(57)【要約】【課題】シール部材の位置からガスリークが発生することを抑制する。【解決手段】電気化学反応セルスタックは、フランジ部と管状部とを含む流路接続部材を備える。フランジ部には、流路接続部材を平板状部材に締結する締結部材が挿入される２つの第１の貫通孔と、平板状部材の流路用貫通孔に対向する１つの第２の貫通孔とが形成され、第１の方向視で、第２の貫通孔の中心点が、２つの第１の貫通孔の中心点間を結ぶ特定線分の中点である特定中点とは異なる位置に位置する。電気化学反応セルスタックは、さらに、フランジ部と平板状部材との間に配置され、第２の貫通孔を取り囲むシール部材と、フランジ部と平板状部材との間に配置され、第１の方向視で、特定線分と特定線分の垂直二等分線との少なくとも一方に対して第２の貫通孔の中心点とは反対側の領域に位置する弾性部材とを備える。【選択図】図８
2018133312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とをそれぞれ含み、前記第１の方向に並べられた複数の電気化学反応単セルと、
前記複数の電気化学反応単セルに対して前記第１の方向の一方側に配置され、流路用貫通孔が形成された平板状部材と、
を備え、
各前記電気化学反応単セルの前記空気極に面する空気室、または、前記燃料極に面する燃料室に連通すると共に前記平板状部材の前記流路用貫通孔に連通するガス流路が形成された電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、
前記平板状部材に対して前記第１の方向の前記一方側に配置された流路接続部材であって、
前記平板状部材に略平行な平板状であり、２つの第１の貫通孔と、前記平板状部材の前記流路用貫通孔に対向する１つの第２の貫通孔と、が形成され、前記第１の方向視で、前記第２の貫通孔の中心点が、前記２つの第１の貫通孔の中心点間を結ぶ特定線分に平行な方向において前記２つの第１の貫通孔の中心点間の領域であり、かつ、前記特定線分の中点である特定中点とは異なる位置に位置するフランジ部と、
前記フランジ部から延びる管状であり、前記フランジ部の前記第２の貫通孔に連通するガス流路を構成する管状部と、
を含む流路接続部材と、
前記フランジ部の各前記第１の貫通孔に挿入され、前記流路接続部材を前記平板状部材に締結する締結部材と、
前記フランジ部と前記平板状部材との間に配置され、前記第１の方向視で前記第２の貫通孔を取り囲むシール部材と、
前記フランジ部と前記平板状部材との間に配置され、前記平板状部材および前記流路接続部材より小さい弾性率を有し、前記第１の方向視で、前記特定線分に平行な方向において前記２つの第１の貫通孔の中心点間の領域であり、かつ、前記特定線分と前記特定線分の垂直二等分線との少なくとも一方に対して前記第２の貫通孔の中心点とは反対側の領域に位置する弾性部材と、
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、
前記第２の貫通孔の中心点は、前記特定線分にも前記特定線分の垂直二等分線にも重ならない位置に位置し、
前記弾性部材は、前記第１の方向視で、前記特定線分と前記特定線分の垂直二等分線との両方に対して前記第２の貫通孔の中心点とは反対側の領域に位置することを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項３】
請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記弾性部材は、前記第１の方向視で、前記特定中点と、前記シール部材の内周線上における前記特定中点から最も離れた点である第１の端点と、を結ぶ第１の直線と重なり、かつ、前記第１の直線に直交する方向における大きさが、前記第１の直線に平行な方向における大きさより大きい形状であ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１から請求項３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、
前記シール部材の内周線上における前記特定中点から最も離れた点を第１の端点とし、
前記弾性部材の外周線上における前記特定中点から最も離れた点を第２の端点とし、
前記第１の端点と前記特定中点とを結ぶ第１の直線と、前記第２の端点と前記特定中点とを結ぶ第２の直線と、のなす角を特定角θとし、
前記特定中点と前記第１の端点との間の距離を第１の距離Ｌ１とし、前記特定中点と前記第２の端点との間の距離を第２の距離Ｌ２としたとき、
θ≦１０°
かつ
０．９×Ｌ１≦Ｌ２≦１．１×Ｌ１
という関係を満たすことを特徴とする、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、
前記シール部材の面積をＳ１とし、
前記弾性部材の面積をＳ２としたとき、
０．２５×Ｓ１≦Ｓ２≦Ｓ１
という関係を満たすことを特徴とする、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、
前記電解質層は、固体酸化物を含むことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電気化学反応スタックにおいて、
前記電気化学反応単セルは、燃料電池単セルであ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】
本明細書によって開示される技術は、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、第１の方向に並べて配置された複数の単セルと、該複数の単セルに対して第１の方向の一方側に配置された平板状部材（以下、「エンドプレート」という）とを備える燃料電池スタックの形態で利用される。燃料電池スタックには、各単セルの空気極に面する空気室、または、燃料極に面する燃料室に連通する複数のガス流路（以下、「マニホールド」という）が形成されている。各マニホールドは、各単セルへの反応ガス（酸化剤ガスや燃料ガス）の供給や、各単セルからのオフガスの排出のために利用される。
【０００４】
各マニホールドと、反応ガスの供給やオフガスの排出のための各ガス配管との接続のため、エンドプレートには、各マニホールドと連通する流路用貫通孔が形成されている。また、エンドプレートに対して複数の単セルとは反対側（第１の方向の上記一方側）に、流路接続部材が設けられる。流路接続部材は、エンドプレートに略平行な平板状のフランジ部と、フランジ部から延びる管状の管状部とを有する。フランジ部には、エンドプレートに形成された流路用貫通孔に対向する位置に、流路用貫通孔が形成されている。また、管状部は、フランジ部の流路用貫通孔に連通するガス流路を構成する。上記各ガス配管は、流路接続部材の管状部に接続され、管状部により構成されたガス流路、流路接続部材のフランジ部に形成された流路用貫通孔、および、エンドプレートに形成された流路用貫通孔を介して、各マニホールドに連通している。流路接続部材のフランジ部とエンドプレートとの間には、ガスリークを防止するために、第１の方向視で流路接続部材のフランジ部に形成された流路用貫通孔を取り囲むシール部材が配置されている。
【０００５】
