(57)【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、を含む単セルと、
前記単セルに対して前記第１の方向の側に配置された第１の導電部材と、
前記第１の導電部材の表面に接触する第１の接触部と、前記空気極と前記燃料極との一方である第１の電極に接触する第２の接触部と、前記第１の接触部と前記第２の接触部とをつなぐ連接部と、を備える第２の導電部材と、
前記第２の導電部材の前記第１の接触部と前記第２の接触部との間に配置されたスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第２の導電部材は、前記第２の接触部における前記連接部に接続する側とは反対側に接続されている第１の先端部を備え、
前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面を特定断面とし、前記特定断面における前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたときに、
前記特定断面において、少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部の少なくとも一部は、前記スペーサーに対して前記第２の方向の前記連接部の側とは反対側に位置し、かつ、前記スペーサーは、前記第１の先端部と、前記第２の接触部と、前記連接部と、前記第１の接触部と、によって覆われている、
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、
前記特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部は、前記第１の導電部材に接合されている、
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、
前記特定断面に垂直な方向を第３の方向としたときに、
前記特定断面に垂直な断面において、前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の接触部における前記第３の方向の端の少なくとも一方である特定一方の側に接続されている第２の先端部であって、少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第３の方向の前記特定一方の側に位置する第２の先端部を備える、
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、
前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記スペーサーに対して前記第３の方向の側において、前記第１の導電部材と接合されている、
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、
前記特定反応単位の前記スペーサーは、前記第１の方向視で前記第２の導電部材の外側まで突出する部分であって前記第２の方向視で前記第２の導電部材に重なる部分を有する、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項６】
請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部が前記前記第１の導電部材に接合されている位置が、前記第２の導電部材の前記第１の先端部における前記第２の方向の中心または前記中心よりも前記スペーサーから近い側である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項７】
請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部が前記前記第１の導電部材に接合されている位置が、前記第２の導電部材の前記第１の先端部における前記第２の方向の中心または前記中心よりも前記スペーサーから遠い側である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項８】
請求項１から請求項７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、
前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項９】
請求項１から請求項８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の先端部は前記スペーサーに接している、
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は、一般に、燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という。）が所定の方向（以下、「第１の方向」という。）に複数並べて配置された燃料電池スタックの形態で利用される。発電単位は、燃料電池単セル（以下、単に「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。
【０００３】
発電単位は、また、単セルに対して第１の方向の側に配置されたインターコネクタと、燃料極側集電体と、スペーサーとを備える。燃料極側集電体は、インターコネクタの表面に接触するインターコネクタ接触部と、燃料極に接触する電極接触部と、インターコネクタ接触部と電極接触部とをつなぐ連接部とを備え、燃料極とインターコネクタとを電気的に接続する。スペーサーは、燃料極側集電体のインターコネクタ接触部と電極接触部との間に配置される。燃料極側集電体のインターコネクタ接触部と電極接触部との間にスペーサーが配置されることにより、燃料極側集電体が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位の変形に追随し、燃料極側集電体を介した燃料極とインターコネクタとの電気的接続が良好に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１８５９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の燃料電池スタックでは、燃料電池スタックの各部（例えば、燃料極、インターコネクタ）の熱膨張差などの要因から、燃料極側集電体がスペーサーを挟み込む力が確保できなくなり、スペーサーの第１の方向に垂直な方向（より厳密には、スペーサーに対して燃料極側集電体の連接部の側とは反対側の方向）の位置ずれが生じることがある。従って、上述した従来の燃料電池スタックでは、スペーサーの第１の方向に垂直な方向の位置ずれが生じることにより燃料室内のガスの流れが悪化し、ひいては燃料電池スタックの発電性能が低下するおそれがある。
【０００６】
なお、このような課題は、インターコネクタの表面に接触するインターコネクタ接触部と、空気極に接触する電極接触部と、当該インターコネクタ接触部と当該電極接触部とをつなぐ連接部とを備える空気極側集電体を備え、空気極側集電体のインターコネクタ接触部と電極接触部との間にスペーサーが配置された燃料電池スタックにおいても、当該スペーサーの第１の方向に垂直な方向の位置ずれに起因して同様に発生する。また、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を複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、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び、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。
【０００７】
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】
【０００８】
