JP7186199B2 - Electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Description

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。 The technology disclosed by this specification relates to an electrochemical reaction cell stack.

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。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") having an electrolyte layer containing a solid oxide is known as one type of fuel cell that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. It is A fuel cell single cell (hereinafter simply referred to as a "single cell"), which is a structural unit of an SOFC, consists of an electrolyte layer and an air stream facing each other in a predetermined direction (hereinafter referred to as a "first direction") across the electrolyte layer. Including poles and anodes.

ＳＯＦＣは、一般に、電気化学反応単位が、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を備える燃料電池スタックの形態で利用される。電気化学反応単位は、例えば、単セルと、フレーム部材と、セパレータと、を備える。フレーム部材は、空気極に面する空気室または燃料極に面する燃料室を構成する貫通孔が形成されている。セパレータは、貫通孔が形成され、該貫通孔を取り囲む貫通孔周囲部が単セルに接合されると共に周縁部がフレーム部材に接合され、空気室と燃料室とを区画する。燃料電池スタックは、さらに、電気化学反応ブロックにおける第１の方向の両側にそれぞれ位置し、第１の方向視で少なくとも一部がフレーム部材に重なるように配置された一対のエンド部材を備える（例えば、特許文献１参照）。 SOFCs are generally utilized in the form of a fuel cell stack comprising an electrochemical reaction block in which a plurality of electrochemical reaction units are arranged side by side in a first direction. An electrochemical reaction unit includes, for example, a single cell, a frame member, and a separator. The frame member has a through hole forming an air chamber facing the air electrode or a fuel chamber facing the fuel electrode. The separator has a through-hole formed therein, and the through-hole peripheral portion surrounding the through-hole is joined to the unit cell, and the peripheral edge portion is joined to the frame member to separate the air chamber and the fuel chamber. The fuel cell stack further includes a pair of end members located on both sides of the electrochemical reaction block in the first direction and arranged so that at least a portion thereof overlaps the frame member when viewed in the first direction (for example, , see Patent Document 1).

特開２０１７－１０７０９号公報JP 2017-10709 A

ところで、上述した燃料電池スタックにおいて、一対のエンド部材の少なくとも一方には空間が形成された形態が考えられる。このエンド部材に形成された空間は、少なくとも電気化学反応ブロック側に開口しており、かつ、第１の方向視で該空間の輪郭線が単セルを内包する。このようにエンド部材に空間が形成された電気化学反応セルスタックでは、例えばエンド部材に空間が形成されておらず、該エンド部材の電気化学反応ブロック側の表面全体が平坦である構成に比べて、電気化学反応ブロックにおけるフレーム部材と単セルとで一対のエンド部材から受ける荷重が互いに異なることに起因して、フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が生じやすい。そして、例えば熱サイクルやヒートショック等によってフレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差がさらに大きくなる。フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が生じると、例えばセパレータを介して単セルを第１の方向に引っ張る力が生じることによって単セルにクラック（割れ）が生じたり、フレーム部材によるシール性が低下したりするなど、電気化学反応セルスタックの性能が低下する、という課題がある。 By the way, in the fuel cell stack described above, it is conceivable that a space is formed in at least one of the pair of end members. The space formed in this end member is open at least to the electrochemical reaction block side, and the outline of the space includes the single cell when viewed from the first direction. In an electrochemical reaction cell stack in which a space is formed in the end member, for example, compared to a configuration in which no space is formed in the end member and the entire surface of the end member on the electrochemical reaction block side is flat. A difference in displacement in the first direction tends to occur between the frame member and the single cell in the electrochemical reaction block due to the fact that the load received from the pair of end members differs between the frame member and the single cell. Then, the displacement difference in the first direction between the frame member and the single cell is further increased due to, for example, a thermal cycle, heat shock, or the like. When a difference in displacement in the first direction occurs between the frame member and the single cell, for example, a force is generated that pulls the single cell in the first direction through the separator, thereby causing cracks in the single cell or causing the frame member to crack. There is a problem that the performance of the electrochemical reaction cell stack deteriorates, such as deterioration of sealing performance due to

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、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。 In addition, such a problem is an electrolytic cell having a plurality of electrolytic single cells, which is a constituent unit of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as "SOEC") that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. This is a common issue for stacks as well. In this specification, the fuel cell single cell and the electrolysis single cell are collectively referred to as an electrochemical reaction single cell, and the fuel cell stack and the electrolysis cell stack are collectively referred to as an electrochemical reaction cell stack. Moreover, such a problem is not limited to SOFCs and SOECs, but is common to other types of electrochemical reaction cell stacks.

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。 This specification discloses a technology capable of solving the above-described problems.

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。 The technology disclosed in this specification can be implemented, for example, in the following forms.

（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、前記空気極に面する空気室を構成する空気極側フレーム貫通孔が形成された空気極側フレーム部材と、を備える電気化学反応単位が、前記第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おける前記第１の方向の両側にそれぞれ位置し、前記第１の方向視で少なくとも一部が前記空気極側フレーム部材に重なるように配置された一対のエンド部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記一対のエンド部材の少なくとも一方には、少なくとも前記電気化学反応ブロック側に開口する空間であって、前記第１の方向視で輪郭線が前記単セルを内包する空間が形成されており、さらに、前記単セルに直接または間接的に接合されているセル側接合部と、前記空気極側フレーム部材に接合されている空気極側フレーム側接合部とを備え、かつ、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向の相対位置が変位するように変形する可撓性を有する第１の可撓性部材を備える。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification includes a single cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween; an electrochemical reaction block in which a plurality of electrochemical reaction units are arranged side by side in the first direction; a pair of end members respectively positioned on both sides of the electrochemical reaction block in the first direction and arranged so that at least a portion thereof overlaps the air electrode side frame member when viewed in the first direction. In the chemical reaction cell stack, at least one of the pair of end members has a space opening at least to the electrochemical reaction block side, the space whose outline includes the single cell when viewed in the first direction. and further comprising a cell-side joint directly or indirectly joined to the single cell, and an air-electrode-side frame-side joint joined to the air-electrode-side frame member, and A first flexible member having flexibility to deform such that the relative positions of the cell-side joint portion and the air electrode-side frame-side joint portion in the first direction are displaced is provided.

本電気化学反応セルスタックでは、一対のエンド部材の少なくとも一方には空間が形成されている。この空間は、少なくとも電気化学反応ブロック側に開口しており、かつ、複数の電気化学反応単位の並ぶ方向である第１の方向視で輪郭線が単セルを内包する。このようにエンド部材に空間が形成された電気化学反応セルスタックでは、例えばエンド部材に空間が形成されておらず、該エンド部材の電気化学反応ブロック側の表面全体が平坦である構成に比べて、電気化学反応ブロックにおける空気極側フレーム部材と単セルとでは、一対のエンド部材から受ける荷重が互いに異なることに起因して、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が生じやすい。そして、例えば熱サイクルやヒートショック等によって空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差がさらに大きくなる。空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が生じると、例えば単セルと空気極側フレーム部材とに接合される第１の可撓性部材を介して電気化学反応ブロックが第１の方向に引っ張られることによって電気化学反応ブロック（単セル等）にクラック（割れ）が生じたり、空気極側フレーム部材によるシール性が低下したりするなど、電気化学反応セルスタックの性能が低下するおそれがある。これに対して、本電気化学反応セルスタックによれば、第１の可撓性部材は、第１の可撓性部材におけるセル側接合部と空気極側フレーム側接合部との第１の方向の相対位置が変位するように変形する可撓性を有するため、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が大きくなると、第１の可撓性部材が変形し、その結果、上記変位差によって単セルや空気極側フレーム部材に発生する応力が緩和されるため、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 In this electrochemical reaction cell stack, a space is formed in at least one of the pair of end members. This space is open at least on the side of the electrochemical reaction block, and the outline includes the single cell when viewed in the first direction, which is the direction in which the plurality of electrochemical reaction units are arranged. In an electrochemical reaction cell stack in which a space is formed in the end member, for example, compared to a configuration in which no space is formed in the end member and the entire surface of the end member on the electrochemical reaction block side is flat. , the displacement difference in the first direction between the cathode-side frame member and the unit cell in the electrochemical reaction block is caused by the fact that the loads received from the pair of end members are different from each other. is likely to occur. Then, the difference in displacement in the first direction between the air electrode side frame member and the single cell is further increased due to, for example, a thermal cycle, heat shock, or the like. When a difference in displacement in the first direction occurs between the air electrode-side frame member and the unit cell, the electrochemical reaction block is moved, for example, through the first flexible member joined to the unit cell and the air electrode-side frame member. The performance of the electrochemical reaction cell stack deteriorates, such as cracks occurring in the electrochemical reaction block (single cell, etc.) due to being pulled in the first direction, and the sealing performance of the air electrode side frame member deteriorating. may decrease. On the other hand, according to the present electrochemical reaction cell stack, the first flexible member is arranged in the first direction between the cell-side joint portion and the cathode-side frame-side joint portion of the first flexible member. Therefore, when the difference in displacement in the first direction between the air electrode-side frame member and the single cell increases, the first flexible member deforms, and the As a result, the stress generated in the single cell and the air electrode side frame member due to the displacement difference is alleviated, so that the electrochemical reaction cell stack is reduced due to the displacement difference in the first direction between the air electrode side frame member and the single cell. A decrease in performance can be suppressed.

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の可撓性部材は、前記セル側接合部を含む内側部と、前記内側部より外周側に位置する外側部と、前記内側部と前記外側部とを連結し、かつ、前記内側部と前記外側部との両方に対して、前記第１の方向の一方側に突出している連結部と、を備える構成としてもよい。 (2) In the above electrochemical reaction cell stack, the first flexible member includes an inner portion including the cell-side joint portion, an outer portion located outside the inner portion, and the inner portion and the A connecting portion may be provided that connects the outer portion and the inner portion and the outer portion and protrudes to one side in the first direction with respect to both the inner portion and the outer portion.

本電気化学反応セルスタックによれば、第１の可撓性部材の連結部が容易に伸び縮みするバネのように機能し、第１の可撓性部材が連結部の位置で変形しやすいため、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が大きくなると、第１の可撓性部材が主として連結部の位置で伸びるように変形し、その結果、上記変位差によって単セルや空気極側フレーム部材に発生する応力が緩和されるため、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 According to this electrochemical reaction cell stack, the connecting portion of the first flexible member functions like a spring that easily expands and contracts, and the first flexible member is easily deformed at the connecting portion. When the displacement difference in the first direction between the cathode-side frame member and the single cell increases, the first flexible member deforms so as to extend mainly at the connecting portion, and as a result, the displacement difference causes the single cell to expand. Since the stress generated in the cells and the cathode-side frame member is alleviated, it is possible to suppress deterioration in the performance of the electrochemical reaction cell stack due to the displacement difference in the first direction between the cathode-side frame member and the single cell. can be done.

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面において、前記第１の可撓性部材における前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向に直交する第３の方向の距離である第１の距離は、前記第１の可撓性部材の内、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向の距離である第２の距離より長い構成としてもよい。 (3) In the above electrochemical reaction cell stack, in at least one cross section parallel to the first direction, the cell-side joint portion and the cathode-side frame-side joint portion of the first flexible member The first distance, which is the distance in the third direction orthogonal to the first direction, is the distance between the cell-side joint portion and the air electrode-side frame-side joint portion of the first flexible member. It may be configured to be longer than the second distance, which is the distance in the first direction.

本電気化学反応セルスタックでは、第１の方向に平行な少なくとも１つの断面において、第１の可撓性部材におけるセル側接合部と空気極側フレーム側接合部との第１の方向に直交する第３の方向の距離である第１の距離は、第１の可撓性部材の内、セル側接合部と空気極側フレーム側接合部との第１の方向の距離である第２の距離より長い。このため、例えば、第１の距離が第２の距離以下である構成に比べて、第２の距離が同じである条件下において、第１の可撓性部材の第１の方向に直交する面方向に対する傾きが緩やかなであり、その結果、単セルおよび空気極側フレーム部材に発生する第１の方向の応力が小さい。したがって、本電気化学反応セルスタックによれば、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を、より効果的に抑制することができる。 In the electrochemical reaction cell stack, at least one cross section parallel to the first direction is orthogonal to the first direction between the cell-side joint portion and the cathode-side frame-side joint portion of the first flexible member. The first distance, which is the distance in the third direction, is the second distance, which is the distance in the first direction between the cell-side joint portion and the cathode-side frame-side joint portion of the first flexible member. longer. For this reason, for example, compared to a configuration in which the first distance is equal to or less than the second distance, under the condition that the second distance is the same, the surface of the first flexible member perpendicular to the first direction The inclination with respect to the direction is gentle, and as a result, the stress in the first direction generated in the single cell and the cathode-side frame member is small. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to more effectively suppress deterioration in the performance of the electrochemical reaction cell stack due to the difference in displacement in the first direction between the air electrode side frame member and the unit cells. can be done.

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、第１の方向に平行な少なくとも１つの断面において、前記第１の可撓性部材における前記連結部の長さは、前記第１の可撓性部材の内、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との最短距離から、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向に直交する第３の方向の距離である第１の距離を引いた長さより長い構成としてもよい。 (4) In the above electrochemical reaction cell stack, in at least one cross section parallel to the first direction, the length of the connecting portion of the first flexible member is equal to that of the first flexible member. Among them, the third direction orthogonal to the first direction between the cell side joint portion and the air electrode side frame side joint portion from the shortest distance between the cell side joint portion and the air electrode side frame side joint portion may be longer than the length obtained by subtracting the first distance, which is the distance of .

本電気化学反応セルスタックによれば、第１の方向に平行な少なくとも１つの断面において、例えば、第１の可撓性部材における連結部の長さが、該第１の可撓性部材におけるセル側接合部と空気極側フレーム側接合部との最短距離から、該セル側接合部と該空気極側フレーム側接合部との第１の方向に直交する第３の方向の距離である第１の距離を引いた長さ以下である構成に比べて、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因して単セルや空気極側フレーム部材に発生する応力を、第１の可撓性部材の連結部の伸長によって効果的に緩和することができる。 According to this electrochemical reaction cell stack, in at least one cross section parallel to the first direction, for example, the length of the connecting portion in the first flexible member is the length of the cell in the first flexible member A first distance, which is the distance in a third direction orthogonal to the first direction between the cell-side joint and the air electrode-side frame-side joint, from the shortest distance between the air-electrode-side frame-side joint and the air electrode-side frame-side joint. Compared to the configuration in which the length is equal to or less than the distance obtained by subtracting the distance from Elongation of the connecting portion of the first flexible member provides effective relief.

（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記電気化学反応ブロックは、さらに、前記各電気化学反応単位において、第１のセパレータ貫通孔が形成され、前記第１のセパレータ貫通孔を取り囲む第１の貫通孔周囲部が前記単セルに接合されると共に第１の周縁部が前記空気極側フレーム部材に接合され、前記空気室と、前記燃料極に面する燃料室と、を区画する複数の第１のセパレータを備え、少なくとも１つの前記第１のセパレータは、前記第１の可撓性部材である構成としてもよい。 (5) In the above electrochemical reaction cell stack, the electrochemical reaction block further includes a first separator through hole formed in each of the electrochemical reaction units, and a first separator surrounding the first separator through hole. A plurality of through-hole peripheral portions are joined to the single cell and first peripheral edge portions are joined to the air electrode-side frame member to partition the air chamber and the fuel chamber facing the fuel electrode. One separator may be provided, and at least one of the first separators may be the first flexible member.