また、流路接続部材のフランジ部には、複数の締結部材用貫通孔が形成されており、各締結部材用貫通孔に挿入された締結部材（例えば、ボルト）によって、流路接続部材がエンドプレートに締結される（例えば、特許文献１参照）。また、締結部材の締結力により、上述したシール部材が流路接続部材のフランジ部とエンドプレートとに挟まれて圧縮され、これによりシール部材がガスシール機能を発揮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５５９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
流路接続部材のフランジ部の流路用貫通孔を取り囲むシール部材のガスシール機能を十分に発揮させるためには、シール部材の各位置おける圧縮応力が略均等であり、圧縮応力が過小である箇所が存在しないことが望ましい。例えば、流路接続部材のフランジ部に締結部材用貫通孔が２つ設けられている場合には、２つの締結部材の締結力の作用点の中心は、２つの締結部材用貫通孔の中心点間を結ぶ線分（以下、「特定線分」という）の中点（以下、「特定中点」という）に位置する。そのため、そのような場合には、フランジ部の流路用貫通孔の中心点が特定中点に一致するような構成が理想的である。
【０００８】
しかしながら、燃料電池スタックの各部の形状や各ガス配管の接続位置等の制約から、必ずしも上記理想的な構成を採用することができない場合がある。そのような場合には、シール部材の各位置における圧縮応力の差が大きくなり、圧縮応力が過小である箇所においてガスシール性が低下してガスリークが発生するおそれがある。
【０００９】
なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」ともいう）の構成単位である電解単セルを複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、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呼ぶ。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。
【００１０】
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】
【００１１】
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。
【００１２】
（１）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とをそれぞれ含み、前記第１の方向に並べられた複数の電気化学反応単セルと、前記複数の電気化学反応単セルに対して前記第１の方向の一方側に配置され、流路用貫通孔が形成された平板状部材と、を備え、各前記電気化学反応単セルの前記空気極に面する空気室、または、前記燃料極に面する燃料室に連通すると共に前記平板状部材の前記流路用貫通孔に連通するガス流路が形成された電気化学反応セルスタックにおいて、さらに、前記平板状部材に対して前記第１の方向の前記一方側に配置された流路接続部材であって、前記平板状部材に略平行な平板状であり、２つの第１の貫通孔と、前記平板状部材の前記流路用貫通孔に対向する１つの第２の貫通孔と、が形成され、前記第１の方向視で、前記第２の貫通孔の中心点が、前記２つの第１の貫通孔の中心点間を結ぶ特定線分に平行な方向において前記２つの第１の貫通孔の中心点間の領域であり、かつ、前記特定線分の中点である特定中点とは異なる位置に位置するフランジ部と、前記フランジ部から延びる管状であり、前記フランジ部の前記第２の貫通孔に連通するガス流路を構成する管状部と、を含む流路接続部材と、前記フランジ部の各前記第１の貫通孔に挿入され、前記流路接続部材を前記平板状部材に締結する締結部材と、前記フランジ部と前記平板状部材との間に配置され、前記第１の方向視で前記第２の貫通孔を取り囲むシール部材と、前記フランジ部と前記平板状部材との間に配置され、前記平板状部材および前記流路接続部材より小さい弾性率を有し、前記第１の方向視で、前記特定線分に平行な方向において前記２つの第１の貫通孔の中心点間の領域であり、かつ、前記特定線分と前記特定線分の垂直二等分線との少なくとも一方に対して前記第２の貫通孔の中心点とは反対側の領域に位置する弾性部材と、を備える。本電気化学反応セルスタックによれば、弾性部材の存在によって平板状部材に対する流路接続部材のフランジ部の傾きを抑制することができ、それに伴い、シール部材の各位置における弾性変形量の偏りが小さくなってシール部材の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、シール部材の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００１３】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第２の貫通孔の中心点は、前記特定線分にも前記特定線分の垂直二等分線にも重ならない位置に位置し、前記弾性部材は、前記第１の方向視で、前記特定線分と前記特定線分の垂直二等分線との両方に対して前記第２の貫通孔の中心点とは反対側の領域に位置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、弾性部材の存在によって平板状部材に対する流路接続部材のフランジ部の傾きを効果的に抑制することができ、それに伴い、シール部材の各位置における弾性変形量の偏りが小さくなってシール部材の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、シール部材の位置からガスリークが発生することを効果的に抑制することができる。
【００１４】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記弾性部材は、前記第１の方向視で、前記特定中点と、前記シール部材の内周線上における前記特定中点から最も離れた点である第１の端点と、を結ぶ第１の直線と重なり、かつ、前記第１の直線に直交する方向における大きさが、前記第１の直線に平行な方向における大きさより大きい形状であ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、弾性部材によって平板状部材に対する流路接続部材のフランジ部の傾きを効果的に抑制しつつ、弾性部材の面積が過大となることを抑制することができ、その結果、シール部材における圧縮応力が低下してシール部材のシール機能が低下することを抑制することができる。
【００１５】
（４）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、前記シール部材の内周線上における前記特定中点から最も離れた点を第１の端点とし、前記弾性部材の外周線上における前記特定中点から最も離れた点を第２の端点とし、前記第１の端点と前記特定中点とを結ぶ第１の直線と、前記第２の端点と前記特定中点とを結ぶ第２の直線と、のなす角を特定角θとし、前記特定中点と前記第１の端点との間の距離を第１の距離Ｌ１とし、前記特定中点と前記第２の端点との間の距離を第２の距離Ｌ２としたとき、θ≦１０°かつ０．９×Ｌ１≦Ｌ２≦１．１×Ｌ１という関係を満たす構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、弾性部材によって平板状部材に対する流路接続部材のフランジ部の傾きを効果的に抑制することができ、その結果、シール部材の位置からガスリークが発生することを効果的に抑制することができる。
