electrode layer 31 and the intermediate layer can be suppressed around the electrolyte layer 32.
  • gas is supplied from the back side of the first plate 1 to the electrode layer 31 through the through hole 11 when the SOFC is activated.
  • gas leakage can be suppressed without providing another member such as a gasket.
  • the entire periphery of the electrode layer 31 is covered with the electrolyte layer 32.
  • the electrolyte layer 32 may be provided above the electrode layer 31 and the intermediate layer, and a gasket or the like may be provided around the electrode layer 31.
  • YSZ yttria stabilized zirconia
  • SSZ scandium stabilized zirconia
  • GDC gadolinium doped ceria
  • YDC yttrium doped ceria
  • SDC sinarium doped ceria
  • An electrolyte material that conducts oxygen ions such as LSGM (strontium / magnesium-added lanthanum gallate), or an electrolyte material that conducts hydrogen ions, such as a perovskite oxide, can be used.
  • LSGM sinrontium / magnesium-added lanthanum gallate
  • hydrogen ions such as a perovskite oxide
  • zirconia ceramics are preferably used.
  • the operating temperature of the SOFC using the electrochemical element A can be made higher than ceria ceramics and various hydrogen ion conductive materials.
  • the material of the electrolyte layer 32 is a material such as YSZ that can exhibit high electrolyte performance even in a high temperature range of about 650 ° C. or higher.
  • the electrolyte layer 32 is formed by a low-temperature baking method (for example, a wet method using a baking process in a low temperature range that does not perform a baking process in a high temperature range exceeding 1100 ° C.) or a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition). Or powder jet deposition method, particle jet deposition method, cold spray method, etc.), PVD method (sputtering method, pulse laser deposition method, etc.), CVD (chemical vapor deposition) method, etc. preferable.
  • a low-temperature baking method for example, a wet method using a baking process in a low temperature range that does not perform a baking process in a high temperature range exceeding 1100 ° C.
  • a spray coating method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition.
  • powder jet deposition method, particle jet deposition method, cold spray method, etc. PVD method (sputtering method, pulse laser deposition
  • a dense electrolyte layer 32 having high gas tightness and gas barrier properties can be obtained without firing in a high temperature region exceeding 1100 ° C., for example. Therefore, damage to the first plate-like body 1 can be suppressed, and elemental interdiffusion between the first plate-like body 1 and the electrode layer 31 can be suppressed, and the electrochemical element A having excellent performance and durability can be obtained. realizable.
  • it is preferable to use a low-temperature firing method or a spray coating method because a low-cost element can be realized.
  • it is more preferable to use a spray coating method because a dense electrolyte layer having a high gas tightness and gas barrier property can be easily obtained in a low temperature range.
  • the electrolyte layer 32 is densely configured to shield the gas leakage of the anode gas and the cathode gas and to exhibit high ion conductivity.
  • the density of the electrolyte layer 32 is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and further preferably 98% or more.
  • the density is preferably 95% or more, and more preferably 98% or more.
  • the electrolyte layer 32 is configured in a plurality of layers, it is preferable that at least a part thereof includes a layer (dense electrolyte layer) having a density of 98% or more, and 99% It is more preferable that the above layer (dense electrolyte layer) is included.
  • the reaction preventing layer 35 can be formed in a thin layer on the electrolyte layer 32.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably about 2 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably about 3 ⁇ m to 15 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to secure sufficient performance while reducing the cost by reducing the amount of expensive reaction preventing layer material used.
  • the material for the reaction preventing layer may be any material that can prevent the reaction between the component of the electrolyte layer 32 and the component of the counter electrode layer 33. For example, a ceria material or the like is used.
  • the material for the reaction preventing layer 35 a material containing at least one element selected from the group consisting of Sm, Gd and Y is preferably used. Note that it is preferable that at least one element selected from the group consisting of Sm, Gd, and Y is contained, and the total content of these elements is 1.0% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the formation of the reaction preventing layer 35 is appropriately performed using a method that can be formed at a processing temperature of 1100 ° C. or less, the damage to the first plate 1 is suppressed, and the first plate 1 and the electrode layer 31 This is preferable because the electrochemical element E having excellent performance and durability can be realized.
  • low-temperature firing methods for example, wet methods using a firing treatment in a low temperature range that does not perform a firing treatment in a high temperature range exceeding 1100 ° C.
  • spray coating methods thermal spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder
  • a PVD method a sputtering method, a pulse laser deposition method, or the like
  • CVD method or the like
  • it is preferable to use a low-temperature firing method or a spray coating method because a low-cost element can be realized.
  • it is more preferable to use a low-temperature firing method because handling of raw materials becomes easy.
  • the counter electrode layer 33 can be formed in a thin layer on the electrolyte layer 32 or the reaction preventing layer 35.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to secure sufficient electrode performance while reducing the cost by reducing the amount of expensive counter electrode layer material used.
  • composite oxides such as LSCF and LSM, ceria-based oxides, and mixtures thereof can be used.
  • the counter electrode layer 33 preferably contains a perovskite oxide containing two or more elements selected from the group consisting of La, Sr, Sm, Mn, Co, and Fe.
  • the counter electrode layer 33 configured using the above materials functions as a cathode.
  • the formation of the counter electrode layer 33 is appropriately performed using a method that can be formed at a processing temperature of 1100 ° C. or less, damage to the first plate 1 is suppressed, and the first plate 1 and the electrode layer It is preferable because the elemental interdiffusion with the element 31 can be suppressed and the electrochemical element A having excellent performance and durability can be realized.
  • low-temperature firing methods for example, wet methods using a firing treatment in a low temperature range that does not perform a firing treatment in a high temperature range exceeding 1100 ° C.
  • spray coating methods thermal spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder
  • a method such as a jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method
  • a PDV method a sputtering method, a pulse laser deposition method, etc.
  • CVD method or the like
  • it is preferable to use a low-temperature firing method or a spray coating method because a low-cost element can be realized.
  • it is more preferable to use a low-temperature firing method because handling of raw materials becomes easy. *
  • a fuel gas containing hydrogen as the first gas is circulated from the back surface of the first plate 1 through the through hole 11 to the electrode layer 31, Air as the second gas is circulated to the counter electrode layer 33 serving as a counter electrode of the layer 31 and is maintained at an operating temperature of, for example, 500 ° C. or more and 900 ° C. or less.
  • an electrolyte material that conducts oxygen ions is used for the electrolyte layer 32, oxygen O 2 contained in the air reacts with the electrons e ⁇ in the counter electrode layer 33 to generate oxygen ions O 2 ⁇ .
  • the oxygen ions O 2 ⁇ move to the electrode layer 31 through the electrolyte layer 32.
  • the electrode layer 31 hydrogen H 2 contained in the circulated fuel gas reacts with oxygen ions O 2 ⁇ to generate water H 2 O and electrons e ⁇ .
  • an electrolyte material that conducts hydrogen ions is used for the electrolyte layer 32
  • hydrogen H 2 contained in the fuel gas circulated in the electrode layer 31 releases electrons e ⁇ to generate hydrogen ions H + .
  • the hydrogen ions H + move to the counter electrode layer 33 through the electrolyte layer 32.
  • oxygen O 2 contained in the air reacts with hydrogen ions H + and electrons e ⁇ to produce water H 2 O. Due to the above reaction, an electromotive force is generated as an electrochemical output between the electrode layer 31 and the counter electrode layer 33.
  • the electrode layer 31 functions as a fuel electrode (anode) of the fuel cell
  • the counter electrode layer 33 functions as an air electrode (cathode).
  • the electrochemical reaction unit 3 includes an intermediate layer 34 between the electrode layer 31 and the electrolyte layer 32. Further, a reaction preventing layer 35 is provided between the electrolyte layer 32 and the counter electrode layer 33.
  • the electrode layer 31 is formed in a thin film in a region wider than the region where the through holes 11 on the front side surface of the first plate-like body 1 are provided.
  • the through hole 11 of the first plate-like body 1 can be provided by laser processing or the like.
  • the electrode layer 31 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed at a low temperature of 1100 ° C.
  • a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method can be used.
  • a thermal spraying method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method
  • a PVD method such as a sputtering method or a pulse laser deposition method
  • CVD method a chemical vapor deposition method
  • the electrode layer forming step is performed by a low-temperature firing method, specifically, it is performed as in the following example.
  • the material powder of the electrode layer 31 and a solvent (dispersion medium) are mixed to prepare a material paste, which is applied to the surface on the front side of the first plate 1 and fired at 800 ° C. to 1100 ° C.
  • the metal oxide layer 12 (diffusion suppression layer) is formed on the surface of the first plate 1.
  • the firing process includes a firing process in which the firing atmosphere is an atmospheric condition with a low oxygen partial pressure, a high-quality metal oxide layer 12 (diffusion restraint) having a high element interdiffusion suppression effect and a low resistance value. Layer) is preferable.
  • a separate diffusion suppression layer forming step may be included, including the case where the electrode layer forming step is a coating method without firing. In any case, it is desirable to carry out at a processing temperature of 1100 ° C. or lower that can suppress damage to the first plate-like body 1.
  • the intermediate layer 34 is formed in a thin layer on the electrode layer 31 so as to cover the electrode layer 31.
  • the intermediate layer 34 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower), a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method can be used. Whichever method is used, it is desirable to carry out at a temperature of 1100 ° C. or lower in order to suppress the deterioration of the first plate-like body 1.
  • the intermediate layer forming step is performed by a low-temperature firing method, specifically, it is performed as in the following example.
  • the material powder of the intermediate layer 34 and a solvent (dispersion medium) are mixed to prepare a material paste, which is applied to the front side surface of the first plate 1.
  • the intermediate layer 34 is compression-molded (intermediate layer smoothing step) and fired at 1100 ° C. or less (intermediate layer baking step).
  • the rolling of the intermediate layer 34 can be performed by, for example, CIP (Cold Isostatic Pressing), roll press forming, RIP (Rubber Isostatic Pressing) forming, and the like.
  • the intermediate layer 34 is preferably fired at a temperature of 800 ° C. or higher and 1100 ° C.
  • the intermediate layer 34 having high strength can be formed while suppressing damage and deterioration of the first plate-like body 1 at such a temperature.
  • the intermediate layer 34 is more preferably baked at 1050 ° C. or lower, and more preferably 1000 ° C. or lower. This is because the electrochemical element A can be formed while further suppressing damage and deterioration of the first plate-like body 1 as the firing temperature of the intermediate layer 34 is lowered. Further, the order of the intermediate layer smoothing step and the intermediate layer firing step can be switched.
  • the intermediate layer smoothing step can also be performed by lapping, leveling, surface cutting / polishing, or the like.
  • the electrolyte layer 32 is formed in a thin layer on the intermediate layer 34 while covering the electrode layer 31 and the intermediate layer 34. Moreover, you may form in the state of a thin film whose thickness is 10 micrometers or less. As described above, the electrolyte layer 32 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C.
  • a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method can be used.
  • a thermal spraying method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method
  • a PVD method such as a sputtering method or a pulse laser deposition method
  • CVD method a chemical vapor deposition method
  • the electrolyte layer forming step In order to form a high-quality electrolyte layer 32 that is dense and airtight and has high gas barrier performance in a temperature range of 1100 ° C. or lower, it is desirable to perform the electrolyte layer forming step by a spray coating method. In that case, the material of the electrolyte layer 32 is sprayed toward the intermediate layer 34 on the first plate 1 to form the electrolyte layer 32.
  • reaction prevention layer formation step In the reaction preventing layer forming step, the reaction preventing layer 35 is formed in a thin layer on the electrolyte layer 32. As described above, the reaction preventing layer 35 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower), a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method). , Powder jet deposition methods, particle jet deposition methods, cold spray methods, etc.), PVD methods (sputtering methods, pulsed laser deposition methods, etc.), CVD methods, etc. can be used. Whichever method is used, it is desirable to carry out at a temperature of 1100 ° C.
  • a low-temperature baking method wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower
  • a spray coating method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method.
  • a leveling process or a surface may be subjected to a cutting / polishing process after the formation of the reaction preventing layer 35, or a press process may be performed after the wet formation and before firing. Good.
  • the counter electrode layer 33 is formed in a thin layer on the reaction preventing layer 35.
  • the counter electrode layer 33 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower), a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method). , Powder jet deposition methods, particle jet deposition methods, cold spray methods, etc.), PVD methods (sputtering methods, pulsed laser deposition methods, etc.), CVD methods, etc. can be used. Whichever method is used, it is desirable to carry out at a temperature of 1100 ° C. or lower in order to suppress the deterioration of the first plate-like body 1.
  • the electrochemical reaction part 3 can be manufactured as described above.
  • the intermediate layer 34 and the reaction preventing layer 35 may have either one or both. That is, a form in which the electrode layer 31 and the electrolyte layer 32 are formed in contact with each other, or a form in which the electrolyte layer 32 and the counter electrode layer 33 are formed in contact with each other is possible. In this case, in the manufacturing method described above, the intermediate layer forming step and the reaction preventing layer forming step are omitted. Note that a step of forming another layer can be added, or a plurality of layers of the same type can be stacked. In any case, it is preferable to perform the step at a temperature of 1100 ° C. or lower.
  • the electrochemical element laminate S has a plurality of electrochemical elements A, Regarding the adjacent electrochemical element A, the plate-like support 10 constituting one electrochemical element A and the plate-like support 10 constituting another electrochemical element A are opposed to each other, and The outer surface of the second plate-like body 2 different from the first plate-like body 1 on which the electrochemical reaction part 3 is disposed in the plate-like support 10 constituting one electrochemical element A, and another electrochemical element In the form in which the outer surface of the first plate-like body 1 in the plate-like support body 10 constituting A is electrically connected, and between the two outer surfaces, the second gas flows along both the outer surfaces.
  • a plurality of electrochemical elements A are stacked and arranged in a form in which a flow passage portion A2 is formed.
  • methods such as applying a contact pressure to the contact surface or lowering the contact resistance by interposing a highly electrically conductive material are adopted. Is possible.
  • the electrochemical reaction part of each electrochemical element faces upward.
  • the first and second through-holes 41 and 51 are interposed between the first through-holes 41 and the second through-holes 51 to form the above configuration. .
  • the plate-like support 10 has a first through portion that forms a supply passage 4 through which the first gas, which is one of reducing component gas and oxidizing component gas, flows from the outside in the surface penetration direction to the internal passage A1.
  • 41 is provided on one end side in the longitudinal direction of the rectangular plate-shaped support 10, and the first through-portion 41 is formed on both outer surfaces of the plate-shaped support 10 in the flow-through portion A 2.
  • a first annular seal portion 42 is provided as an annular seal portion to be partitioned, and the first through portion 41 and the first annular seal portion 42 form a supply path 4 through which the first gas flows into the internal flow path A1.
  • annular bulging portion a is provided on a side surface of the first plate 1 opposite to the internal flow path A1 around a portion where the first annular seal portion 42 contacts. Positioning in the direction along the surface of the first plate-like body 1 of the first annular seal portion 42 is facilitated.
  • the plate-like support 10 has the other end of the second through portion 51 that forms the discharge passage 5 through which the first gas flowing through the internal flow path A1 flows outward in the surface penetration direction of the plate-like support 10.