本電気化学反応セルスタックによれば、少なくとも１つの第１のセパレータに第１の可撓性部材の構成を適用することにより、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 According to this electrochemical reaction cell stack, by applying the structure of the first flexible member to at least one first separator, the difference in displacement in the first direction between the cathode-side frame member and the single cell is It is possible to suppress deterioration in the performance of the electrochemical reaction cell stack caused by

（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記電気化学反応ブロックは、さらに、前記各単セルの前記第１の方向に配置された複数のインターコネクタと、前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料極側フレーム貫通孔が形成された燃料極側フレーム部材と、第２のセパレータ貫通孔が形成され、前記第２のセパレータ貫通孔を取り囲む第２の貫通孔周囲部が前記インターコネクタに接合されると共に第２の周縁部が前記燃料極側フレーム部材に接合され、前記燃料室と、隣接する他の前記単セルの空気室とを区画する複数の第２のセパレータと、を備え、少なくとも１つの前記第２のセパレータは、前記インターコネクタに直接または間接的に接合されているコネクタ側接合部と、前記燃料極側フレーム部材に接合されている燃料極側フレーム側接合部とを備え、かつ、前記コネクタ側接合部と前記燃料極側フレーム側接合部との前記第１の方向の相対位置が変位するように変形する可撓性を有する第２の可撓性部材である構成としてもよい。 (6) In the above electrochemical reaction cell stack, the electrochemical reaction block further comprises a plurality of interconnectors arranged in the first direction of each unit cell and a fuel chamber facing the fuel electrode. A fuel electrode-side frame member having a fuel electrode-side frame through-hole formed thereon, a second separator through-hole formed, and a second through-hole surrounding portion surrounding the second separator through-hole are joined to the interconnector. a plurality of second separators having a second peripheral edge portion joined to the fuel electrode side frame member and partitioning the fuel chamber and the air chambers of the other adjacent unit cells; one of the second separators includes a connector-side joint directly or indirectly joined to the interconnector, and a fuel-electrode-side frame-side joint joined to the fuel-electrode-side frame member, Further, a second flexible member having flexibility to deform such that the relative positions of the connector-side joint portion and the fuel electrode-side frame-side joint portion in the first direction are displaced may be employed. good.

本電気化学反応セルスタックによれば、少なくとも１つの第２のセパレータに第２の可撓性部材の構成を適用することにより、燃料極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 According to the present electrochemical reaction cell stack, by applying the configuration of the second flexible member to at least one second separator, the displacement difference in the first direction between the fuel electrode side frame member and the single cell is It is possible to suppress deterioration in the performance of the electrochemical reaction cell stack caused by

（７）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第２のセパレータは、前記第１の方向の厚さが前記インターコネクタの前記第１の方向の厚さより薄く、前記インターコネクタに比べて可撓性が高い部材である構成としてもよい。 (7) In the above electrochemical reaction cell stack, the second separator has a thickness in the first direction that is thinner than the thickness of the interconnector in the first direction and is more flexible than the interconnector. It is good also as a structure which is a high member.

本電気化学反応セルスタックによれば、少なくとも１つの第２のセパレータは、該第２のセパレータに接合されたインターコネクタに比べて容易に撓み、変形しやすい。このため、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差が大きくなると、第２のセパレータが撓むように変形する。その結果、上記変位差によって単セルや空気側フレーム部材に発生する応力が緩和されるため、空気極側フレーム部材と単セルとの第１の方向の変位差に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 According to this electrochemical reaction cell stack, the at least one second separator is more easily bent and deformed than the interconnector joined to the second separator. Therefore, when the difference in displacement in the first direction between the air electrode-side frame member and the single cell increases, the second separator bends and deforms. As a result, the stress generated in the unit cells and the air-side frame member due to the displacement difference is alleviated, and thus the electrochemical reaction cell stack is not affected by the displacement difference in the first direction between the air electrode-side frame member and the unit cells. A decrease in performance can be suppressed.

（８）上記電気化学反応セルスタックにおいて、少なくとも１つの前記第２のセパレータは、前記インターコネクタと、前記燃料極側フレーム部材とに、それぞれ溶接によって接合されている構成としてもよい。このため、第２のセパレータの存在によって、燃料室から空気室へのガスのリークが抑制され、ひいては、空気室と燃料室との各ガス室における密閉性を向上させることができる。 (8) In the electrochemical reaction cell stack, at least one of the second separators may be welded to the interconnector and the fuel electrode-side frame member. Therefore, the existence of the second separator suppresses the leakage of gas from the fuel chamber to the air chamber, thereby improving the airtightness of each gas chamber, ie, the air chamber and the fuel chamber.

（９）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記一対のエンド部材のうちの一方である第１のエンド部材には、前記空間が形成されており、前記電気化学反応セルスタックは、さらに、前記第１の方向において、前記電気化学反応ブロックと前記第１のエンド部材との間に位置し、少なくとも一部が前記空気極側フレーム部材に重なるように配置されたターミナル部材であって、前記第１の方向に貫き、かつ、前記第１のエンド部材に形成された前記空間に連通するターミナル部材貫通孔が形成された、導電性のターミナル部材と、前記第１の方向において、前記第１のエンド部材と前記ターミナル部材との間に位置し、少なくとも一部が前記空気極側フレーム部材に重なるように配置された絶縁部材であって、前記第１の方向に貫き、かつ、前記第１のエンド部材に形成された前記空間に連通する絶縁部材貫通孔が形成された、絶縁性の絶縁部材と、前記各単セルの前記第１の方向に配置された複数のインターコネクタのうち、前記第１の方向において、前記ターミナル部材との距離が最も小さい特定インターコネクタと、第３のセパレータ貫通孔が形成され、前記第３のセパレータ貫通孔を取り囲む第３の貫通孔周囲部が前記特定インターコネクタに接合され、かつ、第３の周縁部が前記ターミナル部材に接合されている、導電性の第３のセパレータと、を備え、前記第３のセパレータは、前記ターミナル部材と、前記特定インターコネクタとに、それぞれ溶接によって接合されている構成としてもよい。 (9) In the above electrochemical reaction cell stack, the space is formed in the first end member, which is one of the pair of end members, and the electrochemical reaction cell stack further includes the first end member. A terminal member positioned between the electrochemical reaction block and the first end member in one direction and arranged so that at least a portion of the terminal member overlaps the cathode-side frame member, a conductive terminal member having a terminal member through hole penetrating in the direction of and communicating with the space formed in the first end member; and in the first direction, the first end An insulating member positioned between the member and the terminal member and arranged so as to overlap at least a portion of the cathode-side frame member, the insulating member penetrating in the first direction and having the first end. an insulating insulating member having an insulating member through hole communicating with the space formed in the member; A specific interconnector having the shortest distance from the terminal member and a third separator through-hole are formed in the direction of ( ), and a third through-hole peripheral portion surrounding the third separator through-hole is formed in the specific interconnector a conductive third separator joined and having a third peripheral edge joined to said terminal member, said third separator being attached to said terminal member and said specific interconnector; , may be joined by welding.

本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、第３のセパレータが、ターミナル部材と特定インターコネクタとに、それぞれ溶接によって接合されているため、第３のセパレータの存在によって、燃料室から空気室へのガスのリークが抑制され、ひいては、空気室と燃料室との各ガス室における密閉性を向上させることができる。 In this electrochemical reaction cell stack, as described above, the third separator is welded to the terminal member and the specific interconnector, respectively. gas leakage is suppressed, and the airtightness of each gas chamber, ie, the air chamber and the fuel chamber, can be improved.

また、ターミナル部材および特定インターコネクタにおいては、それぞれ、その表面に被膜（例えば、アルミナ被膜やクロミア被膜）が形成されることがある。被膜は、ターミナル部材や特定インターコネクタより電気抵抗が高いため、ターミナル部材や特定インターコネクタと第３のセパレータとの間の電気的接続性が低下し、その結果、電気化学反応セルスタックの電気的性能が低下するおそれがある。本電気化学反応セルスタックでは、第３のセパレータが、ターミナル部材と特定インターコネクタとに、それぞれ溶接によって接合されているため、第３のセパレータとターミナル部材、第３のセパレータと特定インターコネクタとが、それぞれ溶接された部分を介して電気的に良好に接続される。従って、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電気的性能をより効果的に向上させることができる。 In addition, a coating (for example, an alumina coating or a chromia coating) may be formed on the surface of the terminal member and the specific interconnector. Since the coating has a higher electrical resistance than the terminal member or the specific interconnector, the electrical connectivity between the terminal member or the specific interconnector and the third separator is reduced, resulting in a decrease in the electrical conductivity of the electrochemical reaction cell stack. Performance may be degraded. In the present electrochemical reaction cell stack, the third separator is welded to the terminal member and the specific interconnector, respectively, so that the third separator and the terminal member, and the third separator and the specific interconnector are connected. , are electrically well connected via their respective welded parts. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the electrical performance of the electrochemical reaction cell stack can be improved more effectively.

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）、それらの運転方法や制御方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be implemented in various forms. For example, an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolysis cell stack) It can be realized in the form of a reaction system (fuel cell system or electrolysis cell system), their operation method, control method, and the like.

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る。1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 according to a first embodiment; FIG. 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。FIG. 2 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1; 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。FIG. 2 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1; 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。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2 ; 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。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 3 ; 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。FIG. 5 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIG. 4; 第１実施形態における第１のセパレータ１２０および第２のセパレータ１８０の一部分（図４のＰｘ部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a part (Px portion in FIG. 4) of the first separator 120 and the second separator 180 in the first embodiment; 変形例における第１のセパレータ１２０ａの一部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the XZ cross-sectional structure of a part of 1st separator 120a in a modification. 第２実施形態における燃料電池スタック１００ｂの一部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion of the fuel cell stack 100b in the second embodiment; 第３実施形態における燃料電池スタック１００ｃの一部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion of the fuel cell stack 100c in the third embodiment; 第３実施形態における燃料電池スタック１００ｃの一部分のＹＺ断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an enlarged YZ cross-sectional configuration of a portion of the fuel cell stack 100c in the third embodiment;

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）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）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。また、本明細書では、Ｚ軸に直交する方向を面方向という。面方向は、特許請求の範囲における第２の方向に相当する。 A. First embodiment:
A-1. Device configuration:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of the fuel cell stack 100 in the first embodiment, and FIG. 2 is an XZ cross section of the fuel cell stack 100 taken along line II-II in FIG. 1 (and FIG. 6 described later). FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1 (and FIG. 6 described later). Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for the sake of convenience, the positive Z-axis direction is referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction is referred to as the downward direction. may be installed. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures. Also, in this specification, the direction perpendicular to the Z-axis is referred to as the planar direction. The planar direction corresponds to the second direction in the claims.

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（以下、「セルブロック１０３」という）を上下から挟むように配置されている。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、セルブロック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。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter referred to as “power generation units”) 102 and a pair of end plates 104 and 106 . The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). A pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an assembly (hereinafter referred to as "cell block 103") composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the scope of claims, and the cell block 103 corresponds to the electrochemical reaction block in the scope of claims.

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。 A plurality of holes (eight in this embodiment) penetrating in the vertical direction are formed in the peripheral edge portion around the Z-axis of each layer (the power generating unit 102, the end plates 104 and 106) constituting the fuel cell stack 100. Corresponding holes formed in each layer vertically communicate with each other to form communicating holes 108 extending vertically from one end plate 104 to the other end plate 106 . In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108 .

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。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted through each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22 . 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100, and between the bolt An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted to the other side (lower side) of the fuel cell stack 22 and the lower surface of the end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100 . However, at a location where a gas passage member 27, which will be described later, is provided, between the nut 24 and the surface of the end plate 106, the insulating sheets disposed above and below the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 intervenes. The insulating sheet 26 is composed of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like.

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、空気が使用される。また、本実施形態では、酸化剤ガス導入マニホールド１６１への酸化剤ガスＯＧの導入のために、ブロワ（図示せず）が用いられる。また、酸化剤ガスＯＧが酸化剤ガス導入マニホールド１６１に導入される前に、熱交換（例えば、燃料電池スタック１００から排出された酸化剤オフガスＯＯＧと燃料オフガスＦＯＧとを燃焼させたときに発生する熱との熱交換）を利用して、酸化剤ガスＯＧの予加熱が行われるとしてもよい。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108 . Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108 . As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 is located near the midpoint of one side of the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis (the side on the positive side of the X-axis among the two sides parallel to the Y-axis). The space formed by the bolt 22 (bolt 22A) and the communication hole 108 through which the bolt 22A is inserted is supplied with the oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is used for each power generation. Functioning as an oxidant gas introduction manifold 161, which is a gas flow path for supplying to the unit 102, and the midpoint of the side opposite to the side (the side on the negative side of the X-axis among the two sides parallel to the Y-axis) A space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located nearby and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted is the oxidant offgas OOG, which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162 that discharges to the outside of the fuel cell stack 100 . Incidentally, in the present embodiment, air is used as the oxidant gas OG. Further, in this embodiment, a blower (not shown) is used to introduce the oxidizing gas OG to the oxidizing gas introduction manifold 161 . In addition, before the oxidant gas OG is introduced into the oxidant gas introduction manifold 161, heat exchange occurs (for example, when the oxidant offgas OOG and the fuel offgas FOG discharged from the fuel cell stack 100 are burned). The oxidant gas OG may be preheated using heat exchange with heat.

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。 Also, as shown in FIGS. 1 and 3, near the midpoint of one side of the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis (the side on the Y-axis positive direction side of the two sides parallel to the X-axis) The space formed by the bolt 22 (bolt 22D) positioned at the bottom and the communication hole 108 through which the bolt 22D is inserted is filled with the fuel gas FG from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is used for each power generation. A bolt 22 that functions as a fuel gas introduction manifold 171 that supplies the unit 102 and is located near the midpoint of the side opposite to the side (the side on the Y-axis negative direction side of the two sides parallel to the X-axis) The space formed by (bolt 22E) and the communication hole 108 through which the bolt 22E is inserted allows the fuel offgas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to flow outside the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 that discharges the In this embodiment, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

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。 Four gas passage members 27 are provided in the fuel cell stack 100 . Each gas passage member 27 has a hollow tubular body portion 28 and a hollow tubular branch portion 29 branched from a side surface of the main body portion 28 . A hole in the branch portion 29 communicates with a hole in the main body portion 28 . A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27 . Further, as shown in FIG. 2, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161. A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162 . Further, as shown in FIG. 3, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172 .

（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。なお、一対のエンドプレート１０４，１０６は、特許請求の範囲における一対のエンド部材に相当する。 (Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the uppermost power generating unit 102 and the other end plate 106 is arranged below the lowermost power generating unit 102 . A pair of end plates 104 and 106 sandwich a plurality of power generation units 102 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as the positive side output terminal of the fuel cell stack 100 , and the lower end plate 106 functions as the negative side output terminal of the fuel cell stack 100 . The pair of end plates 104 and 106 correspond to a pair of end members in the claims.

（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る。 (Configuration of power generation unit 102)
4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102; 6 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIG.

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、第１のセパレータ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、第２のセパレータ１８０と、を備えている。第１のセパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、第２のセパレータ１８０におけるＺ軸回りの周縁部には、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。なお、上述したように、燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２を備えているため、燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）単セル１１０を備えていると言える。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a first separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, an anode side frame 140, It has a fuel electrode side current collector 144 , a pair of interconnectors 150 and a second separator 180 that constitute the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102 . The first separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the second separator 180 are formed with holes corresponding to the communication holes 108 through which the above-described bolts 22 are inserted, in peripheral portions around the Z axis. It is As described above, since the fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) power generation units 102, the fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) single cells. It can be said that it has 110.

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）。 The interconnector 150 is a substantially rectangular plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generating units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generating units 102 . In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, since the fuel cell stack 100 has a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, and is located at the bottom. The generating unit 102 does not have a lower interconnector 150 (see Figures 2 and 3).

