(57)【要約】【課題】運転開始後における空気極の被毒を原因とする性能低下に伴う制御性の低下を抑制する。【解決手段】電気化学反応単位は、単セルとガス供給部を備える。ガス供給部には、空気室と、空気室に供給されるガスが通るマニホールドと、マニホールドに連通すると共に空気室に開口する連通流路とが形成されている。空気極を、連通流路の空気室への開口の中点に最も近い空気極の外周辺に平行な第２の方向に並ぶ３つの行に等分し、かつ、第２の方向に直交する第３の方向に並ぶ３つの列に等分することにより仮想的に９個の領域に分割したとき、９個の領域の内、上記中点に最も近い第１の領域における汚染物質の含有量Ｃ１と、中央に位置する第２の領域における汚染物質の含有量Ｃ２との差分ΔＣ１（＝Ｃ１−Ｃ２）は、第１の領域における汚染物質の含有量Ｃ１の４％以上である。【選択図】図８
2019021505.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、を含む電気化学反応単セルと、
前記空気極に面する空気室と、前記空気室に供給されるガスが通るマニホールドと、前記マニホールドに連通すると共に前記空気室に開口する少なくとも１つの連通流路と、が形成されたガス供給部と、
を備える電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、前記空気極を、前記連通流路の前記空気室への開口の中点に最も近い前記空気極の外周辺に平行な第２の方向に並ぶ３つの行に等分し、かつ、前記第２の方向に直交する第３の方向に並ぶ３つの列に等分することにより、仮想的に９個の領域に分割したとき、前記空気極の被毒の原因となる少なくとも１つの汚染物質について、前記９個の領域の内、前記中点に最も近い第１の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）と、前記９個の領域の内、中央に位置する第２の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ１（＝Ｃ１−Ｃ２）は、前記第１の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）の４％以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極の外周付近に配置され、前記汚染物質を含むシール材を備え、
前記シール材に含まれる少なくとも１つの前記汚染物質について、前記９個の領域の内、前記第２の領域に対して前記第２の方向に隣接する第３の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）と、前記第２の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ２（＝Ｃ３−Ｃ２）は、前記第３の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）の７５％以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項３】
請求項２に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、前記空気極を、前記第２の方向に並ぶ４つの行に等分し、かつ、前記第３の方向に並ぶ４つの列に等分することにより、仮想的に１６個の領域に分割したとき、前記シール材に含まれる少なくとも１つの前記汚染物質について、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて３番目の列に属する第４の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）と、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の前記一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて２番目の列に属する第５の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）との差分ΔＣ３（＝Ｃ４−Ｃ５）は、前記第４の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）の６５％以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項４】
請求項２に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、前記空気極を、前記第２の方向に並ぶ４つの行に等分し、かつ、前記第３の方向に並ぶ４つの列に等分することにより、仮想的に１６個の領域に分割したとき、前記シール材に含まれる少なくとも１つの前記汚染物質について、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて２番目の列に属する第５の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）と、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の前記一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて３番目の列に属する第４の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）との差分ΔＣ４（＝Ｃ５−Ｃ４）は、前記第５の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）の６５％以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【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単位において、
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、電気化学反応単位。
【請求項６】
前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、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単位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、電気化学反応単位に関する。
【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１つとして、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発電単位（以下、「発電単位」という）は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。
【０００３】
また、発電単位は、単セルの空気極に面する空気室が形成されたガス供給部を備える。ガス供給部には、さらに、空気室に供給される酸化剤ガス（例えば、空気）が通るマニホールドと、マニホールドに連通すると共に空気室に開口する連通流路とが形成されている。酸化剤ガスは、マニホールドから、連通流路を介して空気室に供給され、単セルにおける発電反応に供される。
【０００４】
酸化剤ガス中には空気極の被毒の原因となる汚染物質（例えば、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、リン（Ｐ））が含まれていることがある。該汚染物質が空気極に付着すると、空気極の性能が低下する（具体的には、空気極の抵抗が増大する）被毒と呼ばれる現象が起こるおそれがある。燃料電池の運転開始後に空気極の被毒が起こると、燃料電池の制御性が低下するおそれがある。すなわち、空気極の被毒が起こると、空気極の抵抗が増大し、その結果、ジュール熱が増加して単セルの温度が上昇する。このような場合には、単セルの温度を下降させるために、燃料ガスの供給量を減らしたり、酸化剤ガスの供給量を増やしたりするなどの制御が必要となる。すると、燃料ガスおよび／または酸化剤ガスの供給量の変化に伴って発電条件が変化し、その結果、反応熱が変化することによって単セルの温度が変化し、さらなる制御が必要になるおそれがある。このように、燃料電池の運転開始後に空気極の被毒が起こると、燃料電池の制御性が低下するおそれがある。
【０００５】
従来、酸化剤ガス流路の上流位置にフィルタを設けて酸化剤ガスに含まれる汚染物質を除去することにより、空気極の被毒を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１５３７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の技術では、酸化剤ガスに含まれる汚染物質を完全に除去することは困難である。そのため、上記従来の技術では、燃料電池の運転開始後に空気極の被毒が起こることによって燃料電池の制御性が低下するおそれがある、という課題がある。
【０００８】
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」という）の構成単位である電解セル単位にも共通の問題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼ぶ。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単位にも共通の課題である。