【００１６】
（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、前記シール部材の面積をＳ１とし、前記弾性部材の面積をＳ２としたとき、０．２５×Ｓ１≦Ｓ２≦Ｓ１という関係を満たす構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、弾性部材の面積が過大となってシール部材のシール機能が低下することを抑制しつつ、弾性部材の面積をある程度以上確保して平板状部材に対する流路接続部材のフランジ部の傾きを抑制することができる。
【００１７】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記電解質層は、固体酸化物を含む構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、比較的高温で運転されるためにガスリークが問題となりやすい電気化学反応セルスタックにおいて、シール部材の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００１８】
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、複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、そ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】
【００１９】
【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ＸＺ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２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図５】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図６】流路接続部材２７の外観構成を示す斜視図である。
【図７】流路接続部材２７のフランジ部２８等のＸＹ断面構成（図２のＶＩＩ−ＶＩＩの位置の断面構成）を示す説明図である。
【図８】シール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成（図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの位置の断面構成）を示す説明図である。
【図９】本実施形態における流路接続部材２７の周辺の構成を示すＸＺ側面図である。
【図１０】比較例における流路接続部材２７の周辺の構成を示すＸＺ側面図である。
【図１１】第１実施形態に係るシミュレーション時のシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図１２】第２実施形態におけるシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図１３】第２実施形態に係るシミュレーション時のシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図１４】第３実施形態におけるシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図１５】第４実施形態におけるシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．第１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ＸＺ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る。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。
【００２１】
燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの外周の４つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されており、各ボルト２２および図示しないナットによって燃料電池スタック１００は締結されている。
【００２３】
また、図１から図３に示すように、各発電単位１０２のＺ方向回りの外周辺の中点付近には、各発電単位１０２を上下方向に貫通する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にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために各発電単位１０２に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。
【００２４】
図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室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（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する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。
【００２５】
また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室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軸負方向側の辺）の中点付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する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。
【００２６】
（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。図２および図３に示すように、下側のエンドプレート１０６には、４つの流路用貫通孔１０７が形成されている。４つの流路用貫通孔１０７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に連通している。なお、下側のエンドプレート１０６は、特許請求の範囲における平板状部材に相当する。
【００２７】
（流路接続部材２７等の構成）
図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００は、さらに、下側のエンドプレート１０６に対して複数の発電単位１０２とは反対側（すなわち、下側）に配置された４つの流路接続部材２７を備える。４つの流路接続部材２７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と上下方向に重なる位置に配置されている。
【００２８】