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、平板型の単セルであり、また、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。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the vertical direction (the direction in which the power generating units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The unit cell 110 of this embodiment is a flat plate type unit cell, and is a fuel electrode supporting type unit cell in which the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 are supported by the fuel electrode 116 .

電解質層１１２は、Ｚ軸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軸方向視で電解質層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軸方向視で電解質層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。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), perovskite-type oxide, or the like. there is Thus, the single cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is made of, for example, a perovskite oxide (eg, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is made of, for example, a cermet made of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (eg, YSZ).

第１のセパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の第１のセパレータ貫通孔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。図６に示すように、第１のセパレータ１２０における第１のセパレータ貫通孔１２１を取り囲む部分（以下、「第１の貫通孔周囲部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軸方向視における大きさが電解質層１１２より小さいため、第１のセパレータ１２０における第１の貫通孔周囲部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。第１のセパレータ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。第１のセパレータ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。 The first separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular first separator through-hole 121 penetrating vertically is formed near the center, and is made of metal, for example. As shown in FIG. 6, the portion of the first separator 120 surrounding the first separator through-hole 121 (hereinafter referred to as "first through-hole surrounding portion 122") is one side of the unit cell 110 in the vertical direction ( The upper side in the drawing) faces the peripheral edge of the surface. In this embodiment, since the size of the air electrode 114 as viewed in the Z-axis direction is smaller than that of the electrolyte layer 112, the first through-hole surrounding portion 122 of the first separator 120 is located on the upper surface of the unit cell 110. The inner surface faces the surface formed by the electrolyte layer 112 . The first separator 120 is joined to the unit cell 110 (electrolyte layer 112) by a joining portion 124 formed of brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. The first separator 120 separates an air chamber 166 facing the air electrode 114 and a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 .

第２のセパレータ１８０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の第２のセパレータ貫通孔１８１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。第１のセパレータ１２０と同様に、第２のセパレータ１８０における第２のセパレータ貫通孔１８１を取り囲む部分（以下、「第２の貫通孔周囲部１８２」という）は、インターコネクタ１５０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。第２のセパレータ１８０は、インターコネクタ１５０における上記周縁部と、溶接により接合されている。第２のセパレータ１８０により、燃料室１７６と、隣接する他の単セル１１０の空気極１１４に面する空気室１６６とが区画され、インターコネクタ１５０の周縁部における空気室１６６から燃料室１７６へのガスのリークが抑制される。 The second separator 180 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular second separator through-hole 181 penetrating vertically is formed near the center, and is made of metal, for example. As with the first separator 120 , the portion of the second separator 180 surrounding the second separator through-hole 181 (hereinafter referred to as “second through-hole surrounding portion 182 ”) is one side of the interconnector 150 in the vertical direction. It faces the peripheral edge of the side (upper side in the drawing) surface. The second separator 180 is welded to the peripheral portion of the interconnector 150 . The second separator 180 separates the fuel chamber 176 from the air chamber 166 facing the air electrode 114 of the other adjacent single cell 110, and the air chamber 166 at the periphery of the interconnector 150 to the fuel chamber 176 is separated. Gas leakage is suppressed.

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空気室用孔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の空気室用孔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、第１のセパレータ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第１の周縁部と、第２のセパレータ１８０における空気極１１４に対向する側の表面の第２の周縁部とに接触している。すなわち、空気極側フレーム１３０は、第１のセパレータ１２０と第２のセパレータ１８０とにより挟持されている。そのため、空気極側フレーム１３０によって、空気室１６６のシール（コンプレッションシール）が実現される。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および第２のセパレータ１８０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流路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流路１３３とが形成されている。なお、空気極側フレーム１３０は、特許請求の範囲における空気極側フレーム部材に相当し、空気室用孔１３１は、特許請求の範囲における空気極側フレーム貫通孔に相当する。 The air electrode side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular air chamber hole 131 vertically penetrating near the center thereof, and is made of an insulator such as mica, for example. The air chamber hole 131 of the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air electrode-side frame 130 includes a first peripheral portion of the surface of the first separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and a surface of the second separator 180 facing the air electrode 114. in contact with the second peripheral edge. That is, the air electrode side frame 130 is sandwiched between the first separator 120 and the second separator 180 . Therefore, the cathode-side frame 130 realizes sealing (compression sealing) of the air chamber 166 . Also, the pair of interconnectors 150 and the second separator 180 included in the power generation unit 102 are electrically insulated by the air electrode side frame 130 . The air electrode side frame 130 also includes an oxidant gas supply communication channel 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidant gas supply channel 132 that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. A gas discharge communication channel 133 is formed. The air electrode side frame 130 corresponds to the air electrode side frame member in the claims, and the air chamber hole 131 corresponds to the air electrode side frame through hole in the claims.

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燃料室用孔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、第１のセパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の第１の周縁部と、第２のセパレータ１８０における燃料極１１６に対向する側の表面の第２の周縁部とに接触している（図４および図５参照）。なお、燃料極側フレーム１４０は、特許請求の範囲における燃料極側フレーム部材に相当し、燃料室用孔１４１は、特許請求の範囲における燃料極側フレーム貫通孔に相当する。 The fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular fuel chamber hole 141 penetrating vertically in the vicinity of the center thereof, and is made of metal, for example. The fuel electrode-side frame 140 has a first peripheral edge on the surface of the first separator 120 facing the electrolyte layer 112 and a second peripheral edge on the surface of the second separator 180 facing the fuel electrode 116 . (see FIGS. 4 and 5). The fuel electrode side frame 140 corresponds to the fuel electrode side frame member in the claims, and the fuel chamber hole 141 corresponds to the fuel electrode side frame through hole in the claims.

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、最上段の第２のセパレータ１８０に接触しており、該第２のセパレータ１８０を介して上側のエンドプレート１０４に電気的に接続されている。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、空気極側集電体１３４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。また、空気極側集電体１３４は、インターコネクタ１５０と一体の部材として構成されていてもよい。 As shown in FIG. 6 , the cathode-side current collector 134 is arranged inside the air chamber 166 . The air electrode-side current collector 134 is composed of a plurality of substantially quadrangular prism-shaped current collector elements 135, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode-side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . However, as described above, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, so the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the uppermost tier. 2 separators 180 and is electrically connected to the upper end plate 104 via the second separators 180 . Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, it electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). The air electrode side current collector 134 may be covered with a conductive coating, and a conductive bonding layer is provided between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 to bond the two. may intervene. Also, the air electrode side current collector 134 may be configured as a member integrated with the interconnector 150 .

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、後述する中間部材１９０に接触しており、該中間部材１９０を介して下側のエンドプレート１０６に電気的に接続されている。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。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176 . The fuel electrode-side current collector 144 includes an interconnector-facing portion 146, an electrode-facing portion 145, and a connecting portion 147 that connects the electrode-facing portion 145 and the interconnector-facing portion 146. For example, nickel or a nickel alloy is used. , stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 , and the interconnector facing portion 146 is in contact with the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . in contact. However, as described above, since the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 of the power generation unit 102 is an intermediate member 190 described later. and is electrically connected to the lower end plate 106 via the intermediate member 190 . Fuel electrode-side current collector 144 having such a configuration electrically connects fuel electrode 116 and interconnector 150 (or end plate 106). A spacer 149 made of mica, for example, is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 . Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to temperature cycles and reaction gas pressure fluctuations, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) through the fuel electrode side current collector 144. good electrical connection with

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。 A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2, 4 and 6, the oxidant gas is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. When the OG is supplied, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas introduction manifold 161 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and is supplied from the oxidizing gas introduction manifold 161 to each power generation unit. The oxidant gas is supplied to the air chamber 166 via the oxidant gas supply communication channel 132 of 102 . 3 and 5, the fuel gas FG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 from the fuel gas introduction manifold 171. It is supplied to the fuel chamber 176 via the flow path 142 .

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。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, the oxygen contained in the oxidant gas OG and the hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 Electricity is generated by an electrochemical reaction with This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 through the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is electrically connected through the fuel electrode side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150 . Also, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100 . Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700° C. to 1000° C.), the fuel cell stack 100 is heated by the heater ( (not shown).

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および図５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。 The oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication channel 133 as shown in FIGS. Then, through the holes of the body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas discharge manifold 162, through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 It is discharged outside the fuel cell stack 100 . Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel offgas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication passage 143, and further fuel The fuel cell stack 100 is exposed to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 through the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the gas discharge manifold 172 . discharged to

Ａ－３．セルブロック１０３における単セル１１０およびフレーム１３０，１４０と一対のエンドプレート１０４，１０６との関係：
図１から図３に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各エンドプレート１０４，１０６には、上下方向（単セル１１０の並び方向）に貫通する開口窓１０４Ａ，１０６Ａが形成されている。すなわち、各エンドプレート１０４，１０６には、開口窓１０４Ａ，１０６Ａによって、上下の両側（セルブロック１０３側と、該セルブロック１０３とは反対側）に開口する空間Ｓ１，Ｓ２が形成されている。上下方向視で、各空間Ｓ１，Ｓ２の輪郭線は、単セル１１０を内包している。換言すれば、各空間Ｓ１，Ｓ２の輪郭線は、全周にわたって、単セル１１０の外形線の外側に位置している。上下方向視で、各エンドプレート１０４，１０６は、セルブロック１０３に重なっておらず、フレーム１３０，１４０に重なっている。 A-3. Relationship between single cell 110 and frames 130, 140 in cell block 103 and a pair of end plates 104, 106:
As shown in FIGS. 1 to 3, in the fuel cell stack 100 of this embodiment, opening windows 104A and 106A are formed through the end plates 104 and 106 in the vertical direction (the direction in which the unit cells 110 are arranged). ing. That is, opening windows 104A and 106A form opening spaces S1 and S2 in the respective end plates 104 and 106 on both upper and lower sides (the cell block 103 side and the side opposite to the cell block 103). The outline of each space S1, S2 includes the unit cell 110 when viewed from above. In other words, the outline of each space S1, S2 is located outside the outline of the single cell 110 over the entire circumference. When viewed from above, the end plates 104 and 106 do not overlap the cell block 103 but overlap the frames 130 and 140 .

セルブロック１０３と下側のエンドプレート１０６との間には、中間部材１９０が配置されている。中間部材１９０は、貫通孔が形成されていない平板状の部材であり、例えば、金属により形成されている。中間部材１９０の中央付近には、セルブロック１０３の最下位に位置する燃料極側集電体１４４が接合されており、中間部材１９０の周縁部は、セルブロック１０３と下側のエンドプレート１０６との間に挟み込まれている。すなわち、セルブロック１０３は、各フレーム１３０，１４０に対して、第１のセパレータ１２０と第２のセパレータ１８０と中間部材１９０とによって支持されている。なお、第１のセパレータ１２０、第２のセパレータ１８０および中間部材１９０は、いずれも、上下方向の厚さが、各フレーム１３０，１４０の上下方向の厚さより薄く、各フレーム１３０，１４０に比べて可撓性が高い。 An intermediate member 190 is arranged between the cell block 103 and the lower end plate 106 . The intermediate member 190 is a plate-like member without through holes, and is made of metal, for example. A fuel electrode-side current collector 144 positioned at the bottom of the cell block 103 is joined to the vicinity of the center of the intermediate member 190 , and the peripheral edge of the intermediate member 190 is formed between the cell block 103 and the lower end plate 106 . is sandwiched between That is, the cell block 103 is supported by the first separator 120 , the second separator 180 and the intermediate member 190 with respect to each frame 130 , 140 . Note that the first separator 120, the second separator 180, and the intermediate member 190 are all thinner in the vertical direction than the frames 130 and 140 in the vertical direction. Highly flexible.

以上の構成により、燃料電池スタック１００は、複数の締結部材（ボルト２２、ナット２４）を備えて、複数の締結部材は、一対のエンドプレート１０４，１０６とセルブロック１０３におけるフレーム１３０，１４０とにわたって形成された複数の連通孔１０８のそれぞれに挿入されており、燃料電池スタック１００は、該複数の締結部材で締結されている。詳しくは、燃料電池スタック１００（セルブロック１０３）のうち、上下方向視でエンドプレート１０４，１０６と重なる部分（主としてフレーム１３０，１４０）は、一対のエンドプレート１０４，１０６の間に挟み込まれており、一対のエンドプレート１０４，１０６を締結する締結部材（ボルト２２、ナット２４）の締結力による比較的に大きい荷重を受ける。これにより、フレーム１３０，１４０によって、空気室１６６や燃料室１７６のシールが実現される。一方、燃料電池スタック１００のうち、上下方向視でエンドプレート１０４，１０６と重ならない部分（主として単セル１１０）は、一対のエンドプレート１０４，１０６を締結する締結部材の締結力による荷重を直接的には受けない。すなわち、燃料電池スタック１００における単セル１１０とフレーム１３０，１４０とは、一対のエンドプレート１０４，１０６から上下方向に受ける荷重の大きさが互いに異なる。これにより、フレーム１３０，１４０には、空気室１６６や燃料室１７６のシールを実現するために必要な比較的に大きい荷重を付与し、単セル１１０には、単セル１１０同士の間の導通性を確保しつつ不要に大きい荷重がかかることを抑制することができる。 With the above configuration, the fuel cell stack 100 includes a plurality of fastening members (bolts 22 and nuts 24), and the plurality of fastening members extend over the pair of end plates 104 and 106 and the frames 130 and 140 of the cell block 103. The fuel cell stack 100 is fastened by the plurality of fastening members, which are inserted into each of the plurality of formed communication holes 108 . More specifically, portions (mainly frames 130 and 140) of the fuel cell stack 100 (cell block 103) overlapping the end plates 104 and 106 in a vertical view are sandwiched between the pair of end plates 104 and 106. , receives a relatively large load due to the fastening force of fastening members (bolts 22 and nuts 24) fastening the pair of end plates 104, 106 together. As a result, the air chamber 166 and the fuel chamber 176 are sealed by the frames 130 and 140 . On the other hand, the portion of the fuel cell stack 100 that does not overlap the end plates 104 and 106 (mainly the single cell 110) is directly subjected to the load due to the fastening force of the fastening members that fasten the pair of end plates 104 and 106. I don't accept it. That is, the single cell 110 and the frames 130 and 140 in the fuel cell stack 100 differ in the magnitude of the load received from the pair of end plates 104 and 106 in the vertical direction. This provides frames 130 and 140 with a relatively large load necessary to seal air chamber 166 and fuel chamber 176, and allows unit cells 110 to maintain electrical conductivity between unit cells 110. It is possible to suppress the application of an unnecessarily large load while ensuring the

Ａ－４．第１のセパレータ１２０の詳細構成：
図７は、第１のセパレータ１２０および第２のセパレータ１８０の一部分（図４のＰｘ部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。なお、第１のセパレータ１２０の上下方向の厚さ（例えば０．１ｍｍ）は、各フレーム１３０，１４０の上下方向の厚さ（例えば１ｍｍ）より薄い。第１のセパレータ１２０は、特許請求の範囲における第１の可撓性部材に相当し、第２のセパレータ１８０は、特許請求の範囲における第２の可撓性部材に相当する。 A-4. Detailed configuration of the first separator 120:
FIG. 7 is an explanatory view showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion (Px portion in FIG. 4) of the first separator 120 and the second separator 180. As shown in FIG. The vertical thickness of the first separator 120 (eg, 0.1 mm) is thinner than the vertical thickness of each of the frames 130 and 140 (eg, 1 mm). The first separator 120 corresponds to the first flexible member in the claims, and the second separator 180 corresponds to the second flexible member in the claims.