【０００９】
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】
【００１０】
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。
【００１１】
（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、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、を含む電気化学反応単セルと、前記空気極に面する空気室と、前記空気室に供給されるガスが通るマニホールドと、前記マニホールドに連通すると共に前記空気室に開口する少なくとも１つの連通流路と、が形成されたガス供給部と、を備える電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、前記空気極を、前記連通流路の前記空気室への開口の中点に最も近い前記空気極の外周辺に平行な第２の方向に並ぶ３つの行に等分し、かつ、前記第２の方向に直交する第３の方向に並ぶ３つの列に等分することにより、仮想的に９個の領域に分割したとき、前記空気極の被毒の原因となる少なくとも１つの汚染物質について、前記９個の領域の内、前記中点に最も近い第１の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）と、前記９個の領域の内、中央に位置する第２の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ１（＝Ｃ１−Ｃ２）は、前記第１の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）の４％以上である。本電気化学反応単位では、空気極の内、連通流路の空気室への開口に近い第１の領域における汚染物質の含有量Ｃ１が中央に位置する第２の領域における汚染物質の含有量Ｃ２より有意に多い。空気極の内、第１の領域は、運転中に空気室に供給されるガスと最初に接する領域であるため、ガスに含まれる汚染物質が付着しやすい領域である。本電気化学反応単位では、運転中に汚染物質が付着しやすい第１の領域において、当初から汚染物質の含有量が多くなっているため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極の性能がさらに低下すること（空気極の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、運転開始後における空気極の被毒を原因とする性能低下を抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を抑制することができる。
【００１２】
（２）上記電気化学反応単位において、さらに、前記空気極の外周付近に配置され、前記汚染物質を含むシール材を備え、前記シール材に含まれる少なくとも１つの前記汚染物質について、前記９個の領域の内、前記第２の領域に対して前記第２の方向に隣接する第３の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）と、前記第２の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ２（＝Ｃ３−Ｃ２）は、前記第３の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）の７５％以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位では、空気極の内、中央に位置する第２の領域に対して第２の方向に隣接する第３の領域における汚染物質の含有量Ｃ３が、中央に位置する第２の領域における汚染物質の含有量Ｃ２より有意に多い。空気極の内、第３の領域は、空気極の外周側の領域であることからシール材に近い領域であり、シール材から蒸散した汚染物質が付着しやすい領域である。本電気化学反応単位では、シール材から蒸散した汚染物質が付着しやすい第３の領域において、当初から汚染物質の含有量が多くなっているため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極の性能がさらに低下すること（空気極の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、運転開始後において、ガスに含まれる汚染物質およびシール材から蒸散した汚染物質による空気極の被毒を原因とする性能低下を効果的に抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を効果的に抑制することができる。
【００１３】
（３）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、前記空気極を、前記第２の方向に並ぶ４つの行に等分し、かつ、前記第３の方向に並ぶ４つの列に等分することにより、仮想的に１６個の領域に分割したとき、前記シール材に含まれる少なくとも１つの前記汚染物質について、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて３番目の列に属する第４の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）と、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の前記一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて２番目の列に属する第５の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）との差分ΔＣ３（＝Ｃ４−Ｃ５）は、前記第４の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）の６５％以上である構成としてもよい。運転中にシール材から蒸散した汚染物質は、空気室におけるガスの流れによって拡散するため、空気極におけるシール材近傍の領域（すなわち、外周付近の領域）の中でも、空気室におけるガスの流れの下流側に近い領域で空気極の被毒が起こりやすい。本電気化学反応単位では、空気極におけるシール材近傍の領域（第４の領域および第５の領域）の内、空気室におけるガスの流れの下流側により近い領域である第４の領域において、汚染物質の含有量が多くなっているため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極の性能がさらに低下すること（空気極の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、運転開始後において、シール材から蒸散した汚染物質による空気極の被毒を原因とする性能低下をさらに効果的に抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下をさらに効果的に抑制することができる。
【００１４】
（４）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、前記空気極を、前記第２の方向に並ぶ４つの行に等分し、かつ、前記第３の方向に並ぶ４つの列に等分することにより、仮想的に１６個の領域に分割したとき、前記シール材に含まれる少なくとも１つの前記汚染物質について、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて２番目の列に属する第５の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）と、前記１６個の領域の内、前記第２の方向の前記一方側から数えて１番目の行に属し、かつ、前記第３の方向の前記中点に近い側から数えて３番目の列に属する第４の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）との差分ΔＣ４（＝Ｃ５−Ｃ４）は、前記第５の領域における前記汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）の６５％以上である構成としてもよい。運転中に空気極におけるガスの流れの上流側に近い領域では、電気化学反応が集中しやすく、その結果、高温になりやすい。また、空気極の被毒の原因となる汚染物質は、空気極における高温の領域に定着しやすい。また、空気極の被毒の原因となる汚染物質は、空気極の表面に付着するだけでなく、三相界面付近で化学反応を起こして三相界面を減少させるが、このような化学反応は、空気極における電気化学反応量が多い箇所で多く発生する。そのため、運転中にシール材から蒸散した汚染物質は、空気極におけるシール材近傍の領域（すなわち、外周付近の領域）の中でも、空気室におけるガスの流れの上流側に近い領域に付着しやすく、該領域において空気極の被毒が起こりやすい。本電気化学反応単位では、空気極におけるシール材近傍の領域（第４の領域および第５の領域）の内、空気室におけるガスの流れの上流側により近い領域である第５の領域において、汚染物質の含有量が多くなっているため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極の性能がさらに低下すること（空気極の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、運転開始後において、シール材から蒸散した汚染物質による空気極の被毒を原因とする性能低下をさらに効果的に抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下をさらに効果的に抑制することができる。
