(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの内外におけるシール性と電気的な絶縁性とを両立させる。【解決手段】電気化学反応セルスタックは、電気化学反応ブロックと、第１のターミナル部材と、第２のターミナル部材と、第１のターミナル部材に対して電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する内側導電部材と、第１のターミナル部材と内側導電部材との間に配置され、絶縁性を有する内側シール部材と、内側導電部材に対して電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する外側導電部材と、内側導電部材と外側導電部材との間に配置され、絶縁性を有する外側シール部材であって、内側導電部材と外側導電部材との間における第１の沿面距離が、第１のターミナル部材と内側導電部材との間における内側シール部材の第２の沿面距離より長い、外側シール部材と、を備える。【選択図】図６
2018185916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と空気極と燃料極とをそれぞれ含む電気化学反応単セルが、第１の方向に複数並べて配置された電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックに対して、前記第１の方向の一方側に配置され、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続されるとともに導電性を有する第１のターミナル部材と、
前記電気化学反応ブロックに対して、前記第１の方向の他方側に配置され、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続されるとともに導電性を有する第２のターミナル部材と、
前記第１のターミナル部材に対して前記電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する内側導電部材と、
前記第１のターミナル部材と前記内側導電部材との間に配置され、絶縁性を有する内側シール部材と、
前記内側導電部材に対して前記電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する外側導電部材と、
前記内側導電部材と前記外側導電部材との間に配置され、絶縁性を有する外側シール部材であって、前記内側導電部材と前記外側導電部材との間における第１の沿面距離が、前記第１のターミナル部材と前記内側導電部材との間における前記内側シール部材の第２の沿面距離より長い、外側シール部材と、を備えることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記電気化学反応セルスタックには、
前記外側導電部材を前記第１の方向に貫通し、前記内側導電部材まで延びる第１の孔が形成されており、
さらに、前記第１の孔に挿入され、前記外側導電部材と前記内側導電部材とを締結する第１の締結部材と、
前記第１の締結部材と前記外側導電部材との間に配置される絶縁部材と、を備え、
前記外側シール部材の前記第１の沿面距離と、前記第１の締結部材と前記外側導電部材との間の距離と、前記外側導電部材と前記第１の締結部材との間における前記絶縁部材の第３の沿面距離とのそれぞれは、前記外側シール部材の前記第１の方向の厚さと前記絶縁部材の前記第１の方向の厚さとの薄い方の厚さより長いことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記電気化学反応セルスタックには、
前記外側導電部材を前記第１の方向に貫通し、前記内側導電部材まで延びる第１の孔と、
前記第１の方向に前記第２のターミナル部材から前記第１のターミナル部材まで貫通し、前記内側導電部材まで延びる第２の孔と、が形成されており、
前記電気化学反応セルスタックは、さらに、
前記第１の孔に挿入され、前記外側導電部材と前記内側導電部材とを締結する第１の締結部材と、
前記第１の締結部材と前記外側導電部材との間に配置される絶縁部材と、
前記第２の孔に挿入され、前記前記第２のターミナル部材から前記内側導電部材までを締結する第２の締結部材と、
を備えることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項４】
請求項３に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、
前記第２のターミナル部材に対して前記電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する導電部材と、
前記第２のターミナル部材と前記導電部材との間に配置され、絶縁性を有するシール部材と、を備え、
前記第２の孔は、さらに、前記導電部材を貫通しており、
前記第２の締結部材は、前記導電部材から前記内側導電部材までを締結するとともに、前記導電部材と前記内側導電部材とに電気的に接続されていることを特徴する、電気化学反応セルスタック。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第１の方向視で、前記外側導電部材の面積は、前記内側導電部材の面積より小さいことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、
前記電気化学反応セルスタックに接続される導電性を有する管を備え、
前記外側導電部材は、前記管に電気的に接続されることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第１の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。
【０００３】
ＳＯＦＣは、一般に、単セルが第１の方向に複数並べて配置された構造体（以下、「発電ブロック」という）と、発電ブロックに対して、第１の方向の一方側に配置され、空気極に電気的に接続される第１のターミナル部材と、第１の方向の他方側に配置され、燃料極に電気的に接続される第２のターミナル部材とを備える燃料電池スタックの形態で利用される。
【０００４】