第１のセパレータ１２０は、第１の貫通孔周囲部１２２を含む第１の内側部１２６と、第１の内側部１２６より外周側に位置する第１の外側部１２７とを備える。第１の内側部１２６と第１の外側部１２７とのＺ軸方向における位置は、互いに略同一である。なお、第１の内側部１２６のＺ軸方向における位置とは、第１の内側部１２６の表面の内の空気室１６６に面している側（上側）の表面において、第１の内側部１２６における最も上に位置する部分の位置を意味する。第１の外側部１２７のＺ軸方向における位置とは、第１の外側部１２７の表面の内の空気室１６６に面している側（上側）の表面において、第１の外側部１２７における最も上に位置する部分の位置を意味する。なお、第１の内側部１２６は、特許請求の範囲における内側部に相当し、第１の外側部１２７は、特許請求の範囲における外側部に相当する。 The first separator 120 includes a first inner portion 126 including the first through-hole surrounding portion 122 and a first outer portion 127 located on the outer peripheral side of the first inner portion 126 . The positions of the first inner portion 126 and the first outer portion 127 in the Z-axis direction are substantially the same. It should be noted that the position of the first inner portion 126 in the Z-axis direction refers to the surface of the first inner portion 126 facing the air chamber 166 (upper side). means the position of the uppermost part in The position of the first outer portion 127 in the Z-axis direction means that the surface of the first outer portion 127 facing the air chamber 166 (upper side) is the most It means the position of the part located above. The first inner portion 126 corresponds to the inner portion in the claims, and the first outer portion 127 corresponds to the outer portion in the claims.

第１のセパレータ１２０は、さらに、第１の内側部１２６の端部と第１の外側部１２７の端部とを連結する第１の連結部１２８を備える。本実施形態では、第１の連結部１２８は、第１の内側部１２６および第１の外側部１２７の位置から燃料室１７６側（下側）に突出するように湾曲した形状を有している。すなわち、第１の連結部１２８における燃料室１７６側（下側）は凸部となり、第１の連結部１２８における空気室１６６側（上側）は凹部となる。このように、第１の連結部１２８は、Ｚ軸方向における位置が第１の内側部１２６および第１の外側部１２７とは異なる部分を含む。なお、第１の連結部１２８は、Ｚ軸方向視で、第１のセパレータ貫通孔１２１を取り囲むように形成されている。また、第１のセパレータ１２０における第１の連結部１２８は、例えば、プレス加工により形成される。第１のセパレータ１２０の第１の連結部１２８は、上述した構成であるため、面方向に容易に伸び縮みするバネのように機能する。そのため、本実施形態の第１のセパレータ１２０は、第１の連結部１２８を備えない構成と比較して、第１の連結部１２８の位置で面方向に変形しやすい。また、第１のセパレータ１２０の上下方向における厚さｔ１（板厚）は、０．０１（ｍｍ）以上であればよく、耐酸化性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０３（ｍｍ）以上、より好ましくは０．０５（ｍｍ）以上であって、０．２（ｍｍ）以下であることが好ましい。第１のセパレータ１２０の厚さｔ１を０．０３（ｍｍ）以上とすることにより、第１のセパレータ１２０の耐酸化性の低下を抑制することができ、第１のセパレータ１２０の厚さｔ１を０．２（ｍｍ）以下とすることにより、第１の連結部１２８のバネ性を一定程度以上確保することができる。 The first separator 120 further includes a first connecting portion 128 that connects an end of the first inner portion 126 and an end of the first outer portion 127 . In this embodiment, the first connecting portion 128 has a curved shape protruding from the positions of the first inner portion 126 and the first outer portion 127 toward the fuel chamber 176 (lower side). . That is, the fuel chamber 176 side (lower side) of the first connecting portion 128 is a convex portion, and the air chamber 166 side (upper side) of the first connecting portion 128 is a concave portion. In this way, the first connecting portion 128 includes portions whose positions in the Z-axis direction are different from those of the first inner portion 126 and the first outer portion 127 . Note that the first connecting portion 128 is formed so as to surround the first separator through-hole 121 as viewed in the Z-axis direction. Also, the first connecting portion 128 in the first separator 120 is formed by, for example, press working. Since the first connecting portion 128 of the first separator 120 has the configuration described above, it functions like a spring that easily expands and contracts in the plane direction. Therefore, the first separator 120 of the present embodiment is more likely to deform in the planar direction at the position of the first connecting portion 128 compared to a configuration without the first connecting portion 128 . In addition, the thickness t 1 (plate thickness) of the first separator 120 in the vertical direction may be 0.01 (mm) or more, and from the viewpoint of suppressing deterioration in oxidation resistance, preferably 0.03 ( mm) or more, more preferably 0.05 (mm) or more and 0.2 (mm) or less. By setting the thickness t1 of the first separator 120 to 0.03 (mm) or more, it is possible to suppress the deterioration of the oxidation resistance of the first separator 120, and the thickness t of the first separator 120 can be suppressed. By setting 1 to 0.2 (mm) or less, it is possible to ensure springiness of the first connecting portion 128 to a certain extent or more.

図７に示すように、第１の連結部深さＨ１は、０．１（ｍｍ）以上、２．０（ｍｍ）以下であることがさらに好ましい。第１の連結部深さＨ１を０．１（ｍｍ）以上とすることにより、第１の連結部１２８による単セル１１０の変形や割れを抑制する効果を確保することができる。また、第１の連結部深さＨ１が２．０（ｍｍ）より高くなると、第１の連結部１２８によってガスの流れが阻害され、発電性能が低下するおそれがあるため好ましくないが、第１の連結部深さＨ１を２．０（ｍｍ）以下とすることにより、第１の連結部１２８によってガスの流れが阻害されて発電性能が低下することを抑制することができる。 As shown in FIG. 7, the first connecting portion depth H1 is more preferably 0.1 (mm) or more and 2.0 (mm) or less. By setting the first connecting portion depth H1 to 0.1 (mm) or more, the effect of suppressing deformation and cracking of the unit cell 110 by the first connecting portion 128 can be ensured. Further, if the first connecting portion depth H1 is higher than 2.0 (mm), the first connecting portion 128 obstructs the flow of gas, which is not preferable because the power generation performance may deteriorate. By setting the connecting portion depth H1 of 1 to 2.0 (mm) or less, it is possible to prevent the first connecting portion 128 from obstructing the gas flow and reducing the power generation performance.

また、第１の連結部深さＨ１は第１のセパレータ１２０の厚さｔ１より大きいことが好ましい。第１の連結部深さＨ１を第１のセパレータ１２０の厚さｔ１より大きくすることにより、第１の連結部１２８による単セル１１０の変形や割れを抑制する効果を確保することができる。なお、第１の連結部１２８は、特許請求の範囲における連結部に相当する。 Also, it is preferable that the first connecting portion depth H1 is greater than the thickness t1 of the first separator 120 . By making the depth H1 of the first connecting portion larger than the thickness t1 of the first separator 120, the effect of suppressing deformation and cracking of the unit cell 110 by the first connecting portion 128 can be ensured. . Note that the first connecting portion 128 corresponds to the connecting portion in the claims.

また、図６には、上下方向視で、エンドプレート１０４，１０６に形成された開口窓１０４Ａ，１０６Ａの輪郭線内の領域を、該輪郭線（矩形）の２本の対角線（仮想直線）によって４等分して形成される第１から第４の区画領域Ｅ１～Ｅ４が示されている。本実施形態では、第１のセパレータ１２０には、第１の連結部１２８が第１から第４の区画領域Ｅ１～Ｅ４の全ての領域に位置するように形成されている。具体的には、第１のセパレータ１２０には、第１の連結部１２８が、第１のセパレータ１２０の第１の周縁部に沿って全周にわたって連続的に形成されている。なお、エンドプレート１０４，１０６に形成された開口窓１０４Ａ，１０６Ａの形状は、矩形に限らず、例えば円形等でもよい。 FIG. 6 also shows, in a vertical view, the regions within the outlines of the opening windows 104A and 106A formed in the end plates 104 and 106 by two diagonal lines (virtual straight lines) of the outlines (rectangles). First to fourth partitioned regions E1 to E4 formed by dividing into four equal parts are shown. In this embodiment, the first separator 120 is formed with the first connecting portions 128 positioned in all of the first to fourth partitioned regions E1 to E4. Specifically, the first connecting portion 128 is continuously formed along the first peripheral portion of the first separator 120 along the entire circumference of the first separator 120 . The shape of the opening windows 104A, 106A formed in the end plates 104, 106 is not limited to rectangular, and may be, for example, circular.

また、第１のセパレータ１２０は、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、さらに、次の第１の要件を満たしている（図７参照）。なお、同断面において、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（Ｘ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。
＜第１の要件＞
「第１の距離ΔＸ１」 ＞ 「第２の距離ΔＺ１」
第１の距離ΔＸ１：単セル１１０と空気極側フレーム１３０（上下方向において、第１のセパレータ１２０に対して単セル１１０と同じ側に位置するフレーム）との上下方向視における距離
第２の距離ΔＺ１：第１のセパレータ１２０の内、単セル１１０と接合されているセル側接合部１２３と、空気極側フレーム１３０と接合されているフレーム側接合部１２９との上下方向の距離
なお、フレーム側接合部１２９は、特許請求の範囲における空気極側フレーム側接合部に相当する。 In addition, the first separator 120 further satisfies the following first requirement in all cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction. (see Figure 7). In the cross section, the direction (X-axis direction) orthogonal to the vertical direction (Z-axis direction) corresponds to the third direction in the claims.
<First requirement>
"First distance ΔX1">"Second distance ΔZ1"
First distance ΔX1: the distance between the unit cell 110 and the air electrode side frame 130 (the frame located on the same side as the unit cell 110 with respect to the first separator 120 in the vertical direction) as viewed in the vertical direction. ΔZ1: In the first separator 120, the vertical distance between the cell side joint portion 123 joined to the unit cell 110 and the frame side joint portion 129 joined to the air electrode side frame 130 Note that the frame side The joint 129 corresponds to the cathode-side frame-side joint in the claims.

また、第１のセパレータ１２０は、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、さらに、次の第２の要件を満たしている（図７参照）。
＜第２の要件＞
「第１の連結部１２８の長さΔＣ１」 ＞ 「セル側接合部１２３とフレーム側接合部１２９との最短距離ΔＢ１」 － 「第１の距離ΔＸ１」
第１の連結部１２８の長さΔＣ１：第１の連結部１２８の内周面上における、第１の内側部１２６と第１の外側部１２７との間の最短距離
セル側接合部１２３とフレーム側接合部１２９との最短距離ΔＢ１：［（第１の距離ΔＸ１）２＋（第２の距離ΔＺ１）２］の平方根から第１の距離ΔＸ１を除算した値である。 In addition, the first separator 120 further satisfies the following second requirement in all cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction. (see Figure 7).
<Second requirement>
“Length ΔC1 of first connecting portion 128”>“shortest distance ΔB1 between cell-side joint portion 123 and frame-side joint portion 129”−“first distance ΔX1”
Length ΔC1 of first connecting portion 128: shortest distance between first inner portion 126 and first outer portion 127 on inner peripheral surface of first connecting portion 128 Cell-side joint portion 123 and frame Shortest distance ΔB1 to side joint portion 129: A value obtained by dividing the first distance ΔX1 from the square root of [(first distance ΔX1) 2 +(second distance ΔZ1) 2 ].

また、第１のセパレータ１２０は、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、さらに、次の第３の要件を満たしている（図７参照）。
＜第３の要件＞
「第２の距離ΔＺ１」 ＞ ０．０１ｍｍ In addition, the first separator 120 further satisfies the following third requirement in all cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction. (see Figure 7).
<Third requirement>
"Second distance ΔZ1"> 0.01 mm

Ａ－５．第２のセパレータ１８０の詳細構成：
第２のセパレータ１８０は、第２の貫通孔周囲部１８２を含む第２の内側部１８６と、第２の内側部１８６より外周側に位置する第２の外側部１８７とを備える。第２の内側部１８６と第２の外側部１８７とのＺ軸方向における位置は、互いに略同一である。なお、第２の内側部１８６のＺ軸方向における位置とは、第２の内側部１８６の表面の内の燃料室１７６に面している側（上側）の表面において、第２の内側部１８６における最も上に位置する部分の位置を意味する。第２の外側部１８７のＺ軸方向における位置とは、第２の外側部１８７の表面の内の燃料室１７６に面している側（上側）の表面において、第２の外側部１８７における最も上に位置する部分の位置を意味する。 A-5. Detailed configuration of the second separator 180:
The second separator 180 includes a second inner portion 186 including a second through-hole surrounding portion 182 and a second outer portion 187 located outside the second inner portion 186 . The positions of the second inner portion 186 and the second outer portion 187 in the Z-axis direction are substantially the same. It should be noted that the position of the second inner portion 186 in the Z-axis direction refers to the surface of the second inner portion 186 facing the fuel chamber 176 (upper side). means the position of the uppermost part in The position of the second outer portion 187 in the Z-axis direction means that the surface of the second outer portion 187 facing the fuel chamber 176 (upper side) is the most in the second outer portion 187 . It means the position of the part located above.

第２のセパレータ１８０は、さらに、第２の内側部１８６の端部と第２の外側部１８７の端部とを連結する第２の連結部１８８を備える。本実施形態では、第２の連結部１８８は、第２の内側部１８６および第２の外側部１８７の位置から燃料室１７６側（下側）に突出するように湾曲した形状を有している。すなわち、第２の連結部１８８における燃料室１７６側（下側）は凸部となり、第２の連結部１８８における空気室１６６側（上側）は凹部となる。このように、第２の連結部１８８は、Ｚ軸方向における位置が第２の内側部１８６および第２の外側部１８７とは異なる部分を含む。なお、第２の連結部１８８は、Ｚ軸方向視で、第２のセパレータ貫通孔１８１を取り囲むように形成されている。また、第２のセパレータ１８０における第２の連結部１８８は、例えば、プレス加工により形成される。第２のセパレータ１８０の第２の連結部１８８は、上述した構成であるため、面方向に容易に伸び縮みするバネのように機能する。そのため、本実施形態の第２のセパレータ１８０は、第２の連結部１８８を備えない構成と比較して、第２の連結部１８８の位置で面方向に変形しやすい。また、第２のセパレータ１８０の上下方向における厚さｔ２（板厚）は、０．０１（ｍｍ）以上であればよく、耐酸化性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０３（ｍｍ）以上、より好ましくは０．０５（ｍｍ）以上であって、０．２（ｍｍ）以下であることが好ましい。第２のセパレータ１８０の厚さｔ２を０．０３（ｍｍ）以上とすることにより、第２のセパレータ１８０の耐酸化性の低下を抑制することができ、第２のセパレータ１８０の厚さｔ２を０．２（ｍｍ）以下とすることにより、第２の連結部１８８のバネ性を一定程度以上確保することができる。 The second separator 180 further comprises a second connecting portion 188 that connects the end of the second inner portion 186 and the end of the second outer portion 187 . In this embodiment, the second connecting portion 188 has a curved shape protruding from the positions of the second inner portion 186 and the second outer portion 187 toward the fuel chamber 176 (lower side). . That is, the fuel chamber 176 side (lower side) of the second connecting portion 188 is a convex portion, and the air chamber 166 side (upper side) of the second connecting portion 188 is a concave portion. In this way, the second connecting portion 188 includes a portion whose position in the Z-axis direction is different from that of the second inner portion 186 and the second outer portion 187 . The second connecting portion 188 is formed so as to surround the second separator through-hole 181 as viewed in the Z-axis direction. Also, the second connecting portion 188 in the second separator 180 is formed by, for example, press working. Since the second connecting portion 188 of the second separator 180 has the configuration described above, it functions like a spring that easily expands and contracts in the plane direction. Therefore, the second separator 180 of the present embodiment is more likely to deform in the plane direction at the position of the second connecting portion 188 compared to a configuration without the second connecting portion 188 . In addition, the thickness t 2 (plate thickness) of the second separator 180 in the vertical direction may be 0.01 (mm) or more, and from the viewpoint of suppressing deterioration of oxidation resistance, it is preferably 0.03 ( mm) or more, more preferably 0.05 (mm) or more and 0.2 (mm) or less. By setting the thickness t2 of the second separator 180 to 0.03 (mm) or more, the deterioration of the oxidation resistance of the second separator 180 can be suppressed, and the thickness t2 of the second separator 180 can be suppressed. By setting 2 to 0.2 (mm) or less, it is possible to ensure springiness of the second connecting portion 188 to a certain extent or more.