【００１５】
（５）上記電気化学反応単位において、前記電気化学反応単セルは、燃料電池単セルである構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、発電運転開始後における空気極の被毒を原因とする性能低下を抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を抑制することができる。
【００１６】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、上記電気化学反応単位であるとしてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応セルスタックの運転開始後における空気極の被毒を原因とする性能低下を抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を抑制することができる。
【００１７】
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、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位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】
【００１８】
【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】図４のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図８】第１実施形態における発電単位１０２を構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。
【図９】第２実施形態における発電単位１０２ａを構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態の第１の変形例における発電単位１０２ｂを構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。
【図１１】第４の領域（Ｒｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４の特定方法を示す説明図である。
【図１２】第２実施形態の第２の変形例における発電単位１０２ｃを構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、第１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（および後述する図６，７）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（および後述する図６，７）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。
【００２０】
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、「発電単位」という）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。
【００２１】
燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）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、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を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。
【００２２】
各連通孔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の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６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。
【００２３】
各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。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ボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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ボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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。酸化剤ガス導入マニホールド１６１は、特許請求の範囲における空気室に供給されるガスが通るマニホールドに相当する。
【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軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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に供給す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ボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、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】
燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。
【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。
【００２７】
（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。また、図６は、図４のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【００２８】
図４および図５に示すように、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、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【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（図２および図３参照）。
【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、Ｚ方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、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。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。空気極１１４は、Ｚ方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、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、Ｚ方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。
【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貫通孔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における貫通孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部１２２」という）は、単セル１１０における上下方向の一方側（図面中の上側）の表面の周縁部に対向している。なお、本実施形態では、空気極１１４はＺ方向視における大きさが電解質層１１２より小さいため、セパレータ１２０における貫通孔周囲部１２２は、単セル１１０における上側の表面の内、電解質層１１２により構成された表面に対向している。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（電解質層１１２）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とが区画される。
【００３３】
単セル１１０の外周付近（換言すれば、空気極１１４の外周付近）において、接合部１２４に対して空気室１６６側には、シール材１２５が配置されている。シール材１２５は、例えば、ガラスにより形成されている。シール材１２５は、セパレータ１２０の表面と、単セル１１０の表面（本実施形態では、単セル１１０の表面の内、電解質層１１２により構成された表面）との両方に接触する状態で、単セル１１０の外周全体に沿って連続的に形成されている。シール材１２５により、空気室１６６と燃料室１７６との間がシールされ、両者の間のガスリーク（クロスリーク）が抑制される。本実施形態では、シール材１２５は、空気極１１４の被毒の原因となる少なくとも１つの汚染物質を含んでいる。