このような燃料電池スタックでは、該燃料電池スタックの内部と外部との間において、燃料ガスや酸化剤ガス等のガス漏れ抑制のためのシール性と、電気的な絶縁性とが求められる。この燃料電池スタックの内外におけるシール性と絶縁性との両方を確保するために、従来の燃料電池スタックでは、さらに、ターミナル部材に対して発電ブロックとは反対側に配置された導電部材を備え、ターミナル部材と導電部材との間に、絶縁性を有するシール部材が配置された構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８７８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シール部材の厚さ（第１の方向の寸法  以下同じ）が厚いほど、燃料電池スタックの内外における絶縁性が向上する。しかし、シール部材の厚さが厚いほど、燃料電池スタックの内外におけるシール性が低下するおそれがある。例えば、シール部材が、比較的に軟質な材料（例えばマイカ等）により形成されている場合、シール部材の厚さが厚いほど、シール部材とターミナル部材および導電部材との面圧力が低下し易いため、燃料電池スタックの内外におけるシール性が低下する。また、シール部材が、比較的に硬質な材料（例えばガラス等）により形成されている場合でも、シール部材の厚さが厚いほど、温度変化による体積変化量が大きくなることによりシール部材とターミナル部材および導電部材との間に隙間が生じやすくなるため、燃料電池スタックの内外におけるシール性が低下する。すなわち、上述の従来の燃料電池スタックでは、燃料電池スタックの内外におけるシール性と電気的な絶縁性とを両立させることが難しいなどの問題が生じるおそれがあり、改良の余地があった。
【０００７】
なお、このような問題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）の構成単位である電解単セルが第１の方向に複数並べて配置された電解セルブロックを備える電解セルスタックにも共通の問題である。本明細書では、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて「電気化学反応セルスタック」という。また、このような問題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の問題である。
【０００８】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【００１０】
（１）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、電解質層と空気極と燃料極とをそれぞれ含む電気化学反応単セルが、第１の方向に複数並べて配置された電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックに対して、前記第１の方向の一方側に配置され、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続されるとともに導電性を有する第１のターミナル部材と、前記電気化学反応ブロックに対して、前記第１の方向の他方側に配置され、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続されるとともに導電性を有する第２のターミナル部材と、前記第１のターミナル部材に対して前記電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する内側導電部材と、前記第１のターミナル部材と前記内側導電部材との間に配置され、絶縁性を有する内側シール部材と、前記内側導電部材に対して前記電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する外側導電部材と、前記内側導電部材と前記外側導電部材との間に配置され、絶縁性を有する外側シール部材であって、前記内側導電部材と前記外側導電部材との間における第１の沿面距離が、前記第１のターミナル部材と前記内側導電部材との間における前記内側シール部材の第２の沿面距離より長い、外側シール部材と、を備える。本電気化学反応セルスタックによれば、第１のターミナル部材と内側導電部材との間に配置された内側シール部材に加えて、外側シール部材が備えられており、この外側シール部材は、内側導電部材と、該内側導電部材に対して電気化学反応ブロックとは反対側に配置された外側導電部材との間に配置されている。また、内側導電部材と外側導電部材との間における外側シール部材の第１の沿面距離は、第１のターミナル部材と内側導電部材との間における内側シール部材の第２の沿面距離より長い。すなわち、外側シール部材の絶縁性は、内側シール部材の絶縁性より高い。これにより、内側シール部材により電気化学反応セルスタックの内外におけるシール性を確保しつつ、外側シール部材により電気化学反応セルスタックの内外における絶縁性を向上させることができる。
【００１１】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記電気化学反応セルスタックには、前記外側導電部材を前記第１の方向に貫通し、前記内側導電部材まで延びる第１の孔が形成されており、さらに、前記第１の孔に挿入され、前記外側導電部材と前記内側導電部材とを締結する第１の締結部材と、前記第１の締結部材と前記外側導電部材との間に配置される絶縁部材と、を備え、前記外側シール部材の前記第１の沿面距離と、前記第１の締結部材と前記外側導電部材との間の距離と、前記外側導電部材と前記第１の締結部材との間における前記絶縁部材の第３の沿面距離とのそれぞれは、前記外側シール部材の前記第１の方向の厚さと前記絶縁部材の前記第１の方向の厚さとの薄い方の厚さより長い構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、第１の締結部材および内側導電部材と、外側導電部材との間の絶縁性を、より確実に確保することができる。
【００１２】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記電気化学反応セルスタックには、前記外側導電部材を前記第１の方向に貫通し、前記内側導電部材まで延びる第１の孔と、前記第１の方向に前記第２のターミナル部材から前記第１のターミナル部材まで貫通し、前記内側導電部材まで延びる第２の孔と、が形成されており、前記電気化学反応セルスタックは、さらに、前記第１の孔に挿入され、前記外側導電部材と前記内側導電部材とを締結する第１の締結部材と、前記第１の締結部材と前記外側導電部材との間に配置される絶縁部材と、前記第２の孔に挿入され、前記前記第２のターミナル部材から前記内側導電部材までを締結する第２の締結部材と、を備える構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、第１のターミナル部材から内側導電部材までの締結と、外側導電部材と内側導電部材との締結とが、別々の締結部材（第１の締結部材、第２の締結部材）によって実現されている。これにより、第１のターミナル部材から内側導電部材までの締結と、外側導電部材と内側導電部材との締結とが、共通の締結部材により実現されている構成に比べて、外側シール部材がより強い締結力で締結されることによって、外側シール部材におけるシール性の低下を、より効果的に抑制することができる。
【００１３】