本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（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、を含む単セルと、前記単セルに対して前記第１の方向の側に配置された第１の導電部材と、前記第１の導電部材の表面に接触する第１の接触部と、前記空気極と前記燃料極との一方である第１の電極に接触する第２の接触部と、前記第１の接触部と前記第２の接触部とをつなぐ連接部と、を備える第２の導電部材と、前記第２の導電部材の前記第１の接触部と前記第２の接触部との間に配置されたスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックにおいて、前記第２の導電部材は、前記第２の接触部における前記連接部に接続する側とは反対側に接続されている第１の先端部を備え、前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面を特定断面とし、前記特定断面における前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたときに、前記特定断面において、少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部の少なくとも一部は、前記スペーサーに対して前記第２の方向の前記連接部の側とは反対側に位置する。
【００１０】
ここで、上記電気化学反応セルスタックにおいて前記第２の導電部材が前記第１の先端部を備えない構成では、上記電気化学反応セルスタックの各部（例えば、前記第１の電極、前記第１の導電性部材）の熱膨張差などの要因から、前記第２の導電部材が前記スペーサーを挟み込む力が確保できなくなり、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれが生じることがある。従って、この構成では、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれが生じることによりガス室（前記第１の電極が面するガス室）内のガスの流れが悪化し、ひいては上記電気化学反応セルスタックの発電性能が低下するおそれがある。
【００１１】
これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、前記特定断面において、前記第２の導電部材の前記第１の先端部の全体は、前記スペーサーに対して前記第２の方向の連接部の側とは反対側に位置する。そのため、前記第２の導電部材の前記第１の先端部の存在により、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれが抑制される。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれによりガス室（前記第１の電極が面するガス室）内のガスの流れが悪化することに起因する上記電気化学反応セルスタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００１２】
（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部は、前記第１の導電部材に接合されてい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、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれをより効果的に抑制することができる。
【００１３】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定断面に垂直な方向を第３の方向としたときに、前記特定断面に垂直な断面において、前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の接触部における前記第３の方向の端の少なくとも一方である特定一方の側に接続されている第２の先端部であって、少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第３の方向の前記特定一方の側に位置する第２の先端部を備える構成としてもよい。
【００１４】
ここで、上記電気化学反応セルスタックにおいて前記第２の導電部材が前記第２の先端部を備えない構成では、上記電気化学反応セルスタックの各部（例えば、前記第１の電極、前記第１の導電性部材）の熱膨張差などの要因から、前記第２の導電部材が前記スペーサーを挟み込む力が確保できなくなり、前記スペーサーの前記第３の方向の位置ずれが生じることがある。従って、この構成では、では、前記スペーサーの前記第３の方向の位置ずれが生じることによりガス室（前記第１の電極が面するガス室）内のガスの流れが悪化し、ひいては上記電気化学反応セルスタックの発電性能が低下するおそれがある。
【００１５】
これに対し、本電気化学反応セルスタックは、上述の通り、前記特定断面に垂直な断面において、各前記電気化学反応単位の前記第２の導電部材は、前記電極接触部における前記第３の方向の端に接続されている第２の先端部であって、全体が前記スペーサーに対して前記第３の方向側に位置する第２の先端部を備える。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記スペーサーの前記第３の方向の位置ずれを抑制することができる。
【００１６】
（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記スペーサーに対して前記第３の方向の側において、前記第１の導電部材と接合されてい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、前記スペーサーの前記第３の方向の位置ずれを抑制することができる。
【００１７】
（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記スペーサーは、前記第１の方向視で前記第２の導電部材の外側まで突出する部分であって前記第２の方向視で前記第２の導電部材に重なる部分を有する構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックにおいても、前記スペーサーの前記第３の方向の位置ずれを抑制することができる。
【００１８】
（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部が前記前記第１の導電部材に接合されている位置が、前記第２の導電部材の前記第１の先端部における前記第２の方向の中心または前記中心よりも前記スペーサーから近い側である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックでは、前記電気化学反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部が前記第１の導電性部材に接合されている位置が前記スペーサーに比較的近い。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれをより効果的に抑制することができる。
【００１９】
（７）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記第２の導電部材の前記第１の先端部が前記前記第１の導電部材に接合されている位置が、前記第２の導電部材の前記第１の先端部における前記第２の方向の中心または前記中心よりも前記スペーサーから遠い側である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックでは、前記第２の導電部材の前記第１の先端部の内、前記第１の先端部が前記第１の導電性部材に接合されている位置よりも前記スペーサーから近い側の部分は、前記第１の導電性部材に接合されていないので、前記第１の電極と前記第１の導電性部材との間が広がったときにある程度は自由に伸びることが可能である。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、前記第２の導電部材の前記第１の先端部の内、前記第１の導電性部材に接合されていない当該部分が比較的長いので、前記第１の電極と前記第１の導電性部材との間が広がったときに前記第１の電極と前記第２の導電部材の前記電極接触部との接触面積が小さくなることをより効果的に抑制することができ、ひいては上記電気化学反応セルスタックの発電性能の低下をより効果的に抑制することができる。