  • the second penetrating portion 51 is configured to allow the first gas to flow in a state partitioned from the second gas, and is formed on both outer surfaces of the plate-like support 10 in the flowing portion A2.
  • the second through-hole 51 is provided with a second annular seal portion 52 as an annular seal portion that separates from the through-flow portion A2, and the second through-hole 51 and the second annular seal portion 52 flow through the internal flow path A1.
  • a discharge path 5 through which the first gas flows is formed.
  • the first and second annular seal portions 42 and 52 are made of an insulating ceramic material such as alumina, a metal coated therewith, or a material such as mica fiber or glass, and electrically insulate adjacent electrochemical elements from each other. It functions as an insulating seal part.
  • the electrochemical module M includes a casing B made of an insulator that houses the electrochemical element stack S, and a first internal channel A1 from the outside of the casing B via the supply path 4.
  • a first gas supply unit 61 that distributes the gas
  • a first gas discharge unit 62 that distributes the first gas after reaction
  • a second gas supply that distributes the second gas from the outside of the housing B to the flow unit A2.
  • a distribution chamber 9 for distributing and distributing the second gas flowing from the second gas supply section 71 to the flow section A2 is provided in the housing B.
  • the distribution chamber 9 is a space located on the side (side) that serves as the inlet and outlet of the flow part of the electrochemical element stack S with respect to the electrochemical element stack S.
  • the communication portion A2 is formed in an opening on the space side and communicates with the space.
  • the electrochemical element laminate S is housed in a state of being sandwiched between a pair of current collectors 81 and 82 with respect to the casing B, and the output unit 8 extends from the current collectors 81 and 82.
  • the power collector 81 and 82 are connected to a power supply destination outside the housing B so that power can be freely supplied.
  • the current collectors 81 and 82 contain the electrochemical element stack S in an airtight manner with respect to the housing B, and the current collectors 81 and 82. Is provided so as to function as a buffer material for each electrochemical element A.
  • the electrochemical module M circulates the fuel gas from the first gas supply unit 61 and circulates the air from the second gas supply unit 71, so that the fuel gas enters as shown by the broken line arrow in FIG. Air enters as shown by the arrow.
  • the fuel gas circulated from the first gas supply part 61 is guided to the supply path 4 from the first through part 41 of the uppermost electrochemical element A of the electrochemical element stack S, and is partitioned by the first annular seal part 42. From the supply path 4 to be conducted, the flow passes through the internal flow paths A1 of all the electrochemical elements A.
  • the air circulated from the second gas supply unit 71 temporarily flows into the distribution chamber 9 and then flows into the flow passage A2 formed between the electrochemical elements A.
  • the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 are portions where the corrugated second plate-like body 2 bulges from the first plate-like body 1.
  • the internal flow path A1 is formed between the two and the electrochemical reaction part 3 of the adjacent electrochemical element A to enable electrical connection.
  • the portion where the corrugated second plate-like body 2 is in contact with the first plate-like body 1 is electrically connected to the first plate-like body 1, and the electric power of the electrochemical element A adjacent to the second plate-like body 2 is obtained.
  • a flow passage A ⁇ b> 2 is formed between the chemical reaction portion 3.
  • the electrochemical element A in which the cross section including the internal flow path A1 appears and the electrochemical element A in which the cross section including the flow passage A2 appears are arranged side by side for convenience.
  • the fuel gas circulated from the part 61 reaches the distribution part A12 (see FIGS. 1, 4 and 7), flows through the distribution part A12 along the width direction on one end side, and flows in the internal flow path A1.
  • Each subchannel A11 is reached (see FIGS. 1, 3 and 7). Then, the fuel gas that has entered the internal flow path A1 can enter the electrode layer 31 via the gas flow allowing portion 1A.
  • the fuel gas together with the fuel gas that has undergone electrochemical reaction, further travels through the internal flow path A1, and enters the discharge path 5 formed by the second annular seal portion 52 via the merge portion A13 and the second through portion 51. Then, the fuel gas having undergone electrochemical reaction from the other electrochemical element A is circulated from the first gas discharge part 62 to the outside of the housing B.
  • the air circulated from the second gas supply unit 71 enters the flow passage A ⁇ b> 2 through the distribution chamber 9 and can enter the counter electrode layer 33.
  • the air further travels along the electrochemical reaction unit 3 along the flow passage A ⁇ b> 2 and is circulated from the second gas discharge unit 72 to the outside of the housing B.
  • the combined output is taken out from the output unit 8.
  • the electrochemical device 100 and the energy system Z can be constructed using the electrochemical module M described above.
  • FIG. 12 shows an outline of the energy system Z and the electrochemical device 100.
  • the energy system Z includes an electrochemical device 100 and a heat exchanger 200 as an exhaust heat utilization unit that reuses heat circulated from the electrochemical device 100.
  • the electrochemical device 100 includes an electrochemical module M, a desulfurizer 101 and a reformer 102 which is a kind of fuel converter, and distributes fuel gas containing a reducing component to the electrochemical module M. It has the fuel supply part 103 and the inverter 104 which is a kind of power converter as the output part 8 which takes out electric power from the electrochemical module M.
  • FIG. 1 shows an outline of the energy system Z and the electrochemical device 100.
  • the energy system Z includes an electrochemical device 100 and a heat exchanger 200 as an exhaust heat utilization unit that reuses heat circulated from the electrochemical device 100.
  • the electrochemical device 100 includes an electrochemical module M, a desulfurizer 101 and a reformer 102 which is a kind of fuel converter, and distributes fuel gas containing
  • the electrochemical device 100 includes a desulfurizer 101, a reformed water tank 105, a vaporizer 106, a reformer 102, a blower 107, a combustion unit 108, an inverter 104, a control unit 110, and an electrochemical module M.
  • the desulfurizer 101 removes (desulfurizes) sulfur compound components contained in hydrocarbon-based raw fuel such as city gas. When the raw fuel contains a sulfur compound, by providing the desulfurizer 101, adverse effects of the sulfur compound on the reformer 102 or the electrochemical element A can be suppressed.
  • the vaporizer 106 generates steam from the reformed water circulated from the reformed water tank 105.
  • the reformer 102 steam-reforms the raw fuel desulfurized by the desulfurizer 101 using the steam generated by the vaporizer 106 to generate a reformed gas containing hydrogen.
  • the electrochemical module M uses the reformed gas circulated from the reformer 102 and the air circulated from the blower 107 to generate an electrochemical reaction to generate power.
  • the combustion unit 108 mixes the reaction exhaust gas circulated from the electrochemical module M and air, and combusts the combustible component in the reaction exhaust gas.
  • the inverter 104 adjusts the output power of the electrochemical module M so as to have the same voltage and the same frequency as the power received from the commercial system (not shown).
  • the controller 110 controls the operation of the electrochemical device 100 and the energy system Z.
  • the reformer 102 performs the reforming process of the raw fuel using the combustion heat generated by the combustion of the reaction exhaust gas in the combustion unit 108.
  • Raw fuel is circulated to the desulfurizer 101 through the raw fuel supply path 112 by the operation of the booster pump 111.
  • the reforming water in the reforming water tank 105 is circulated to the vaporizer 106 through the reforming water supply path 114 by the operation of the reforming water pump 113.
  • the raw fuel supply path 112 is joined to the reformed water supply path 114 at a site downstream of the desulfurizer 101, and the reformed water and raw fuel merged outside the casing B are vaporized. 106.
  • the reformed water is vaporized by the vaporizer 106 and becomes steam.
  • the raw fuel containing steam generated by the vaporizer 106 is circulated to the reformer 102 through the steam-containing raw fuel supply path 115.
  • the raw fuel is steam reformed in the reformer 102 to generate a reformed gas (first gas having a reducing component) mainly containing hydrogen gas.
  • the reformed gas generated in the reformer 102 is circulated to the electrochemical module M through the fuel supply unit 103.
  • the reaction exhaust gas is combusted in the combustion unit 108, becomes combustion exhaust gas, and is sent from the combustion exhaust gas discharge path 116 to the heat exchanger 200.
  • a combustion catalyst unit 117 (for example, a platinum-based catalyst) is disposed in the combustion exhaust gas discharge passage 116 to burn and remove reducing components such as carbon monoxide and hydrogen contained in the combustion exhaust gas.
  • the heat exchanger 200 exchanges heat between the combustion exhaust gas generated by the combustion in the combustion unit 108 and the circulated cold water to generate hot water. That is, the heat exchanger 200 operates as an exhaust heat utilization unit that reuses the heat exhausted from the electrochemical device 100.
  • reaction exhaust gas utilization part which utilizes the reaction exhaust gas distribute
  • at least a part of the reaction exhaust gas circulated from the first gas discharge unit 62 to the outside of the casing B is joined to any part of 100, 101, 103, 106, 112, 113, 115 in FIG. You may do it.
  • the reaction exhaust gas contains residual hydrogen gas that has not been used for the reaction in the electrochemical element A. In the reaction exhaust gas utilization section, the remaining hydrogen gas is used to use heat by combustion, or to generate power by a fuel cell or the like, thereby effectively using energy.
  • FIG. 32 shows an example of the energy system Z and the electrochemical device 100 when the electrochemical reaction unit 3 is operated as an electrolytic cell.
  • the supplied water and carbon dioxide are electrolyzed in the electrochemical reaction unit 3 to generate hydrogen, carbon monoxide and the like.
  • hydrocarbons and the like are synthesized in the fuel converter 25.
  • the heat exchanger 24 in FIG. 32 operates as an exhaust heat utilization unit that exchanges and vaporizes reaction heat generated by the reaction that occurs in the fuel converter 25 and water, and the heat exchanger 23 in FIG. Energy efficiency can be improved by adopting a configuration in which the exhaust heat generated by the chemical element A is exchanged with water vapor and carbon dioxide to operate as an exhaust heat utilization unit for preheating.
  • the power converter 104 (converter) distributes power to the electrochemical element A.
  • the electrochemical element A acts as an electrolysis cell as described above. Therefore, according to the said structure, the electrochemical apparatus 100, energy system Z, etc. which can improve the efficiency which converts electrical energy into chemical energy, such as a fuel, can be provided.
  • the electrochemical element A is used in the solid oxide fuel cell as the electrochemical device 100.
  • the electrochemical element A uses a solid oxide electrolytic cell or a solid oxide. It can also be used for an oxygen sensor or the like.
  • the electrochemical element A is not limited to a combination of a plurality of electrochemical element stacks S or electrochemical modules M, and can be used alone.
  • the electrode layer 31 is made of a composite material such as NiO ⁇ GDC, Ni ⁇ GDC, NiO ⁇ YSZ, Ni ⁇ YSZ, CuO ⁇ CeO 2 , and Cu ⁇ CeO 2 , and the counter electrode
  • a composite oxide such as LSCF or LSM was used as the material of the layer 33.
  • the thus configured electrochemical device A has a solid oxide form in which hydrogen gas is passed through the electrode layer 31 as a fuel electrode (anode), and air is passed through the counter electrode layer 33 as an air electrode (cathode). It can be used as a fuel cell.
  • the electrochemical element A can be configured so that the electrode layer 31 can be an air electrode and the counter electrode layer 33 can be a fuel electrode. That is, a composite oxide such as LSCF or LSM is used as the material of the electrode layer 31, and NiO ⁇ GDC, Ni ⁇ GDC, NiO ⁇ YSZ, Ni ⁇ YSZ, CuO ⁇ CeO 2 , Cu is used as the material of the counter electrode layer 33, for example. - a composite material such as CeO 2.
  • air is passed through the electrode layer 31 as an air electrode
  • hydrogen gas is passed through the counter electrode layer 33 as a fuel electrode
  • the electrochemical device A is in a solid oxide form. It can be used as a fuel cell.
  • the electrode layer 31 is disposed between the first plate 1 and the electrolyte layer 32, and the counter electrode layer 33 is disposed on the side opposite to the first plate 1 as viewed from the electrolyte layer 32.
  • a configuration in which the electrode layer 31 and the counter electrode layer 33 are disposed in reverse is also possible.
  • a configuration is possible in which the counter electrode layer 33 is disposed between the first plate 1 and the electrolyte layer 32 and the electrode layer 31 is disposed on the side opposite to the first plate 1 as viewed from the electrolyte layer 32. . In this case, it is necessary to change the flow of gas to the electrochemical element A.
  • the electrode layer 31 and the counter electrode layer 33 are used. If it arrange
  • the electrochemical reaction unit 3 is provided on the opposite side of the first plate 1 from the second plate 2 so as to cover the gas flow allowing portion 1A. It may be provided on the second plate 2 side of the one plate 1. That is, even if the electrochemical reaction part 3 is the structure arrange
  • a pair of the first penetrating portion 41 and the second penetrating portion 51 are provided at both end portions of the rectangular plate-shaped support, but the present invention is not limited to the embodiment provided at both end portions, Two or more pairs may be provided. Moreover, the 1st penetration part 41 and the 2nd penetration part 51 do not need to be provided in a pair. Accordingly, one or more first through portions 41 and second through portions 51 can be provided. Furthermore, the plate-like support is not limited to a rectangular shape, and various forms such as a square shape and a circular shape can be adopted.
  • the first and second annular seal portions 42 and 52 may have any shape as long as the first and second through portions 41 and 51 are communicated with each other to prevent gas leakage. That is, the first and second annular seal portions 42 and 52 may have an endless configuration having an opening communicating with the penetrating portion therein, and may seal between the adjacent electrochemical elements A.
  • the first and second annular seal portions 42 and 52 are, for example, annular.
  • the ring may have any shape such as a circle, an ellipse, a rectangle, or a polygon.
  • the plate-like support body 10 is composed of the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2.
  • the 1st plate-like body 1 and the 2nd plate-like body 2 may be comprised from the plate body of a different body, and as shown in FIG. 13, it is comprised from one plate-like body. Also good.
  • the first plate 1 and the second plate 2 are overlapped by bending one plate.
  • the 1st plate-shaped body 1 and the 2nd plate-shaped body 2 are integrated by welding the peripheral part 1a.
  • the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 may be composed of a series of seamless plate-like bodies, and are molded as shown in FIG. 13 by bending the series of plate-like bodies.
  • the 2nd plate-shaped body 2 may be comprised from one member, and may be comprised from two or more members.
  • the 1st plate-shaped body 1 may be comprised from one member, and may be comprised from two or more members.
  • Said 2nd plate-shaped body 2 forms internal flow path A1 with the 1st plate-shaped body 1.
  • FIG. The internal flow path A1 has a distribution part A12, a plurality of sub flow paths A11, and a merging part A13.
  • the first gas supplied to the distribution unit A12 is distributed and supplied to each of the plurality of sub-channels A11, and merges at the junction A13 at the outlets of the plurality of sub-channels A11. Therefore, the first gas flows along the gas flow direction from the distributor A12 toward the merger A13.
  • the plurality of sub-channels A11 are configured by forming a portion of the second plate-like body 2 other than the distribution part A12 to the joining part A13 in a corrugated plate shape.
  • the some subchannel A11 is comprised by the corrugated plate shape in the cross sectional view in the flow crossing direction which cross
  • the plurality of sub-channels A11 are formed by corrugated plates extending in the gas flow direction shown in FIG.
  • the plurality of sub-channels A11 may be formed from a series of corrugated plate-like bodies between the distribution part A12 and the merging part A13, or may be composed of two or more corrugated plate-like bodies. .