各流路接続部材２７は、エンドプレート１０６に略平行な平板状のフランジ部２８と、フランジ部２８から延びる管状の管状部２９とを有する。フランジ部２８には、エンドプレート１０６に形成された流路用貫通孔１０７に対向する位置に、流路用貫通孔２０２が形成されている。本実施形態では、上下方向視における流路用貫通孔２０２の形状は、略円形である。また、管状部２９は、フランジ部２８の流路用貫通孔２０２に連通するガス流路２６を構成する。反応ガスの供給やオフガスの排出のための各ガス配管（図示せず）は、流路接続部材２７の管状部２９に接続され、管状部２９により構成されたガス流路２６、フランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２、および、エンドプレート１０６に形成された流路用貫通孔１０７を介して、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２に連通している。なお、各流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間には、ガスリークを防止するために、上下方向視でフランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２を取り囲むシール部材２２０が配置されている。シール部材２２０は、例えば、マイカにより構成される。本実施形態では、上下方向視におけるシール部材２２０の形状は、略円環状である。燃料電池スタック１００における流路接続部材２７周辺の構成については、後に詳述する。なお、流路接続部材２７のフランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２は、特許請求の範囲における第２の貫通孔に相当する。
【００２９】
（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。図４および図５に示すように、各発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２を構成する連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【００３０】
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（図２および図３参照）。
【００３１】
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。
【００３２】
電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、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）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、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。
【００３３】
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１２４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。
【００３４】
空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。
【００３５】
燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。
【００３６】
燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。
【００３７】
空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。
【００３８】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられた流路接続部材２７の管状部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、管状部２９により構成されたガス流路２６、フランジ部２８の流路用貫通孔２０２、および、エンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられた流路接続部材２７の管状部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、管状部２９により構成されたガス流路２６、フランジ部２８の流路用貫通孔２０２、および、エンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【００３９】
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および燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【００４０】
各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらにエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられた流路接続部材２７のフランジ部２８の流路用貫通孔２０２、管状部２９により構成されたガス流路２６を経て、当該管状部２９に接続されたガス配管（図示せず）に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらにエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられた流路接続部材２７のフランジ部２８の流路用貫通孔２０２、管状部２９により構成されたガス流路２６を経て、当該管状部２９に接続されたガス配管（図示しない）に排出される。
【００４１】
Ａ−３．流路接続部材２７周辺の詳細構成：
次に、本実施形態の燃料電池スタック１００における流路接続部材２７周辺の詳細構成について説明する。図６は、流路接続部材２７の外観構成を示す斜視図であり、図７は、流路接続部材２７のフランジ部２８等のＸＹ断面構成（図２のＶＩＩ−ＶＩＩの位置の断面構成）を示す説明図であり、図８は、シール部材２２０および後述する弾性部材２３０等のＸＹ断面構成（図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの位置の断面構成）を示す説明図である。図７および図８には、各部の位置関係を明確にするために、該断面には表れない各部の位置を破線で示している。
【００４２】
上述したように、流路接続部材２７は、フランジ部２８と管状部２９とを備える。本実施形態では、上下方向視におけるフランジ部２８の形状は、略長方形である。図６から図８に示すように、流路接続部材２７のフランジ部２８には、流路用貫通孔２０２に加えて、２つの締結部材用貫通孔２０１が形成されている。本実施形態では、２つの締結部材用貫通孔２０１は、Ｙ方向に互いに並ぶように配置されている。なお、流路接続部材２７のフランジ部２８に形成された各締結部材用貫通孔２０１は、特許請求の範囲における第１の貫通孔に相当する。
【００４３】
各締結部材用貫通孔２０１には、締結部材２１０（例えば、ボルト）が挿入されている。流路接続部材２７は、各締結部材用貫通孔２０１に挿入された締結部材２１０によって、エンドプレート１０６に締結される。また、この締結部材２１０の締結力により、フランジ部２８の流路用貫通孔２０２を取り囲むシール部材２２０がフランジ部２８とエンドプレート１０６とに挟まれて圧縮され、これによりシール部材２２０がガスシール機能を発揮する。