【００２０】
（８）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成されている構成としてもよい。
【００２１】
上記電気化学反応セルスタックの各部（例えば、前記第１の電極、前記第１の導電性部材）の熱膨張差等により前記第１の電極と前記第１の導電性部材との間が広がると、前記第１の電極と前記第２の導電部材の前記電極接触部とが引き剥がされることがある。この結果、前記第１の電極と、前記第２の導電部材の前記電極接触部との接触面積が小さくなり、これにより上記電気化学反応セルスタックの発電性能が低下することがある。
【００２２】
これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、前記第２の導電部材は、前記第２の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成されている。そのため、前記第２の導電部材の前記電極接触部の内、前記連接部の側の部分とインターコネクタ接触部１４６の内、前記連接部の側の部分はいずれも前記第１の電極に接触していないので、前記第１の電極と前記第１の導電性部材との間が広がったときにある程度は自由に伸びることが可能である。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記第１の電極と前記第１の導電性部材との間が広がることにより前記第１の電極と前記第２の導電部材の前記電極接触部との接触面積が小さくなることを抑制することができ、ひいては上記電気化学反応セルスタックの発電性能の低下を抑制することができる。
【００２３】
（９）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の先端部は前記スペーサーに接してい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、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれをより効果的に抑制することができる。
【００２４】
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を備える電気化学反応システム（燃料電池システムまたは電解セルシステム）、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】
【００２５】
【図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５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５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】単セル１１０の一部分（図４のＸ１部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。
【図９】単セル１１０の一部分（図５のＸ２部）のＹＺ断面構成を拡大して示す説明図である。
【図１０】変形例におけるスペーサー１４９の突出部１４９Ａを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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」といい、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。図４以降についても同様である。なお、上下方向（Ｚ軸方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。燃料電池スタックは、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。
【００２７】
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。
【００２８】
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軸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」という。
【００２９】
各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、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。
【００３０】
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軸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が挿入された連通孔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供給マニホールド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が挿入された連通孔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。
【００３１】
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軸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が挿入された連通孔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供給マニホールド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が挿入された連通孔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。
【００３２】
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、酸化剤ガス供給マニホールド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、酸化剤ガス供給マニホールド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、燃料ガス供給マニホールド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、燃料ガス供給マニホールド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。
【００３３】
（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。
【００３４】
（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および図５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および図５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。
【００３５】
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、スペーサー１４９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。