【００３４】
図６に示すように、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ガス室用孔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。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。
【００３５】
空気極側フレーム１３０のガス室用孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する孔である。ガス室用孔１３１は、Ｘ軸方向に互いに対向する第１の内面ＩＰ１および第２の内面ＩＰ２を有する。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を構成する連通孔１０８に連通すると共にガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１に開口する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を構成する連通孔１０８に連通すると共にガス室用孔１３１の第２の内面ＩＰ２に開口する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。本実施形態では、空気極側フレーム１３０に、３つの酸化剤ガス供給連通流路１３２と、３つの酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。
【００３６】
このように、空気極側フレーム１３０には、空気極１１４に面する空気室１６６と、空気室１６６に供給される酸化剤ガスＯＧが通る酸化剤ガス導入マニホールド１６１（の一部）と、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通すると共に空気室１６６に開口する少なくとも１つの酸化剤ガス供給連通流路１３２とが形成されている。空気極側フレーム１３０は、特許請求の範囲におけるガス供給部に相当し、酸化剤ガス導入マニホールド１６１は、特許請求の範囲におけるマニホールドに相当し、酸化剤ガス供給連通流路１３２は、特許請求の範囲における連通流路に相当する。
【００３７】
図７に示すように、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ガス室用孔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。
【００３８】
燃料極側フレーム１４０のガス室用孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する孔である。ガス室用孔１４１は、Ｙ軸方向に互いに対向する第３の内面ＩＰ３および第４の内面ＩＰ４を有する。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を構成する連通孔１０８に連通すると共にガス室用孔１４１の第３の内面ＩＰ３に開口する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料ガス排出マニホールド１７２を構成する連通孔１０８に連通すると共にガス室用孔１４１の第４の内面ＩＰ４に開口する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。本実施形態では、燃料極側フレーム１４０に、３つの燃料ガス供給連通流路１４２と、３つの燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。
【００３９】
図６に示すように、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。
【００４０】
図７に示すように、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。
【００４１】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２、図４および図６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ガス通路部材２７の分岐部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、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔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流路１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３、図５および図７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ガス通路部材２７の分岐部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、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔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流路１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【００４２】
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。
【００４３】
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、図４および図６に示すように、酸化剤ガス排出連通流路１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。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、図５および図７に示すように、燃料ガス排出連通流路１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００４４】
なお、図６に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向は、概ねＸ軸正方向側からＸ軸負方向側に向かう方向である。空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向は、例えば、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口の中点から、酸化剤ガス排出連通流路１３３の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第２の内面ＩＰ２）への開口の中点に向かう方向として特定することができる。また、図７に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向は、概ねＹ軸正方向側からＹ軸負方向側に向かう方向である。燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向は、例えば、燃料ガス供給連通流路１４２の燃料室１７６（ガス室用孔１４１の第３の内面ＩＰ３）への開口の中点から、燃料ガス排出連通流路１４３の燃料室１７６（ガス室用孔１４１の第４の内面ＩＰ４）への開口の中点に向かう方向として特定することができる。このように、本実施形態の発電単位１０２は、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略直交するクロスフロータイプのＳＯＦＣである。なお、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（ベクトル）と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（ベクトル）とが略直交するとは、両ベクトルのなす角（ただし、０度以上、１８０度以下）が、４５度以上、１３５度以下であることを意味する。また、クロスフロータイプのＳＯＦＣであることは、換言すれば、Ｚ軸方向視で、空気極１１４の外周辺の内、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の内面）への開口の中点に最も近い外周辺（後述する第１の外周辺Ｓ１）と、燃料ガス供給連通流路１４２の燃料室１７６（ガス室用孔１４１の内面）への開口の中点に最も近い外周辺（後述する第３の外周辺Ｓ３）とのなす角（０度以上、９０度以下）が、４５度以上であることであると言える。
【００４５】
Ａ−３．空気極１１４の詳細構成：
次に、空気極１１４の詳細構成について説明する。図８は、第１実施形態における発電単位１０２を構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。図８には、Ｚ軸方向視での空気極１１４の構成（すなわち、ＸＹ平面構成）に加えて、空気極側フレーム１３０の部分的な構成が示されている。
【００４６】