  • the plurality of sub-channels A11 may be composed of, for example, two or more corrugated plates separated along the direction along the gas flow direction, or 2 separated along the direction along the flow intersecting direction. You may be comprised from the above corrugated plate-shaped object.
  • the plurality of sub-channels A11 are formed in a waveform by repeatedly forming peaks and valleys having the same shape as shown in FIG.
  • the 2nd plate-shaped body 2 may have a plate-shaped part in the area
  • the plurality of sub-channels A11 may be configured by alternately forming plate-like portions and protruding portions.
  • the projecting portion can be a portion through which a fluid such as the first gas flows.
  • the portion corresponding to the plurality of sub-channels A11 in the second plate-like body 2 does not need to be entirely formed in a corrugated plate shape, and at least a part thereof is formed in a corrugated plate shape. That's fine.
  • a part of the second plate-like body 2 in the gas flow direction may be a flat plate shape and the rest may be a corrugated plate shape between the distribution portion A12 and the merging portion A13.
  • the second plate-like body 2 may have a plate shape in a part in the flow intersecting direction and the remaining plate shape in a corrugated plate shape.
  • the internal flow path A1 can be provided with a structure capable of improving power generation efficiency. Such a configuration will be described below. The description overlapping with the above embodiment is simplified or omitted.
  • the electrochemical module M includes an electrochemical element stack S shown in FIG.
  • the stacking directions of the electrochemical element stack S are the + Z direction and the ⁇ Z direction (Z direction). Further, the direction in which the first gas flows from the first gas supply unit 61 side to the first gas discharge unit 62 side between the first plate body 1 and the second plate body 2, similarly, the first plate body.
  • the direction in which the second gas flows from the second gas supply part 71 side to the second gas discharge part 72 side between the first and second plate-like bodies 2 intersects the + Z direction and the ⁇ Z direction (Z direction).
  • the directions intersecting the + Z direction, the ⁇ Z direction (Z direction), the + X direction, and the ⁇ X direction (X direction) are the + Y direction and the ⁇ Y direction (Y direction).
  • the XZ plane, the XY plane, and the YZ plane are substantially orthogonal to each other.
  • the electrochemical module M discharges the first gas after the reaction, and the first gas supply unit 61 that supplies the first gas to the internal flow path A1 through the supply path 4.
  • a first gas discharge part 62 that performs the second gas supply part 71 that supplies the second gas from the outside to the flow-through part A2, a second gas discharge part 72 that discharges the second gas after the reaction, and an electrochemical reaction
  • a distribution chamber 9 that distributes and supplies the second gas supplied from the second gas supply unit 71 to the flow-through portion A2 in the housing B. I have.
  • the electrochemical module M supplies fuel gas (sometimes referred to as first gas) from the first gas supply unit 61 and also supplies air (sometimes referred to as second gas) from the second gas supply unit 71.
  • first gas fuel gas
  • second gas air
  • the fuel gas enters as shown by the broken line arrows in FIGS. 11 and 14, and the air enters as shown by the solid line arrows.
  • the fuel gas supplied from the first gas supply part 61 is guided to the supply path 4 from the first through part 41 of the uppermost electrochemical element A of the electrochemical element stack S, and is partitioned by the first annular seal part 42. From the supply path 4 to be conducted, the flow passes through the internal flow paths A1 of all the electrochemical elements A. In addition, the air supplied from the second gas supply unit 71 temporarily flows into the distribution chamber 9 and then flows into the flow part A2 formed between the electrochemical elements A.
  • the flow direction in which the fuel gas flows through the internal flow path A1 along the plane of the plate-like support 10 is the direction from the + X direction to the ⁇ X direction.
  • the flow direction in which air flows through the flow passage portion A2 along the plane of the plate-like support 10 is the direction from the + X direction to the ⁇ X direction.
  • the corrugated second plate-like body 2 portion is the first plate-like body 1 (a part of the plate-like support 10).
  • Bulges from the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 and an internal flow path A1 is formed and in contact with the electrochemical reaction part 3 of the adjacent electrochemical element A Enable electrical connection.
  • the portion where the corrugated second plate-like body 2 is in contact with the first plate-like body 1 is electrically connected to the first plate-like body 1, and the electric power of the electrochemical element A adjacent to the second plate-like body 2 is obtained.
  • a flow passage A ⁇ b> 2 is formed between the chemical reaction portion 3.
  • FIG. 30 and the like there is a portion in which the electrochemical element A in which the cross section including the internal flow path A1 appears and the electrochemical element A in which the cross section including the flow passage A2 appears are arranged side by side for convenience.
  • the fuel gas supplied from the supply unit 61 reaches the distribution unit A12 (see FIGS. 14 to 17 and the like), flows through the distribution unit A12 along the width direction on one end side, and flows in the internal flow path A1. Of these, it reaches each sub-channel A11 (see FIG. 14 to FIG. 17 etc.).
  • the internal flow path A1 includes a distribution section A12, a plurality of sub flow paths A11, and a merging section A13 described later. Further, the internal flow path A1 includes a supply buffer section 144 between the distribution section A12 and the plurality of sub flow paths A11, and a discharge buffer section 154 between the plurality of sub flow paths A11 and the merge section A13. ing.
  • the internal flow path A1 is formed by a space where the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 face each other. In this embodiment, the 1st plate-shaped body 1 is flat form, and the below-mentioned gas flow permission part 1A is formed.
  • the second plate-like body 2 has a portion protruding upward with respect to the stacking direction and a portion recessed downward. Therefore, when the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 are combined so as to face each other, a portion protruding upward of the second plate-like body 2 comes into contact with the first plate-like body 1. And by the part and the 1st plate-like body 1 which are dented in the downward direction of the 2nd plate-like body 2, distribution part A12, supply buffer part 144, several subchannel A11, discharge buffer part 154, merge part A13, etc. A space in which each part is partitioned is formed.
  • a supply structure 140 is provided between the distribution unit A12 and the plurality of sub-channels A11 in the direction along the fuel gas flow direction (the + X direction and the -X direction (X direction)). It has been.
  • the supply structure 140 temporarily stores the fuel gas in the distribution unit A12 and restricts the supply of the fuel gas from the distribution unit A12 to the plurality of sub flow paths A11.
  • a discharge structure 150 is provided between the plurality of sub-channels A11 and the merging portion A13 in the direction along the fuel gas flow direction. The discharge structure 150 restricts the discharge of the fuel gas from the plurality of sub flow paths A11 to the junction A13.
  • the fuel gas flows through the first gas supply part 61, the first annular seal part 42, the first through part 41, etc., and is supplied to the distribution part A12 of each electrochemical element A.
  • the fuel gas supplied to the distribution unit A12 is temporarily stored in the distribution unit A12 by the supply structure 140. Thereafter, the fuel gas is introduced into the plurality of sub flow paths A11 from the distribution part A12.
  • the fuel gas that has entered each sub-channel A11 flows through each sub-channel A11 and also enters the electrode layer 31 and the electrolyte layer 32 via the gas flow allowing portion 1A. Further, the fuel gas further travels through the auxiliary flow path A11 together with the fuel gas that has undergone electrochemical reaction.
  • the fuel gas that has reached the end in the flow direction of the plurality of sub-channels A11 proceeds to the merge portion A13 in a state where the flow to the merge portion A13 is partially restricted by the discharge structure 150.
  • the fuel gas that has advanced to the merging portion A13 flows through the merging portion A13, the second through portion 51, the second annular seal portion 52, and the like. And it is discharged
  • the air supplied from the second gas supply part 71 enters the flow part A2 via the distribution chamber 9 and can enter the counter electrode layer 33 and the electrolyte layer 32.
  • the air further travels along the flow passage A ⁇ b> 2 along the electrochemical reaction unit 3 and is discharged out of the second gas discharge unit 72.
  • the combined output is taken out from the output unit 8.
  • the configuration of the electrochemical element laminate S will be described in detail later.
  • the configuration of the internal channel A1 formed by facing the first plate-shaped body 1 and the second plate-shaped body 2 will be further described.
  • the first flat plate-like body 1 and the projections and depressions so as to protrude upward (+ Z direction) along the stacking direction or to be recessed downward ( ⁇ Z direction) along the stacking direction.
  • the internal flow path A1 is formed on the inner surface where the second plate-like body 2 formed in the above is combined to face each other.
  • the internal flow path A1 includes a distribution section A12, a supply buffer section 144, a plurality of sub flow paths A11, a discharge buffer section 154, and a merging section A13.
  • the internal flow path A1 also includes a supply passage 141 (a part of the supply structure 140) and a discharge passage 151 (a part of the discharge structure 150) through which the first gas passes.
  • the structure is symmetrical with respect to the discharge path 5 side where the portion 51 and the like are provided.
  • 15-17, 19-22, etc. show sectional views on the discharge path 5 side where the first gas discharge part 62, the second annular seal part 52, the second through part 51, etc. are provided.
  • FIGS. 23 to 29 and the like show sectional views on the supply path 4 side where the first gas supply part 61, the first annular seal part 42, the first through part 41 and the like are provided.
  • the first gas is discharged from the plurality of sub-channels A11 to the second through portion 51 and the like through the merging portion A13. Flow in the direction.
  • the first gas flows through the first penetration part 41 and the like in the direction in which it is supplied from the distribution part A12 to the plurality of sub flow paths A11.
  • the distribution unit A12 is provided corresponding to each electrochemical element A.
  • the distribution unit A12 is provided on the supply path 4 side, and is a buffer unit for supplying the first gas to each electrochemical element A.
  • the distributor A12 is provided on the upstream side of the plurality of sub-channels A11 in the internal channel A1 in the flow direction of the first gas (the direction from the + X direction to the ⁇ X direction).
  • the distribution unit A12 has crossing directions (+ Y direction and ⁇ Y direction (Y direction)) and flow directions (+ X direction and ⁇ X direction (X direction) with the flow direction. )),
  • a first through portion 41 penetrating the second plate-like body 2 is formed at a substantially central portion.
  • the first gas flows through the first gas supply part 61, the first annular seal part 42, the first through part 41, and the like, and is supplied to the distribution part A12 of each electrochemical element A.
  • the first plate-like body 1 and the second plate-like body 2 have a peripheral edge portion between the edge of the first plate-like body 1 and the edge of the second plate-like body 2. It is integrated by welding in 1a.
  • the distribution portion A12 is formed by processing the second plate-like body 2 so as to be recessed below the peripheral portion 1a in the stacking direction ( ⁇ Z direction). Furthermore, the distribution unit A12 is formed so that the position in the stacking direction is different in the supply blocking unit 142 (a part of the supply structure 140). That is, as illustrated in FIG. 26 and the like, the upper surface of the distribution unit A12 is positioned below the upper surface of the supply blocking unit 142 in the stacking direction.
  • the upper surface of the supply blocking unit 142 is in contact with the lower surface of the first plate-like body 1. Accordingly, the first gas introduced into the distribution unit A12 is restricted from being discharged from the distribution unit A12 by the supply blocking unit 142 protruding upward in the stacking direction, and temporarily stored in the distribution unit A12 formed in a concave shape. Is done.
  • the distribution unit A12 is long in the + Y direction and the ⁇ Y direction (Y direction) as shown in FIG.
  • the length in the Y direction of the distribution unit A12 corresponds to the length in the Y direction of the regions of the plurality of sub-channels A11 that are arranged in parallel with an interval in the Y direction.
  • the plurality of sub flow paths A11 through which the first gas flows extend along the flow direction, that is, along the + X direction and the ⁇ X direction (X direction). .
  • the plurality of sub-channels A11 are arranged side by side in parallel in the Y direction as described above.
  • the second plate-like body 2 is formed between a plurality of sub-channel forming portions 160 that form a plurality of sub-channels A11 and an adjacent sub-channel forming portion 160. And a plurality of partitioning portions 161 that partition the adjacent sub-channels A11. As shown in FIG.
  • the secondary flow path forming portion 160 is formed in a concave shape having a bottom surface, and the upper surface of the partitioning portion 161 is located above the bottom surface of the secondary flow path forming portion 160 in the stacking direction. .
  • the upper surface of the partition 161 is in contact with the lower surface of the first plate-like body 1.
  • the auxiliary flow path A11 extends in the flow direction from the vicinity of the supply structure 140 to the vicinity of the discharge structure 150.
  • the present invention is not limited to this, and the sub-channel A11 may be formed only in a part from the vicinity of the supply structure 140 to the vicinity of the discharge structure 150. That is, the sub flow path forming part 160 that forms the sub flow path A ⁇ b> 11 may be disposed only in a part from the vicinity of the supply structure 140 to the vicinity of the discharge structure 150.
  • the length L3 of the partition 161 is larger than the length L4 of the sub flow path forming part 160.
  • Small L3 ⁇ L4.
  • the contact area between the upper surface of the partition 161 and the lower surface of the first plate-like body 1 can be reduced as shown in FIG. That is, the space of the secondary flow path A11 facing the first plate-like body 1 where the gas flow allowing portion 1A is formed can be increased, and the amount of the first gas flowing from the secondary flow path A11 toward the electrochemical reaction portion 3 is increased. it can.
  • the second plate-like body 2 has a distribution section A12 and a plurality of substreams in the direction along the flow direction (+ X direction and ⁇ X direction (X direction)).
  • a supply structure 140 is provided between the passage A11. The supply structure 140 temporarily stores the first gas in the distribution unit A12 and restricts the supply of the first gas from the distribution unit A12 to the plurality of sub flow paths A11.
  • the supply structure 140 has a plurality of supply passage portions 141 and a plurality of supply blocking portions 142.
  • the supply passage unit 141 allows the first gas to pass from the distribution unit A12 to the plurality of sub flow paths A11.
  • the supply blocking unit 142 blocks the passage of the first gas from the distributing unit A12 to the plurality of sub flow paths A11.
  • the upper surface of the supply blocking unit 142 is located above the upper surface of the supply passage unit 141 in the stacking direction, and is in contact with the lower surface of the first plate 1. Therefore, the first gas in the distribution part A12 is prevented from flowing in the flow direction by the supply blocking part 142, but flows in the flow direction via the supply passing part 141, and the plurality of sub flow paths A11. To flow.
  • each supply blocking portion 142 is formed in a generally rectangular shape as shown in FIGS.
  • the rectangular supply blocking portions 142 are arranged along the Y direction so that the long sides are along the + Y direction and the ⁇ Y direction (Y direction).
  • a supply passage portion 141 is provided between the adjacent supply blocking portions 142. That is, the supply passage portion 141 is provided in a section where the short sides of the adjacent supply blocking portions 142 face each other.
  • the length L2 of the supply blocking unit 142 is larger than the length L1 of the supply passage unit 141 (L2 > L1). Moreover, it is preferable that the length L1 of the supply passage part 141 is smaller than the length L3 of the partition part 161 (L1 ⁇ L3). As a result, the first gas pushed out from the distribution unit A12 through the supply passage unit 141 can collide with the end portion on the + X direction side of the partitioning unit 161, and temporarily stored in the supply buffer unit 144 described later.
  • L1 and L2 are, for example, the amount of the first gas supplied to the distribution unit A12 per unit time, the amount of the first gas to be supplied to the plurality of sub-channels A11 per unit time, and the supply blocking unit 142 Number, the length L3 of the partition 161 in the Y direction, the length L4 of the sub-channel A11 in the Y direction, and the like.