【００３６】
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）。
【００３７】
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。すなわち、空気極１１４および燃料極１１６は、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向している。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。
【００３８】
電解質層１１２は、上下方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な（気孔率が低い）層である。ここでいう上下方向視は、「上下方向に平行な方向から見たとき」を意味する（以下における「上下方向視」も同様）。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。空気極１１４は、上下方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）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、上下方向視で電解質層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（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。燃料極１１６の厚さは、例えば２００μｍ〜１０００μｍである。燃料極１１６における燃料極側集電体１４４の付近の部分の平均気孔率は、例えば２５〜６０ｖｏｌ％であり、当該部分の平均気孔径は、例えば０．５μｍ〜４μｍである。このような構成である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。
【００３９】
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ろう材（例えばＡｇろう）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（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。
【００４０】
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、酸化剤ガス供給マニホールド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。
【００４１】
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、燃料ガス供給マニホールド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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、電極接触部１４５のＸ軸正方向側とインターコネクタ接触部１４６のＸ軸正方向側とをつなぐ連接部１４７と、第１の先端部１４８と、第２の先端部１４８Ａ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。電極接触部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いる。インターコネクタ接触部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。すなわち、インターコネクタ接触部１４６は、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、単セル１１０に対して下方（上下方向の一方）の側に配置されているインターコネクタ１５０の表面に接触している。本実施形態では、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、下側のインターコネクタ１５０は、特許請求の範囲における第１の導電部材に相当する。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接触部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。第１の先端部１４８は、図４に示すように、電極接触部１４５における連接部１４７に接続する側とは反対側（Ｘ軸負方向側）に接続されている。図５に示すように、第２の先端部１４８Ａは、電極接触部１４５におけるＹ軸方向の一方（Ｙ軸負方向）の端と他方（Ｙ軸正方向）の端とのそれぞれに接続されている。第１の先端部１４８，第２の先端部１４８Ａの詳細構成については後述する。なお、燃料極側集電体１４４は、特許請求の範囲における第２の導電部材に相当する。インターコネクタ接触部１４６は、特許請求の範囲における第１の接触部に相当する。電極接触部１４５は、特許請求の範囲における第２の接触部に相当する。本実施形態では、Ｙ軸方向は、特許請求の範囲における第３の方向に相当する。
【００４４】
本実施形態では、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る金属箔（例えば、厚さが１０〜８００μｍ）により形成されている。図７における部分拡大図に示すように、燃料極側集電体１４４は、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。
【００４５】
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、本実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５と連接部１４７と第１の先端部１４８と第２の先端部１４８Ａとは一体の部材により構成されている。
【００４６】
電極接触部１４５とインターコネクタ接触部１４６との間には、例えばマイカ等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。なお、スペーサー１４９の板厚は、例えば０．５〜３ｍｍである。
【００４７】
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、酸化剤ガス供給マニホールド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供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド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、図５および図７に示すように、燃料ガス供給マニホールド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供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド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。
【００４９】
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。
【００５０】
Ａ−３．燃料極側集電体１４４の詳細構成：
Ａ−３−１．燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の詳細構成：
図８は、単セル１１０の一部分（図４のＸ１部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。本実施形態では、図８に示されたＸＺ断面において、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８は、電極接触部１４５における連接部１４７に接続する側とは反対側（Ｘ軸負方向側）から下方に延びる第１の上下延伸部２００と、第１の上下延伸部２００の下端からＸ軸負方向に延びるＸ延伸部２０１とを備えている。