以下の説明では、図８に示すように、Ｚ軸方向視で略矩形の空気極１１４の４つの外周辺を、それぞれ、第１の外周辺Ｓ１、第２の外周辺Ｓ２、第３の外周辺Ｓ３、第４の外周辺Ｓ４と呼ぶものとする。第１の外周辺Ｓ１は、Ｙ軸に略平行な２つの外周辺の内のＸ軸正方向側の外周辺であり、第２の外周辺Ｓ２は、Ｙ軸に略平行な２つの外周辺の内のＸ軸負方向側の外周辺である。また、第３の外周辺Ｓ３は、Ｘ軸に略平行な２つの外周辺の内のＹ軸正方向側の外周辺であり、第４の外周辺Ｓ４は、Ｙ軸に略平行な２つの外周辺の内のＹ軸負方向側の外周辺である。
【００４７】
図８に示すように、空気極１１４は、基準部２０１と先行被毒部２０２とを有する。先行被毒部２０２は、基準部２０１と比べて、空気極１１４の被毒の原因となる少なくとも１つの汚染物質（例えば、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、リン（Ｐ））の含有量（ｐｐｍ）が有意に多い部位である。本実施形態では、先行被毒部２０２は、Ｂの含有量が５ｐｐｍ以上であることと、Ｓｉの含有量が１０００ｐｐｍ以上であることと、Ｓの含有量が５０ｐｐｍ以上であることとのいずれか１つを満たしている。
【００４８】
本実施形態では、空気極１１４における第１の外周辺Ｓ１の全体にわたって、第１の外周辺Ｓ１からＸ軸方向に幅Ｗ１１の領域が先行被毒部２０２となっている。Ｘ軸方向における先行被毒部２０２の幅（最大幅）Ｗ１１は、Ｘ軸方向における空気極１１４の全幅Ｗ１０の１／２以下である。なお、Ｘ軸方向における先行被毒部２０２の幅（最大幅）Ｗ１１は、Ｘ軸方向における空気極１１４の全幅Ｗ１０の１／３以下であることがより好ましく、全幅Ｗ１０の１／４以下であることがさらに好ましい。また、先行被毒部２０２は、空気極１１４における第１の外周辺Ｓ１の全体にわたって設けられている必要はなく、第１の外周辺Ｓ１における後述の中点ＭＰ１に最も近い位置を含む一部分のみに沿って設けられているとしてもよい。
【００４９】
第１実施形態の空気極１１４は、上述した構成の先行被毒部２０２を有するため、以下の要件ＲＥ１を満たしている。
・要件ＲＥ１：Ｚ軸方向視で、空気極１１４を、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口の中点ＭＰ１に最も近い空気極１１４の外周辺（本実施形態では第１の外周辺Ｓ１）に平行な第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に並ぶ３つの行（Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３）に等分し、かつ、第２の方向に直交する第３の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に並ぶ３つの列（Ｃａ１，Ｃａ２，Ｃａ３）に等分することにより、仮想的に９個の領域Ｒａ（Ｒａ１１，Ｒａ１２，Ｒａ１３，Ｒａ２１，Ｒａ２２，Ｒａ２３，Ｒａ３１，Ｒａ３２，Ｒａ３３）に分割したとき、空気極１１４の被毒の原因となる少なくとも１つの汚染物質について、上記９個の領域Ｒａの内、上記中点ＭＰ１に最も近い第１の領域（本実施形態では領域Ｒａ１２）における汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）と、上記９個の領域Ｒａの内、中央に位置する第２の領域（本実施形態では領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ１（＝Ｃ１−Ｃ２）は、第１の領域（領域Ｒａ１２）における汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）の４％以上である。
【００５０】
なお、上記第１の領域（本実施形態では領域Ｒａ１２）における汚染物質の含有量Ｃ１は、図８に示すように、該領域の内、空気極１１４の端部からＸ軸方向における空気極１１４の全幅Ｗ１０の１／１０以内の範囲Ａ１に位置する任意の点において特定するものとする。また、上記第２の領域（本実施形態では領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２は、該領域の略中心の位置において特定するものとする。なお、各領域における汚染物質の含有量の特定は、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）マッピングやＸＲＦ分析（Ｘ−Ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）、Ｄ−ＳＩＭＳ分析（Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＩＣＰ分析（Iｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等により実現することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、空気極側フレーム１３０に酸化剤ガス供給連通流路１３２が複数（３つ）形成されているが、そのような場合には、上記要件ＲＥ１における「酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口の中点ＭＰ１」とは、複数の酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口から構成される開口群の両端点（ＥＰ１，ＥＰ２）を結ぶ線分の中点を意味する。また、上記要件ＲＥ１における「中点ＭＰ１に最も近い空気極１１４の外周辺（第１の外周辺Ｓ１）」が直線ではなく、多少のうねりがある場合には、該外周辺の平均線（直線）を算出し、該平均線に平行な方向を上記第２の方向とする。
【００５２】
上述した構成の先行被毒部２０２を有する空気極１１４は、例えば、空気極１１４を作製した後、空気極１１４における先行被毒部２０２とする領域に、汚染物質をスプレー等により塗布することにより作製することができる。なお、このような塗布処理を高温（例えば、６００℃〜８００℃）で行うと、汚染物質が空気極１１４に定着しやすく、その後に先行被毒部２０２から汚染物質が飛散することを抑制することができるため、好ましい。
【００５３】
あるいは、上述した構成の先行被毒部２０２を有する空気極１１４は、例えば、燃料電池スタック１００を作製した後、酸化剤ガス導入マニホールド１６１および酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して汚染物質を含むガスを空気室１６６に供給することにより作製することができる。空気室１６６に供給されたガスに含まれる汚染物質が、空気極１１４の内、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口に近い領域に付着することにより、該領域が先行被毒部２０２となる。なお、このようなガスの供給処理を高温（例えば、６００℃〜８００℃）で行うと、汚染物質が空気極１１４に定着しやすく、その後に先行被毒部２０２から汚染物質が飛散することを抑制することができるため、好ましい。また、このようなガスの供給処理を発電を行いながら行っても、同様の効果を得られるため、好ましい。
【００５４】
Ａ−４．第１実施形態の効果：
以上説明したように、第１実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２は、単セル１１０と、空気極側フレーム１３０とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。空気極側フレーム１３０には、空気極１１４に面する空気室１６６と、空気室１６６に供給される酸化剤ガスＯＧが通る酸化剤ガス導入マニホールド１６１（の一部）と、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通すると共に空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）に開口する少なくとも１つの酸化剤ガス供給連通流路１３２とが形成されている。また、本実施形態の発電単位１０２における空気極１１４は、上述した要件ＲＥ１を満たしている。すなわち、Ｚ軸方向視で、空気極１１４を、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口の中点ＭＰ１に最も近い空気極１１４の外周辺（第１の外周辺Ｓ１）に平行な第２の方向（Ｙ軸方向）に並ぶ３つの行に等分し、かつ、第２の方向に直交する第３の方向（Ｘ軸方向）に並ぶ３つの列に等分することにより、仮想的に９個の領域Ｒａに分割したとき、空気極１１４の被毒の原因となる少なくとも１つの汚染物質について、上記９個の領域Ｒａの内、上記中点ＭＰ１に最も近い第１の領域（領域Ｒａ１２）における汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）と、上記９個の領域Ｒａの内、中央に位置する第２の領域（領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ１（＝Ｃ１−Ｃ２）は、第１の領域（領域Ｒａ１２）における汚染物質の含有量Ｃ１（ｐｐｍ）の４％以上である。
【００５５】