図７に示すように、第２の連結部深さＨ２は、０．１（ｍｍ）以上、２．０（ｍｍ）以下であることがさらに好ましい。第２の連結部深さＨ２を０．１（ｍｍ）以上とすることにより、第２の連結部１８８による単セル１１０の変形や割れを抑制する効果を確保することができる。また、第２の連結部深さＨ２が２．０（ｍｍ）より高くなると、第２の連結部１８８によってガスの流れが阻害され、発電性能が低下するおそれがあるため好ましくないが、第２の連結部深さＨ２を２．０（ｍｍ）以下とすることにより、第２の連結部１８８によってガスの流れが阻害されて発電性能が低下することを抑制することができる。 As shown in FIG. 7, the second connecting portion depth H2 is more preferably 0.1 (mm) or more and 2.0 (mm) or less. By setting the second connecting portion depth H2 to 0.1 (mm) or more, the effect of suppressing deformation and cracking of the single cell 110 by the second connecting portion 188 can be ensured. Further, when the second connecting portion depth H2 is higher than 2.0 (mm), the second connecting portion 188 obstructs the flow of gas, which is not preferable because the power generation performance may deteriorate. By setting the depth H2 of the connecting portion 2 to 2.0 (mm) or less, it is possible to prevent the flow of gas from being obstructed by the second connecting portion 188 and the deterioration of power generation performance.

また、第２の連結部深さＨ２は第２のセパレータ１８０の厚さｔ２より大きいことが好ましい。第２の連結部深さＨ２を第２のセパレータ１８０の厚さｔ２より大きくすることにより、第２の連結部１８８による単セル１１０の変形や割れを抑制する効果を確保することができる。 Also, the second connecting portion depth H 2 is preferably greater than the thickness t 2 of the second separator 180 . By making the depth H2 of the second connecting portion larger than the thickness t2 of the second separator 180, the effect of suppressing deformation and cracking of the unit cell 110 by the second connecting portion 188 can be ensured. .

また、本実施形態では、上述の第１のセパレータ１２０と同様、第２のセパレータ１８０には、第２の連結部１８８が第１から第４の区画領域Ｅ１～Ｅ４の全ての領域に位置するように形成されている。具体的には、第２のセパレータ１８０には、第２の連結部１８８が、第２のセパレータ１８０の第２の周縁部に沿って全周にわたって連続的に形成されている。 In addition, in the present embodiment, as in the first separator 120 described above, the second separator 180 has the second connecting portions 188 located in all of the first to fourth partitioned regions E1 to E4. is formed as Specifically, a second connecting portion 188 is continuously formed on the second separator 180 along the second peripheral portion of the second separator 180 along the entire circumference.

また、第２のセパレータ１８０は、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、さらに、次の第４の要件を満たしている（図７参照）。
＜第４の要件＞
「第１の距離ΔＸ２」 ＞ 「第２の距離ΔＺ２」
第１の距離ΔＸ２：単セル１１０と空気極側フレーム１３０（上下方向において、第２のセパレータ１８０に対して単セル１１０と同じ側に位置するフレーム）との上下方向視における距離
第２の距離ΔＺ２：第２のセパレータ１８０の内、インターコネクタ１５０に接合されているコネクタ側接合部１８３と、燃料極側フレーム１４０に接合されているフレーム側接合部１８９との上下方向の距離
なお、フレーム側接合部１８９は、特許請求の範囲における燃料極側フレーム側接合部に相当する。 In addition, the second separator 180 further satisfies the following fourth requirement in all cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction. (see Figure 7).
<Fourth requirement>
"First distance ΔX2">"Second distance ΔZ2"
First distance ΔX2: Distance in vertical view between unit cell 110 and air electrode side frame 130 (frame located on the same side as unit cell 110 with respect to second separator 180 in the vertical direction) Second distance ΔZ2: The vertical distance between the connector-side joint portion 183 joined to the interconnector 150 and the frame-side joint portion 189 joined to the fuel electrode-side frame 140 in the second separator 180. Note that the frame side The joint portion 189 corresponds to the fuel electrode side frame side joint portion in the claims.

また、第２のセパレータ１８０は、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、さらに、次の第５の要件を満たしている（図７参照）。
＜第５の要件＞
「第２の連結部１８８の長さΔＣ２」 ＞ 「コネクタ側接合部１８３とフレーム側接合部１８９との最短距離ΔＢ２」 － 「第１の距離ΔＸ２」
第２の連結部１８８の長さΔＣ２：第２の連結部１８８の内周面上における、第２の内側部１８６と第２の外側部１８７との間の最短距離
コネクタ側接合部１８３とフレーム側接合部１８９との最短距離ΔＢ２：［（第１の距離ΔＸ２）２＋（第２の距離ΔＺ２）２］の平方根から第１の距離ΔＸ２を除算した値である。 In addition, the second separator 180 further satisfies the following fifth requirement in all cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction. (see Figure 7).
<Fifth Requirement>
“Length ΔC2 of second connecting portion 188”>“shortest distance ΔB2 between connector-side joint portion 183 and frame-side joint portion 189”−“first distance ΔX2”
Length ΔC2 of the second connecting portion 188: the shortest distance between the second inner portion 186 and the second outer portion 187 on the inner peripheral surface of the second connecting portion 188 Connector-side joint portion 183 and the frame Shortest distance ΔB2 to side joint 189: A value obtained by dividing the first distance ΔX2 from the square root of [(first distance ΔX2) 2 +(second distance ΔZ2) 2 ].

また、第２のセパレータ１８０は、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、さらに、次の第６の要件を満たしている（図７参照）。
＜第６の要件＞
「第２の距離ΔＺ２」 ＞ ０．０１ｍｍ In addition, the second separator 180 further satisfies the following sixth requirement in all cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction. (see Figure 7).
<Sixth Requirement>
"Second distance ΔZ2"> 0.01 mm

Ａ－６．第１実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、エンドプレート１０４，１０６に空間Ｓ１が形成されている。この空間Ｓ１は、少なくともセルブロック１０３側に開口しており、かつ、複数の発電単位１０２（単セル１１０）の並ぶ方向である上下方向視で輪郭線が単セル１１０を内包する。このようにエンドプレート１０４，１０６に空間Ｓ１が形成された燃料電池スタック１００では、例えばエンドプレート１０４，１０６に空間が形成されておらず、該エンドプレート１０４，１０６のセルブロック１０３側の表面全体が平坦である構成に比べて、セルブロック１０３におけるフレーム１３０，１４０と単セル１１０とでは、一対のエンドプレート１０４，１０６から受ける荷重が互いに異なることに起因して、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下の方向の変位差（図７に示すセル側接合部１２３とフレーム側接合部１２９との上下方向の変位差）が生じやすい。そして、例えば熱サイクルやヒートショック等によってエンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差がさらに大きくなる。エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差が生じると、例えば第１のセパレータ１２０を介して単セル１１０が上下方向に引っ張られることによって単セル１１０にクラック（割れ）が生じたり、エンドプレート１０４，１０６によるシール性が低下したりするなど、燃料電池スタック１００の性能が低下するおそれがある。 A-6. Effect of the first embodiment:
As described above, in the fuel cell stack 100 of this embodiment, the space S1 is formed between the end plates 104 and 106 . This space S1 is open at least to the cell block 103 side, and its outline includes the unit cell 110 when viewed in the vertical direction, which is the direction in which the plurality of power generation units 102 (single cells 110) are arranged. In the fuel cell stack 100 in which the space S1 is formed in the end plates 104 and 106, for example, no space is formed in the end plates 104 and 106, and the entire surface of the end plates 104 and 106 on the cell block 103 side is Compared to the configuration in which the base plate is flat, the frames 130 and 140 and the single cell 110 in the cell block 103 are different in load received from the pair of end plates 104 and 106, so that the end plates 104 and 106 and the single cell 110 are flat. A difference in vertical displacement from the cell 110 (a difference in vertical displacement between the cell-side joint portion 123 and the frame-side joint portion 129 shown in FIG. 7) is likely to occur. Then, for example, the difference in vertical displacement between the end plates 104 and 106 and the single cell 110 is further increased due to thermal cycles, heat shocks, and the like. When a difference in vertical displacement occurs between the end plates 104 and 106 and the unit cell 110, the unit cell 110 is pulled vertically through the first separator 120, for example, and cracks occur in the unit cell 110. Also, the performance of the fuel cell stack 100 may be degraded, for example, the sealing performance of the end plates 104 and 106 may be degraded.

これに対して、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、第１のセパレータ１２０の第１の連結部１２８が容易に伸び縮みするバネのように機能し、第１のセパレータ１２０が第１の連結部１２８の位置で変形しやすいため（図７参照）、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差が大きくなると、第１のセパレータ１２０が主として第１の連結部１２８の位置で伸びるように変形し、その結果、上記変位差によって単セル１１０やエンドプレート１０４，１０６に発生する応力が緩和されるため、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を抑制することができる。 In contrast, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the first connecting portion 128 of the first separator 120 functions like a spring that easily expands and contracts, and the first separator 120 becomes the first 7), when the vertical displacement difference between the end plates 104, 106 and the unit cell 110 increases, the first separator 120 is mainly deformed at the first connecting portion 128. As a result, the stress generated in the unit cell 110 and the end plates 104 and 106 due to the displacement difference is relaxed, so that the end plates 104 and 106 and the unit cell 110 are displaced in the vertical direction. A decrease in performance of the fuel cell stack 100 due to the difference can be suppressed.

また、本実施形態では、第１のセパレータ１２０には、第１の連結部１２８が第１から第４の区画領域Ｅ１～Ｅ４の全ての領域に位置するように形成されている（図６参照）。このため、本実施形態によれば、第１のセパレータ１２０の全周にわたって応力緩和の機能が発揮されるため、例えば、第１から第４の区画領域Ｅ１～Ｅ４のいずれかに第１の連結部１２８が形成されていない構成に比べて、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を、より効果的に抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the first connecting portions 128 are formed in the first separator 120 so as to be positioned in all of the first to fourth partitioned regions E1 to E4 (see FIG. 6). ). Therefore, according to the present embodiment, the function of stress relaxation is exerted over the entire circumference of the first separator 120. Therefore, for example, any one of the first to fourth partitioned regions E1 to E4 is provided with the first connection. Compared to the configuration in which the portion 128 is not formed, it is possible to more effectively suppress the deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 due to the vertical displacement difference between the end plates 104, 106 and the single cell 110. .

また、本実施形態では、第１のセパレータ１２０に接合されている単セル１１０とフレーム１３０，１４０との上下方向視における距離である第１の距離ΔＸ１は、第１のセパレータ１２０におけるセル側接合部１２３とフレーム側接合部１２９との上下方向の距離である第２の距離ΔＺ１より長い（上記第１の要件 図７参照）。ここで、図８は、変形例における第１のセパレータ１２０ａの一部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。変形例の燃料電池スタック１００ａでは、第１の距離ΔＸ１が第２の距離ΔＺａ（＞ΔＺ１）以下である。このため、第１のセパレータ１２０ａの面方向に対する第２の傾き（角度θ１ａ＞上記角度θ１）が比較的に急峻になり、その結果、単セル１１０およびフレーム１３０，１４０に発生する上下方向の応力が比較的に大きい。これに対して、本実施形態によれば、変形例の燃料電池スタック１００ａに比べて、第２の距離ΔＺａが同じである条件下において、第１のセパレータ１２０の面方向に対する傾き（角度θ１参照）が比較的に緩やかなであり、その結果、単セルおよびフレーム部材に発生する第１の方向の応力が小さい。したがって、本実施形態によれば、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を、より効果的に抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the first distance ΔX1, which is the distance in the vertical direction between the unit cell 110 joined to the first separator 120 and the frames 130 and 140, is the cell-side joining distance of the first separator 120. longer than the second distance ΔZ1, which is the vertical distance between the portion 123 and the frame-side joint portion 129 (refer to FIG. 7 for the first requirement). Here, FIG. 8 is an explanatory view showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a part of the first separator 120a in the modified example. In the modified fuel cell stack 100a, the first distance ΔX1 is less than or equal to the second distance ΔZa (>ΔZ1). Therefore, the second inclination (angle θ1a>the above angle θ1) with respect to the surface direction of the first separator 120a becomes relatively steep, and as a result, vertical stress is generated in the single cell 110 and the frames 130 and 140. is relatively large. In contrast, according to the present embodiment, under the condition that the second distance ΔZa is the same as in the fuel cell stack 100a of the modified example, the inclination of the first separator 120 with respect to the surface direction (see the angle θ1 ) is relatively gradual, resulting in less stress in the first direction on the unit cells and frame members. Therefore, according to the present embodiment, deterioration in performance of the fuel cell stack 100 due to the vertical displacement difference between the end plates 104 and 106 and the single cell 110 can be more effectively suppressed.

本実施形態では、第１のセパレータ１２０における第１の連結部１２８の長さΔＣ１は、第１のセパレータ１２０におけるセル側接合部１２３とフレーム側接合部１２９との最短距離ΔＢ１から、第１の距離ΔＸ１を引いた長さより長い（図７参照）。このため、本実施形態によれば、第１の連結部１２８の長さΔＣ１が、上記最短距離ΔＢ１から第１の距離ΔＸ１を引いた長さより短い構成に比べて、フレーム１３０，１４０と単セル１１０との上下方向の変位差に起因して単セル１１０やフレーム１３０，１４０に発生する応力を、第１のセパレータ１２０の第１の連結部１２８の伸長によって効果的に緩和することができる。 In this embodiment, the length ΔC1 of the first connecting portion 128 in the first separator 120 is calculated from the shortest distance ΔB1 between the cell-side joint portion 123 and the frame-side joint portion 129 in the first separator 120, longer than the length minus the distance ΔX1 (see FIG. 7). For this reason, according to the present embodiment, the length ΔC1 of the first connecting portion 128 is shorter than the length obtained by subtracting the first distance ΔX1 from the shortest distance ΔB1. The stress generated in the single cell 110 and the frames 130 and 140 due to the vertical displacement difference with respect to the first separator 110 can be effectively relieved by the elongation of the first connecting portion 128 of the first separator 120 .

また、本実施形態によれば、第１のセパレータ１２０の内のセル側接合部１２３とフレーム側接合部１２９との上下方向の距離である第２の距離ΔＺ１が０．０１ｍｍより大きい構成において、特に有効である。 Further, according to the present embodiment, in the configuration in which the second distance ΔZ1, which is the vertical distance between the cell-side joint portion 123 and the frame-side joint portion 129 in the first separator 120, is greater than 0.01 mm, Especially effective.