【００４４】
図７および図８に示すように、本実施形態では、流路接続部材２７のフランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰは、２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間を結ぶ線分（以下、「特定線分ＳＳ」という）の中点（以下、「特定中点ＭＰ」という）とは異なる位置に位置する。より詳細には、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰは、特定線分ＳＳにも特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮにも重ならない位置に位置する。
【００４５】
ここで、流路接続部材２７のフランジ部２８の流路用貫通孔２０２を取り囲むように配置されたシール部材２２０のガスシール機能を十分に発揮させるためには、シール部材２２０の各位置における圧縮応力が略均等であり、圧縮応力が過小である箇所が存在しないことが望ましい。シール部材２２０の特定の箇所における圧縮応力が過小であると、該箇所からガスがリークするおそれがある。本実施形態のようにフランジ部２８に締結部材用貫通孔２０１が２つ設けられている場合には、２つの締結部材２１０による締結力の作用点の中心は、上述した特定中点ＭＰに位置する。そのため、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが特定中点ＭＰに一致するような構成であれば、流路用貫通孔２０２を取り囲むように形成されたシール部材２２０の各位置における圧縮応力が略均等になるため、シール部材２２０の位置からのガスリークの発生が抑制される。しかしながら、例えば、燃料電池スタック１００の各部の形状や各ガス配管の接続位置等の制約から、本実施形態のように、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが特定中点ＭＰとは異なる位置に位置する構成を採用せざるを得ないことがある。
【００４６】
本実施形態の燃料電池スタック１００では、そのような構成においてもガスリークの発生を抑制するために、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に、弾性部材２３０が配置されている。弾性部材２３０は、エンドプレート１０６および流路接続部材２７のフランジ部２８より小さい弾性率を有する。すなわち、弾性部材２３０は、比較的変形しやすい部材である。弾性部材２３０は、例えばマイカにより構成されている。なお、上下方向視における弾性部材２３０の形状は、例えば略円形である。
【００４７】
図７および図８に示すように、弾性部材２３０は、上下方向視で、特定線分ＳＳに平行な方向（Ｙ方向）において２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間の領域Ｒ１に位置する。また、弾性部材２３０は、特定線分ＳＳと特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮとの両方に対して、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰとは反対側の領域に位置する。すなわち、本実施形態では、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳに対してＸ軸正方向側に位置し、かつ、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮに対してＹ軸負方向側に位置しているため、弾性部材２３０は、特定線分ＳＳに対してＸ軸負方向側に位置し、かつ、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮに対してＹ軸正方向側に位置している。なお、本明細書において、弾性部材２３０が特定の領域に位置するとは、弾性部材２３０の少なくとも一部分が該特定の領域に位置することを意味する。
【００４８】
本実施形態の燃料電池スタック１００は、このような構成の弾性部材２３０を備えるため、以下に説明するように、シール部材２２０の位置からのガスリークの発生を抑制することができる。図９は、本実施形態における流路接続部材２７の周辺の構成を示すＸＺ側面図であり、図１０は、比較例における流路接続部材２７の周辺の構成を示すＸＺ側面図である。図１０に示す比較例は、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に弾性部材２３０が配置されていない点が、図９に示す本実施形態と異なる。
【００４９】
本実施形態（および比較例）では、図７および図８に示すように、流路接続部材２７のフランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳの特定中点ＭＰとは異なる位置に位置する。より詳細には、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰは、特定線分ＳＳにも特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮにも重ならない位置に位置する。そのような構成において、図１０に示す比較例のように、弾性部材２３０が存在しないと、２つの締結部材２１０による締結力によって、エンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きが大きくなり、それに伴い、シール部材２２０の各位置における弾性変形量の偏りが大きくなってシール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が大きくなり、圧縮応力が過小である箇所（例えば、図１０に示すＸ１部）においてガスシール性が低下してガスリークが発生するおそれがある。
【００５０】
これに対し、本実施形態では、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に、弾性部材２３０が配置されている。また、弾性部材２３０は、上下方向視で、特定線分ＳＳに平行な方向（Ｙ方向）において２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間の領域Ｒ１に位置すると共に、特定線分ＳＳと特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮとの両方に対して、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰとは反対側の領域に位置する。そのため、図９に示すように、弾性部材２３０の存在によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きが抑制され、それに伴い、シール部材２２０の各位置における弾性変形量の偏りが小さくなってシール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００５１】