（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、前記第２のターミナル部材に対して前記電気化学反応ブロックとは反対側に配置され、導電性を有する導電部材と、前記第２のターミナル部材と前記導電部材との間に配置され、絶縁性を有するシール部材と、を備え、前記第２の孔は、さらに、前記導電部材を貫通しており、前記第２の締結部材は、前記導電部材から前記内側導電部材までを締結するとともに、前記導電部材と前記内側導電部材とに電気的に接続されていることを特徴する構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、第１のターミナル部材側だけでなく、第２のターミナル部材側において、電気化学反応セルスタックの内外の絶縁性を向上させることができる。
【００１４】
（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向視で、前記外側導電部材の面積は、前記内側導電部材の面積より小さい構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、外側導電部材の面積が内側導電部材の面積以上である場合に比べて、締結部材による同じ締結力における外側導電部材と内側導電部材との間の面圧が高いため、外側シール部材におけるシール性の低下を、より効果的に抑制することができる。
【００１５】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、前記電気化学反応セルスタックに接続される導電性を有する管を備え、前記外側導電部材は、前記管に電気的に接続されることを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、外側導電部材が管に電気的に接続される場合でも、本発明により、第１のターミナル部材と管との絶縁性を確保することができる。
【００１６】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、電気化学反応セルスタックとガス配管等とを備える電気化学反応モジュール、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図５】下側のエンドプレート１０６およびカバープレート２００のそれぞれの外観構成を示す斜視図である。
【図６】図４におけるＸ１の部分（下側のエンドプレート１０６、外側プレート４３０等）を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図であり、図４は、図１のＩＶ−ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。なお、図２および図３では、後述するボルト６００等が省略されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。また、本明細書では、Ｚ軸に直交する方向（例えば、Ｘ方向やＹ方向）を面方向という。
【００１９】
図１から図４に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、一対のエンドプレート１０４，１０６と、カバープレート２００と、外側プレート４３０と、を備える。燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のターミナルプレート４１０，４２０は、複数の発電単位１０２から構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という）を上下から挟むように配置されている。また、一対のエンドプレート１０４，１０６は、一対のターミナルプレート４１０，４２０を上下から挟むように配置されている。また、カバープレート２００は、下側のエンドプレート１０６の下に配置されている。また、外側プレート４３０は、カバープレート２００の下に配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当し、発電ブロック１０３は、特許請求の範囲における電気化学反応ブロックに相当する。また、単セル１１０は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルに相当する。
【００２０】
図１および図４に示すように、上側のエンドプレート１０４と各発電単位１０２と各ターミナルプレート４１０，４２０とのＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、さらに、下側のエンドプレート１０６のＺ方向回りの周縁部の上面には、後述するボルト２２の下端部が螺合される孔（ねじ孔）が形成されており、各エンドプレート１０４，１０６と各発電単位１０２と各ターミナルプレート４１０，４２０とに形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上側のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる締結用連通孔１０８を構成している。以下の説明では、締結用連通孔１０８を構成するために各部材に形成された孔も、締結用連通孔１０８ということがある。
【００２１】
各締結用連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、ボルト２２とボルト２２の上端に嵌められたナット２４と下側のエンドプレート１０６とによって、各発電単位１０２および各エンドプレート１０４，１０６が一体に締結されている。なお、各ボルト２２の上側に嵌められたナット２４と上側のエンドプレート１０４の上側表面とは直接接触しており、上側のエンドプレート１０４の下側表面と上側のターミナルプレート４１０の下側表面との間には、上側の絶縁シート５１０が介在している。上側の絶縁シート５１０は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤、バーミキュライト等により構成される。締結用連通孔１０８は、特許請求の範囲における第２の孔に相当し、ボルト２２およびナット２４は、特許請求の範囲における第２の締結部材に相当する。上側のエンドプレート１０４は、特許請求の範囲における導電部材に相当し、絶縁シート５１０は、特許請求の範囲におけるシール部材に相当する。
【００２２】
また、図１から図３に示すように、各発電単位１０２のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では４つの）孔が形成されており、各発電単位１０２に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位１０２から構成される集合体（発電ブロック１０３）にわたって上下方向に延びる流路用連通孔１０９を構成している。以下の説明では、流路用連通孔１０９を構成するために各発電単位１０２に形成された孔も、流路用連通孔１０９という場合がある。
【００２３】