  • each sub-channel A11 is partitioned by each partition 161.
  • one of the plurality of partition portions 161 is arranged corresponding to the supply passage portion 141.
  • at least one sub-channel A11 among the plurality of sub-channels A11 is arranged corresponding to the supply blocking unit 142.
  • the first gas is led from the distribution part A12 to the plurality of sub-flow paths A11 through the supply passage part 141.
  • the first gas pushed out from the distribution portion A12 to the supply passage portion 141 is not allowed to pass through.
  • the partition 161 projecting upward in the stacking direction Due to the collision with the partition 161, the first gas proceeds in the intersecting direction intersecting the flow direction. That is, the first gas flowing from the distribution unit A12 through the supply passage unit 141 does not immediately be introduced into the plurality of sub-channels A11, but collides with the partition 161 before the sub-channel A11.
  • the first gas that has advanced in the intersecting direction does not return to the distribution unit A12 by the supply blocking unit 142 protruding upward in the stacking direction, but temporarily between the supply structure 140 and the plurality of sub-channels A11.
  • the first gas is introduced into the plurality of sub-channels A11 formed by the plurality of sub-channel formation units 160 along the extrusion from the distribution unit A12.
  • a region where the first gas is temporarily stored between the supply structure 140 and the plurality of sub flow paths A11 is the supply buffer unit 144.
  • one partition 161 is arranged corresponding to one supply passage 141 in the flow direction.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of partition portions 161 may be arranged corresponding to one supply passage portion 141.
  • the partition part 161 may not be arrange
  • a supply blocking unit 142 is provided corresponding to the first through portion 41 in the flow direction. Thereby, it can suppress that the 1st gas introduced into distribution part A12 from the 1st penetration part 41 goes to a plurality of subchannels A11 immediately. Therefore, the first gas can be temporarily stored in the distributor A12.
  • the number of the supply prevention parts 142 is not limited to this, For example, it is two or more. In addition, it is preferable that the number of supply blocking units 142 is set according to the number of the plurality of sub flow paths A11. Further, in the above description, the supply blocking units 142 are arranged in a line in the crossing direction of the flow direction. However, the arrangement is not limited to this arrangement as long as the first gas can be temporarily stored in the distributor A12 and the first gas can be supplied to the plurality of sub-channels A11 substantially uniformly.
  • the plurality of supply blocking units 142 may be arranged so as to be shifted from the crossing direction. Further, the plurality of supply blocking units 142 may be arranged along the crossing direction or shifted from the crossing direction.
  • the supply blocking unit 142 has a rectangular shape.
  • the shape of the supply blocking unit 142 is not limited to this as long as the gas can be uniformly supplied from the distribution unit A12 to the plurality of sub-channels A11.
  • the supply blocking unit 142 may be formed in various shapes such as a square shape, a circular shape, an elliptical shape, and a triangular shape.
  • two of the plurality of supply blocking units 142 are the end in the + Y direction and the end in the ⁇ Y direction of the distribution unit A12. It is preferable to be provided at a position corresponding to each part.
  • the first gas reaches the distribution unit A12 so as to expand the space of the distribution unit A12 from the first through portion 41 of the distribution unit A12, and collides with the end surface of the distribution unit A12. Therefore, the first gas that has collided with the end surface of the distributor A12 may change its direction at the end surface and flow toward the plurality of sub-channels A11.
  • the supply blocking unit 142 at a position corresponding to the end of the distribution unit A12, it is possible to suppress the first gas from immediately flowing out from the distribution unit A12 to the plurality of sub flow paths A11. Thereby, as will be described later, the first gas can be supplied from the distribution section A12 to each sub-channel A11 substantially uniformly.
  • the merge part A13 and the discharge structure 150 have the same configurations as the distribution part A12 and the supply structure 140, respectively.
  • the merging portion A13 is provided on the discharge path 5 side, and is a buffer portion for discharging the first gas that has flowed through the plurality of sub flow paths A11.
  • the junction A13 is provided on the downstream side of the plurality of sub-channels A11 in the internal channel A1 in the flow direction of the first gas.
  • the second penetration part 51 which penetrates the 2nd plate-shaped body 2 is formed in the confluence
  • the first gas that has passed through the plurality of sub-channels A11 is introduced into the merging portion A13 and discharged to the outside through the second through portion 51, the second annular seal portion 52, the first gas discharge portion 62, and the like.
  • the merging portion A13 is formed so that the position is different in the stacking direction in the discharge prevention portion 152 (a part of the discharge structure 150). That is, as shown in FIG. 19 and the like, the upper surface of the merging portion A13 is positioned below the upper surface of the discharge preventing portion 152 in the stacking direction. The upper surface of the discharge prevention unit 152 is in contact with the lower surface of the first plate-like body 1. As a result, the discharge of the first gas from the plurality of sub-flow paths A11 toward the merge section A13 to the merge section A13 is restricted by the discharge prevention section 152 protruding upward in the stacking direction. Stored temporarily.
  • junction A13 is long in the + Y direction and the ⁇ Y direction (Y direction) as shown in FIG.
  • the length in the Y direction of the merging portion A13 corresponds to the length in the Y direction of the regions of the plurality of sub-channels A11 that are arranged in parallel with a gap in the Y direction.
  • the second plate-like body 2 has a plurality of sub-flow paths in the direction along the flow direction (+ X direction and ⁇ X direction (X direction)).
  • a discharge structure 150 is provided between A11 and the merging portion A13. The discharge structure 150 restricts the discharge of the first gas from the plurality of sub-flow paths A11 to the junction A13.
  • the discharge structure 150 has a plurality of discharge passage portions 151 and a plurality of discharge prevention portions 152.
  • the discharge passage 151 passes the first gas from the plurality of sub flow paths A11 to the junction A13.
  • the discharge blocking unit 152 blocks the passage of the first gas from the plurality of sub flow paths A11 to the merging unit A13.
  • the upper surface of the discharge preventing portion 152 is located above the upper surface of the discharge passage portion 151 in the stacking direction, and is in contact with the lower surface of the first plate-like body 1. Therefore, the first gas in the plurality of sub-channels A11 is prevented from flowing in the flow direction by the discharge blocking portion 152, but flows in the flow direction via the discharge passage portion 151, and the merge portion A13. To flow.
  • the discharge blocking unit 152 is formed in a generally rectangular shape as shown in FIGS.
  • the rectangular discharge blocking portions 152 are arranged along the Y direction so that the long sides are along the + Y direction and the ⁇ Y direction (Y direction).
  • a discharge passage portion 151 is provided between the adjacent discharge prevention portions 152. That is, the discharge passage portion 151 is provided in a section where the short sides of the adjacent discharge prevention portions 152 face each other.
  • the length L12 of the discharge blocking portion 152 is larger than the length L11 of the discharge passage portion 151 (L12). > L11). Further, it is preferable that the length L12 of the discharge prevention portion 152 is larger than the length L4 of the sub flow path forming portion 160 (L12> L3).
  • L11 and L12 is, for example, the amount of the first gas supplied to the plurality of sub-channels A11 per unit time, the amount of the first gas that should be discharged from the merging portion A13 per unit time, Number, the length L3 of the partition 161 in the Y direction, the length L4 of the sub-channel A11 in the Y direction, and the like.
  • At least one sub-channel A11 among the plurality of sub-channels A11 is disposed corresponding to the discharge prevention unit 152.
  • any one of the plurality of partition portions 161 is arranged corresponding to the discharge passage portion 151.
  • the first gas pushed out from the plurality of sub-channels A11 collides with the discharge prevention unit 152 protruding upward in the stacking direction by traveling along the flow direction. Due to the collision with the discharge prevention unit 152, the first gas proceeds in the crossing direction that intersects the flow direction. That is, the first gas that has flowed from the plurality of sub flow paths A11 is not immediately introduced into the merging portion A13, but collides with the discharge prevention portion 152 before the merging portion A13 and proceeds in the crossing direction. Thereafter, the first gas passes through the discharge passage 151 along the extrusion from the plurality of sub-channels A11, and is introduced into the junction A13. A region where the first gas is temporarily stored between the plurality of sub-flow paths A11 and the discharge structure 150 is the discharge buffer unit 154.
  • a discharge prevention unit 152 is provided corresponding to the second through portion 51. Thereby, it is possible to suppress the first gas flowing through the plurality of sub-channels A ⁇ b> 11 from being immediately introduced into the joining portion A ⁇ b> 13 and being discharged from the second through portion 51. Therefore, the first gas can be temporarily stored in the plurality of sub flow paths A11.
  • the shape, size, arrangement, number, and the like of the discharge passage 151 and the discharge prevention unit 152 are the same as those of the supply passage 141 and the supply prevention unit 142.
  • the length L12 of the discharge prevention unit 152 and the length L11 of the discharge passage unit 151 in the + Y direction and the ⁇ Y direction (the Y direction, the crossing direction intersecting the flow direction)
  • the length L1 of the portion 142 and the length L2 of the supply passage portion 141 are the same.
  • the shape, size, arrangement, number, and the like of the discharge passage portion 151 and the discharge prevention portion 152 may be different from those of the supply passage portion 141 and the supply prevention portion 142.
  • the size of the discharge passage 151 may be larger than that of the supply passage 141.
  • the discharge pressure from the plurality of sub-channels A11 to the junction A13 may be made lower than the supply pressure when the first gas is supplied from the distribution unit A12 to the plurality of sub-channels A11.
  • the first gas is smoothly discharged. It can be introduced into the junction A13.
  • the supply blocking unit 142 of the supply structure 140 configured as described above is provided between the distribution unit A12 and the plurality of sub-channels A11, and the flow of the first gas from the distribution unit A12 to the plurality of sub-channels A11. It becomes a barrier. Therefore, the pressure loss of the first gas when flowing from the distribution unit A12 to the plurality of sub-channels A11 increases, and the first gas introduced into the distribution unit A12 spreads to fill the distribution unit A12. Stored temporarily. For this reason, the entire inside of the distributor A12 has a substantially uniform pressure (equal pressure).
  • the differential pressure between the distributor A12 and each of the plurality of sub-channels A11 is substantially the same.
  • the first gas is supplied from the distribution unit A12 to the plurality of sub-channels A11 via the supply passage unit 141, the first gas is supplied to each sub-channel A11 in a substantially equal pressure state. .
  • the flow distribution (flow velocity, flow rate, pressure, etc.) of the first gas along the flow direction becomes substantially uniform between the sub-channels A11.
  • the first gas flows separately from the distribution unit A12 into the plurality of sub flow paths A11.
  • the flow distribution of the first gas along the flow direction is substantially uniform between the sub-channels A11.
  • the flow velocity, flow rate, pressure, etc. of the first gas in each sub flow path A11 are in the crossing direction intersecting the one position. It is almost constant.
  • the difference between the part where the first gas is insufficient and the part where the first gas is excessively passed is reduced, and the utilization rate of the first gas in the entire electrochemical element A is improved.
  • the reaction efficiency of the electrochemical reaction can be improved.
  • the flow distribution of the first gas in each sub flow path A11 is different, and a certain sub flow path A11 has a first flow.
  • the gas flow rate is fast, and the flow rate of the first gas may be slow in another sub-flow path A11.
  • the first gas is consumed by the electrochemical reaction, and the first gas is insufficient. Thereby, the density
  • A11 is discharged before the first gas is consumed in the electrochemical reaction in the sub-flow channel where the flow rate of the first gas is high. That is, when the first gas is a fuel gas such as hydrogen, the first gas with a high concentration is discharged, and the fuel utilization rate decreases.
  • the first gas is a fuel gas such as hydrogen
  • the first gas with a high concentration is discharged, and the fuel utilization rate decreases.
  • the auxiliary flow path A11 where the flow rate of the first gas is fast the amount of the first gas discharged before being consumed in the electrochemical reaction further increases, and the fuel utilization rate further decreases.
  • the flow distribution (flow velocity, flow rate, pressure, etc.) of the first gas in the plurality of sub flow paths A11 is substantially uniform.
  • the reaction efficiency of the electrochemical reaction can be improved.
  • the discharge preventing portion 152 of the discharge structure 150 having the above-described configuration is provided between the plurality of sub flow paths A11 and the merge section A13, and the sub flow paths A11 to the merge section A13. It becomes a barrier for the flow of the first gas. Therefore, the pressure loss of the first gas when flowing from the plurality of sub flow paths A11 to the merging portion A13 is increased.
  • the first gas introduced into the plurality of sub-channels A11 is difficult to be immediately introduced from the plurality of sub-channels A11 to the junction A13, and spreads to fill the plurality of sub-channels A11.
  • the flow distribution (flow velocity, flow volume, pressure, etc.) of the 1st gas along a flow direction can be made substantially uniform.
  • the electrochemical reaction is sufficiently performed in the plurality of sub-channels A11. By these, the reaction efficiency of an electrochemical reaction can be improved.
  • the electrochemical device includes an electrochemical module M including a plurality of electrochemical elements A.
  • the electrochemical device of the above-described embodiment can also be applied to a configuration including one electrochemical element.
  • the present invention can be used as an electrochemical element and a solid oxide fuel cell.