ここで、燃料電池スタック１００の運転中に、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガス導入マニホールド１６１および酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して空気室１６６に供給される酸化剤ガスＯＧ中に、空気極１１４の被毒の原因となる汚染物質が含まれていると、該汚染物質が空気極１１４に付着して空気極１１４の被毒が起こるおそれがある。燃料電池スタック１００の運転開始後に空気極１１４の被毒が起こると、燃料電池スタック１００の制御性が低下するおそれがある。すなわち、空気極１１４の被毒が起こると、空気極１１４の抵抗が増大し、その結果、ジュール熱が増加して単セル１１０（発電単位１０２）の温度が上昇する。このような場合には、単セル１１０（発電単位１０２）の温度を下降させるために、燃料ガスＦＧの供給量を減らしたり、酸化剤ガスＯＧの供給量を増やしたりするなどの制御が必要となる。すると、燃料ガスＦＧおよび／または酸化剤ガスＯＧの供給量の変化に伴って発電条件が変化し、その結果、反応熱が変化することによって単セル１１０（発電単位１０２）の温度が変化し、さらなる制御が必要になるおそれがある。このように、燃料電池スタック１００の運転開始後に空気極１１４の被毒が起こると、燃料電池スタック１００の制御性が低下するおそれがある。なお、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の上流位置にフィルタを設けて酸化剤ガスＯＧに含まれる汚染物質を除去することは可能であるが、酸化剤ガスＯＧに含まれる汚染物質を完全に除去することは困難である。
【００５６】
第１実施形態の燃料電池スタック１００を構成する発電単位１０２では、空気極１１４が上記要件ＲＥ１を満たしているため、空気極１１４の内、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口に近い第１の領域（領域Ｒａ１２）における汚染物質の含有量Ｃ１が中央に位置する第２の領域（領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２より有意に多いこととなる。空気極１１４の内、第１の領域（領域Ｒａ１２）は、燃料電池スタック１００の運転中に空気室１６６に供給される酸化剤ガスＯＧと最初に接する領域であるため、酸化剤ガスＯＧに含まれる汚染物質が付着しやすい領域である。本実施形態の発電単位１０２では、運転中に汚染物質が付着しやすい第１の領域（領域Ｒａ１２）において、当初から汚染物質の含有量が多くなっているため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極１１４の性能がさらに低下すること（空気極１１４の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する発電単位１０２によれば、運転開始後における空気極１１４の被毒を原因とする性能低下を抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を抑制することができる。
【００５７】
Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における発電単位１０２ａを構成する空気極１１４の詳細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。
【００５８】
第２実施形態の発電単位１０２ａの構成は、空気極１１４における先行被毒部２０２の形状が、図８に示す第１実施形態の発電単位１０２の構成と異なっている。具体的には、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、空気極１１４における第１の外周辺Ｓ１の全体にわたって、第１の外周辺Ｓ１からＸ軸方向に幅Ｗ１１の領域が先行被毒部２０２（以下、「供給側先行被毒部２０３」という）となっている。さらに、第２実施形態では、空気極１１４における第３の外周辺Ｓ３および第４の外周辺Ｓ４の全体にわたって、各外周辺Ｓ３，Ｓ４からＹ軸方向に幅Ｗ２１の領域も先行被毒部２０２（以下、「側方先行被毒部２０４」という）となっている。なお、供給側先行被毒部２０３と側方先行被毒部２０４とは、一部が重複している。また、第２実施形態の先行被毒部２０２では、空気極１１４の外周付近に配置されたシール材１２５（図４および図５参照）に含まれる少なくとも１つの汚染物質の含有量が、基準部２０１と比べて有意に多くなっている。
【００５９】
Ｙ軸方向における側方先行被毒部２０４の幅（最大幅）Ｗ２１は、Ｙ軸方向における空気極１１４の全幅Ｗ２０の１／３以下である。Ｙ軸方向における側方先行被毒部２０４の幅（最大幅）Ｗ２１は、Ｙ軸方向における空気極１１４の全幅Ｗ２０の１／４以下であることがより好ましく、全幅Ｗ２０の１／５以下であることがさらに好ましい。また、側方先行被毒部２０４は、空気極１１４における第３の外周辺Ｓ３および／または第４の外周辺Ｓ４の全体にわたって設けられている必要はなく、第３の外周辺Ｓ３および／または第４の外周辺Ｓ４における一部分のみに沿って設けられているとしてもよい。また、側方先行被毒部２０４は、空気極１１４における第３の外周辺Ｓ３および第４の外周辺Ｓ４の両方に沿って設けられている必要はなく、第３の外周辺Ｓ３と第４の外周辺Ｓ４との一方のみに沿って設けられているとしてもよい。
【００６０】
第２実施形態の空気極１１４は、上述した構成の先行被毒部２０２を有するため、上記要件ＲＥ１に加えて、以下の要件ＲＥ２を満たしている。
・要件ＲＥ２：シール材１２５に含まれる少なくとも１つの汚染物質について、上記要件ＲＥ１に規定された空気極１１４における９個の領域Ｒａの内、中央に位置する第２の領域（本実施形態では領域Ｒａ２２）に対して上記第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に隣接する第３の領域（本実施形態では領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）における汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）と、第２の領域（領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ２（＝Ｃ３−Ｃ２）は、第３の領域（領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）における汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）の７５％以上である。
【００６１】
なお、上記第３の領域（本実施形態では領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）における汚染物質の含有量Ｃ３は、図９に示すように、該領域の内、空気極１１４の端部からＹ軸方向における空気極１１４の全幅Ｗ２０の１／１０以内の範囲Ａ２に位置する任意の点において特定するものとする。
【００６２】
上述した構成の先行被毒部２０２を有する空気極１１４は、例えば、空気極１１４を作製した後、空気極１１４における先行被毒部２０２とする領域に、汚染物質をスプレー等により塗布することにより作製することができる。なお、このような塗布処理を高温（例えば、６００℃〜８００℃）で行うと、汚染物質が空気極１１４に定着しやすく、その後に先行被毒部２０２から汚染物質が飛散することを抑制することができるため、好ましい。
【００６３】
あるいは、上述した構成の先行被毒部２０２を有する空気極１１４は、例えば、燃料電池スタック１００を作製した後、高温（例えば、６００℃〜８００℃）にて、または、発電を行いながら、酸化剤ガス導入マニホールド１６１および酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して汚染物質を含むガスを空気室１６６に供給することにより作製することができる。空気室１６６に供給されたガスに含まれる汚染物質が、空気極１１４の内、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口に近い領域に付着することにより、該領域が供給側先行被毒部２０３となる。また、空気極１１４の外周付近に配置されたシール材１２５が高温にさらされることにより、シール材１２５から汚染物質が蒸散し、蒸散した汚染物質が空気室１６６におけるガス流れに沿って移動しつつ空気極１１４の外周（第３の外周辺Ｓ３および第４の外周辺Ｓ４）付近の領域に付着することにより、該領域が側方先行被毒部２０４となる。
【００６４】
以上説明したように、第２実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２ａは、単セル１１０と、空気極側フレーム１３０と、空気極１１４の外周付近に配置され、汚染物質を含むシール材１２５とを備える。また、本実施形態の発電単位１０２ａにおける空気極１１４は、上述した要件ＲＥ１に加えて要件ＲＥ２を満たしている。すなわち、シール材１２５に含まれる少なくとも１つの汚染物質について、空気極１１４における９個の領域Ｒａの内、中央に位置する第２の領域（領域Ｒａ２２）に対して第２の方向（Ｙ軸方向）に隣接する第３の領域（領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）における汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）と、第２の領域（領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２（ｐｐｍ）との差分ΔＣ２（＝Ｃ３−Ｃ２）は、第３の領域（領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）における汚染物質の含有量Ｃ３（ｐｐｍ）の７５％以上である。