図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置する流路用連通孔１０９は、燃料電池スタック１００に導入された酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置する流路用連通孔１０９は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。
【００２４】
また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置する流路用連通孔１０９は、燃料電池スタック１００に導入された燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置する流路用連通孔１０９は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。
【００２５】
（ターミナルプレート４１０，４２０、エンドプレート１０４，１０６およびカバープレート２００の構成）
一対のターミナルプレート４１０，４２０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。上側のターミナルプレート４１０は、複数の発電単位１０２から構成される発電ブロック１０３の上側に配置されている。また、上側のターミナルプレート４１０は、上記配列方向に略直交する方向（例えばＸ軸負方向）に突出する第１の突出部４１２を備え、該第１の突出部４１２は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能する。下側のターミナルプレート４２０は、発電ブロック１０３の下側に配置されている。また、下側のターミナルプレート４２０は、上記配列方向に略直交する方向（例えばＸ軸正方向）に突出する第２の突出部４２２を備え、該第２の突出部４２２は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。上側のターミナルプレート４１０は、特許請求の範囲における第２のターミナル部材に相当し、下側のターミナルプレート４２０は、特許請求の範囲における第１のターミナル部材に相当する。
【００２６】
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。上側のエンドプレート１０４は、上側のターミナルプレート４１０の上側に配置されており、下側のエンドプレート１０６は、下側のターミナルプレート４２０の下側に配置されている。下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間には、内側シール部材５２０が介在している。内側シール部材５２０は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。一対のエンドプレート１０４，１０６によって、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、上側の絶縁シート５１０と、複数の発電単位１０２と、内側シール部材５２０とが押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、特許請求の範囲における導電部材に相当する。
【００２７】
カバープレート２００は、平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。カバープレート２００は、下側のエンドプレート１０６の下側に隣接して配置されている。外側プレート４３０は、平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。外側プレート４３０は、カバープレート２００の下側に配置されている。外側プレート４３０は、後述する配管６０に電気的に接続されている。配管６０は、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。カバープレート２００と外側プレート４３０との間には、外側シール部材５３０が介在している。外側シール部材５３０は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。カバープレート２００は、特許請求の範囲における内側導電部材に相当し、外側プレート４３０は、特許請求の範囲における外側導電部材に相当する。配管６０は、特許請求の範囲における管に相当する。下側のエンドプレート１０６、カバープレート２００および外側プレート４３０の構成については、後に詳述する。
【００２８】
（発電単位１０２の構成）
図２から図４に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述した締結用連通孔１０８や流路用連通孔１０９に対応する孔が形成されている。なお、発電単位１０２は単セル１１０を備えるため、上述した発電ブロック１０３は、単セル１１０が上下方向に複数並べて配置された構造体であるとも表現できる。
【００２９】
インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない。
【００３０】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。
【００３１】
電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、少なくともＺｒを含んでおり、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＣａＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
【００３２】
セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部により、単セル１１０と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。
【００３３】
空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における単セル１１０に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。図２に示すように、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。
【００３４】
燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における単セル１１０に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。図３に示すように、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。