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における燃料電池スタック１００ｂの一部分のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図９には、第２実施形態の燃料電池スタック１００ｂの構成のうち、図４に示すＰｘ部と同等の部分の構成が拡大して示されている。以下では、第２実施形態の燃料電池スタック１００ｂの構成のうち、上述した第１実施形態の燃料電池スタック１００の構成と同等の構成については、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。 B. Second embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion of the fuel cell stack 100b in the second embodiment. FIG. 9 shows an enlarged view of a portion of the configuration of the fuel cell stack 100b of the second embodiment that is equivalent to the Px portion shown in FIG. In the following description, of the configuration of the fuel cell stack 100b of the second embodiment, the configuration equivalent to the configuration of the fuel cell stack 100 of the first embodiment described above will be given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. .

図９に示すように、第２実施形態の燃料電池スタック１００ｂは、第２のセパレータ１８０が、インターコネクタ１５０と、燃料極側フレーム１４０とに、それぞれ溶接によって接合されている点で、第１実施形態の燃料電池スタック１００と異なる。 As shown in FIG. 9, in the fuel cell stack 100b of the second embodiment, the second separator 180 is joined to the interconnector 150 and the fuel electrode side frame 140 by welding. It differs from the fuel cell stack 100 of the embodiment.

具体的には、本実施形態では、第２のセパレータ１８０における第２の貫通孔周囲部１８２は、インターコネクタ１５０の周縁部における上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、第２のセパレータ１８０とインターコネクタ１５０とが接する位置には、第２のセパレータ１８０とインターコネクタ１５０とを接合する溶接部２３２が形成されている。溶接部２３２の一部分は、溶接部材（第２のセパレータ１８０）の上側の表面に露出しており、溶接部２３２の一部分は、被溶接部材（インターコネクタ１５０）内まで進入している。本実施形態では、溶接部２３２は、Ｚ軸方向視において、第２のセパレータ１８０の第２の貫通孔周囲部１８２およびインターコネクタ１５０の周縁部に連続的に形成されている。また、本実施形態では、第２のセパレータ１８０の第２の外側部１８７（より詳しくは、第２の外側部１８７の一部であって、第２のセパレータ１８０の第２の周縁部）は、燃料極側フレーム１４０の下側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、第２のセパレータ１８０と燃料極側フレーム１４０とが接する位置には、第２のセパレータ１８０と燃料極側フレーム１４０とを接合する溶接部２３１が形成されている。溶接部２３１の一部分は、溶接部材（第２のセパレータ１８０）の下側の表面に露出しており、溶接部２３１の一部分は、被溶接部材（燃料極側フレーム１４０）内まで進入している。本実施形態では、溶接部２３１は、Ｚ軸方向視において、第２のセパレータ１８０の第２の周縁部および燃料極側フレーム１４０の燃料室用孔１４１の周囲部に連続的に形成されている。 Specifically, in this embodiment, the second through-hole peripheral portion 182 of the second separator 180 is joined to the upper surface of the peripheral portion of the interconnector 150 by laser welding. In other words, a welded portion 232 that joins the second separator 180 and the interconnector 150 is formed at a position where the second separator 180 and the interconnector 150 are in contact with each other. A portion of the welded portion 232 is exposed on the upper surface of the welded member (second separator 180), and a portion of the welded portion 232 extends into the member to be welded (interconnector 150). In this embodiment, the welded portion 232 is formed continuously around the second through-hole peripheral portion 182 of the second separator 180 and the peripheral portion of the interconnector 150 as viewed in the Z-axis direction. Further, in the present embodiment, the second outer portion 187 of the second separator 180 (more specifically, the second peripheral portion of the second separator 180 that is part of the second outer portion 187) is , is joined to the lower surface of the fuel electrode side frame 140 by laser welding. In other words, the welded portion 231 that joins the second separator 180 and the fuel electrode side frame 140 is formed at the position where the second separator 180 and the fuel electrode side frame 140 are in contact with each other. A portion of the welded portion 231 is exposed on the lower surface of the welded member (second separator 180), and a portion of the welded portion 231 extends into the member to be welded (the fuel electrode side frame 140). . In this embodiment, the welded portion 231 is formed continuously around the second peripheral edge portion of the second separator 180 and the fuel chamber hole 141 of the fuel electrode-side frame 140 as viewed in the Z-axis direction. .

本実施形態では、第２のセパレータ１８０の第２の外側部１８７と同様に、第１のセパレータ１２０の第１の外側部１２７（より詳しくは、第１の外側部１２７の一部であって、第１のセパレータ１２０の第１の周縁部）は、燃料極側フレーム１４０の上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、第１のセパレータ１２０と燃料極側フレーム１４０とが接する位置には、第１のセパレータ１２０と燃料極側フレーム１４０とを接合する溶接部２４１が形成されている。溶接部２４１の一部分は、溶接部材（第１のセパレータ１２０）の上側の表面に露出しており、溶接部２４１の一部分は、被溶接部材（燃料極側フレーム１４０）内まで進入している。このため、第１のセパレータ１２０の第１の周縁部における燃料室１７６から空気室１６６へのガスのリークが抑制される。本実施形態では、溶接部２４１は、Ｚ軸方向視において、第１のセパレータ１２０の第１の周縁部および燃料極側フレーム１４０の燃料室用孔１４１の周囲部に連続的に形成されている。このため、空気室１６６および１７６との各ガス室における密閉性を向上させることができる。 In this embodiment, as with the second outer portion 187 of the second separator 180, the first outer portion 127 of the first separator 120 (more specifically, a portion of the first outer portion 127). , the first peripheral edge of the first separator 120) are joined to the upper surface of the anode-side frame 140 by laser welding. In other words, the welded portion 241 that joins the first separator 120 and the fuel electrode side frame 140 is formed at the position where the first separator 120 and the fuel electrode side frame 140 are in contact with each other. A portion of the welded portion 241 is exposed on the upper surface of the welded member (first separator 120), and a portion of the welded portion 241 extends into the member to be welded (the fuel electrode side frame 140). Therefore, leakage of gas from the fuel chamber 176 to the air chamber 166 at the first peripheral portion of the first separator 120 is suppressed. In this embodiment, the welded portion 241 is formed continuously around the first peripheral edge portion of the first separator 120 and the fuel chamber hole 141 of the fuel electrode side frame 140 as viewed in the Z-axis direction. . Therefore, the airtightness of each gas chamber with air chambers 166 and 176 can be improved.

本実施形態の燃料電池スタック１００ｂでは、上述の通り、燃料極側フレーム１４０と第２のセパレータ１８０とを接合する溶接部２３１が、第２のセパレータ１８０から燃料極側フレーム１４０の下側の表面を貫いて燃料極側フレーム１４０の内部に至るように形成されている。また、インターコネクタ１５０と第２のセパレータ１８０とを接合する溶接部２３２が、第２のセパレータ１８０からインターコネクタ１５０の上側の表面を貫いてインターコネクタ１５０の内部に至るように形成されている。このため、第２のセパレータ１８０の第２の貫通孔周囲部１８２および第２の周縁部における燃料室１７６から空気室１６６へのガスのリークが抑制され、ひいては、空気室１６６と燃料室１７６との各ガス室における密閉性を向上させることができる。 In the fuel cell stack 100b of the present embodiment, as described above, the welded portion 231 that joins the fuel electrode side frame 140 and the second separator 180 extends from the second separator 180 to the lower surface of the fuel electrode side frame 140. is formed to reach the inside of the fuel electrode side frame 140 through the . Welded portion 232 that joins interconnector 150 and second separator 180 is formed to extend from second separator 180 through the upper surface of interconnector 150 and into interconnector 150 . Therefore, leakage of gas from the fuel chamber 176 to the air chamber 166 at the second through-hole peripheral portion 182 and the second peripheral edge portion of the second separator 180 is suppressed, and eventually, the air chamber 166 and the fuel chamber 176 are separated from each other. can improve the airtightness in each gas chamber.

Ｃ．第３実施形態：
図１０および図１１は、それぞれ、第３実施形態における燃料電池スタック１００ｃの一部分のＸＺ断面構成およびＹＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図１０には、第３実施形態における燃料電池スタック１００ｃの構成のうち、図２に示す断面と同一の位置における構成が示されている。図１１には、第３実施形態における燃料電池スタック１００ｃの構成のうち、図３に示す断面と同一の位置における構成が示されている。以下では、第３実施形態の燃料電池スタック１００ｃの構成のうち、上述した第１実施形態および第２実施形態の燃料電池スタック１００，１００ｂの構成と同等の構成については、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。 C. Third embodiment:
10 and 11 are explanatory diagrams showing enlarged XZ and YZ cross-sectional configurations, respectively, of a portion of the fuel cell stack 100c in the third embodiment. FIG. 10 shows the configuration of the fuel cell stack 100c in the third embodiment at the same position as the cross section shown in FIG. FIG. 11 shows the configuration of the fuel cell stack 100c in the third embodiment at the same position as the cross section shown in FIG. In the following description, of the configuration of the fuel cell stack 100c of the third embodiment, the same reference numerals are given to the configurations equivalent to those of the fuel cell stacks 100 and 100b of the above-described first and second embodiments. The description will be omitted as appropriate.

図１０および図１１に示すように、第３実施形態の燃料電池スタック１００ｃは、主に、一対のターミナルプレート７０，８０と、一対の絶縁シート９２，９４と、を備えている点で、第２実施形態の燃料電池スタック１００ｂと異なる。 As shown in FIGS. 10 and 11, the fuel cell stack 100c of the third embodiment mainly includes a pair of terminal plates 70, 80 and a pair of insulating sheets 92, 94. It differs from the fuel cell stack 100b of the second embodiment.

一対のターミナルプレート７０，８０のうちの一方（以下、「上側ターミナルプレート７０」という。）は、Ｚ軸方向において、上側エンドプレート１０４とセルブロック１０３との間に配置されており、一対の絶縁シート９２，９４のうちの一方（以下、「上側絶縁シート９２」という。）は、上側ターミナルプレート７０の上側に配置されている。すなわち、上側エンドプレート１０４は、上側絶縁シート９２の上側に配置されている。また、一対のターミナルプレート７０，８０のうちの他方（以下、「下側ターミナルプレート８０」という。）は、Ｚ軸方向において、下側エンドプレート１０６とセルブロック１０３との間に配置されており、一対の絶縁シート９２，９４のうちの他方（以下、「下側絶縁シート９４」という。）は、下側ターミナルプレート８０の下側に配置されている。すなわち、下側エンドプレート１０６は、下側絶縁シート９４の下側に配置されている。 One of the pair of terminal plates 70 and 80 (hereinafter referred to as "upper terminal plate 70") is arranged between the upper end plate 104 and the cell block 103 in the Z-axis direction, One of the sheets 92 , 94 (hereinafter referred to as “upper insulating sheet 92 ”) is arranged above the upper terminal plate 70 . That is, the upper end plate 104 is arranged above the upper insulating sheet 92 . The other of the pair of terminal plates 70 and 80 (hereinafter referred to as "lower terminal plate 80") is arranged between the lower end plate 106 and the cell block 103 in the Z-axis direction. , the other of the pair of insulating sheets 92 , 94 (hereinafter referred to as “lower insulating sheet 94 ”) is arranged below the lower terminal plate 80 . That is, the lower end plate 106 is arranged below the lower insulating sheet 94 .

一対のターミナルプレート７０，８０と、一対の絶縁シート９２，９４とのＺ軸方向回りの周縁部には、一対のエンドプレート１０４，１０６と同様に、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されている。このため、本実施形態の燃料電池スタック１００ｃでは、各部材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、上側エンドプレート１０４から下側エンドプレート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。 Similar to the pair of end plates 104, 106, a plurality of (this embodiment 8) holes are formed. For this reason, in the fuel cell stack 100c of the present embodiment, the corresponding holes formed in each member communicate with each other in the vertical direction, and the communication hole 108 extending vertically from the upper end plate 104 to the lower end plate 106 is formed. Configure.

（絶縁シート９２，９４の構成）
一対の絶縁シート９２，９４は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、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の絶縁性材料により構成されている。上側絶縁シート９２の中央付近には、上側エンドプレート１０４の孔３２に連通し、かつ、Ｚ軸方向に貫通する孔９３が形成されている。Ｚ軸方向視で、上側絶縁シート９２に形成された孔９３の内周線は、各単セル１１０を内包している。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向視で、上側絶縁シート９２に形成された孔９３の内周線は、上側エンドプレート１０４に形成された孔３２の内周線と略一致している。上側エンドプレート１０４は、特許請求の範囲における第１のエンド部材に相当する。上側絶縁シート９２は、特許請求の範囲における絶縁部材に相当し、孔９３は、特許請求の範囲における絶縁部材貫通孔に相当する。 (Structure of insulating sheets 92 and 94)
The pair of insulating sheets 92 and 94 is a plate-like member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like. Constructed of an insulating material. A hole 93 communicating with the hole 32 of the upper end plate 104 and penetrating in the Z-axis direction is formed near the center of the upper insulating sheet 92 . As viewed in the Z-axis direction, the inner circumference of the hole 93 formed in the upper insulating sheet 92 encloses each unit cell 110 . In this embodiment, the inner circumference of the hole 93 formed in the upper insulating sheet 92 substantially matches the inner circumference of the hole 32 formed in the upper end plate 104 as viewed in the Z-axis direction. The upper end plate 104 corresponds to the first end member in the claims. The upper insulating sheet 92 corresponds to an insulating member in the claims, and the hole 93 corresponds to an insulating member through-hole in the claims.

（ターミナルプレート７０，８０の構成）
一対のターミナルプレート７０，８０は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、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。上側ターミナルプレート７０の中央付近には、Ｚ軸方向に貫通する孔７１が形成されている。Ｚ軸方向視で、上側ターミナルプレート７０に形成された孔７１の内周線は、各単セル１１０を内包している。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向視で、上側ターミナルプレート７０に形成された孔７１の内周線は、上側エンドプレート１０４に形成された孔３２の内周線と略一致している。本実施形態の燃料電池スタック１００ｃにおいて、上側ターミナルプレート７０は、Ｚ軸方向視で、上側エンドプレート１０４の外周線から外側に突出した突出部７８を備えており、該突出部７８は、燃料電池スタック１００ｃのプラス側の出力端子として機能する。また、下側ターミナルプレート８０は、Ｚ軸方向視で、下側エンドプレート１０６の外周線から外側に突出した突出部８８を備えており、該突出部８８は、燃料電池スタック１００ｃのマイナス側の出力端子として機能する。すなわち、上側ターミナルプレート７０は、セルブロック１０３の最上部に位置するインターコネクタ１５０（後述の、「最上位インターコネクタ１５０Ｘ」に電気的に接続されており、下側ターミナルプレート８０は、セルブロック１０３の最下部に位置するインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。上側ターミナルプレート７０は、特許請求の範囲におけるターミナル部材に相当し、孔７１は、特許請求の範囲におけるターミナル部材貫通孔に相当する。 (Configuration of Terminal Plates 70, 80)
The pair of terminal plates 70 and 80 is a plate-like member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of a conductive material such as stainless steel. A hole 71 penetrating in the Z-axis direction is formed near the center of the upper terminal plate 70 . As viewed in the Z-axis direction, the inner peripheral line of the hole 71 formed in the upper terminal plate 70 encloses each unit cell 110 . In this embodiment, the inner circumference of the hole 71 formed in the upper terminal plate 70 substantially matches the inner circumference of the hole 32 formed in the upper end plate 104 as viewed in the Z-axis direction. In the fuel cell stack 100c of this embodiment, the upper terminal plate 70 has a projecting portion 78 projecting outward from the outer peripheral line of the upper end plate 104 as viewed in the Z-axis direction. It functions as the positive output terminal of the stack 100c. In addition, the lower terminal plate 80 has a projecting portion 88 projecting outward from the outer peripheral line of the lower end plate 106 as viewed in the Z-axis direction. Functions as an output pin. That is, the upper terminal plate 70 is electrically connected to the interconnector 150 located at the top of the cell block 103 (a “top interconnector 150X” to be described later), and the lower terminal plate 80 is connected to the cell block 103 The upper terminal plate 70 corresponds to the terminal member in the claims, and the hole 71 corresponds to the terminal member through-hole in the claims. do.