  • Electrochemical reaction part 4 Supply path 5: Discharge path 8: Output part 9: Distribution chamber 10: Plate-shaped support body 31 : Electrode layer 32: Electrolyte layer 33: Counter electrode layer 41: First penetration part 42: First annular seal part 51: Second penetration part 52: Second annular seal part 61: First gas supply part 71: Second gas Supply unit 100: Electrochemical device 102: Reformer 103: Fuel supply unit 104: Inverter 140: Supply structure 141: Supply passage unit 142: Supply blocking unit 144: Supply buffer unit 150: Discharge structure 151: Discharge passage unit 152: Discharge prevention part 154: Discharge buffer part 160: Sub-flow path forming part 161: Partition part A: Electrochemical element A1: Internal flow path A11: Sub-flow path A12: Distributing part A13: Confluence part A2: Flow section B: housing M: Electrochemical module S: electrochemical element stack Z: Energy System

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Abstract

部品点数が少なく、作製容易な電気化学素子積層体を提供すること。複数の電気化学素子Ａが積層配置されている電気化学素子積層体であって、各電気化学素子Ａは、内部流路Ａ１を有する板状支持体１０を備える。板状支持体１０は、板状支持体１０の内側の内部流路Ａ１と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、気体通流許容部を被覆する電気化学反応部３と、板状支持体１０の外方から内部流路Ａ１に燃料ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１とを備える。隣接する第１及び第２電気化学素子Ａに関して、板状支持体１０どうしが対向する形態で、第１電気化学素子Ａの電気化学反応部３が配置される外面と、第２電気化学素子Ａの電気化学反応部３が配置される側とは別の外面とが電気的に接続され、両外面どうしの隣接間に、両外面に沿って空気が通流する通流部が形成されている。

Description

電気化学素子積層体、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
　本発明は、電気化学素子積層体、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に関する。
　従来、燃料電池（電気化学発電セル）や電解セル等の電気化学装置を構成する電気化学素子積層体は、特許文献１に示すように、気体透過領域を備えるとともに前記気体透過領域を覆って電気化学反応部を形成してなる金属基板や、スペーサやセパレータとして機能する金属基板等を含む多数の基板を気密に積層した構成となっていた。そして、電気化学反応部を備えた金属基板（電気化学素子）の両面に沿って空気（酸化性成分ガス）の空気流路と燃料ガス（還元性成分ガス）の燃料ガス流路とを画定し、それぞれの流路に空気と燃料ガスを流通する。すなわち、電気化学素子の複数を電気化学素子積層体として一体に形成したものとなっていた。これにより、前記電気化学反応部において空気と燃料ガスとの反応から電力等の電気化学出力を生成するものとなっていた。
特表２０１７－５０８２５４号公報
　ところが、このように電気化学素子積層体は、多数の基板を積層して空気流路と燃料ガス流路とを形成するから、多数の金属基板を確実に密閉固定する必要がある。そのため、このような電気化学素子、電気化学素子積層体を作製するには、信頼性高く確実に固定するために、多大な工数と細心の注意を必要とする。そのため、このような電気化学素子積層体を作製するための作製費は大きく膨らむとともに、作製される電気化学素子積層体の信頼性（金属基板間の気密性や電気的接続の確実性など）が低下することになっていた。
　したがって、本発明は上記実状に鑑み、部品点数が少なく、作製容易な電気化学素子積層体を提供すること、また、その電気化学素子積層体を作製するにあたって、取り扱い容易な構造の電気化学素子を提供することを目的とする。また、電気化学素子積層体を利用した電気化学モジュール、電気化学装置やエネルギーシステムを安価に提供することをさらなる目的とする。
　上記目的を達成するための複数の電気化学素子が積層配置されている電気化学素子積層体の特徴構成は、
　各電気化学素子は、内部に内部流路を有する導電性の板状支持体を備え、
　板状支持体は、当該板状支持体の内側である前記内部流路と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、前記気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で、少なくとも膜状の電極層と膜状の電解質層と膜状の対極電極層とを記載順に有する電気化学反応部と、前記板状支持体の表面貫通方向外方と前記内部流路とに亘って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一ガスが流通する供給路を形成する第一貫通部とを備え、
　前記複数の電気化学素子では、少なくとも第１電気化学素子と第２電気化学素子とが互いに隣接して積層されており、
　前記第１電気化学素子を構成する前記板状支持体と、前記第２電気化学素子を構成する前記板状支持体とが対向する形態で、且つ、前記第１電気化学素子を構成する前記板状支持体における前記電気化学反応部が配置される外面と、前記第２電気化学素子を構成する前記板状支持体における前記電気化学反応部が配置される側とは別の外面とが電気的に接続される形態で、且つ、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの他方である第二ガスが通流する通流部が形成されている点にある。
　すなわち、電気化学素子は、内部流路を有する板状支持体を備えるから、内部流路と外部とを区画する状態で、第一ガスと第二ガスとを分配して流通することができる。ここで、電気化学素子を「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」燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、第一ガスは、電気化学反応により消費される水素ガス等の還元性成分ガス及び空気等の酸化性成分ガスのうちの一方であり、第二ガスは他方である。電気化学素子を「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」電解セルとして機能させる場合には、第一ガスは、電気化学反応により生成される水素ガス等の還元性成分ガス及び酸素等の酸化性成分ガスのうちの一方であり、第二ガスは他方である。また、板状支持体は、板状支持体の内側である内部流路と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で、膜状の電極層と膜状の電解質層と膜状の対極電極層とを記載順に有する電気化学反応部とを備えるから、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、第一ガスと第二ガスとは、板状支持体の外方側からの経路と、内部流路から板状支持体の気体通流許容部を通じる経路とから、電気化学反応部に達し、電極層および対極電極層において互いに反応することによって、たとえば電気を生成するなどの電気化学反応を生起することができる。電気化学素子を電解セルとして機能させる場合には、電気化学反応部に電気を供給することにより、水などの電気分解反応により第一ガスと第二ガスとが生じ、板状支持体の外方側の経路と、板状支持体の気体通流許容部から内部流路を通じる経路から排出することができる。
　上記構成において、板状支持体は電気化学出力を電気的に取り出したり、電気を供給する必要から導電性とするが、このような導電性材料としては金属、導電性セラミクスが挙げられる。中でも、金属とすると、堅牢な構成を容易に加工形成することができる点から好ましい。
　上記構成において、内部流路は、板状支持体の対向面間に区画形成されればよいが、電気化学素子に密閉形成されている必要はなく、電気化学素子積層体として積層形成した時に気密な流路を形成できる構成であれば足りる。
　また、上記構成において気体通流許容部は、板状支持体に対して、表裏にわたる多数の貫通孔として設けてもよく、多孔質構造として設けてもよい。貫通孔として形成すると、支持体に気体通流許容部をより容易に選択的に設けることができる上に、支持体の強度をより高めることができる。したがって、強度および耐久性により優れた電気化学素子をより容易に実現することができる。また、多孔質構造として設けると、気体通流許容部をより容易に形成することができる上に、気体透過部材の表面を平坦に形成することが容易となって、電気化学反応部の形成の歩留まりを向上させることが可能となる。すなわち、電気化学素子の製造をより容易に行うことができる。
　ここで、板状支持体には、板状支持体の表面貫通方向外方と内部流路間に第一ガスを流通する供給路を形成する第一貫通部を備えるから、第一貫通部を通じて内部流路に第一ガスを通流させることができる。この場合、第一貫通部は第二ガスの通流する空間側に開口することとなるが、板状支持体の外面に沿って通流する第二ガスと区画された状態で第一ガスを通流させることにより、第一ガスと第二ガスとを適正に電気化学反応部に誘導したり電気化学反応部から排出できる。また、第一貫通部を介して第一ガスを内部流路に流通する構成とするため、第一貫通部を経由して隣接する板状支持体の内部流路に対してもさらに第一ガスを流通することができるので、単に板状支持体を積層して第一貫通部どうしを連通させる構成とするだけで、積層されるすべての板状支持体の内部流路に対して第一ガスを流通できる。これは、各板状支持体に対して個別に供給路を形成する構成に比して極めて簡便な構成となり、電気化学素子積層体を組み立て容易で、信頼性高く、安価に作製できる。
　尚、板状支持体の表面貫通方向とは、板状支持体を貫通する方向であり、第一貫通部は板状支持体を貫通する形態で形成される。ただし、板状支持体の内部流路を挟んだ対向面において必ずしも同軸心で貫通形成する必要はなく、内部流路を介して板状支持体を連通するように貫通していればよく、複数の電気化学素子を積層配置した時に、隣接する電気化学素子どうしにわたって第一ガスを流通する供給路を形成する形態であればよい。
　したがって、上記電気化学素子は、板状支持体に気体通流許容部を設けるとともに電気化学反応部を形成しただけの簡単な構成の板状支持体として取り扱える状態で、単独で電気化学反応部における電気化学反応を行える。また、この電気化学素子は、簡単な構成であるので、多数組み合わせて用いるに際しても、取り扱い上の利便性が高い。さらに、多数組み合わせて用いた場合に、同じ構造のものを第一貫通部において連通接続するだけの簡便な構造を採用することができるので、組み立て容易で、信頼性高く、安価に作製できる。
　電気化学素子積層体は、複数の電気化学素子が積層配置されている。第１電気化学素子を構成する板状支持体と、第２電気化学素子を構成する板状支持体とが対向する形態であるから、第１及び第２電気化学素子どうしが整列した状態となる。また、第１電気化学素子を構成する板状支持体における電気化学反応部が配置される外面と、第２電気化学素子を構成する板状支持体における電気化学反応部が配置される側とは別の外面とが電気的に接続される形態であるから、整列して積層された電気化学素子は、各電気化学素子に設けられる電気化学反応部が直列に積層されて電気的に接続される状態となる。さらに、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って第二ガスが通流する通流部が形成される形態であるから、電気化学反応部における電極層および対極電極層の一方に対して、第一ガスを第一貫通部から内部流路、気体通流許容部を介して流通するとともに、電極層および対極電極層の他方に対して通流部を介して第二ガスを流通することができる。したがって、整列して積層された各電気化学素子の電気化学反応部は、それぞれの電気化学反応部が同方向に直列に接続されつつ、それぞれの電極層、対極電極層に対応する第一ガスまたは第二ガスが流通され、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、上記複数の電気化学素子からの電気化学出力をまとめて、たとえば、電気化学出力としての電力を大きく増幅して取出せ、また、電気化学素子を電解セルとして機能させる場合には、上記複数の電気化学素子から発生する水素ガス等の還元性成分ガス及び酸素等の酸化性成分ガスをまとめて大量に取出せる。
　上記構成において、各電気化学素子は、導電性の板状支持体と電気化学反応部とからなり、互いに一体となるように構成することができるから、必要最小限の極めて少ない部材で電気化学出力を生成するように構成され、作製容易かつ信頼性の高い電気化学素子積層体となり、電気化学素子積層体を作製するにあたって、取り扱い容易な構造となる。
　また、電気化学素子積層体は、前記通流部内において、前記両外面に夫々形成される前記第一貫通部を前記通流部と区画する環状シール部としての第一環状シール部を備え、
　前記第一貫通部及び前記第一環状シール部により、前記内部流路との間に前記第一ガスを流通する前記供給路が形成される形態とすることができる。
　すなわち、第一環状シール部を設けることにより、電気化学素子積層体における互いに積層される電気化学素子の第一貫通部どうしを通流部と区画して連通接続することができる。そのため、隣接する電気化学素子の第一貫通部どうしを密に接続するだけの極めて簡単な構成で、それぞれの電気化学素子が第一ガス、第二ガスにより適正に動作する形態に接続することができ、作製容易かつ信頼性の高い電気化学素子積層体となり、電気化学素子積層体を作製するにあたって、取り扱い容易な構造となる。
　なお環状シール部は、貫通部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、環状シール部は、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どうしの間をシールする構成あればよい。環状シール部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。
　また、前記板状支持体は、前記内部流路を通流する前記第一ガスを前記板状支持体の表面貫通方向外方と流通させる排出路を形成する第二貫通部を備え、
　前記通流部内において、前記両外面に夫々形成される前記第二貫通部を前記通流部と区画する環状シール部としての第二環状シール部を備え、
　前記第二貫通部及び前記第二環状シール部により、前記内部流路を通流する前記第一ガスが流通する前記排出路が形成される構成とすることができる。
　すなわち、例えば、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、第一貫通部から内部流路に進入した第一ガスは、内部流路を通って、気体通流許容部を介して電気化学反応部に流通されつつ、残部は排出路を形成する第二貫通部に通流することになる。排出路は第二貫通部が、第二ガスと区画された状態で形成されているので、第一ガスは、第二ガスと区別された状態で排出路から回収できる状態とすることができる。この排出路は第一貫通部における供給路と同様に環状シール部で構成されているから、隣接する電気化学素子の第二貫通部どうしを密に接続するだけの極めて簡単な構成で、通流部を区画した状態で連通接続でき、それぞれの電気化学素子が第一ガス、第二ガスにより適正に動作する形態に接続することができ、作製容易かつ信頼性の高い電気化学素子積層体となり、電気化学素子積層体を作製するにあたって、取り扱い容易な構造となる。
　なお、環状シール部が、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することができる。
　上記構成において、積層されて隣接する電気化学素子における電気化学反応部を直列に接続して、電気化学出力としての電力を回収たり電気分解に必要な電圧を印可するには、電気化学素子における電気化学反応部以外の部分を絶縁しておく必要がある。ここで、第一、第二環状シール部が、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に形成されていると、供給部や排出部を形成すると同時に絶縁機能を発揮するので、環状シール部とは別に絶縁用の部材を設ける必要がなく、簡便な構成で電気化学素子積層体を構成することができる。これにより、作製容易かつ信頼性の高い電気化学素子積層体となり、電気化学素子積層体を作製するにあたって、取り扱い容易な構造となる。
　また、上記目的を達成するための電気化学素子積層体に用いられる電気化学素子の特徴構成は、
　前記板状支持体を備え、
　前記板状支持体は、前記気体通流許容部と、前記電気化学反応部と、前記第一貫通部とを備える点にある。
　すなわち、板状支持体を備えるので、この板状支持体を積層することで、上記電気化学素子積層体を形成することができる。そして、この板状支持体は気体通流許容部と、電気化学反応部と、第一貫通部とを備えるから、例えば、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、積層される各電気化学素子どうしがそれぞれ電気化学反応部にて電気化学出力を生起し、複数の電気化学素子からの電気化学出力をまとめて、たとえば、電気化学出力としての電力を大きく増幅して取出せる。
　上記目的を達成するための本発明に係る電気化学素子の特徴構成は、
　内部に内部流路を有する導電性の板状支持体を備え、
　前記板状支持体は、当該板状支持体において、当該板状支持体の内側である前記内部流路と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、前記気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で、少なくとも膜状の電極層と膜状の電解質層と膜状の対極電極層とを記載順に有する電気化学反応部と、前記板状支持体の表面貫通方向外方と前記内部流路とに亘って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一ガスが流通する供給路を形成する第一貫通部とを備え、
　前記第一貫通部及び前記内部流路は、前記板状支持体の外面に沿って通流する還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの他方である第二ガスと区画された状態で前記第一ガスを通流させる構成である点にある。
　上記構成によると、電気化学素子は、内部に内部流路を有する導電性の板状支持体を備えるから、この板状支持体は、内部流路と外部とを区画する状態で、第一ガスと第二ガスとを分配して流通することができる。ここで、第一ガスは、水素ガス等の還元性成分ガス及び空気等の酸化性成分ガスのうちの一方であり、第二ガスは他方である。また、板状支持体は、板状支持体の内側である内部流路と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で、膜状の電極層と膜状の電解質層と膜状の対極電極層とを記載順に有する電気化学反応部とを備えるから、例えば、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、第一ガスと第二ガスとは、板状支持体の外方側からの経路と、内部流路から板状支持体の気体通流許容部を通じる経路とから、電気化学反応部に達し、電極層および対極電極層において互いに反応することによって、たとえば電気を生成するなどの電気化学反応を生起することができる。
　上記構成において、板状支持体は電気化学出力を電気的に取り出したり、電気を供給する必要から導電性とするが、このような導電性材料としては金属、導電性セラミクスが挙げられる。中でも、金属とすると、支持体の強度および導電性の確保と、気体通流許容部以外の部分における支持体の内側と外側の気体通流防止を容易に実現することができる。また、板状支持体の熱伝導率を高くすることができ、板状支持体内部の温度分布は小さくなり応力分布の発生による破壊を回避することができる。したがって、強度、信頼性、耐久性および性能により優れた電気化学素子を実現することができる点から好ましい。
　上記構成において、内部流路は、板状支持体の対向面間に区画形成されるが、電気化学素子に密閉形成されている必要はなく、電気化学素子積層体として積層形成した時に気密な流路を形成できる構成であれば足りる。
　また、上記構成において気体通流許容部は、板状支持体に対して、表裏にわたる多数の貫通孔として設けてもよく、多孔質構造として設けてもよい。
　ここで、板状支持体には、板状支持体の表面貫通方向外方から内部流路に第一ガスを流通する供給路を形成する第一貫通部を備えるから、第一貫通部を通じて内部流路に第一ガスを通流させることができる。この場合、第一貫通部は第二ガスの通流する空間側に開口することとなるが、第一貫通部及び内部流路は、板状支持体の外面に沿って通流する第二ガスと区画された状態で第一ガスを通流させる構成とすることにより、第一ガスと第二ガスとを適正に電気化学反応部に誘導できる。
　尚、板状支持体の表面貫通方向とは、板状支持体を貫通する方向であり、貫通部は板状支持体を貫通する形態で形成される。ただし、板状支持体の内部流路を挟んだ対向面において必ずしも同軸心で貫通形成する必要はなく、内部流路を介して板状支持体を連通するように貫通していればよく、複数の電気化学素子を積層配置した時に、隣接するする電気化学素子どうしにわたって第一ガスを流通する供給路を形成する形態であればよい。
　したがって、上記電気化学素子は、板状支持体に気体通流許容部を設けるとともに電気化学反応部を形成しただけの簡単な構成の板状支持体として取り扱える状態で、単独で電気化学反応部における電気化学反応を行える。また、この電気化学素子は、簡単な構成であるので、多数組み合わせて用いるに際しても、取り扱い上の利便性が高い。さらに、多数組み合わせて用いた場合に、同じ構造のものを第一貫通部において連通接続するだけの簡便な構造を採用することができるので、組み立て容易で、信頼性高く、安価に作製できる。
　また、前記板状支持体は、前記内部流路を前記板状支持体の内面に沿って通流する前記第一ガスが前記板状支持体の表面貫通方向外方と流通する第二貫通部を備え、前記第二貫通部は、前記第二ガスと区画された状態で前記第一ガスを通流させる構成であり、
　前記内部流路は、前記第一貫通部から前記第二貫通部に通じる複数の副流路を有するものとすることができる。
　上記構成によると、例えば、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、第一貫通部から電気化学素子に流通され、内部流路に進入した第一ガスは、第二貫通部に向かって通流する構成となり、第二ガスと区画された状態で流通される。この時、第一ガスは、板状支持体の内面に沿って移動することになるが、第一ガスは、内部流路において複数の流路を流れることで、複数の流路それぞれに沿って分かれて流れる。板状支持体の中央部と周部とでは第一ガスの通流抵抗が異なり、第一ガスの通流する速度に差が生じる可能性がある。このような速度差があると、電気化学反応部に達する第一ガスの量にも差が生じることになるから、電気化学出力の発生する効率にも差が生じ、局所的に高温になったり、急速に劣化したりする部位が生じるという問題が生じる懸念がある。しかし、このように複数の副流路に分かれて流れることによる整流作用により、第一ガスは、複数の副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、気体の流れ方向と交差する流れ交差方向の任意の複数地点での流速が概ね一定となる。つまり、流れ交差方向の中央部及び両端部を含む任意の複数地点において、気体の流速が概ね一定である。よって、流れ交差方向の中央部及び両端部を含む任意の複数地点において、電気化学反応部に流通される気体の量を概ね一定にできる。これにより、電気化学反応部において、気体が不足する部分と、過剰に気体が流通される部分との差を小さくし、電気化学素子全体において発電を行わせて、電気化学素子の発電効率を向上でき、電気化学反応部の広い領域にわたって均一な反応場を形成することができ、上記問題の発生を抑制することができる。
　さらに、前記板状支持体の内部における前記第一貫通部と前記内部流路との間には、前記第一貫通部を流通する前記第一ガスを前記副流路の夫々に分配連通する分配部を備えてもよい。