【００３５】
燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における燃料極側集電体１４４は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、各発電単位１０２において、燃料極側集電体１４４と下側のインターコネクタ１５０とが一体の部材であるとしてもよい。
【００３６】
空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、各発電単位１０２において、空気極側集電体１３４と上側のインターコネクタ１５０とが一体の部材であるとしてもよい。
【００３７】
（下側のエンドプレート１０６およびカバープレート２００の構成）
図５は、下側のエンドプレート１０６およびカバープレート２００のそれぞれの外観構成を示す斜視図である。
【００３８】
図５に示すように、下側のエンドプレート１０６の下面には、面方向（Ｙ方向）に延びる４つの流路用凹部（溝部）１０７が形成されている。また、各流路用凹部１０７の位置には、下側のエンドプレート１０６を上下方向に貫通する流路用貫通孔１０５が形成されている。図２および図３に示すように、４つの流路用凹部１０７の位置に形成された流路用貫通孔１０５は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２とＺ方向視で重なる位置に配置されており、Ｚ方向視で重なる各マニホールドと連通している。
【００３９】
カバープレート２００には、カバープレート２００を上下方向に貫通する４つのガス孔２０２が形成されている。４つのガス孔２０２は、下側のエンドプレート１０６に形成された４つの流路用凹部１０７に対応している。各ガス孔２０２は、Ｚ方向視で、対応する流路用凹部１０７と重なり、かつ、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２と重ならない位置（すなわち、流路用貫通孔１０５と重ならない位置）に配置されている。カバープレート２００が下側のエンドプレート１０６の下面上に配置された状態では、各流路用凹部１０７におけるガス孔２０２と重ならない部分は、カバープレート２００により塞がれる。そのため、カバープレート２００と下側のエンドプレート１０６とで構成される構造体の内部には、各流路用凹部１０７により構成される空間が確保される。この空間は、ガス孔２０２を介して燃料電池スタック１００の外部に開口し、かつ、流路用貫通孔１０５を介して対応する各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２に連通している。すなわち、各流路用凹部１０７により構成される空間により、ガス孔２０２と各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２とを連通する連通ガス流路が形成される。以下、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通する連通ガス流路を、酸化剤ガス導入連通流路１６３といい、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通する連通ガス流路を、酸化剤ガス排出連通流路１６４といい、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通する連通ガス流路を、燃料ガス導入連通流路１７３といい、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通する連通ガス流路を、燃料ガス排出連通流路１７４という。
【００４０】
図２に示すように、酸化剤ガス導入連通流路１６３には、燃料電池スタック１００の外部（例えば、図示しない補助器）から酸化剤ガスＯＧを導入するための配管６０が接続されており、酸化剤ガス排出連通流路１６４には、酸化剤オフガスＯＯＧを外部に排出するための配管６０が接続されている。また、図３に示すように、燃料ガス導入連通流路１７３には、外部から燃料ガスＦＧを導入するための配管６０が接続されており、燃料ガス排出連通流路１７４には、燃料オフガスＦＯＧを外部に排出するための配管６０が接続されている。
【００４１】
なお、カバープレート２００は、下側のエンドプレート１０６に対して溶接により接合されている。より詳細には、カバープレート２００の下面には、Ｚ方向視でカバープレート２００の外周線ＯＬ付近に沿って、カバープレート２００と下側のエンドプレート１０６とを接合する外周溶接痕２２０が形成されている。さらに、カバープレート２００の下面には、Ｚ方向視で各流路用凹部１０７を取り囲むように、カバープレート２００と下側のエンドプレート１０６とを接合する流路用溶接痕２１０が形成されている。これにより、各流路用凹部１０７により形成される上記連通ガス流路（酸化剤ガス導入連通流路１６３、酸化剤ガス排出連通流路１６４、燃料ガス導入連通流路１７３、燃料ガス排出連通流路１７４）のシール性が高められる。
【００４２】
（外側プレート４３０および各シール部材５２０，５３０等の構成）
図６は、図４におけるＸ１の部分（下側のエンドプレート１０６、外側プレート４３０等）を拡大して示す説明図である。図４から図６に示すように、カバープレート２００と外側プレート４３０とには、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では１２本）孔が形成されており、さらに、下側のエンドプレート１０６の下面には、後述するボルト６００のねじ部分６１０の上部が螺合される孔（ねじ孔）が形成されており、カバープレート２００と外側プレート４３０と下側のエンドプレート１０６とに形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、外側プレート４３０から下側のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる端側連通孔５０８を構成している。以下の説明では、端側連通孔５０８を構成するために各部材に形成された孔も、端側連通孔５０８ということがある。本実施形態では、図５に示すように、下側のエンドプレート１０６等のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）に沿って並ぶように４つの端側連通孔５０８が形成されている。また、下側のエンドプレート１０６等のＺ方向回りの外周における該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）に沿って並ぶように４つの端側連通孔５０８が形成されている。さらに、下側のエンドプレート１０６等の上記各辺に直交する方向（Ｘ軸方向）における中央側には、４つの端側連通孔５０８が形成されている。
【００４３】