【００５１】
本実施形態では、図８に示されたＸＺ断面において、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の全体は、スペーサー１４９に対してＸ軸方向の連接部１４７の側とは反対側に位置している。また、本実施形態では、同断面（図８に示されたＸＺ断面）において当該第１の先端部１４８の第１の上下延伸部２００は、スペーサー１４９に接している。従って、本実施形態では、同断面（図８に示されたＸＺ断面）において、各発電単位１０２のスペーサー１４９は、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、インターコネクタ接触部１４６とによって覆われている。なお、図８に示されたＸＺ断面は、特許請求の範囲における特定断面に相当する。本実施形態では、Ｘ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向に相当する。
【００５２】
本実施形態では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、図８に示すように、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成されている。
【００５３】
図７および図８に示すように、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８は、インターコネクタ１５０にスポット溶接により接合されている。より詳細には、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の下面は、インターコネクタ１５０にスポット溶接により接合されている。そのため、図８に示すように、当該燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の下面には、当該下面とインターコネクタ１５０とを接合する溶接痕１５１が形成されている。本実施形態では、当該溶接痕１５１の中心の位置は、当該第１の先端部１４８におけるＸ軸方向の中心ＣＬ１よりもスペーサー１４９から近い側である。言い換えると、当該第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置（溶接痕１５１の中心の位置）は、第１の先端部１４８におけるＸ軸方向の中心ＣＬ１よりもスペーサー１４９から近い側である。
【００５４】
Ａ−３−２．燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａの詳細構成：
図９は、単セル１１０の一部分（図５のＸ２部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。本実施形態では、図９に示されたＹＺ断面において、各発電単位１０２における、電極接触部１４５のＹ軸正方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａは、電極接触部１４５のＹ軸正方向の端から下方に延びる第２の上下延伸部２０３と、第２の上下延伸部２０３の下端からＹ軸正方向に延びるＹ延伸部２０４とを備えている。本実施形態では、当該第２の上下延伸部２０３および当該Ｙ延伸部２０４は、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に位置している。言い換えると、当該第２の先端部１４８Ａの全体は、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に位置している。なお、本実施形態では、Ｙ軸正方向は、特許請求の範囲における特定一方に相当し、Ｙ軸負方向は、特許請求の範囲における特定一方に相当する。
【００５５】
本実施形態では、同断面（図９に示されたＹＺ断面）において、各発電単位１０２における電極接触部１４５のＹ軸正方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａは、インターコネクタ１５０と接合されている。より詳細には、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８ＡのＹ延伸部２０４は、インターコネクタ１５０と接合されている。そのため、図９に示すように、当該第２の先端部１４８ＡのＹ延伸部２０４の下面には、当該下面とインターコネクタ１５０とを接合する溶接痕１５１が形成されている。なお、図７では、図の理解を容易にするために、便宜上、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａがインターコネクタ１５０に接合される前の状態が示されている。
【００５６】
本実施形態では、同断面（図９に示されたＹＺ断面）において、各発電単位１０２における、電極接触部１４５のＹ軸正方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８ＡのＹ延伸部２０４の下面に形成された溶接痕１５１の中心の位置は、当該第２の先端部１４８ＡにおけるＹ軸方向の中心ＣＬ２よりもスペーサー１４９から近い側である。言い換えると、電極接触部１４５のＹ軸正方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａがインターコネクタ１５０に接合されている位置（溶接痕１５１の中心の位置）は、当該第２の先端部１４８ＡにおけるＹ軸方向の中心ＣＬ２よりもスペーサー１４９から近い側である。
【００５７】
本実施形態では、同断面（図９に示されたＹＺ断面）において、各発電単位１０２における、電極接触部１４５のＹ軸負方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａは、電極接触部１４５のＹ軸負方向の端から下方に延びる第２の上下延伸部２０３と、第２の上下延伸部２０３の下端からＹ軸負方向に延びるＹ延伸部２０４とを備えている。本実施形態では、当該第２の上下延伸部２０３および当該Ｙ延伸部２０４は、スペーサー１４９に対してＹ軸負方向側に位置している。言い換えると、当該第２の先端部１４８Ａの全体は、スペーサー１４９に対してＹ軸負方向側に位置している。
【００５８】
本実施形態では、同断面（図９に示されたＹＺ断面）において、各発電単位１０２における電極接触部１４５のＹ軸負方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａは、インターコネクタ１５０と接合されている。より詳細には、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８ＡのＹ延伸部２０４は、インターコネクタ１５０と接合されている。そのため、図９に示すように、当該第２の先端部１４８ＡのＹ延伸部２０４の下面には、当該下面とインターコネクタ１５０とを接合する溶接痕１５１が形成されている。
【００５９】
本実施形態では、同断面（図９に示されたＹＺ断面）において、各発電単位１０２における、電極接触部１４５のＹ軸負方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８ＡのＹ延伸部２０４の下面に形成された溶接痕１５１の中心の位置は、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８ＡにおけるＹ軸方向の中心ＣＬ３よりもスペーサー１４９から近い側である。言い換えると、電極接触部１４５のＹ軸負方向の端に接続されている燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａがインターコネクタ１５０に接合されている位置（溶接痕１５１の中心の位置）は、当該第２の先端部１４８ＡにおけるＹ軸方向の中心ＣＬ３よりもスペーサー１４９から近い側である。
【００６０】
Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態における燃料電池スタック１００は、上下方向（Ｚ軸方向）に並べて配置された複数の発電単位１０２を備える。各発電単位１０２は、単セル１１０と、インターコネクタ１５０と、燃料極側集電体１４４と、スペーサー１４９とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下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。インターコネクタ１５０は、単セル１１０に対して下方（上下方向の一方）の側に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ１５０の表面に接触するインターコネクタ接触部１４６と、燃料極１１６に接触する電極接触部１４５と、インターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５とをつなぐ連接部１４７とを備える。燃料極側集電体１４４は、電極接触部１４５における連接部１４７に接続する側とは反対側に接続されている第１の先端部１４８を備える。スペーサー１４９は、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５との間に配置されている。図８に示されたＸＺ断面（上下方向（Ｚ軸方向）に平行な断面）において、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の全体は、スペーサー１４９に対してＸ軸方向（上下方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向）の連接部１４７の側とは反対側に位置する。
【００６１】
ここで、燃料電池スタック１００において燃料極側集電体１４４が第１の先端部１４８を備えない構成では、燃料電池スタック１００の各部（例えば、燃料極１１６、インターコネクタ１５０）の熱膨張差などの要因から、燃料極側集電体１４４がスペーサー１４９を挟み込む力が確保できなくなり、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが生じることがある。従って、この構成では、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが生じることにより燃料室１７６内のガスの流れが悪化し、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能が低下するおそれがある。
【００６２】
これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、図８に示されたＸＺ断面において、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の全体は、スペーサー１４９に対してＸ軸方向の連接部１４７の側とは反対側に位置する。そのため、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが抑制される。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれにより燃料室１７６内のガスの流れが悪化することに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８は、インターコネクタ１５０に接合されている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれをより効果的に抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、図９に示されたＹＺ断面（図８に示されたＸＺ断面に垂直な断面）において、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、電極接触部１４５におけるＹ軸方向（図９に示されたＹＺ断面における上下方向に垂直な方向）の端に接続されている第２の先端部１４８Ａであって、少なくとも一部がスペーサー１４９に対してＹ軸方向（図９に示されたＹＺ断面における上下方向に垂直な方向）の側に位置する第２の先端部１４８Ａを備える。
【００６５】
ここで、燃料電池スタック１００において燃料極側集電体１４４が第２の先端部１４８Ａを備えない構成では、燃料電池スタック１００の各部（例えば、燃料極１１６、インターコネクタ１５０）の熱膨張差などの要因から、燃料極側集電体１４４がスペーサー１４９を挟み込む力が確保できなくなり、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれが生じることがある。従って、この構成では、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれが生じることにより燃料室１７６内のガスの流れが悪化し、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能が低下するおそれがある。
【００６６】
これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００は、上述の通り、図９に示されたＹＺ断面において、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、電極接触部１４５におけるＹ軸正方向の端に接続されている第２の先端部１４８Ａであって、全体がスペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に位置する第２の先端部１４８Ａを備える。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＹ軸正方向の位置ずれを抑制することができる。また、本実施形態の燃料電池スタック１００は、上述の通り、同断面（図９に示されたＹＺ断面）において、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、電極接触部１４５におけるＹ軸負方向の端に接続されている第２の先端部１４８Ａであって、全体がスペーサー１４９に対してＹ軸負方向側に位置する第２の先端部１４８Ａを備える。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＹ軸負方向の位置ずれを抑制することができる。
【００６７】
また、図９に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４（燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａ）は、スペーサー１４９に対してＹ軸方向（図８に示されたＸＺ断面に垂直な方向）の側において、インターコネクタ１５０と接合されている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。
【００６８】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置が、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８におけるＸ軸方向（図８に示されたＸＺ断面における上下方向に垂直な方向。上下方向とＹ軸方向とに垂直な方向）の中心ＣＬ１よりもスペーサー１４９から近い側である。そのため、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置がスペーサー１４９に比較的近い。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれをより効果的に抑制することができる。
【００６９】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成されている。
【００７０】