燃料電池スタック１００ｃにおいて最も上側に位置する発電単位１０２（以下、「上側特定発電単位１０２Ｘ」ともいう）の上側のインターコネクタ１５０（以下、「最上位インターコネクタ１５０Ｘ」ともいう）は、第２のセパレータ１８０（以下、「最上位セパレータ１８０Ｘ」ともいう）を介して上側ターミナルプレート７０に電気的に接続されている。すなわち、上側ターミナルプレート７０は、セルブロック１０３に電気的に接続されている。また、最上位セパレータ１８０Ｘは、第２のセパレータ１８０と同様に、中央付近にＺ軸方向に貫通する略矩形の最上位セパレータ貫通孔１８１Ｘ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。最上位インターコネクタ１５０Ｘは、特許請求の範囲における特定インターコネクタに相当する。最上位セパレータ１８０Ｘは、特許請求の範囲における第３のセパレータに相当し、最上位セパレータ貫通孔１８１Ｘは、特許請求の範囲における第３のセパレータ貫通孔に相当する。 The upper interconnector 150 (hereinafter also referred to as “top interconnector 150X”) of the uppermost power generation unit 102 (hereinafter also referred to as “upper specific power generation unit 102X”) in the fuel cell stack 100c is connected to the second It is electrically connected to the upper terminal plate 70 via a separator 180 (hereinafter also referred to as "top separator 180X"). That is, upper terminal plate 70 is electrically connected to cell block 103 . The uppermost separator 180X is a frame-shaped member having a substantially rectangular uppermost separator through-hole 181X extending in the Z-axis direction near the center, similar to the second separator 180. For example, the uppermost separator 180X is made of metal. formed. The highest level interconnector 150X corresponds to a specific interconnector in the claims. The uppermost separator 180X corresponds to the third separator in the claims, and the uppermost separator through-hole 181X corresponds to the third separator through-hole in the claims.

また、本実施形態において、最上位セパレータ１８０Ｘは、第３の貫通孔周囲部１８２Ｘを含む第３の内側部１８６Ｘと、第３の内側部１８６Ｘより外側に位置する第３の外側部１８７Ｘと、第３の内側部１８６Ｘの端部と第３の外側部１８７Ｘの端部とを連結する第３の連結部１８８Ｘとを備える。なお、第３の内側部１８６Ｘ、第３の外側部１８７Ｘおよび第３の連結部１８８Ｘの構成は、それぞれ、上述の第２の内側部１８６、第２の外側部１８７および第２の連結部の構成と同様である。最上位セパレータ１８０Ｘにおける第３の貫通孔周囲部１８２Ｘは、最上位インターコネクタ１５０Ｘの周縁部における上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、最上位セパレータ１８０Ｘと最上位インターコネクタ１５０Ｘとが接する位置には、最上位セパレータ１８０Ｘと最上位インターコネクタ１５０Ｘとを接合する溶接部２１２が形成されている。溶接部２１２の一部分は、溶接部材（最上位セパレータ１８０Ｘ）の上側の表面に露出しており、溶接部２１２の一部分は、被溶接部材（最上位インターコネクタ１５０Ｘ）内まで進入している。本実施形態では、溶接部２１２は、Ｚ軸方向視において、最上位セパレータ１８０Ｘの貫通孔周囲部および最上位インターコネクタ１５０Ｘの周縁部に連続的に形成されている。また、本実施形態では、最上位セパレータ１８０Ｘにおける第３の周縁部は、上側ターミナルプレート７０の下側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、最上位セパレータ１８０Ｘと上側ターミナルプレート７０とが接する位置には、最上位セパレータ１８０Ｘと上側ターミナルプレート７０とを接合する溶接部２１１が形成されている。溶接部２１１の一部分は、溶接部材（最上位セパレータ１８０Ｘ）の下側の表面に露出しており、溶接部２１１の一部分は、被溶接部材（上側ターミナルプレート７０）内まで進入している。本実施形態では、溶接部２１１は、Ｚ軸方向視において、最上位セパレータ１８０Ｘの第３の周縁部および上側ターミナルプレート７０の孔７１の周囲部に連続的に形成されている。 Further, in the present embodiment, the uppermost separator 180X includes a third inner portion 186X including a third through-hole surrounding portion 182X, a third outer portion 187X positioned outside the third inner portion 186X, A third connecting portion 188X connecting an end of the third inner portion 186X and an end of the third outer portion 187X is provided. The configurations of the third inner portion 186X, the third outer portion 187X, and the third connecting portion 188X are different from those of the second inner portion 186, the second outer portion 187, and the second connecting portion, respectively. Same as configuration. A third through-hole peripheral portion 182X in the uppermost separator 180X is joined by laser welding to the upper surface of the peripheral portion of the uppermost interconnector 150X. In other words, the welded portion 212 that joins the uppermost separator 180X and the uppermost interconnector 150X is formed at the position where the uppermost separator 180X and the uppermost interconnector 150X contact each other. A portion of the welded portion 212 is exposed on the upper surface of the welded member (the uppermost separator 180X), and a portion of the welded portion 212 extends into the member to be welded (the uppermost interconnector 150X). In the present embodiment, the welded portion 212 is formed continuously around the through hole of the uppermost separator 180X and around the uppermost interconnector 150X when viewed in the Z-axis direction. Further, in this embodiment, the third peripheral edge portion of the uppermost separator 180X is joined to the lower surface of the upper terminal plate 70 by laser welding. In other words, the welded portion 211 that joins the uppermost separator 180X and the upper terminal plate 70 is formed at the position where the uppermost separator 180X and the upper terminal plate 70 contact each other. A portion of welded portion 211 is exposed on the lower surface of the welded member (uppermost separator 180X), and a portion of welded portion 211 extends into the welded member (upper terminal plate 70). In this embodiment, the welded portion 211 is formed continuously around the third peripheral edge portion of the uppermost separator 180X and the peripheral portion of the hole 71 of the upper terminal plate 70 as viewed in the Z-axis direction.

本実施形態の燃料電池スタック１００ｃでは、上述の通り、上側ターミナルプレート７０と最上位セパレータ１８０Ｘとを接合する溶接部２１１が、最上位セパレータ１８０Ｘから上側ターミナルプレート７０の下側の表面を貫いて上側ターミナルプレート７０の内部に至るように形成されている。また、最上位インターコネクタ１５０Ｘと最上位セパレータ１８０Ｘとを接合する溶接部２１２が、最上位セパレータ１８０Ｘから最上位インターコネクタ１５０Ｘの上側の表面を貫いて最上位インターコネクタ１５０Ｘの内部に至るように形成されている。このため、最上位セパレータ１８０Ｘの第３の貫通孔周囲部１８２Ｘおよび第３の周縁部における空気室１６６から燃料電池スタック１００ｃの外部へのガスのリークが抑制され、ひいては、空気室１６６における密閉性を向上させることができる。 In the fuel cell stack 100c of the present embodiment, as described above, the weld 211 that joins the upper terminal plate 70 and the uppermost separator 180X extends from the uppermost separator 180X through the lower surface of the upper terminal plate 70 to the upper side. It is formed so as to reach the inside of the terminal plate 70 . Also, the welded portion 212 that joins the top interconnector 150X and the top separator 180X is formed so as to extend from the top separator 180X through the upper surface of the top interconnector 150X to the inside of the top interconnector 150X. It is Therefore, leakage of gas to the outside of the fuel cell stack 100c from the air chamber 166 at the third through-hole peripheral portion 182X and the third peripheral edge portion of the uppermost separator 180X is suppressed, and the sealing of the air chamber 166 is improved. can be improved.

また、上側ターミナルプレート７０および最上位インターコネクタ１５０Ｘにおいては、それぞれ、その表面に被膜（例えば、アルミナ被膜やクロミア被膜）が形成されることがある。被膜は、上側ターミナルプレート７０や最上位インターコネクタ１５０Ｘより電気抵抗が高いため、上側ターミナルプレート７０や最上位インターコネクタ１５０Ｘと最上位セパレータ１８０Ｘとの間の電気的接続性が低下し、その結果、燃料電池スタックの電気的性能が低下するおそれがある。本実施形態の燃料電池スタック１００ｃでは、上述の通り、上側ターミナルプレート７０と最上位セパレータ１８０Ｘとを接合する溶接部２１１と、最上位インターコネクタ１５０Ｘと最上位セパレータ１８０Ｘとを接合する溶接部２１２とが形成されているため、溶接部２１１，２１２を介して、最上位インターコネクタ１５０Ｘと上側ターミナルプレート７０とが電気的に良好に接続される。従って、燃料電池スタック１００ｃによれば、燃料電池スタック１００ｃの電気的性能をより効果的に向上させることができる。 Also, the upper terminal plate 70 and the uppermost interconnector 150X may be coated with a coating (for example, an alumina coating or a chromia coating). Since the coating has a higher electrical resistance than the upper terminal plate 70 or the uppermost interconnector 150X, the electrical connectivity between the upper terminal plate 70 or the uppermost interconnector 150X and the uppermost separator 180X is reduced, resulting in The electrical performance of the fuel cell stack may deteriorate. In the fuel cell stack 100c of the present embodiment, as described above, the welded portion 211 that joins the upper terminal plate 70 and the uppermost separator 180X, and the welded portion 212 that joins the uppermost interconnector 150X and the uppermost separator 180X. are formed, the uppermost interconnector 150X and the upper terminal plate 70 are electrically connected well through the welds 211 and 212 . Therefore, according to the fuel cell stack 100c, the electrical performance of the fuel cell stack 100c can be improved more effectively.

Ｄ．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。 D. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

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、一対のエンドプレート１０４，１０６の一方だけに空間が形成された構成であってもよい。また、上記実施形態では、空間として、エンドプレート１０４，１０６を貫通する空間Ｓ１，Ｓ２を例示したが、空間は、例えば、セルブロック１０３側に開口し、セルブロック１０３とは反対側に開口していない凹部状の空間であってもよい。また、上記実施形態では、エンド部材として、平板状のエンドプレート１０４，１０６を例示したが、エンド部材は、平板状以外の形状であってもよい。また、上記実施形態では、エンド部材の上下方向視の形状は、枠状だったが、例えば、上記実施形態において、エンドプレート１０４，１０６の形状を、燃料電池スタック１００のＺ軸回りの外周における３つの辺のそれぞれに沿った部分（例えばボルト２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｅのいずれか１つを除く７つのボルト２２で締結される部分）を有し、残りの１つの辺に沿った部分を有しない形状としてもよいし、燃料電池スタック１００のＺ軸回りの外周における互いに平行な２つの辺に沿った部分（例えばボルト２２Ａ，２２Ｂまたはボルト２２Ｄ，２２Ｅのいずれか１組を除く６つのボルト２２で締結される部分）を有し、残りの２つの辺に沿った部分を有しない形状としてもよい。 The configurations of the single cell 110, the power generating unit 102, or the fuel cell stack 100 in the above embodiment are merely examples, and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, a configuration in which a space is formed only in one of the pair of end plates 104 and 106 may be employed. In the above embodiment, the spaces S1 and S2 passing through the end plates 104 and 106 are illustrated as the spaces, but the spaces are open on the cell block 103 side and open on the opposite side to the cell block 103, for example. It may be a recessed space that is not closed. In addition, in the above-described embodiment, the flat end plates 104 and 106 are illustrated as the end members, but the end members may have a shape other than the flat plate shape. In the above embodiment, the shape of the end member when viewed in the vertical direction is frame-shaped. It has a portion along each of three sides (for example, a portion fastened with seven bolts 22 excluding any one of bolts 22A, 22B, 22D, and 22E), and a portion along the remaining one side Alternatively, a portion along two sides parallel to each other on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z axis (for example, six bolts 22A and 22B or bolts 22D and 22E except for one pair) 22) and no portions along the remaining two sides.

また、上記実施形態において、中間部材１９０は、貫通孔が形成された構成であってもよい。 Further, in the above embodiment, the intermediate member 190 may have a configuration in which a through hole is formed.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に備えられた全ての第１のセパレータ１２０が第１の連結部１２８を備えるとしたが、燃料電池スタック１００に備えられた全ての第１のセパレータ１２０の少なくとも１つが第１の連結部１２８を備える構成であれば、フレーム１３０，１４０と単セル１１０との上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を抑制することができる。なお、燃料電池スタック１００に備えられた全ての第１のセパレータ１２０の内、５０％以上の第１のセパレータ１２０が第１の連結部１２８を備える構成が好ましく、全ての第１のセパレータ１２０の内、８０％以上の第１のセパレータ１２０が第１の連結部１２８を備える構成がより好ましい。また、特に、上下方向においてエンドプレート１０４，１０６から離れた位置に配置された発電単位１０２では、フレーム１３０，１４０と単セル１１０との上下方向の変位差が生じやすい。このため、上下方向においてエンドプレート１０４，１０６から離れた位置に配置された第１のセパレータ１２０（燃料電池スタック１００における上下方向の中央側に位置する第１のセパレータ１２０）が第１の連結部１２８を備える構成が好ましい。 Further, in the above embodiment, all the first separators 120 provided in the fuel cell stack 100 were provided with the first connecting portions 128, but all the first separators 120 provided in the fuel cell stack 100 is provided with the first connecting portion 128, it is possible to suppress deterioration in the performance of the fuel cell stack 100 due to the vertical displacement difference between the frames 130, 140 and the single cell 110. In addition, it is preferable that 50% or more of the first separators 120 among all the first separators 120 provided in the fuel cell stack 100 have the first connecting portion 128, and all the first separators 120 Among them, a configuration in which 80% or more of the first separators 120 are provided with the first connecting portions 128 is more preferable. In particular, in the power generation unit 102 arranged at a position away from the end plates 104 and 106 in the vertical direction, a difference in vertical displacement between the frames 130 and 140 and the single cell 110 is likely to occur. Therefore, the first separator 120 (the first separator 120 located in the center of the fuel cell stack 100 in the vertical direction) positioned away from the end plates 104 and 106 in the vertical direction serves as the first connecting portion. A configuration with 128 is preferred.

また、上記実施形態では、単セル１１０の上下方向（Ｚ軸方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な全ての断面において、第１の要件から第６の要件を満たすとしたが、これに限らず、単セル１１０の上下方向）視の中心Ｏを通り、かつ、上下方向に平行な少なくとも１つの断面において、第１の要件から第６の要件を満たすとしてもよい。具体的には、上記実施形態では、第１の連結部１２８は、第１のセパレータ１２０の内、上下方向視で単セル１１０の回りの全周にわたって形成されていたが、第１の連結部１２８は、第１のセパレータ１２０の内、単セル１１０の回りの少なくとも一部分だけに形成されていれば、フレーム１３０，１４０と単セル１１０との上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を抑制することができる。例えば、上記実施形態において、第１の連結部１２８は、第１から第４の区画領域Ｅ１～Ｅ４の少なくとも１つに位置するように形成されていればよい。なお、第１の連結部１２８は、第１のセパレータ１２０の内、単セル１１０の回りの全周の５０％以上の部分だけに形成された構成が好ましく、第１のセパレータ１２０の内、単セル１１０の回りの全周の８０％以上の部分だけに形成された構成が好ましい。なお、第２のセパレータ１８０における第２の連結部１８８についても同様である。 Further, in the above-described embodiment, all the cross sections passing through the center O of the unit cell 110 in the vertical direction (Z-axis direction) and parallel to the vertical direction satisfy the first to sixth requirements. However, the present invention is not limited to this, and the first to sixth requirements may be satisfied in at least one cross section passing through the center O of the vertical view of the unit cell 110 and parallel to the vertical direction. Specifically, in the above-described embodiment, the first connecting portion 128 is formed over the entire circumference of the unit cell 110 in the first separator 120 when viewed in the vertical direction. If the first separator 120 is formed only in at least a part around the unit cell 110, the fuel cell stack 100 will not be affected by the displacement difference between the frames 130, 140 and the unit cell 110 in the vertical direction. A decrease in performance can be suppressed. For example, in the above embodiment, the first connecting portion 128 may be formed so as to be positioned in at least one of the first to fourth partitioned regions E1 to E4. In addition, it is preferable that the first connecting portion 128 is formed only in a portion of 50% or more of the entire circumference around the unit cell 110 in the first separator 120. A configuration in which only 80% or more of the circumference around the cell 110 is formed is preferred. The same applies to the second connecting portion 188 in the second separator 180. As shown in FIG.