各端側連通孔５０８には上下方向に延びるボルト６００のねじ部分６１０が挿通されており、該ねじ部分６１０の上端部が下側のエンドプレート１０６に形成された端側連通孔５０８に螺合されている。ボルト６００の頭部６２０と外側プレート４３０の下面との間には、環状の下側の絶縁シート５４０が介在している。下側の絶縁シート５４０は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。ボルト６００の頭部６２０と下側のエンドプレート１０６とによって、カバープレート２００と外側シール部材５３０と外側プレート４３０と絶縁シート５４０とが一体に締結されている。端側連通孔５０８は、特許請求の範囲における第１孔に相当し、絶縁シート５４０は、特許請求の範囲における絶縁部材に相当し、ボルト６００は、特許請求の範囲における第１締結部材に相当する。
【００４４】
ここで、燃料電池スタック１００は、内側シール部材５２０と外側シール部材５３０とについて、次の第１の条件を満たす。
「外側シール部材５３０の第１の沿面距離  ＞  内側シール部材５２０の第２の沿面距離」
ただし、第１の沿面距離は、外側シール部材５３０に隣接する一対の導電部材であるカバープレート２００と外側プレート４３０との間における外側シール部材５３０の表面に沿った最短距離である。具体的には、第１の沿面距離は、外側シール部材５３０の面方向（Ｙ方向）の突出長さＤ１の２倍と、外側シール部材５３０の厚さＤ２(上下方向の寸法)との合算値である（＝（Ｄ１×２）＋Ｄ２）。また、第２の沿面距離は、内側シール部材５２０に隣接する一対の導電部材である下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間における内側シール部材５２０の表面に沿った最短距離である。具体的には、第２の沿面距離は、内側シール部材５２０の面方向（Ｙ方向）の突出長さ（本実施形態ではゼロ）の２倍と、内側シール部材５２０の厚さＤ３(上下方向の寸法)との合算値である（＝Ｄ３）。要するに、第１の条件は、外側シール部材５３０による絶縁性が、内側シール部材５２０の絶縁性より高いことを意味する。なお、発電ブロック１０３（発電単位１０２）に近傍における高いシール性を確保するため、内側シール部材５２０の厚さＤ３は、外側シール部材５３０の厚さＤ２より薄いことが好ましい。
【００４５】
また、燃料電池スタック１００は、外側シール部材５３０とボルト６００と外側プレート４３０と絶縁シート５４０とについて、次の第２の条件を満たす。
「外側シール部材５３０の第１の沿面距離  ＞  Ｍｉｎ（外側シール部材５３０の厚さＤ２，絶縁シート５４０の厚さＤ４）」、かつ、
「ボルト６００と外側プレート４３０との離間距離Ｄ５  ＞  Ｍｉｎ（外側シール部材５３０の厚さＤ２，絶縁シート５４０の厚さＤ４）」、かつ、
「絶縁シート５４０の第３の沿面距離  ＞  Ｍｉｎ（外側シール部材５３０の厚さＤ２，絶縁シート５４０の厚さＤ４）」
ただし、Ｍｉｎ（外側シール部材５３０の厚さＤ２，絶縁シート５４０の厚さＤ４）は、外側シール部材５３０の厚さＤ２と絶縁シート５４０の厚さＤ４との薄い方を意味する。また、ボルト６００と外側プレート４３０とは、ボルト６００の全周にわたって互いに離間しており、離間距離Ｄ５は、ボルト６００と外側プレート４３０との間の空間における最短距離である。また、第３の沿面距離は、絶縁シート５４０に隣接する一対の導電部材である外側プレート４３０とボルト６００の頭部６２０との間における絶縁シート５４０の表面に沿った最短距離である。具体的には、第３の沿面距離は、絶縁シート５４０の面方向（Ｙ方向）の突出長さＤ６と、絶縁シート５４０の厚さＤ４との合算値である（＝（Ｄ６＋Ｄ４）。
ボルト６００とカバープレート２００と下側のエンドプレート１０６とは電気的に接続されているため、互いに略同電位である。要するに、第２の条件は、互いに略同電位であるボルト６００とカバープレート２００と下側のエンドプレート１０６と、外側プレート４３０との絶縁性を確保するための条件である。
【００４６】
また、上下方向視で、外側プレート４３０の面積は、下側のエンドプレート１０６（カバープレート２００）の面積より小さいことが好ましい。例えば、外側プレート４３０の面積は、下側のエンドプレート１０６（カバープレート２００）の面積の４０％以上５０％以下であることが好ましい。例えば、外側プレート４３０の面積は、２００ｃｍ２以上、１０００ｃｍ２である。
【００４７】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２に示すように、酸化剤ガスＯＧは、外部から配管６０を介して燃料電池スタック１００内に設けられた酸化剤ガス導入連通流路１６３に導入される。酸化剤ガス導入連通流路１６３に導入された酸化剤ガスＯＧは、酸化剤ガス導入連通流路１６３から酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図２および図３に示すように、燃料ガスＦＧが配管６０を介して燃料電池スタック１００内に設けられた燃料ガス導入連通流路１７３に導入される。燃料ガス導入連通流路１７３に導入された燃料ガスＦＧは、燃料ガス導入連通流路１７３から燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【００４８】
各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０（または上側のエンドプレート１０４）に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０（または下側のエンドプレート１０６）に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するターミナルプレート４１０，４２０から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【００４９】
図２に示すように、各発電単位１０２の酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して空気室１６６から酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、酸化剤ガス排出マニホールド１６２から酸化剤ガス排出連通流路１６４に排出され、酸化剤ガス排出連通流路１６４から燃料電池スタック１００の外部の配管６０を介して外部に排出される。また、図３に示すように、各発電単位１０２の燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料室１７６から燃料ガス排出マニホールド１７２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、燃料ガス排出マニホールド１７２から燃料ガス排出連通流路１７４に排出され、燃料ガス排出連通流路１７４から配管６０を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００５０】