燃料電池スタック１００の各部（例えば、燃料極１１６、インターコネクタ１５０）の熱膨張差等により燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がると、燃料極１１６と燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５とが引き剥がされることがある。この結果、燃料極１１６と、燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５との接触面積が小さくなり、これにより燃料電池スタック１００の発電性能が低下することがある。
【００７１】
これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成されている。そのため、燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５の内、連接部１４７の側の部分とインターコネクタ接触部１４６の内、連接部１４７の側の部分はいずれも燃料極１１６に接触していないので、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がったときにある程度は自由に伸びることが可能である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がることにより燃料極１１６と燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５との接触面積が小さくなることを抑制することができ、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。
【００７２】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８はスペーサー１４９に接している。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれをより効果的に抑制することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
上記実施形態（または変形例、以下同様）において、電極接触部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合材を介して接触している構成であってもよい。また、上記実施形態において、インターコネクタ接触部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合材を介して接触している構成であってもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５と連接部１４７と第１の先端部１４８とは一体の部材により構成されているが、インターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５と連接部１４７との何れかまたはすべてが別体の部材により構成されていてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての燃料極側集電体１４４について、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１の先端部１４８と、第２の先端部１４８Ａとを備える構成であるが、燃料電池スタック１００に含まれる少なくとも１つの燃料極側集電体１４４が、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１の先端部１４８および／または第２の先端部１４８Ａとを備える構成であれば、当該燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５とインターコネクタ接触部１４６との間に配置されたスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができる。
【００７７】
例えば、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる少なくとも１つの発電単位１０２について、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１の先端部１４８および／または第２の先端部１４８Ａとを備える燃料極側集電体１４４を備える構成となっていれば、当該燃料極側集電体１４４を備える発電単位１０２のスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができる。なお、発電単位１０２に含まれる燃料極側集電体１４４の個数の５０％以上（より好ましくは８０％以上）の個数の燃料極側集電体１４４がそのような構成（インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１の先端部１４８および／または第２の先端部１４８Ａとを備える構成）となっていることが特に好ましい。また、発電単位１０２に含まれる燃料極側集電体１４４の個数の５０％以上（より好ましくは８０％以上）の個数の燃料極側集電体１４４がそのような構成となっている発電単位１０２の個数が、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数の２０％以上（より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは８０％）となっていることが特に好ましい。
【００７８】
また、上記実施形態において、図８に示されたＸＺ断面において、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の一部のみが、スペーサー１４９に対してＸ軸方向の連接部１４７の側とは反対側に位置する構成であってもよい。この構成においても、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれを抑制することができる。
【００７９】
また、上記実施形態において、図９に示されたＹＺ断面において、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａの一部のみが、スペーサー１４９に対してＹ軸方向の側に位置する構成であってもよい。この構成においても、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａの存在により、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成であるが、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されないように燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９とが接触する構成であってもよい。
【００８１】
上記実施形態において、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置が、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８におけるＸ軸方向の中心ＣＬ１であってもよい。この構成においても、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれを効果的に抑制することができる。また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置が、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８におけるＸ軸方向の中心ＣＬ１であってもよい。この構成においても、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれを効果的に抑制することができる。
【００８２】