【００６５】
ここで、燃料電池スタック１００の運転中には、空気極１１４の外周付近に配置されたシール材１２５が高温に晒されるため、シール材１２５から汚染物質が蒸散し、該汚染物質が空気極１１４に付着して空気極１１４の被毒が起こり、燃料電池スタック１００の制御性が低下するおそれがある。なお、シール材１２５の表面上に汚染物質を吸着するための層（例えば、特開２０１５−１５３７０９号公報に記載された被覆吸着層）を設けることによりシール材１２５からの汚染物質の蒸散を抑制することは可能であるが、シール材１２５からの汚染物質の蒸散を完全に防止することは困難である。
【００６６】
第２実施形態の燃料電池スタック１００を構成する発電単位１０２ａでは、空気極１１４が上記要件ＲＥ２を満たしているため、空気極１１４の内、中央に位置する第２の領域（領域Ｒａ２２）に対して第２の方向（Ｙ軸方向）に隣接する第３の領域（領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）における汚染物質の含有量Ｃ３が、中央に位置する第２の領域（領域Ｒａ２２）における汚染物質の含有量Ｃ２より有意に多いこととなる。空気極１１４の内、第３の領域（領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）は、空気極１１４の外周側の領域であることからシール材１２５に近い領域であり、シール材１２５から蒸散した汚染物質が付着しやすい領域である。本実施形態の発電単位１０２ａでは、シール材１２５から蒸散した汚染物質が付着しやすい第３の領域（領域Ｒａ２１または領域Ｒａ２３）において、当初から汚染物質の含有量が多くなっているため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極１１４の性能がさらに低下すること（空気極１１４の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する発電単位１０２ａによれば、運転開始後において、酸化剤ガスＯＧに含まれる汚染物質およびシール材１２５から蒸散した汚染物質による空気極１１４の被毒を原因とする性能低下を効果的に抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を効果的に抑制することができる。
【００６７】
図１０は、第２実施形態の第１の変形例における発電単位１０２ｂを構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。図１０に示すように、第２実施形態の第１の変形例では、空気極１１４の先行被毒部２０２における側方先行被毒部２０４の形状が、図９に示す第２実施形態の構成と異なっている。具体的には、第２実施形態の第１の変形例では、Ｙ軸方向における側方先行被毒部２０４の幅Ｗ２１が、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口に近い位置ほど狭く、反対に、酸化剤ガス排出連通流路１３３の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第２の内面ＩＰ２）への開口に近い位置ほど広くなっている。
【００６８】
第２実施形態の第１の変形例における空気極１１４は、上述した構成の先行被毒部２０２を有するため、上記要件ＲＥ１およびＲＥ２に加えて、以下の要件ＲＥ３を満たしている。
・要件ＲＥ３：Ｚ軸方向視で、空気極１１４を、上記第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に並ぶ４つの行（Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４）に等分し、かつ、上記第３の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に並ぶ４つの列（Ｃｂ１，Ｃｂ２，Ｃｂ３，Ｃｂ４）に等分することにより、仮想的に１６個の領域Ｒｂ（Ｒｂ１１，Ｒｂ１２，Ｒｂ１３，Ｒｂ１４，Ｒｂ２１，Ｒｂ２２，Ｒｂ２３，Ｒｂ２４，Ｒｂ３１，Ｒｂ３２，Ｒｂ３３，Ｒｂ３４，Ｒｂ４１，Ｒｂ４２，Ｒｂ４３，Ｒｂ４４）に分割したとき、シール材１２５に含まれる少なくとも１つの汚染物質について、１６個の領域Ｒｂの内、第２の方向の一方側（本実施形態ではＹ軸正方向側またはＹ軸正負向側）から数えて１番目の行（Ｌｂ１またはＬｂ４）に属し、かつ、第３の方向の中点ＭＰ１に近い側（本実施形態ではＸ軸正方向側）から数えて３番目の列（Ｃｂ３）に属する第４の領域（本実施形態ではＲｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）と、１６個の領域Ｒｂの内、上記第２の方向の一方側から数えて１番目の行（Ｌｂ１またはＬｂ４）に属し、かつ、第３の方向の中点ＭＰ１に近い側から数えて２番目の列（Ｃｂ２）に属する第５の領域（本実施形態ではＲｂ２１またはＲｂ２４）における汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）との差分ΔＣ３（＝Ｃ４−Ｃ５）は、第４の領域（Ｒｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）の６５％以上である。
【００６９】
なお、上記第４の領域（本実施形態ではＲｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４は、図１１に示すように、該領域をＹ軸方向に１０等分する各仮想直線ＶＬ上の任意の点Ｐにおける汚染物質の含有量の平均値として特定するものとする。同様に、上記第５の領域（本実施形態ではＲｂ２１またはＲｂ２４）における汚染物質の含有量Ｃ５は、該領域をＹ軸方向に１０等分する各仮想直線ＶＬ上の任意の点Ｐにおける汚染物質の含有量の平均値として特定するものとする。
【００７０】
ここで、燃料電池スタック１００の運転中にシール材１２５から蒸散した汚染物質は、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れによって拡散するため、空気極１１４におけるシール材１２５近傍の領域（すなわち、外周付近の領域）の中でも、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れの下流側に近い領域に付着しやすく、該領域において空気極１１４の被毒が起こりやすい。
【００７１】
第２実施形態の第１の変形例における発電単位１０２ｂでは、空気極１１４が上記要件ＲＥ３を満たしているため、空気極１１４におけるシール材１２５近傍の領域の内、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れの下流側に位置する第４の領域（領域Ｒｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４が、該領域より上流側に位置する第５の領域（領域Ｒｂ２１またはＲｂ２４）における汚染物質の含有量Ｃ５より有意に多いこととなる。すなわち、第２実施形態の第１の変形例における発電単位１０２ｂでは、運転中にシール材１２５から蒸散した汚染物質が特に付着しやすい第４の領域（領域Ｒｂ３１またはＲｂ３４）において、当初から汚染物質の含有量が多くなっている。そのため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極１１４の性能がさらに低下すること（空気極１１４の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、第２実施形態の第１の変形例における燃料電池スタック１００を構成する発電単位１０２ｂによれば、運転開始後において、シール材１２５から蒸散した汚染物質による空気極１１４の被毒を原因とする性能低下をさらに効果的に抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下をさらに効果的に抑制することができる。
【００７２】
図１２は、第２実施形態の第２の変形例における発電単位１０２ｃを構成する空気極１１４の詳細構成を示す説明図である。図１２に示すように、第２実施形態の第２の変形例では、空気極１１４の先行被毒部２０２における側方先行被毒部２０４の形状が、図９に示す第２実施形態の構成と異なっている。具体的には、第２実施形態の第２の変形例では、Ｙ軸方向における側方先行被毒部２０４の幅Ｗ２１が、酸化剤ガス供給連通流路１３２の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第１の内面ＩＰ１）への開口に近い位置ほど広く、反対に、酸化剤ガス排出連通流路１３３の空気室１６６（ガス室用孔１３１の第２の内面ＩＰ２）への開口に近い位置ほど狭くなっている。
【００７３】
第２実施形態の第２の変形例における空気極１１４は、上述した構成の先行被毒部２０２を有するため、上記要件ＲＥ１およびＲＥ２に加えて、以下の要件ＲＥ４を満たしている。