なお、図７および図８に示すように、上下方向視で、シール部材２２０の内周線上における特定中点ＭＰから最も離れた点を第１の端点Ｐ１とし、弾性部材２３０の外周線上における特定中点ＭＰから最も離れた点を第２の端点Ｐ２とし、第１の端点Ｐ１と特定中点ＭＰとを結ぶ第１の直線ＳＬ１と、第２の端点Ｐ２と特定中点ＭＰとを結ぶ第２の直線ＳＬ２と、のなす角を特定角θとし、特定中点ＭＰと第１の端点Ｐ１との間の距離を第１の距離Ｌ１とし、特定中点ＭＰと第２の端点Ｐ２との間の距離を第２の距離Ｌ２としたとき、
θ≦１０°  ・・・（１）
かつ
０．９×Ｌ１≦Ｌ２≦１．１×Ｌ１  ・・・（２）
という関係を満たすことが好ましい。すなわち、第１の直線ＳＬ１と第２の直線ＳＬ２とが略平行であり、かつ、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とが略同一であることが好ましい。弾性部材２３０等を上記関係式（１）および（２）を満たすように構成すれば、弾性部材２３０によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きを効果的に抑制することができ、その結果、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを効果的に抑制することができる。なお、図７および図８に示す例では、特定角θ＝０°であり（すなわち、第１の直線ＳＬ１と第２の直線ＳＬ２とは平行であり）、かつ、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とは互いに等しい。
【００５２】
また、上下方向視で、シール部材２２０の面積をＳ１とし、弾性部材２３０の面積をＳ２としたとき、
０．２５×Ｓ１≦Ｓ２≦Ｓ１  ・・・（３）
という関係を満たすことが好ましい。すなわち、弾性部材２３０の面積Ｓ２は、シール部材２２０の面積Ｓ１の１／４以上であり、かつ、シール部材２２０の面積Ｓ１以下であることが好ましい。弾性部材２３０の面積Ｓ２が過大であると、弾性部材２３０に作用する圧縮力が大きくなる分、シール部材２２０に作用する圧縮力が低下し、シール部材２２０のシール機能が低下する。また、弾性部材２３０の面積Ｓ２が過小であると、弾性部材２３０によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きを効果的に抑制することができない。弾性部材２３０等を上記関係式（３）を満たすように構成すれば、弾性部材２３０の面積Ｓ２が過大となってシール部材２２０のシール機能が低下することを抑制しつつ、弾性部材２３０の面積Ｓ２をある程度以上確保してエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きを抑制することができる。
【００５３】
シール部材２２０のシール性に関し、シミュレーションを行い、シール部材２２０の各位置における圧縮応力を算出した。弾性部材２３０が配置された本実施形態（図７〜９参照）においては（弾性部材２３０の詳細構成については下記の条件１参照）、シール部材２２０の各位置における圧縮応力が９〜１０ＭＰａとなった。一方、弾性部材２３０が配置されない比較例（図１０参照）においては、シール部材２２０の各位置における圧縮応力が７〜１１ＭＰａとなった。すなわち、弾性部材２３０が配置された本実施形態では、弾性部材２３０が配置されない比較例と比較して、シール部材２２０の圧縮応力の最低値が、７ＭＰａから９ＭＰａへと約３０％上昇した。なお、本シミュレーションでは、フランジ部２８の変形を防ぐため、図１１に示すように、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に、各締結部材用貫通孔２０１を取り囲む弾性部材２２２（例えば、マイカ）を配置した。このシミュレーション結果から、上述した構成の弾性部材２３０を配置すると、シール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、圧縮応力が過小である箇所がなくなって、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができることが確認された。
＜条件１＞
・θ＝０°
・Ｌ１＝Ｌ２
・Ｓ２＝０．２５×Ｓ１
【００５４】
Ｂ．第２実施形態：
図１２は、第２実施形態におけるシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。以下では、第２実施形態の構成の内、上述した第１実施形態（図８等参照）の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００５５】
図１２に示すように、第２実施形態では、上下方向視における弾性部材２３０の形状が、上述した第１実施形態と異なる。すなわち、上下方向視における弾性部材２３０の形状は、第１実施形態では略円形であるが、第２実施形態では略長方形である。より詳細には、第４実施形態では、上下方向視における弾性部材２３０の形状は、第１の端点Ｐ１と特定中点ＭＰとを結ぶ第１の直線ＳＬ１に直交する方向における大きさＷ１が、第１の直線ＳＬ１に平行な方向における大きさＷ２より大きい形状である。なお、上下方向視で、弾性部材２３０は、第１の直線ＳＬ１と重なるような形状および配置である。
【００５６】
第２実施形態では、上述した第１実施形態の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を奏する。すなわち、第２実施形態では、弾性部材２３０が、第１の直線ＳＬ１に直交する方向における大きさＷ１が第１の直線ＳＬ１に平行な方向における大きさＷ２より大きい形状であるため、弾性部材２３０の面積Ｓ２の増加を抑制しつつ、第１の直線ＳＬ１に直交する方向における大きさＷ１を大きくすることができる。弾性部材２３０の面積Ｓ２が大きいと、弾性部材２３０に作用する圧縮力が大きくなる分、シール部材２２０に作用する圧縮力が低下し、シール部材２２０のシール機能が低下するため、好ましくない。また、第１の直線ＳＬ１に直交する方向における弾性部材２３０の大きさＷ１が大きいと、弾性部材２３０によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きを効果的に抑制することができる。従って、第２実施形態によれば、弾性部材２３０によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きを効果的に抑制しつつ、弾性部材２３０の面積Ｓ２が過大となることを抑制することができ、その結果、シール部材２２０における圧縮応力が低下してシール部材２２０のシール機能が低下することを抑制することができる。なお、弾性部材２３０が、特定中点ＭＰを中心とした半径Ｌ２の円弧上または該円弧の内側に存在すると、シール部材２２０のシール機能が低下することを効果的に抑制することができるため、好ましい。
【００５７】
なお、第２実施形態においても、弾性部材２３０等が上記関係式（１）から（３）を満たすように構成されることが好ましい。図１２に示す例では、特定角θ＝１０°であり、かつ、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とは互いに等しい。