　このような構成によると、分配部により内部流路の各副流路に均等に分配して均一な第一ガスの流れを形成するのをより促進することができる。
　また、前記電極層と前記電解質層との間に、膜状の中間層が配置されていてもよい。また、前記対極電極層と前記電解質層との間に、膜状の反応防止層が配置されてもよい。
　上記構成によると、電極層と電解質層との間に膜状の中間層が配置される場合、電極の構成材料と電解質層の構成材料との反応が効果的に抑制され、性能の長期安定性に優れた電気化学素子を実現することができる。また、対極電極と電解質層との間に膜状の反応防止層が配置される場合、より性能と信頼性、耐久性に優れた電気化学素子を実現することができる。
　また、前記内部流路は、前記第一ガスを所定の通流方向に通流させる複数の副流路と、前記第一ガスの前記通流方向において前記複数の副流路よりも上流側に設けられている分配部とを有しており、
　前記板状支持体は、前記通流方向における前記分配部と前記複数の副流路との間において、前記分配部に前記第一ガスを一時的に貯留させ、前記分配部から前記複数の副流路への前記第一ガスの供給を制限する供給構造体を有していてもよい。
　上記構成によれば、板状支持体は、内部に第一ガスが通流する内部流路を有している。内部流路は、第一ガスの通流方向に沿って上流側から分配部及び複数の副流路を有している。板状支持体は、通流方向における分配部と複数の副流路との間に供給構造体を有している。供給構造体は、第一ガスを分配部において一時的に貯留させつつ、分配部から複数の副流路に第一ガスを分配する。このような供給構造体が設けられていることで、分配部から各副流路に概ね均一に第一ガスを供給できる。よって、電気化学素子の反応効率を向上できる。
　より具体的に説明すると、上記構成の供給構造体は、分配部と複数の副流路との間に設けられており、分配部から複数の副流路への第一ガスの流れの障壁となる。よって、分配部から複数の副流路に通流する際の第一ガスの圧力損失が高くなり、分配部に導入された第一ガスは分配部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、分配部内全体が概ね均一な圧力（均圧）となる。つまり、分配部と複数の副流路それぞれとの差圧が略同一となる。その上で、分配部から複数の副流路に第一ガスが供給されるため、第一ガスが各副流路に概ね均圧な状態で供給される。これにより、各副流路間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）が概ね均一となる。
　また、第一ガスは、分配部から複数の副流路に分かれて流れる。このように複数の流路に分かれて流れることによる整流作用によっても、第一ガスは、複数の流路が形成されていない内部流路を流れる場合に比べて、流れ分布（流速、流量及び圧力等）が概ね一定となる。
　また、前記内部流路は、前記第一ガスの所定の通流方向において前記複数の副流路よりも下流側に設けられている合流部を有しており、
　前記板状支持体は、前記通流方向における前記複数の副流路と前記合流部との間において、前記複数の副流路から前記合流部への前記第一ガスの排出を制限する排出構造体を有していてもよい。
　上記構成によれば、分配部から複数の副流路に第一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だけでなく、複数の副流路から第一ガスを合流部に合流させる部分に排出構造体が設けられている。複数の副流路が供給構造体と排出構造体とに挟まれているため、複数の副流路内での第一ガスの流れ分布（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は、複数の副流路と合流部との間に設けられており、副流路から合流部への第一ガスの流れの障壁となる。よって、複数の副流路から合流部に通流する際の第一ガスの圧力損失が高くなる。そのため、複数の副流路に導入された第一ガスは、複数の副流路から即座に合流部に導入されにくく、複数の副流路に充満するように行き亘る。これにより、各副流路間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）を概ね均一にできる。また、第一ガスが複数の副流路に充満するように行き亘るため、複数の副流路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。
　また、本発明の電気化学モジュールの特徴構成は、電気化学素子積層体を内装する筐体と、
　前記筐体の外部から前記供給路を介して前記内部流路に前記第一ガスを流通する第一ガス供給部と、
　前記筐体の外部と前記通流部とに亘って前記第二ガスを流通する第二ガス供給部と、を備えた点にある。
　上記構成によると、例えば、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、第一ガス供給部は、筐体の外部から供給路を介して内部流路に第一ガスを流通するから、電気化学素子積層体の各電気化学反応部に第一ガスを流通することができる。また、第二ガス供給部により、筐体の外部から通流部に第二ガスを流通するから、通流部を介して電気化学反応部に第二ガスを流通することができる。すると電気化学反応部では、第一ガスと第二ガスとの反応により電気化学出力を生成することができる。前記構成においてさらに、これらの出力を得る出力部を備えた場合には、出力部では各電気化学素子の出力を統合して大きな出力を取り出せるようになる。
　更なる本発明の電気化学モジュールの特徴構成は、前記筐体内に、前記第二ガス供給部を流通する前記第二ガスを前記通流部に分配流通する分配室を備えた点にある。ここで、「供給部」とは、電気化学素子を「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」燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、前記第一ガスや前記第二ガスを供給する機能を担うが、電気化学素子を「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」電解セルとして機能させる場合には、前記第一ガスや前記第二ガスを含有するガスを排出する機能を担う。
　上記構成によると、第二ガスは分配室により通流部に対して均等に分配されるので、各電気化学素子に均等に第二ガスが行き渡り、それぞれ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。
　上述のように、電気化学モジュールは、電気化学素子積層体を内装する筐体と、筐体内の第一、第二ガス供給部及び分配室とにより簡単に構成できる。よって、電気化学モジュールの組み立てが容易で、信頼性が高く、低コスト化を図れる。さらに、電気化学素子積層体からの出力を得るに当たり、出力部を設けた場合には、出力部から大きな出力を取り出せるようになる。
　また、前記筐体内において、前記分配室は、前記電気化学素子積層体に対して当該電気化学素子積層体の側方に位置する空間であり、
　前記通流部は、前記空間側に開口形成されて当該空間と連通する構成とすることができる。
　すなわち、例えば、電気化学素子を燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、筐体内の電気化学素子積層体の流通部の入口や出口となる側（側方）に位置する空間で一旦第二ガスが滞留したうえで、第二ガスの供給圧を受けて滞留する第二ガスが各通流部に進入する形態となるので、各電気化学素子間の通流部に対して均等に第二ガスを流通できる。
　また、本発明の電気化学装置の特徴構成は、
　上記電気化学素子もしくは上記電気化学モジュールと燃料変換器とを少なくとも有し、前記電気化学素子もしくは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素子もしく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。また、前記電気化学素子もしくは前記電気化学モジュールから電力を取り出す、あるいは電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器を有してもよい。
　上記の特徴構成によれば、燃料等の化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する」燃料電池（電気化学発電セル）として機能させる場合には、還元性成分を含有するガスを供給することができ、電気化学素子を「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」電解セルとして機能させる場合には、還元性成分を含有するガスを燃料変換器に導くことが出来る。
　つまり、電気化学モジュールと燃料変換器を有し電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを流通する燃料供給部を有するので、電気化学反応部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から電力を取り出すことができ、耐久性、信頼性および性能に優れ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流通される未利用の燃料ガスをリサイクルするシステムを構築し易くなるため、高効率な電気化学装置を実現することができる。電気化学反応部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反応部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反応部に流通したり、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。
　また、電力変換器は、電気化学反応部が発電した電力を取り出し、あるいは、電気化学反応部に電力を流通する。これにより、上記のように電気化学反応部は、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素子等を提供することができる。
　また、本発明のエネルギーシステムの特徴構成は、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、電気化学装置から流通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。
　したがって、部品点数が少なく、作製容易な電気化学素子積層体を、取り扱い容易な構造の電気化学素子により実現でき。また、電気化学素子積層体を利用した電気化学モジュール、電気化学装置やエネルギーシステムを安価に提供することができた。
電気化学素子の概略図 図１におけるＩＩ－ＩＩ断面図 図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ面図 図１におけるＩＶ－ＩＶ断面図 図１におけるＶ－Ｖ断面図 図１におけるＶＩ－ＶＩ断面図 図１におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図 図１におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図 図１におけるＩＸ－ＩＸ断面図 電気化学反応部の要部拡大図 電気化学モジュールの概略図 エネルギーシステムの概略図 別の形態に係る電気化学モジュールの説明図 別の電気化学素子の概略図 図１４におけるＸＶ－ＸＶ断面図 図１４におけるＸＶＩ－ＸＶＩ面図 図１４におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図 図１４におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図 図１４におけるＸＩＸ－ＸＩＸ断面図 図１４におけるＸＸ－ＸＸ断面図 図１４におけるＸＸＩ－ＸＸＩ断面図 図１４におけるＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ断面図 図１４におけるＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ断面図 図１４におけるＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ断面図 図１４におけるＸＸＶ－ＸＸＶ断面図 図１４におけるＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ断面図 図１４におけるＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ断面図 図１４におけるＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ断面図 図１４におけるＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ断面図 電気化学反応部の要部拡大図 供給構造体及び排出構造体の説明図 別のエネルギーシステムの概略図
　以下に、本発明の電気化学素子積層体、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を説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
　以下、図１～図１０を参照しながら電気化学素子積層体、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」、第一板状体の側を「下」「下側」などと呼ぶ。
（電気化学素子）
　図１～図９に示すように、電気化学素子Ａは、導電性の第一板状体１と導電性の第二板状体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、
　板状支持体１０は、当該板状支持体１０を構成する第一板状体１及び第二板状体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５～図９参照）。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一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を一端部側に備え、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備える（図１、図３，図８，図９参照、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）
　第一板状体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。第一板状体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性および耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。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、第一板状体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有する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。
　第二板状体２は、第一板状体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２～図９参照）。第二板状体２は、第一板状体１に対して複数に分割されていてもよく、逆に第一板状体１が第二板状体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。
　第一板状体１は全体として板状である。そして、表側の面と裏側の面とを貫通して設けられる複数の貫通孔１１を多数設けてなる気体通流許容部１Ａを有する（図５～図９参照）。なお、例えば、貫通孔１１は、レーザー加工などにより、第一板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。気体通流許容部１Ａは、第一板状体１における電極層３１が設けられる領域より小さい領域に設けられることが好ましい。
　第一板状体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１０参照）が設けられる。すなわち、第一板状体１と後述する電極層３１との間に、拡散抑制層が形成されている。金属酸化物層１２は、第一板状体１の外部に露出した面だけでなく、電極層３１との接触面（界面）にも設けられる。また、貫通孔１１の内側の面に設けることもできる。この金属酸化物層１２により、第一板状体１と電極層３１との間の元素相互拡散を抑制することができる。例えば、第一板状体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１２が主にクロム酸化物となる。そして、第一板状体１のクロム原子等が電極層３１や電解質層３２へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１２が抑制する。金属酸化物層１２の厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚みであれば良い。
　金属酸化物層１２は種々の手法により形成されうるが、第一板状体１の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、第一板状体１の表面に、金属酸化物層１２をスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、スパッタリング法やＰＬＤ法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成しても良いし、メッキと酸化処理によって形成しても良い。更に、金属酸化物層１２は導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。
　第一板状体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、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、第一板状体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、第一板状体１に設けることができる。貫通孔１１は、第一板状体１の裏側の面から表側の面へ気体を透過させる機能を有する。第一板状体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、第一板状体１は、焼結金属や発泡金属等を用いることもできる。
　第二板状体２は、第一板状体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１，図５参照）。また、第二板状体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、波型形状の第二板状体２が第一板状体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、第一貫通部４１と内部流路Ａ１との接続箇所は、第一板状体１との接触部分から下方に膨出させてなり、第一貫通部４１ら流通される第一ガスを副流路Ａ１１の夫々に分配する分配部Ａ１２を備え（図１参照）、第二貫通部５１と内部流路Ａ１の接続箇所は、第一板状体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一ガスを集約して第二貫通部５１に導く合流部Ａ１３を備える（図１，図３，図４，図６～図９参照、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、第二板状体の材料については、耐熱性の金属であることが好ましく、第一板状体との熱膨張差の低減や、溶接などの接合性の信頼性確保の観点から、第一板状体１と同じ材料でれば、より好ましい。
（電気化学反応部）
（電極層）
　電極層３１は、図５～１０に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、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は第一板状体１における電極層３１が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１１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、第一板状体１を傷めることなく、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
（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、第一板状体１を傷めることなく、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
　中間層３４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は、電気化学素子Ａへの適用に適している。
　また電極層３１において、サーメット材の骨材の含有比、緻密度、および強度を電極層３１の下側から上側にかけて連続的に増加するように構成してもよい。この場合、電極層３１は層として明確に区別できる領域を持たなくてもよい。しかしこの場合であっても、電極層３１における第一板状体１に隣接する部位（下方部位）に比べ、電解質層３２に隣接する部位（上方部位）におけるサーメット材の骨材の含有比、緻密度、強度等を高くすることも可能である。
（電解質層）
　図５～図１０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、前記中間層の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは、電解質層３２は、中間層３４の上と第一板状体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層３２を第一板状体１に接合することで、電気化学素子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１３に示すように、第一板状体１の表側の面であって貫通孔１１が設けられた領域より大きな領域に設けられる。つまり、貫通孔１１は第一板状体１における電解質層３２が形成された領域の内側に形成されている。
　また電解質層３２の周囲においては、電極層３１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、第一板状体１の裏側から貫通孔１１を通じて電極層３１へガスが供給される。電解質層３２が第一板状体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。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、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層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、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅ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５～図１０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、第一板状体１の損傷を抑制し、また、第一板状体１と電極層３１との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ａを実現できるので好ましい。例えば、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、例えば、第一板状体１の裏側の面から貫通孔１１を通じて第一ガスとしての水素を含む燃料ガスを電極層３１へ流通し、電極層３１の対極となる対極電極層３３へ第二ガスとしての空気を流通し、例えば、５００℃以上９００℃以下の作動温度に維持する。そうすると、電解質層３２に酸素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、対極電極層３３において空気に含まれる酸素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、流通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５～図９にて省略したが、図１０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５～図９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１０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、第一板状体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。第一板状体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、第一板状体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製し、第一板状体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、第一板状体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、第一板状体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、第一板状体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製し、第一板状体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、第一板状体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、第一板状体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、第一板状体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の材料を第一板状体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、第一板状体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、第一板状体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１１に示すように、電気化学素子積層体Ｓは、電気化学素子Ａを複数有し、