・要件ＲＥ４：Ｚ軸方向視で、空気極１１４を、上記第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）に並ぶ４つの行（Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４）に等分し、かつ、上記第３の方向（本実施形態ではＸ軸方向）に並ぶ４つの列（Ｃｂ１，Ｃｂ２，Ｃｂ３，Ｃｂ４）に等分することにより、仮想的に１６個の領域Ｒｂに分割したとき、シール材１２５に含まれる少なくとも１つの汚染物質について、１６個の領域Ｒｂの内、第２の方向の一方側（本実施形態ではＹ軸正方向側またはＹ軸正負向側）から数えて１番目の行（Ｌｂ１またはＬｂ４）に属し、かつ、第３の方向の中点ＭＰ１に近い側（本実施形態ではＸ軸正方向側）から数えて２番目の列（Ｃｂ２）に属する第５の領域（本実施形態ではＲｂ２１またはＲｂ２４）における汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）と、１６個の領域Ｒｂの内、上記第２の方向の一方側から数えて１番目の行（Ｌｂ１またはＬｂ４）に属し、かつ、第３の方向の中点ＭＰ１に近い側から数えて３番目の列（Ｃｂ３）に属する第４の領域（本実施形態ではＲｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４（ｐｐｍ）との差分ΔＣ４（＝Ｃ５−Ｃ４）は、第５の領域（Ｒｂ２１またはＲｂ２４）における汚染物質の含有量Ｃ５（ｐｐｍ）の６５％以上である。
【００７４】
ここで、燃料電池スタック１００の運転中に、空気極１１４の内、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れの上流側に近い領域では、発電反応が集中しやすく、その結果、高温になりやすい。また、空気極１１４の被毒の原因となる汚染物質は、空気極１１４における高温の領域に定着しやすい。また、空気極１１４の被毒の原因となる汚染物質は、空気極１１４の表面に付着するだけでなく、三相界面付近で化学反応を起こして三相界面を減少させるが、このような化学反応は、空気極１１４における発電反応量が多い箇所で多く発生する。そのため、燃料電池スタック１００の運転中に、シール材１２５から蒸散した汚染物質は、空気極１１４におけるシール材１２５近傍の領域（すなわち、外周付近の領域）の中でも、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れの上流側に近い領域に付着しやすく、該領域において空気極１１４の被毒が起こりやすい。
【００７５】
第２実施形態の第２の変形例における発電単位１０２ｃでは、空気極１１４が上記要件ＲＥ４を満たしているため、空気極１１４におけるシール材１２５近傍の領域の内、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れの上流側に位置する第５の領域（Ｒｂ２１またはＲｂ２４）における汚染物質の含有量Ｃ５が、該領域より下流側に位置する第４の領域（領域Ｒｂ３１またはＲｂ３４）における汚染物質の含有量Ｃ４より有意に多いこととなる。すなわち、第２実施形態の第２の変形例における発電単位１０２ｃでは、運転中にシール材１２５から蒸散した汚染物質が特に付着しやすい第５の領域（領域Ｒｂ２１またはＲｂ２４）において、当初から汚染物質の含有量が多くなっている。そのため、運転中に該領域にさらに汚染物質が付着しても、そのことによって空気極１１４の性能がさらに低下すること（空気極１１４の抵抗がさらに増加すること）を抑制することができる。従って、第２実施形態の第２の変形例における燃料電池スタック１００を構成する発電単位１０２ｃによれば、運転開始後において、シール材１２５から蒸散した汚染物質による空気極１１４の被毒を原因とする性能低下をさらに効果的に抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下をさらに効果的に抑制することができる。
【００７６】
なお、空気極１１４におけるシール材１２５近傍の領域（すなわち、外周付近の領域）の内、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの流れの下流側に近い領域で空気極１１４の被毒が起こりやすいか、酸化剤ガスＯＧの流れの上流側に近い領域で空気極１１４の被毒が起こりやすいか（あるいは下流側でも上流側でも空気極１１４の被毒の起こりやすさは同程度か）は、燃料電池スタック１００の構成や運転条件（酸化剤ガスＯＧの流量および流速や運転温度等）に応じて決まる。そのため、燃料電池スタック１００の構成や運転条件等に応じて、図９に示された第２実施形態の構成と、図１０に示された第２実施形態の第１の変形例の構成と、図１２に示された第２実施形態の第２の変形例の構成とのいずれを採用するかを選択することが好ましい。
【００７７】
Ｃ．その他の変形例：
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。
【００７８】
上記実施形態における単セル１１０、発電単位１０２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、上記実施形態において、空気極１１４における基準部２０１と先行被毒部２０２との境界は、直線状である必要はなく、階段状や曲線状であってもよい。また、上記第１実施形態において、シール材１２５が設けられないとしてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、空気極側フレーム１３０に酸化剤ガス供給連通流路１３２が３つ形成されているが、空気極側フレーム１３０に形成される酸化剤ガス供給連通流路１３２の数は２つ以下でもよいし、４つ以上でもよい。
【００８０】
また、上記実施形態において説明した空気極１１４の構成（要件ＲＥ１〜ＲＥ４）は、燃料電池スタック１００に含まれるすべての単セル１１０（発電単位１０２）において採用されていてもよいし、燃料電池スタック１００に含まれる一部のみの単セル１１０（発電単位１０２）において採用されていてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０（発電単位１０２）の個数は、あくまで一例であり、単セル１１０（発電単位１０２）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。
【００８２】
また、上記実施形態では、発電単位１０２として、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略直交するクロスフロータイプのものが例示されているが、本発明は、他のタイプ（例えば、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略同一方向であるコフロータイプや、両流れ方向が互いに対向する方向であるカウンターフロータイプ）の発電単位にも同様に適用可能である。
【００８３】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００は、平板状の単セル１１０を備える発電単位１０２が複数並べて配置された構成であるが、本発明は、他の形状（例えば筒状）の単セルを備える発電単位や、そのようなセルまたは発電単位が複数並べて配置された燃料電池スタックにも同様に適用可能である。また、上記実施形態では、ガス供給部として、フレーム状の部材（空気極側フレーム１３０）が用いられているが、他の形状のガス供給部が用いられてもよい。
【００８４】
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セル単位や、複数の電解セル単位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、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セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の空気極１１４の構成（要件ＲＥ１〜ＲＥ４）を採用することにより、運転開始後において、汚染物質による空気極の被毒を原因とする性能低下を抑制することができ、そのような性能低下に伴う制御性の低下を抑制することができる。
【００８５】
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】
【００８６】
２２：ボルト  ２４：ナット  ２６：絶縁シート  ２７：ガス通路部材  ２８：本体部  ２９：分岐部  １００：燃料電池スタック  １０２：燃料電池発電単位  １０４：エンドプレート  １０６：エンドプレート  １０８：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：貫通孔  １２２：貫通孔周囲部  １２４：接合部  １２５：シール材  １３０：空気極側フレーム  １３１：ガス室用孔  １３２：酸化剤ガス供給連通流路  １３３：酸化剤ガス排出連通流路  １３４：空気極側集電体  １３５：集電体要素  １４０：燃料極側フレーム  １４１：ガス室用孔  １４２：燃料ガス供給連通流路  １４３：燃料ガス排出連通流路  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：基準部  ２０２：先行被毒部  ２０３：供給側先行被毒部  ２０４：側方先行被毒部
【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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