【００５８】
シール部材２２０のシール性に関し、シミュレーションを行い、シール部材２２０の各位置における圧縮応力を算出した。弾性部材２３０が配置された第２実施形態（図１２参照）においては（弾性部材２３０の詳細構成については下記の条件２，３参照）、シール部材２２０の各位置における圧縮応力が８．８〜１０ＭＰａ（条件２）または８．４〜９．９ＭＰａ（条件３）となった。一方、上述したように、弾性部材２３０が配置されない比較例（図１０参照）においては、シール部材２２０の各位置における圧縮応力が７〜１１ＭＰａとなった。すなわち、弾性部材２３０が配置された第２実施形態では、弾性部材２３０が配置されない比較例と比較して、シール部材２２０の圧縮応力の最低値が、７ＭＰａから８．４ＭＰａへと約２０％上昇した。なお、本シミュレーションでは、フランジ部２８の変形を防ぐため、図１３に示すように、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に、各締結部材用貫通孔２０１を取り囲む弾性部材２２２（例えば、マイカ）を配置した。このシミュレーション結果から、上述した構成の弾性部材２３０を配置すると、シール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、圧縮応力が過小である箇所がなくなって、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができることが確認された。特に、弾性部材２３０等が上記関係式（１）から（３）を満たすように構成されることが好ましいことが確認された。
＜条件２＞
・θ＝１０°
・Ｌ２＝１．１×Ｌ１
・Ｓ２＝０．５×Ｓ１
＜条件３＞
・θ＝１０°
・Ｌ２＝０．９×Ｌ１
・Ｓ２＝０．５×Ｓ１
【００５９】
Ｃ．第３実施形態：
図１４は、第３実施形態におけるシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。以下では、第３実施形態の構成の内、上述した第１実施形態（図８等参照）の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００６０】
図１４に示すように、第３実施形態では、流路接続部材２７のフランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰの位置が、上述した第１実施形態と異なる。具体的には、第３実施形態では、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間を結ぶ線分（特定線分ＳＳ）の中点（特定中点ＭＰ）とは異なる位置ではあるが、特定線分ＳＳ上に位置する。
【００６１】
第３実施形態の構成のように、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳ上ではあっても、特定線分ＳＳの特定中点ＭＰとは異なる位置である場合には、上述した第１実施形態と同様に、弾性部材２３０が存在しないと、締結部材２１０による締結力によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きが大きくなり、シール部材２２０の各位置における弾性変形量の偏りが大きくなってシール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が大きくなり、圧縮応力が過小である箇所においてガスシール性が低下してガスリークが発生するおそれがある。
【００６２】
しかし、第３実施形態の構成においても、上述した第１実施形態と同様に、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に弾性部材２３０が配置されている。また、弾性部材２３０は、上下方向視で、特定線分ＳＳに平行な方向（Ｙ方向）において２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間の領域Ｒ１に位置すると共に、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮに対して、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰとは反対側の領域に位置する。すなわち、第３実施形態では、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮに対してＹ軸負方向側に位置しているため、弾性部材２３０は、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮに対してＹ軸正方向側に位置している。そのため、弾性部材２３０の存在によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きが抑制され、シール部材２２０の各位置における弾性変形量の偏りが小さくなってシール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００６３】
なお、第３実施形態においても、弾性部材２３０等が上記関係式（１）から（３）を満たすように構成されることが好ましい。図１４に示す例では、特定角θ＝０°であり（すなわち、第１の直線ＳＬ１と第２の直線ＳＬ２とは平行であり）、かつ、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とは互いに等しい。
【００６４】
Ｄ．第４実施形態：
図１５は、第４実施形態におけるシール部材２２０および弾性部材２３０等のＸＹ断面構成を示す説明図である。以下では、第４実施形態の構成の内、上述した第１実施形態（図８等参照）の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００６５】
図１５に示すように、第４実施形態では、流路接続部材２７のフランジ部２８に形成された流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰの位置が、上述した第１実施形態と異なる。具体的には、第４実施形態では、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間を結ぶ線分（特定線分ＳＳ）の中点（特定中点ＭＰ）とは異なる位置ではあるが、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮ上に位置する。
【００６６】
第４実施形態の構成のように、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮ上ではあっても、特定線分ＳＳの特定中点ＭＰとは異なる位置である場合には、上述した第１実施形態と同様に、弾性部材２３０が存在しないと、締結部材２１０による締結力によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きが大きくなり、シール部材２２０の各位置における弾性変形量の偏りが大きくなってシール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が大きくなり、圧縮応力が過小である箇所においてガスシール性が低下してガスリークが発生するおそれがある。
【００６７】