　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を構成する板状支持体１０と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０とが対向する形態で、且つ、一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における電気化学反応部３が配置される第一板状体１とは別の第二板状体２の外面と、他の一つの電気化学素子Ａを構成する板状支持体１０における第一板状体１の外面とが電気的に接続される形態で、且つ、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って第二ガスが通流する通流部Ａ２が形成される形態で、複数の電気化学素子Ａが積層配置されている。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。具体的には、長方形状の各電気化学素子が一端部の第一貫通部４１と他端部の第二貫通部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して、各第一貫通部４１、第二貫通部５１同士の間に第一環状シール部、第二環状シール部を介在して、積層されることにより、上記構成となる。
　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一ガスを流通する供給路４を形成する第一貫通部４１を長方形状の板状支持体１０の長手方向一端部側に備え、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一貫通部４１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第一環状シール部４２を備え、第一貫通部４１及び第一環状シール部４２により、第一ガスを内部流路Ａ１に流通する供給路４が形成される。尚、第一板状体１における第一環状シール部４２の接当する部位の周囲には第一板状体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を設けて第一環状シール部４２の第一板状体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は、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを板状支持体１０の表面貫通方向外方へ流通する排出路５を形成する第二貫通部５１を他端部側に備え、第二貫通部５１は、第二ガスと区画された状態で第一ガスを通流させる構成であり、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二貫通部５１を通流部Ａ２と区画する環状シール部としての第二環状シール部５２を備え、第二貫通部５１及び第二環状シール部５２により、内部流路Ａ１を通流した第一ガスを流通する排出路５が形成される。
　第一、第二環状シール部４２，５２は、アルミナ等の絶縁性セラミクス材料やこれを被覆した金属、あるいは、マイカ繊維、ガラスなどの材料からなり、隣接する電気化学素子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。
（電気化学モジュール）
　図１１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を内装する絶縁体からなる筐体Ｂと、筐体Ｂの外部から供給路４を介して内部流路Ａ１に第一ガスを流通する第一ガス供給部６１と、反応後の第一ガスを流通する第一ガス排出部６２と、筐体Ｂの外部から通流部Ａ２に第二ガスを流通する第二ガス供給部７１と、反応後の第二ガスを流通する第二ガス排出部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、
　筐体Ｂ内に、第二ガス供給部７１から流通される第二ガスを通流部Ａ２に分配流通する分配室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の流通部の入口や出口となる側（側方）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、筐体Ｂ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、筐体Ｂ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は筐体Ｂに対して電気化学素子積層体Ｓを気密に収容し、かつ集電体８１，８２が各電気化学素子Ａに対する緩衝材として機能するよう設けられている。
　これにより電気化学モジュールＭは、第一ガス供給部６１から燃料ガスを流通するとともに、第二ガス供給部７１から空気を流通することで、図１１破線矢印に示すように燃料ガスが進入し実線矢印に示すように空気が進入する。第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、電気化学素子積層体Ｓの最上部の電気化学素子Ａの第一貫通部４１より供給路４に誘導され、第一環状シール部４２により区画される供給路４より、すべての電気化学素子Ａの内部流路Ａ１に通流する。また第二ガス供給部７１から流通された空気は、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、第二板状体２を基準にすると、波板状の第二板状体２部分が第一板状体１から膨出する部分で第一板状体１と第二板状体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、波板状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分が第一板状体１と電気接続し、第二板状体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１０の一部に内部流路Ａ１を含む断面の現れる電気化学素子Ａと、通流部Ａ２を含む断面の現れる電気化学素子Ａとを便宜的に並べて示す部分があるが、第一ガス供給部６１から流通された燃料ガスは、分配部Ａ１２に達し（図１，４，７参照）、分配部Ａ１２を介して一端部側の幅方向に沿って広がって流れ、内部流路Ａ１のうち各副流路Ａ１１に達する（図１，図３，図７参照）。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、第二貫通部５１を介して、第二環状シール部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一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される。一方、第二ガス供給部７１から流通された空気は、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を進み第二ガス排出部７２より筐体Ｂ外に流通される。
　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と第二板状体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。
　以上説明した電気化学モジュールＭを用いて、電気化学装置１００およびエネルギーシステムＺを構築することができる。
＜エネルギーシステム、電気化学装置＞
　図１２には、エネルギーシステムＺおよび電気化学装置１００の概要が示されている。
　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から流通される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器２００とを有する。
　電気化学装置１００は、電気化学モジュールＭと、脱硫器１０１と燃料変換器の一種である改質器１０２とを有し、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流通する燃料供給部１０３と、電気化学モジュールＭから電力を取り出す出力部８として電力変換器の一種であるインバータ１０４とを有する。
　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から流通される改質水から水蒸気を生成する。改質器１０２は、気化器１０６にて生成された水蒸気を用いて脱硫器１０１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素を含む改質ガスを生成する。
　電気化学モジュールＭは、改質器１０２から流通された改質ガスと、ブロア１０７から流通された空気とを用いて、電気化学反応させて発電する。燃焼部１０８は、電気化学モジュールＭから流通される反応排ガスと空気とを混合させて、反応排ガス中の可燃成分を燃焼させる。
　インバータ１０４は、電気化学モジュールＭの出力電力を調整して、商用系統（図示省略）から受電する電力と同じ電圧および同じ周波数にする。制御部１１０は電気化学装置１００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に流通される。改質水タンク１０５の改質水は、改質水ポンプ１１３の作動により改質水供給路１１４を通して気化器１０６に流通される。そして、原燃料供給路１１２は脱硫器１０１よりも下流側の部位で、改質水供給路１１４に合流されており、筐体Ｂ外にて合流された改質水と原燃料とが気化器１０６に流通される。
　改質水は気化器１０６にて気化され水蒸気となる。気化器１０６にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路１１５を通して改質器１０２に流通される。改質器１０２にて原燃料が水蒸気改質され、水素ガスを主成分とする改質ガス（還元性成分を有する第一ガス）が生成される。改質器１０２にて生成された改質ガスは、燃料供給部１０３を通して電気化学モジュールＭに流通される。
　反応排ガスは燃焼部１０８で燃焼され、燃焼排ガスとなって燃焼排ガス排出路１１６から熱交換器２００に送られる。燃焼排ガス排出路１１６には燃焼触媒部１１７（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去される。
　熱交換器２００は、燃焼部１０８における燃焼で生じた燃焼排ガスと、流通される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。すなわち熱交換器２００は、電気化学装置１００から排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。
　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）流通される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。また、第一ガス排出部６２より筐体Ｂ外に流通される反応排ガスの少なくとも一部を図１２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。
　図３２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３２中の熱交換器２４を、燃料変換器２５で起きる反応によって生ずる反応熱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３２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１０４（コンバータ）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。
（他の実施形態）
（１）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。
（２）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に水素ガスを流通して燃料極（アノード）とし、対極電極層３３に空気を流通して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いることが可能である。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に空気を流通して空気極とし、対極電極層３３に水素ガスを流通して燃料極とし、電気化学素子Ａを固体酸化物形燃料電池セルとして用いることができる。
（３）上述の実施形態では、第一板状体１と電解質層３２との間に電極層３１を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に対極電極層３３を配置した。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、第一板状体１と電解質層３２との間に対極電極層３３を配置し、電解質層３２からみて第一板状体１と反対側に電極層３１を配置する構成も可能である。この場合、電気化学素子Ａへの気体の流通についても変更する必要がある。
　すなわち、電極層３１と対極電極層３３の順や第一ガス、第二ガスのいずれが還元性成分ガス及び酸化性成分ガスの一方または他方であるかについては、電極層３１と対極電極層３３に対して第一ガス、第二ガスが適正に反応する形態で流通されるよう配置されていれば、種々形態を採用しうる。
（４）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、第一板状体１の第二板状体２とは反対側に設けたが、第一板状体１の第二板状体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。
（５）上記実施の形態では、第一貫通部４１、第二貫通部５１を長方形状の板状支持体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、第一貫通部４１、第二貫通部５１は、対で設けられている必要はない。よって、第一貫通部４１、第二貫通部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。
（６）第一、第二環状シール部４２，５２は、第一、第二貫通部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、第一、第二環状シール部４２，５２は、内部に貫通部に連通する開口部を有する無端状の構成で、隣接する電気化学素子Ａどうしの間をシールする構成あればよい。第一、第二環状シール部４２，５２は例えば環状である。環状には、円形、楕円形、方形、多角形状等いかなる形状でもよい。
（７）上記では、板状支持体１０は、第一板状体１及び第二板状体２により構成されている。ここで、第一板状体１と第二板状体２とは、別体の板状体から構成されていてもよいし、図１３に示すように一の板状体から構成されていてもよい。図１３の場合、一の板状体が折り曲げられることで、第一板状体１と第二板状体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一板状体１と第二板状体２とが一体化される。なお、第一板状体１と第二板状体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１３のように成型されてもよい。
　また、後述しているが、第二板状体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、第一板状体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。
（８）上記の第二板状体２は、第一板状体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に供給された第一ガスは、図１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、第一ガスは、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、第二板状体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５に示すように、複数の副流路Ａ１１は、第一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１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５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、第二板状体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、突状部分を第一ガス等の流体が通流する部分とすることができる。
（９）上記の第二板状体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。第二板状体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、第二板状体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。
　（１０）
　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１４～図３１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１１に示す電気化学素子積層体Ｓが含まれる。
　ここで、図１４～図３１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、第一板状体１及び第二板状体２の間において第一ガスが第一ガス供給部６１側から第一ガス排出部６２側に通流する方向、同様に第一板状体１及び第二板状体２の間において第二ガスが第二ガス供給部７１側から第二ガス排出部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１及び図１１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に第一ガスを供給する第一ガス供給部６１と、反応後の第一ガスを排出する第一ガス排出部６２と、外部から通流部Ａ２に第二ガスを供給する第二ガス供給部７１と、反応後の第二ガスを排出する第二ガス排出部７２と、電気化学反応部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、筐体Ｂ内に、第二ガス供給部７１から供給される第二ガスを通流部Ａ２に分配供給する分配室９を備えている。
　これにより電気化学モジュールＭは、第一ガス供給部６１から燃料ガス（第一ガスという場合もある）を供給するとともに、第二ガス供給部７１から空気（第二ガスという場合もある）を供給することで、図１１、図１４等の破線矢印に示すように燃料ガスが進入し実線矢印に示すように空気が進入する。
　第一ガス供給部６１から供給された燃料ガスは、電気化学素子積層体Ｓの最上部の電気化学素子Ａの第一貫通部４１より供給路４に誘導され、第一環状シール部４２により区画される供給路４より、すべての電気化学素子Ａの内部流路Ａ１に通流する。また第二ガス供給部７１から供給された空気は、分配室９に一時流入したのち、各電気化学素子Ａ間に形成される通流部Ａ２に通流する。本実施形態では、燃料ガスが内部流路Ａ１を板状支持体１０の平面に沿って通流する通流方向は、＋Ｘ方向から－Ｘ方向に向かう方向である。同様に、空気が通流部Ａ２を板状支持体１０の平面に沿って通流する通流方向は、＋Ｘ方向から－Ｘ方向に向かう方向である。
　ちなみに、第二板状体２（板状支持体１０の一部）を基準にすると、波板状の第二板状体２部分が第一板状体１（板状支持体１０の一部）から膨出する部分で第一板状体１と第二板状体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、波板状の第二板状体２が第一板状体１と接触する部分が第一板状体１と電気接続し、第二板状体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３０等の一部に内部流路Ａ１を含む断面の現れる電気化学素子Ａと、通流部Ａ２を含む断面の現れる電気化学素子Ａとを便宜的に並べて示す部分があるが、第一ガス供給部６１から供給された燃料ガスは、分配部Ａ１２に達し（図１４～図１７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１４～図１７等参照）。
　ここで、図１４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、第一板状体１と第二板状体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、第一板状体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。第二板状体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、第一板状体１と第二板状体２とが対向して組み合わされることで、第二板状体２の上方向に突出する部分が第一板状体１と当接する。そして、第二板状体２の下方向に凹む部分と第一板状体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、第一ガス供給部６１、第一環状シール部４２、第一貫通部４１等を通流し、各電気化学素子Ａの分配部Ａ１２に供給される。分配部Ａ１２に供給され燃料ガスは、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、第二貫通部５１、第二環状シール部５２等を通流する。そして、他の電気化学素子Ａからの電気化学反応済みの燃料ガスとともに第一ガス排出部６２より外に排出される。
　一方、第二ガス供給部７１から供給された空気は、分配室９を介して通流部Ａ２に進入し、対極電極層３３、電解質層３２に進入できる。また、空気は、電気化学反応済みの空気とともに、さらに電気化学反応部３に沿って通流部Ａ２を進み第二ガス排出部７２より外に排出される。
　この燃料ガス及び空気の流れに従って電気化学反応部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と第二板状体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）内部流路及び第二板状体の構成
　第一板状体１と第二板状体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、平板状の第一板状体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二板状体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、第一ガスが通過する、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、第一ガス供給部６１、第一環状シール部４２、第一貫通部４１等が設けられている供給路４側と、第一ガス排出部６２、第二環状シール部５２、第二貫通部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１５～図１７、図１９～図２２等においては、第一ガス排出部６２、第二環状シール部５２、第二貫通部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２３～図２９等においては、第一ガス供給部６１、第一環状シール部４２、第一貫通部４１等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１５～図１７、図１９～図２２等の排出路５側の断面図では、第一ガスは複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３を経て第二貫通部５１等に排出される方向に通流する。一方、図２３～図２９等の供給路４側の断面図では、第一ガスは第一貫通部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に第一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、第一ガスの通流方向（＋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１４、図３１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、第二板状体２を貫通する第一貫通部４１が形成されている。第一ガスは、第一ガス供給部６１、第一環状シール部４２、第一貫通部４１等を通流し、各電気化学素子Ａの分配部Ａ１２に供給される。