Ａ−３．本実施形態の効果：
本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、発電ブロック１０３に電気的に接続される下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間に内側シール部材５２０が介在している。ここで、燃料電池スタック１００内において発電ブロック１０３に近い位置ほど、高いシール性が要求される。発電ブロック１０３近傍でのガスリークは、燃料電池スタック１００の発電性能に大きく影響するおそれがあるからである。このため、発電ブロック１０３の近傍に位置する内側シール部材５２０の厚さは薄い方が好ましい。内側シール部材５２０が厚いほど、該内側シール部材５２０によるシール性が低下するからである。
【００５１】
一方、内側シール部材５２０の厚さが薄くなるほど、該内側シール部材５２０による電気的な絶縁性が低下する。内側シール部材５２０の厚さが薄くなるほど、該内側シール部材５２０に隣接する下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間における内側シール部材５２０の第２の沿面距離が短くなるからである。ここで、上側のターミナルプレート４１０だけでなく、下側のターミナルプレート４２０も高電位になることがある。例えば、複数台の燃料電池スタック１００が電気的に直列に接続されている場合には、高電位側に位置する燃料電池スタック１００の下側のターミナルプレート４２０は高電位になる。このため、下側のターミナルプレート４２０が高電位になった場合、５２０では、下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間の絶縁性を十分に確保できないおそれがある。しかし、燃料電池スタック１００の絶縁性は、シール性とは異なり、発電ブロック１０３の近傍で確保しなくてもよい。下側のターミナルプレート４２０と、燃料電池スタック１００において最も外側に位置する外側プレート４３０との間で絶縁性が確保されればよい。
【００５２】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、内側シール部材５２０に加えて、外側シール部材５３０が備えられている。この外側シール部材５３０は、下側のエンドプレート１０６と、該下側のエンドプレート１０６に対して発電ブロック１０３とは反対側に配置された外側プレート４３０との間に配置されている。すなわち、下側のターミナルプレート４２０と外側プレート４３０との間には、内側シール部材５２０と下側のエンドプレート１０６とカバープレート２００と外側シール部材５３０とが介在する。したがって、仮に、下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間の絶縁性を十分に確保できなかったとしても、下側のターミナルプレート４２０と外側プレート４３０との間の絶縁性を十分に確保することができる。
【００５３】
また、外側シール部材５３０は、内側シール部材５２０よりも発電ブロック１０３から離れた位置に配置されている。このため、外側シール部材５３０の上記第１の沿面距離の長短は、内側シール部材５２０の上記第２の沿面距離の長短に比べて、発電ブロック１０３近傍におけるシール性に与える影響は小さい。そこで、本実施形態の燃料電池スタック１００では、外側シール部材５３０の第１の沿面距離は、内側シール部材５２０の第２の沿面距離より長い（上記第１の条件）。これにより、下側のターミナルプレート４２０と外側プレート４３０との間の絶縁性をさらに向上させることができる。これにより、内側シール部材５２０により燃料電池スタック１００の特に発電ブロック１０３近傍におけるシール性を確保しつつ、外側シール部材５３０により燃料電池スタック１００の内外における絶縁性を向上させることができる。要するに、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料電池スタック１００の内外におけるシール性と絶縁性とを両立させることができる。
【００５４】
また、下側のターミナルプレート４２０の最も近くに配置されている下側のエンドプレート１０６が、配管６０を介して接地されるのではなく、下側のターミナルプレート４２０に対して下側のエンドプレート１０６より離れて配置されている外側プレート４３０が配管６０を介して接地される。これにより、下側のターミナルプレート４２０と下側のエンドプレート１０６との間で短絡することを抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、燃料電池スタック１００が上述した第２の条件を満たすことにより、互いに略同電位であるボルト６００とカバープレート２００と下側のエンドプレート１０６と、外側プレート４３０との絶縁性が、より確実に確保されている。
【００５６】
また、本実施形態では、上側のエンドプレート１０４から下側のエンドプレート１０６までの締結と、下側のエンドプレート１０６から外側プレート４３０までの締結とが、別々の締結部材（ボルト２２およびナット２４と、ボルト６００）によって実現されている。これにより、上側のエンドプレート１０４から下側のエンドプレート１０６までの締結と、下側のエンドプレート１０６から外側プレート４３０までの締結とが、共通の締結部材により実現されている構成に比べて、外側シール部材５３０がより強い締結力で締結されることによって、外側シール部材５３０におけるシール性の低下を、より効果的に抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、ボルト６００による締結箇所の数は、ボルト２２およびナット２４による締結箇所の数より多い。これにより、外側シール部材５３０を、内側シール部材５２０より強い締結力で締結されることによって、外側シール部材５３０におけるシール性の低下を抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、上側のエンドプレート１０４と下側のエンドプレート１０６とがボルト２２を介して略同電位とされている。従って、上側のターミナルプレート４１０の最も近くに配置されている上側のエンドプレート１０４が、配管６０を介して接地されるのではなく、上側のターミナルプレート４１０に対して該上側のエンドプレート１０４より離れて配置されている外側プレート４３０が配管６０を介して接地される。これにより、下側のターミナルプレート４２０側だけでなく、上側のターミナルプレート４１０側での短絡をも抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、外側プレート４３０が配管６０に電気的に接続される場合でも、各ターミナルプレート４１０，４２０と配管６０との絶縁性を確保することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、上下方向視で、外側プレート４３０の面積は、下側のエンドプレート１０６（カバープレート２００）の面積より小さい。これにより、外側プレート４３０の面積が、下側のエンドプレート１０６（カバープレート２００）の面積以上である場合に比べて、ボルト６００による同じ締結力における外側プレート４３０と、下側のエンドプレート１０６（カバープレート２００）との間の面圧が高いため、外側シール部材５３０におけるシール性の低下を、より効果的に抑制することができる。