また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置が、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８におけるＸ軸方向（図８に示されたＸＺ断面における上下方向に垂直な方向。上下方向とＹ軸方向とに垂直な方向）の中心ＣＬ１よりもスペーサー１４９から遠い側である構成が採用されてもよい。この構成では、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の内、当該第１の先端部１４８がインターコネクタ１５０に接合されている位置よりもスペーサー１４９から近い側の部分は、インターコネクタ１５０に接合されていないので、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がったときにある程度は自由に伸びることが可能である。従って、この構成によれば、燃料極側集電体１４４の第１の先端部１４８の内、インターコネクタ１５０に接合されていない当該部分が比較的長いので、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がったときに燃料極１１６と燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５との接触面積が小さくなることをより効果的に抑制することができ、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能の低下をより効果的に抑制することができる。
【００８３】
上記実施形態において、燃料極側集電体１４４が、電極接触部１４５のＹ軸正方向の端に接続されている第２の先端部１４８Ａと、電極接触部１４５のＹ軸負方向の端に接続されている第２の先端部１４８Ａとのいずれかのみを備える構成であってもよい。この構成においても、燃料極側集電体１４４の第２の先端部１４８Ａの存在により、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。
【００８４】
また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、燃料極側集電体１４４は第２の先端部１４８Ａに備え、これによりスペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制する構成であるが、上記実施形態の燃料電池スタック１００において、図１０に示すように、燃料極側集電体１４４は第２の先端部１４８Ａを備えず、スペーサー１４９は上下方向視で燃料極側集電体１４４の外側まで突出する部分であってＸ軸方向視（上下方向に垂直な方向視）で燃料極側集電体１４４に重なる部分である突出部１４９Ａを有する構成が採用されてもよい。なお、ここでいうＸ軸方向視は、「Ｘ軸方向に平行な方向から見たとき」を意味する（以下における「Ｘ軸方向視」も同様）。この構成では、スペーサー１４９の突出部１４９Ａの存在により、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれが抑制される。従って、この構成においても、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。
【００８５】
また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４は、上下方向に平行な断面であって、図８に示されたＸＺ断面とは異なる他の断面（以下、単に「他の断面」という。）においても、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１の先端部１４８および／または第２の先端部１４８Ａとを備える構成が採用されてもよい。この構成においては、他の断面の第１の先端部１４８の存在により、他の断面における上下方向に垂直な方向におけるスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができ、他の断面の第２の先端部１４８Ａの存在により他の断面に垂直な方向におけるスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができる。
【００８６】
上記実施形態の燃料電池スタック１００において、空気極側集電体１３４が、単セル１１０に対して上方（上下方向の一方）の側に配置されたインターコネクタ１５０（以下、当該インターコネクタ１５０を特に指すときには「上側のインターコネクタ１５０」という。）の表面に接触するインターコネクタ接触部と、空気極１１４に接触する電極接触部と、当該インターコネクタ接触部と当該電極接触部とをつなぐ連接部と、当該電極接触部における当該連接部に接続する側とは反対側に接続されている第１の先端部（以下、「空気極側の第１の先端部」という。）を備え、当該インターコネクタ接触部と当該電極接触部との間にスペーサー（スペーサー１４９と同様の材料および形状である部材。以下、「空気極側スペーサー」という。）が配置されている構成が採用されてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気極側スペーサーのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれが問題となるが、空気極側の第１の先端部の存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれを抑制することができる。また、このような構成に換えて、または加えて、上記実施形態の燃料電池スタック１００において、空気極側集電体１３４が、電極接触部１４５におけるＹ軸方向の端に接続されている第２の先端部であって、少なくとも一部が空気極側スペーサーに対してＹ軸方向の側に位置する第２の先端部（以下、「空気極側の第２の先端部」という。）を備える構成が採用されてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気極側の第２の先端部の存在により、空気極側スペーサーのＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。
【００８７】
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の電解セル（ＳＯＥＣ）の最小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ればよい。
【符号の説明】
【００８８】
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：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  １２４：接合部  １３０：空気極側フレーム  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  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：電極接触部  １４６：インターコネクタ接触部  １４７：連接部  １４８：第１の先端部  １４８Ａ：第２の先端部  １４９：スペーサー  １４９Ａ：突出部  １５０：インターコネクタ  １５１：溶接痕  １６１：酸化剤ガス供給マニホールド  １６２：酸化剤ガス排出マニホールド  １６６：空気室  １７１：燃料ガス供給マニホールド  １７２：燃料ガス排出マニホールド  １７６：燃料室  ２００：第１の上下延伸部  ２０１：Ｘ延伸部  ２０３：第２の上下延伸部  ２０４：Ｙ延伸部  ＦＧ：燃料ガス  ＦＯＧ：燃料オフガス  ＯＧ：酸化剤ガス  ＯＯＧ：酸化剤オフガス
【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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