しかし、第４実施形態の構成においても、上述した第１実施形態と同様に、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に弾性部材２３０が配置されている。また、弾性部材２３０は、上下方向視で、特定線分ＳＳに平行な方向（Ｙ方向）において２つの締結部材用貫通孔２０１の中心点間の領域Ｒ１に位置すると共に、特定線分ＳＳに対して、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰとは反対側の領域に位置する。すなわち、第４実施形態では、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳに対してＸ軸正方向側に位置しているため、弾性部材２３０は、特定線分ＳＳに対してＸ軸負方向側に位置している。そのため、弾性部材２３０の存在によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きが抑制され、シール部材２２０の各位置における弾性変形量の偏りが小さくなってシール部材２２０の各位置における圧縮応力の差が小さくなり、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００６８】
なお、第４実施形態においても、弾性部材２３０等が上記関係式（１）から（３）を満たすように構成されることが好ましい。図１５に示す例では、特定角θ＝０°であり（すなわち、第１の直線ＳＬ１と第２の直線ＳＬ２とは平行であり）、かつ、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とは互いに等しい。
【００６９】
Ｅ．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。
【００７０】
上記実施形態における単セル１１０または燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰが、特定線分ＳＳの特定中点ＭＰとは異なる位置であり、かつ、特定線分ＳＳにも特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮにも重ならない位置に位置する上記第１および第２実施形態では、弾性部材２３０が、上下方向視で、特定線分ＳＳと特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮとの両方に対して流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰとは反対側の領域に位置するとしているが、弾性部材２３０が、上下方向視で、特定線分ＳＳと特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮとの少なくとも一方に対して流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰとは反対側の領域に位置するとしてもよい。例えば、上記第１実施形態において、弾性部材２３０が、特定線分ＳＳの垂直二等分線ＳＮに対しては流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰと反対側の領域であるが、特定線分ＳＳに対しては流路用貫通孔２０２の中心点ＣＰと同じ側の領域に位置するとしてもよい。このような構成であっても、弾性部材２３０の存在によってエンドプレート１０６に対する流路接続部材２７のフランジ部２８の傾きを抑制することができ、シール部材２２０の各位置における圧縮応力の差を小さくしてシール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００７１】
また、上記各実施形態において、上記関係式（１）〜（３）の一部または全部が満たされないとしてもよい。
【００７２】
また、上記各実施形態において、上下方向視における弾性部材２３０の形状は、円形や長方形に限られず、任意の形状に変形可能である。同様に、上下方向視における流路用貫通孔２０２や締結部材用貫通孔２０１、シール部材２２０、フランジ部２８等の形状も、任意の形状に変形可能である。
【００７３】
また、上記各実施形態において、燃料電池スタック１００に設けられるすべての流路接続部材２７の周辺について、上述した弾性部材２３０等を備える構成が採用される必要はなく、少なくとも１つの流路接続部材２７の周辺について、上述した弾性部材２３０等を備える構成が採用されればよい。
【００７４】
また、上記各実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０の個数は、あくまで一例であり、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、上記各実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。
【００７５】
また、上記各実施形態では、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号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解単セルおよび電解セルスタックにおいても、上記各実施形態と同様に、流路接続部材２７のフランジ部２８とエンドプレート１０６との間に、上述した構成の弾性部材２３０を配置すれば、シール部材２２０の位置からガスリークが発生することを抑制することができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解セル）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
２２：ボルト  ２６：ガス流路  ２７：流路接続部材  ２８：フランジ部  ２９：管状部  １００：燃料電池スタック  １０２：発電単位  １０４：エンドプレート  １０６：エンドプレート  １０７：流路用貫通孔  １０８：連通孔  １０９：ボルト孔  １１０：単セル  １１２：電解質層  １１４：空気極  １１６：燃料極  １２０：セパレータ  １２１：孔  １２４：接合部  １３０：空気極側フレーム  １３１：孔  １３２：酸化剤ガス供給連通孔  １３３：酸化剤ガス排出連通孔  １３４：空気極側集電体  １３５：集電体要素  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  １４２：燃料ガス供給連通孔  １４３：燃料ガス排出連通孔  １４４：燃料極側集電体  １４５：電極対向部  １４６：インターコネクタ対向部  １４７：連接部  １４９：スペーサー  １５０：インターコネクタ  １６１：酸化剤ガス導入マニホールド  １６２：酸化剤ガス排出マニホールド  １６６：空気室  １７１：燃料ガス導入マニホールド  １７２：燃料ガス排出マニホールド  １７６：燃料室  ２０１：締結部材用貫通孔  ２０２：流路用貫通孔  ２１０：締結部材  ２２０：シール部材  ２２２：弾性部材  ２３０：弾性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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