【００６１】
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【００６２】
上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。上記実施形態において、上述した第２の条件を満たさないとしてもよい。また、上側のエンドプレート１０４から下側のエンドプレート１０６までの締結と、下側のエンドプレート１０６から外側プレート４３０までの締結とが、共通の締結部材により実現されているとしてもよい。例えば、上記実施形態において、ボルト６００を備えておらず、ボルト２２が下側のエンドプレート１０６とカバープレート２００とを貫通し、外側プレート４３０に達して羅合されているとしてもよい。また、上側のエンドプレート１０４と下側のエンドプレート１０６とが電気的に接続されておらず、互いに異なる電位であるとしてもよい。また、外側プレート４３０は、配管６０ではなく、図示しない燃料電池スタック１００を収容する導電性の筐体に電気的に接続されるとしてもよい。
【００６３】
また、ボルト６００による締結箇所の数は、ボルト２２およびナット２４による締結箇所の数と同数または少なくもよい。また、上下方向視で、外側プレート４３０の面積は、下側のエンドプレート１０６（カバープレート２００）の面積以上でもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、流路用連通孔１０９が締結用連通孔１０８とは別に設けられているが、燃料電池スタック１００に設けられた締結用連通孔１０８の内の少なくとも１つが流路用連通孔１０９としても機能するとしてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態において、流路用溶接痕２１０や外周溶接痕２２０の少なくとも一方が形成されていなくてもよい。また、上記実施形態において、カバープレート２００に溶接用凹部２３０が形成されていなくてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２（単セル１１０）の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２（単セル１１０）の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態において、一の発電単位１０２と他の発電単位１０２との間に、発電機能を有さず導電性を有する層（例えば、面方向のガス流路を確保するための層）が介在していてもよい。この場合であっても、最上段の発電単位１０２から最下段の発電単位１０２までの範囲の構造体（すなわち、上記発電機能を有さず導電性を有する層も含む）が発電ブロック１０３である。
【００６７】
また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。例えば、カバープレート２００とエンドプレート１０６とが同一の材料で形成されるとしてもよい。
【００６８】
本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられていてもよい。このような構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。
【００６９】
また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、流路用連通孔１０９を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、流路用連通孔１０９を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成とすれば、上記実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００７０】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解単セル）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
２２：ボルト  ２４：ナット  ６０：配管  １００：燃料電池スタック  １０２：発電単位  １０３：発電ブロック  １０４，１０６：エンドプレート  １０５：流路用貫通孔  １０７：流路用凹部  １０８：締結用連通孔  １０９：流路用連通孔  １１０：単セル  １１２：電解質層  １１４：空気極  １１６：燃料極  １２０：セパレータ  １２１：孔  １３０：空気極側フレーム  １３１：孔  １３２：酸化剤ガス供給連通孔  １３３：酸化剤ガス排出連通孔  １３４：空気極側集電体  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  １４２：燃料ガス供給連通孔  １４３：燃料ガス排出連通孔  １４４：燃料極側集電体  １５０：インターコネクタ  １６１，１６２，１７１，１７２：マニホールド  １６３：酸化剤ガス導入連通流路  １６４：酸化剤ガス排出連通流路  １６６：空気室  １７３：燃料ガス導入連通流路  １７４：燃料ガス排出連通流路  １７６：燃料室  ２００：カバープレート  ２０２：ガス孔  ２１０：流路用溶接痕  ２２０：外周溶接痕  ２３０：溶接用凹部  ４１０，４２０：ターミナルプレート  ４１２：突出部  ４２２：突出部  ４３０：外側プレート  ５０８：端側連通孔  ５１０：絶縁シート  ５２０：内側シール部材  ５３０：外側シール部材  ５４０：絶縁シート  ６００：ボルト  ６１０：ねじ部分  ６２０：頭部  Ｄ１：突出長さ  Ｄ２：厚さ  Ｄ３：厚さ  Ｄ４：厚さ  Ｄ５：離間距離  Ｄ６：突出長さ  ＦＧ：燃料ガス  ＦＯＧ：燃料オフガス  ＯＧ：酸化剤ガス  ＯＬ：外周線  ＯＯＧ：酸化剤オフガス
【図１】
2018185916.tif 000003
【図２】
2018185916.tif 000004
【図３】
2018185916.tif 000005
【図４】
2018185916.tif 000006
【図５】
2018185916.tif 000007
【図６】
2018185916.tif 000008