　第一板状体１と第二板状体２とは、図１５～図２９等に示すように、第一板状体１の縁部と第二板状体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）に凹むように第二板状体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２６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の上面は第一板状体１の下面に当接している。これにより、分配部Ａ１２に導入された第一ガスは、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１４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。
　第一ガスが通流する複数の副流路Ａ１１は、図１４～図３１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。第二板状体２は、図１４～図３１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３０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の上面は第一板状体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内それぞれを第一ガスが通流方向に沿って通流する。
　なお、副流路Ａ１１は、図１４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３０、図３１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３０等に示すように、仕切部１６１の上面と第一板状体１の下面との当接面積を小さくできる。つまり、気体通流許容部１Ａが形成された第一板状体１に面する副流路Ａ１１の空間を大きくでき、副流路Ａ１１から電気化学反応部３に向かう第一ガスの量を多くできる。
　第二板状体２は、図１４、図２３～図３１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に第一ガスを一時的に貯留させるとともに、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１への第一ガスの供給を制限する。
　供給構造体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、第一ガスを分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に通過させる。供給阻止部１４２は、第一ガスの分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１への通過を阻止する。図２５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、第一板状体１の下面に当接している。よって、分配部Ａ１２内の第一ガスは、供給阻止部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１４、図３１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３１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一ガスを仕切部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一ガスの量、複数の副流路Ａ１１に単位時間に供給すべき第一ガスの量、供給阻止部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、第一ガスは、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に押し出された第一ガスは、通流方向に沿って進むことで積層方向の上方に突出している仕切部１６１に衝突する。仕切部１６１との衝突によって、第一ガスは通流方向と交差する交差方向に進む。つまり、分配部Ａ１２から供給通過部１４１を経て通流してきた第一ガスは、即座に複数の副流路Ａ１１に導入されるのではなく、副流路Ａ１１の手前で仕切部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一ガスは、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、第一ガスは、分配部Ａ１２からの押し出しに沿って、複数の副流路形成部１６０が形成する複数の副流路Ａ１１に導入される。
　なお、第一ガスが供給構造体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、第一貫通部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、第一貫通部４１から分配部Ａ１２に導入された第一ガスが即座に複数の副流路Ａ１１に向かうのを抑制できる。よって、分配部Ａ１２に第一ガスを一時的に貯留可能である。
　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、第一ガスを分配部Ａ１２に一時的に貯留し、複数の副流路Ａ１１に概ね均一に第一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１４、図３１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。第一ガスは、分配部Ａ１２の第一貫通部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一ガスは、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に即座に第一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に概ね均一に第一ガスを供給できる。
　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を通流した第一ガスを排出するためのバッファ部である。合流部Ａ１３は、第一ガスの通流方向において、内部流路Ａ１のうち複数の副流路Ａ１１の下流側に設けられている。図１４、図３１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、第二板状体２を貫通する第二貫通部５１が形成されている。複数の副流路Ａ１１を通過した第一ガスは、合流部Ａ１３に導入され、第二貫通部５１、第二環状シール部５２、第一ガス排出部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１９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の上面は第一板状体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に向かった第一ガスは、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１４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。
　第二板状体２は、図１４、図１８～図２２、図３１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への第一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、第一ガスを複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３に通過させる。排出阻止部１５２は、第一ガスの複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３への通過を阻止する。図１９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、第一板状体１の下面に当接している。よって、複数の副流路Ａ１１内の第一ガスは、排出阻止部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１４、図３１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３１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に向かう第一ガスを排出阻止部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一ガスの量、合流部Ａ１３から単位時間に排出すべき第一ガスの量、排出阻止部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一ガスは、通流方向に沿って進むことで積層方向の上方に突出している排出阻止部１５２に衝突する。排出阻止部１５２との衝突によって、第一ガスは通流方向と交差する交差方向に進む。つまり、複数の副流路Ａ１１から通流してきた第一ガスは、即座に合流部Ａ１３に導入されるのではなく、合流部Ａ１３の手前で排出阻止部１５２と衝突して交差方向に進む。その後、第一ガスは、複数の副流路Ａ１１からの押し出しに沿って、排出通過部１５１を通過して合流部Ａ１３に導入される。
　なお、第一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、第二貫通部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を通流した第一ガスが即座に合流部Ａ１３に導入され、第二貫通部５１から排出されるのを抑制できる。よって、複数の副流路Ａ１１に第一ガスを一時的に貯留可能である。
　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３１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に第一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一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、第一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。
　（ｂ）供給構造体及び排出構造体の作用
　（ｂ１）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への第一ガスの流れの障壁となる。よって、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に通流する際の第一ガスの圧力損失が高くなり、分配部Ａ１２に導入された第一ガスは分配部Ａ１２に充満するように行き亘り、一時的に貯留される。そのため、分配部Ａ１２内全体が概ね均一な圧力（均圧）となる。つまり、分配部Ａ１２と複数の副流路Ａ１１それぞれとの差圧が略同一となる。その上で、分配部Ａ１２から供給通過部１４１を介して複数の副流路Ａ１１に第一ガスが供給されるため、第一ガスが各副流路Ａ１１に概ね均圧な状態で供給される。これにより、各副流路Ａ１１間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）が概ね均一となる。
　また、第一ガスは、分配部Ａ１２から複数の副流路Ａ１１に分かれて流れる。このように複数の流路に分かれて流れることによる整流作用によっても、第一ガスは、複数の流路が形成されていない内部流路を流れる場合に比べて、流れ分布（流速、流量及び圧力等）が概ね一定となる。
　以上の通り、各副流路Ａ１１間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布が概ね均一となる。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の第一ガスの流速、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、第一ガスが不足する部分と、過剰に第一ガスが通流される部分との差を小さくし、電気化学素子Ａ全体における第一ガスの利用率を向上して電気化学反応の反応効率を向上できる。
　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における第一ガスの流れ分布が異なり、ある副流路Ａ１１では第一ガスの流速が速く、別の副流路Ａ１１では第一ガスの流速が遅くなる場合がある。第一ガスの流速が遅い副流路Ａ１１では電気化学反応により第一ガスが消費され、第一ガスが不足する。これにより、第一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、第一ガスの流速が速い副流路でＡ１１は第一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、第一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一ガスが排出され、燃料利用率が低下する。ここで、第一ガスの流速が遅い副流路Ａ１１における第一ガスの不足に対して、各副流路Ａ１１に供給する第一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、第一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一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での第一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。
　（ｂ２）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に第一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から第一ガスを合流部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内での第一ガスの流れ分布（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への第一ガスの流れの障壁となる。よって、複数の副流路Ａ１１から合流部Ａ１３に通流する際の第一ガスの圧力損失が高くなる。そのため、複数の副流路Ａ１１に導入された第一ガスは、複数の副流路Ａ１１から即座に合流部Ａ１３に導入されにくく、複数の副流路Ａ１１に充満するように行き亘る。これにより、各副流路Ａ１１間において、通流方向に沿う第一ガスの流れ分布（流速、流量及び圧力等）を概ね均一にできる。また、第一ガスが複数の副流路Ａ１１に充満するように行き亘るため、複数の副流路Ａ１１内において電気化学反応が十分に行われる。これらにより、電気化学反応の反応効率を向上できる。
（１１）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。
　なお、上記の実施形態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る。また本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
　本発明は、電気化学素子および固体酸化物形燃料電池セルとして利用可能である。
１　　　：第一板状体
１Ａ　　：気体通流許容部
２　　　：第二板状体
３　　　：電気化学反応部
４　　　：供給路
５　　　：排出路
８　　　：出力部
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
４１　　：第一貫通部
４２　　：第一環状シール部
５１　　：第二貫通部
５２　　：第二環状シール部
６１　　：第一ガス供給部
７１　　：第二ガス供給部
１００　：電気化学装置
１０２　：改質器
１０３　：燃料供給部
１０４　：インバータ
１４０　　：供給構造体
１４１　　：供給通過部
１４２　　：供給阻止部
１４４　　：供給バッファ部
１５０　　：排出構造体
１５１　　：排出通過部
１５２　　：排出阻止部
１５４　　：排出バッファ部
１６０　　：副流路形成部
１６１　　：仕切部
Ａ　　　：電気化学素子
Ａ１　　：内部流路
Ａ１１　：副流路
Ａ１２　：分配部
Ａ１３　　：合流部
Ａ２　　：通流部
Ｂ　　　：筐体
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 (18)

  1. 　複数の電気化学素子が積層配置されている電気化学素子積層体であって、
    　各電気化学素子は、内部に内部流路を有する導電性の板状支持体を備え、
    　前記板状支持体は、当該板状支持体の内側である前記内部流路と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、前記気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で、少なくとも膜状の電極層と膜状の電解質層と膜状の対極電極層とを記載順に有する電気化学反応部と、前記板状支持体の表面貫通方向外方と前記内部流路とに亘って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一ガスが流通する供給路を形成する第一貫通部とを備え、
    　前記複数の電気化学素子では、少なくとも第１電気化学素子と第２電気化学素子とが互いに隣接して積層されており、
    　前記第１電気化学素子を構成する前記板状支持体と、前記第２電気化学素子を構成する前記板状支持体とが対向する形態で、且つ、前記第１電気化学素子を構成する前記板状支持体における前記電気化学反応部が配置される外面と、前記第２電気化学素子を構成する前記板状支持体における前記電気化学反応部が配置される側とは別の外面とが電気的に接続されており、且つ、これら両外面どうしの隣接間に、当該両外面に沿って還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの他方である第二ガスが通流する通流部が形成されている、電気化学素子積層体。
  2. 　前記通流部内において、前記両外面に夫々形成される前記第一貫通部を前記通流部と区画する環状シール部としての第一環状シール部を備え、
    　前記第一貫通部及び前記第一環状シール部により、前記内部流路との間に前記第一ガスを流通する前記供給路が形成される請求項１に記載の電気化学素子積層体。
  3. 　前記板状支持体は、前記内部流路を通流する前記第一ガスを前記板状支持体の表面貫通方向外方と流通させる排出路を形成する第二貫通部を備え、
    　前記通流部内において、前記両外面に夫々形成される前記第二貫通部を前記通流部と区画する環状シール部としての第二環状シール部を備え、
    　前記第二貫通部及び前記第二環状シール部により、前記内部流路を通流する前記第一ガスが流通する前記排出路が形成される請求項１又は２に記載の電気化学素子積層体。
  4. 　前記環状シール部が、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である請求項２又は３に記載の電気化学素子積層体。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の電気化学素子積層体に用いられる電気化学素子であって、
    　前記板状支持体を備え、
    　前記板状支持体は、前記気体通流許容部と、前記電気化学反応部と、前記第一貫通部とを備える電気化学素子。
  6. 　内部に内部流路を有する導電性の板状支持体を備え、
    　前記板状支持体は、当該板状支持体において、当該板状支持体の内側である前記内部流路と外側とに亘って気体を透過できる気体通流許容部と、前記気体通流許容部の全部又は一部を被覆する状態で、少なくとも膜状の電極層と膜状の電解質層と膜状の対極電極層とを記載順に有する電気化学反応部と、前記板状支持体の表面貫通方向外方と前記内部流路とに亘って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一ガスが流通する供給路を形成する第一貫通部とを備え、
    　前記第一貫通部及び前記内部流路は、前記板状支持体の外面に沿って通流する還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの他方である第二ガスと区画された状態で前記第一ガスを通流させる構成である電気化学素子。
  7. 　前記板状支持体は、前記内部流路を通流する前記第一ガスが前記板状支持体の表面貫通方向外方と流通する第二貫通部を備え、
    　前記内部流路は、前記第一貫通部から前記第二貫通部に通じる複数の副流路を有する請求項５または６に記載の電気化学素子。
  8. 　前記板状支持体の内部における前記第一貫通部と前記内部流路との間には、前記第一貫通部を流通する前記第一ガスを前記副流路の夫々に分配連通する分配部を備える請求項７に記載の電気化学素子。
  9. 　前記電極層と前記電解質層との間に、膜状の中間層が配置される請求項５～８のいずれか一項に記載の電気化学素子。
  10. 　前記対極電極層と前記電解質層との間に、膜状の反応防止層が配置される請求項５～９のいずれか一項に記載の電気化学素子。
  11. 　前記内部流路は、前記第一ガスを所定の通流方向に通流させる複数の副流路と、前記第一ガスの前記通流方向において前記複数の副流路よりも上流側に設けられている分配部とを有しており、
    　前記板状支持体は、前記通流方向における前記分配部と前記複数の副流路との間において、前記分配部に前記第一ガスを一時的に貯留させ、前記分配部から前記複数の副流路への前記第一ガスの供給を制限する供給構造体を有している、請求項５～１０のいずれか一項に記載の電気化学素子。
  12. 　前記内部流路は、前記第一ガスの所定の通流方向において前記複数の副流路よりも下流側に設けられている合流部を有しており、
    　前記板状支持体は、前記通流方向における前記複数の副流路と前記合流部との間において、前記複数の副流路から前記合流部への前記第一ガスの排出を制限する排出構造体を有している、請求項５～１１のいずれか一項に記載の電気化学素子。
  13. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の電気化学素子積層体を内装する筐体と、
    　前記筐体の外部から前記供給路を介して前記内部流路に前記第一ガスを流通する第一ガス供給部と、
    　前記筐体の外部と前記通流部とに亘って前記第二ガスを流通する第二ガス供給部と、を備えた電気化学モジュール。
  14. 　前記筐体内に、前記第二ガス供給部を流通する前記第二ガスを前記通流部に分配流通する分配室を備えた請求項１３に記載の電気化学モジュール。
  15. 　前記筐体内において、前記分配室は、前記電気化学素子積層体に対して当該電気化学素子積層体の側方に位置する空間であり、
    　前記通流部は、前記空間側に開口形成されて当該空間と連通する請求項１４に記載の電気化学モジュール。
  16. 　請求項５～１２のいずれか一項に記載の電気化学素子もしくは請求項１３～１５のいずれか一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、前記電気化学素子もしくは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素子もしく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。
  17. 　請求項５～１２のいずれか一項に記載の電気化学素子もしくは請求項１３～１５のいずれか一項に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学素子もしくは前記電気化学モジュールから電力を取り出す、あるいは、前記電気化学素子もしく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。
  18. 　請求項１６または１７に記載の電気化学装置と、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エネルギーシステム。
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