また、上記実施形態では、第１の連結部１２８は、燃料室１７６側（下側）に突出するように湾曲した形状を有していたが、第１の連結部１２８は、空気室１６６側（上側）に突出するように湾曲した形状を有していてもよい。また、上記実施形態では、全ての第１のセパレータ１２０に形成された第１の連結部１２８が同一方向（下側）に湾曲した形状であったが、一部の第１のセパレータ１２０に形成された第１の連結部１２８が、他の第１のセパレータ１２０に形成された第１の連結部１２８とは逆の方向（上側）に湾曲した形状であってもよい。但し、上記実施形態のように、全ての第１のセパレータ１２０に形成された第１の連結部１２８が同一方向に湾曲した形状であれば、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差の変動に対して、全ての第１のセパレータ１２０が常に同一方向に統一的に変形するため、第１のセパレータ１２０同士の短絡を抑制することができる。なお、第１の連結部１２８の凹部の深さは、該凹部の開口幅より長いことが好ましい（図８参照）。なお、第２のセパレータ１８０における第２の連結部１８８についても同様である。 Further, in the above-described embodiment, the first connecting portion 128 has a curved shape that protrudes toward the fuel chamber 176 (lower side). It may have a curved shape so as to protrude (upper side). Further, in the above-described embodiment, the first connecting portions 128 formed on all the first separators 120 were curved in the same direction (downward). The formed first connecting portion 128 may be curved in the opposite direction (upward) to the first connecting portion 128 formed on the other first separator 120 . However, if the first connecting portions 128 formed on all the first separators 120 are curved in the same direction as in the above embodiment, the vertical direction between the end plates 104 and 106 and the unit cells 110 Since all the first separators 120 are always uniformly deformed in the same direction with respect to variations in displacement difference, short-circuiting between the first separators 120 can be suppressed. The depth of the recess of the first connecting portion 128 is preferably longer than the opening width of the recess (see FIG. 8). The same applies to the second connecting portion 188 in the second separator 180. As shown in FIG.

また、上記実施形態において、第１のセパレータ１２０は、上述の第１の要件から第３の要件の内、いずれも満たさなくてもよいし、少なくとも１つ、または、２つを満たす構成であってもよい。また、第２のセパレータ１８０は、第２の連結部１８８を備えない構成であってもよい。また、第２のセパレータ１８０は、上述の第４の要件から第６の要件の内、いずれも満たさなくてもよいし、少なくとも１つ、または、２つを満たす構成であってもよい。また、第１のセパレータ１２０と第２のセパレータ１８０との一方が、連結部（第１の連結部１２８、第２の連結部１８８）を備えない構成であってもよい。例えば、上記実施形態において、第２のセパレータ１８０の代わりに、第２の連結部１８８のような凹凸部分を備えず、全体として、平板状のセパレータを用いてもよい。この平板状のセパレータは、上下方向の厚さがインターコネクタ１５０の上下方向の厚さより薄く、インターコネクタ１５０に比べて可撓性が高い（撓みやすい）セパレータであることが好ましい。このような構成によれば、平板状のセパレータは、該平板状のセパレータに接合されたインターコネクタに比べて容易に撓み、変形しやすい。このため、フレーム部材と単セルとの上下方向の変位差が大きくなると、平板状のセパレータが撓むように変形する。その結果、上記変位差によって単セルやフレーム部材に発生する応力が緩和されるため、フレーム部材と単セルとの上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を抑制することができる。なお、平板状のセパレータは、特許請求の範囲における第２のセパレータに相当する。 Further, in the above embodiment, the first separator 120 does not have to satisfy any of the above-mentioned first to third requirements, or at least one or two of them. may Also, the second separator 180 may be configured without the second connecting portion 188 . Further, the second separator 180 does not have to satisfy any of the above-described fourth to sixth requirements, or may satisfy at least one or two of them. Alternatively, one of the first separator 120 and the second separator 180 may be configured without the connecting portion (the first connecting portion 128 and the second connecting portion 188). For example, in the above-described embodiment, instead of the second separator 180, a flat separator as a whole may be used that does not have an uneven portion like the second connecting portion 188. FIG. It is preferable that the plate-shaped separator has a thickness in the vertical direction smaller than that of the interconnector 150 in the vertical direction and is highly flexible (easily bendable) as compared with the interconnector 150 . According to such a configuration, the flat separator is more easily bent and deformed than the interconnector joined to the flat separator. Therefore, when the difference in displacement in the vertical direction between the frame member and the single cell increases, the plate-shaped separator deforms so as to bend. As a result, the stress generated in the unit cells and the frame members due to the displacement difference is alleviated, so that the deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 caused by the vertical displacement difference between the frame members and the unit cells can be suppressed. can. Note that the plate-like separator corresponds to the second separator in the scope of claims.

また、第１のセパレータ１２０および第２のセパレータ１８０の少なくとも一方は、連結部（第１の連結部１２８、第２の連結部１８８）の代わりに、内側部（第１の内側部１２６、第２の内側部１８６）や外側部（第１の外側部１２７、第２の外側部１８７）よりも可撓性を有する材料により形成された可撓部を備える構成であってもよい。要するに、燃料電池スタック１００は、単セル１１０に直接または間接的に接合されているセル側接合部と、フレーム１３０，１４０に接合されているフレーム側接合部とを備え、かつ、セル側接合部とフレーム側接合部との上下方向の相対位置が変位するように変形する可撓性を有する可撓性部材を備える構成であればよい。 At least one of the first separator 120 and the second separator 180 has inner portions (first inner portion 126, second 2 inner portion 186) and outer portions (first outer portion 127, second outer portion 187). In short, the fuel cell stack 100 includes a cell-side joint directly or indirectly joined to the single cell 110 and a frame-side joint joined to the frames 130 and 140, and the cell-side joint and the frame-side joint portion may be provided with a flexible member that deforms so as to change the relative position in the vertical direction.

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。 In the above embodiment, the number of single cells 110 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of single cells 110 is appropriately determined according to the required output voltage of the fuel cell stack 100 and the like. In addition, the materials forming each member in the above-described embodiment are merely examples, and each member may be formed of another material.

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、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、第１のセパレータ１２０に第１の連結部１２８を形成することにより、エンドプレート１０４，１０６と単セル１１０との上下方向の変位差に起因する燃料電池スタック１００の性能の低下を抑制することができる。 Further, in the above embodiments, SOFCs that generate electricity by utilizing the electrochemical reaction between the hydrogen contained in the fuel gas and the oxygen contained in the oxidant gas are used. It is also applicable to an electrolytic single cell, which is a structural unit of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that utilizes hydrogen to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack comprising a plurality of electrolytic single cells. The configuration of the electrolysis cell stack is known, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, so it will not be described in detail here, but it is roughly the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. is the configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment can be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 can be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 can be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolysis cell stack, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Water vapor is supplied as a source gas. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176 , and the hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the communication hole 108 . In the electrolysis cell unit and the electrolysis cell stack having such a configuration as well, by forming the first connecting portion 128 on the first separator 120, the vertical displacement difference between the end plates 104, 106 and the single cell 110 can be reduced. The deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 caused by this can be suppressed.

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。 Further, in the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the present invention is applicable to other types of fuel cells (or electrolytic single cells) such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). is also applicable.

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 １００ａ：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：セルブロック １０４，１０６：エンドプレート １０４Ａ，１０６Ａ：開口窓 １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０，１２０ａ：第１のセパレータ １２１：第１のセパレータ貫通孔 １２２：第１の貫通孔周囲部 １２３：セル側接合部 １２４：接合部 １２６：第１の内側部 １２７：第１の外側部 １２８：第１の連結部 １２９：フレーム側接合部 １３０：空気極側フレーム １３１：空気室用孔 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：燃料室用孔 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 １８０：第２のセパレータ １８１：第２のセパレータ貫通孔 １８２：第２の貫通孔周囲部 １８３：コネクタ側接合部 １８６：第２の内側部 １８７：第２の外側部 １８８：第２の連結部 １８９：フレーム側接合部 １９０：中間部材 Ｂ１：最短距離Δ Ｂ２：最短距離Δ Ｃ１：長さΔ Ｃ２：長さΔ Ｅ１～Ｅ４：区画領域 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 ７０：上側ターミナルプレート ７８：突出部 ８０：下側ターミナルプレート ８８：突出部 ９２：上側絶縁シート ９４：下側絶縁シート １００ｂ：燃料電池スタック １００ｃ：燃料電池スタック １０２Ｘ：上側特定発電単位 １５０Ｘ：最上位インターコネクタ １８０Ｘ：最上位セパレータ １８１Ｘ：最上位セパレータ貫通孔 １８２Ｘ：第３の貫通孔周囲部 １８６Ｘ：第３の内側部 １８７Ｘ：第３の外側部 １８８Ｘ：第３の連結部 ２１１：溶接部 ２１２：溶接部 ２３１：溶接部 ２３２：溶接部 ２４１：溶接部 22: bolt 24: nut 26: insulating sheet 27: gas passage member 28: main body 29: branch 100: fuel cell stack 100a: fuel cell stack 102: power generation unit 103: cell block 104, 106: end plate 104A, 106A : opening window 108: communication hole 110: single cell 112: electrolyte layer 114: air electrode 116: fuel electrode 120, 120a: first separator 121: first separator through-hole 122: first through-hole surrounding portion 123: Cell side joint 124: Joint 126: First inner part 127: First outer part 128: First connecting part 129: Frame side joint 130: Air electrode side frame 131: Air chamber hole 132: Oxidation Chemical gas supply communication channel 133: Oxidant gas discharge communication channel 134: Air electrode side current collector 135: Current collector element 140: Fuel electrode side frame 141: Fuel chamber hole 142: Fuel gas supply communication channel 143 : Fuel gas discharge communication channel 144: Fuel electrode side current collector 145: Electrode facing part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidant gas introduction manifold 162: Oxidant gas discharge Manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Second separator 181: Second separator through-hole 182: Second through-hole surrounding portion 183: Connector side joint 186: Second inner portion 187: Second outer portion 188: Second connecting portion 189: Frame side joint portion 190: Intermediate member B1: Shortest distance Δ B2: Shortest distance Δ C1: Length Δ C2: Length Δ E1 to E4: Partitioned area FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas OG: Oxidant gas OOG: Oxidant off-gas 70: Upper terminal plate 78: Protruding part 80: Lower terminal plate 88: Protruding part 92: Upper insulating sheet 94 : Lower insulating sheet 100b: Fuel cell stack 100c: Fuel cell stack 102X: Upper specific power generation unit 150X: Top interconnector 180X: Top separator 181X: Top separator through-hole 182X: Third penetration Through hole peripheral portion 186X: Third inner portion 187X: Third outer portion 188X: Third connecting portion 211: Welding portion 212: Welding portion 231: Welding portion 232: Welding portion 241: Welding portion

Claims (8)

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、前記空気極に面する空気室を構成する空気極側フレーム貫通孔が形成された空気極側フレーム部材と、を備える電気化学反応単位が、前記第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おける前記第１の方向の両側にそれぞれ位置し、前記第１の方向視で少なくとも一部が前記空気極側フレーム部材に重なるように配置された一対のエンド部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記一対のエンド部材のうちの一方である第１のエンド部材には、少なくとも前記電気化学反応ブロック側に開口する空間であって、前記第１の方向視で輪郭線が前記単セルを内包する空間が形成されており、
さらに、前記単セルに直接または間接的に接合されているセル側接合部と、前記空気極側フレーム部材に接合されている空気極側フレーム側接合部とを備え、かつ、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向の相対位置が変位するように変形する可撓性を有する第１の可撓性部材と、
前記第１の方向において、前記電気化学反応ブロックと前記第１のエンド部材との間に位置し、少なくとも一部が前記空気極側フレーム部材に重なるように配置されたターミナル部材であって、前記第１の方向に貫き、かつ、前記第１のエンド部材に形成された前記空間に連通するターミナル部材貫通孔が形成された、導電性のターミナル部材と、
前記第１の方向において、前記第１のエンド部材と前記ターミナル部材との間に位置し、少なくとも一部が前記空気極側フレーム部材に重なるように配置された絶縁部材であって、前記第１の方向に貫き、かつ、前記第１のエンド部材に形成された前記空間に連通する絶縁部材貫通孔が形成された、絶縁性の絶縁部材と、
前記各単セルの前記第１の方向に配置された複数のインターコネクタのうち、前記第１の方向において、前記ターミナル部材との距離が最も小さい特定インターコネクタと、
第３のセパレータ貫通孔が形成され、前記第３のセパレータ貫通孔を取り囲む第３の貫通孔周囲部が前記特定インターコネクタに接合され、かつ、第３の周縁部が前記ターミナル部材に接合されている、導電性の第３のセパレータと、を備え、
前記第３のセパレータは、前記ターミナル部材と、前記特定インターコネクタとに、それぞれ溶接によって接合されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 A unit cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and an air electrode-side frame through hole forming an air chamber facing the air electrode are formed. an electrochemical reaction block in which a plurality of electrochemical reaction units including an air electrode side frame member are arranged side by side in the first direction;
a pair of end members respectively positioned on both sides of the electrochemical reaction block in the first direction and arranged such that at least a portion thereof overlaps the cathode-side frame member when viewed in the first direction;
In an electrochemical reaction cell stack comprising:
A first end member, which is one of the pair of end members , has a space opening at least to the electrochemical reaction block side, the outline of which includes the unit cell when viewed in the first direction. space is formed,
and a cell-side joint directly or indirectly joined to the single cell, and an air-electrode-side frame-side joint joined to the air-electrode-side frame member, and the cell-side joint a first flexible member having flexibility to deform such that the relative position of the air electrode side frame side joint portion in the first direction is displaced ;
A terminal member located between the electrochemical reaction block and the first end member in the first direction and arranged so that at least a portion of the terminal member overlaps the cathode-side frame member, a conductive terminal member having a terminal member through-hole penetrating in a first direction and communicating with the space formed in the first end member;
an insulating member positioned between the first end member and the terminal member in the first direction and arranged so that at least a portion of the insulating member overlaps the air electrode side frame member; an insulating insulating member having an insulating member through hole penetrating in the direction of and communicating with the space formed in the first end member;
a specific interconnector having the shortest distance from the terminal member in the first direction among the plurality of interconnectors arranged in the first direction of each unit cell;
A third separator through-hole is formed, a third through-hole peripheral portion surrounding the third separator through-hole is joined to the specific interconnector, and a third peripheral edge portion is joined to the terminal member a conductive third separator,
The third separator is welded to the terminal member and the specific interconnector, respectively,
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 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１の可撓性部材は、前記セル側接合部を含む内側部と、前記内側部より外周側に位置する外側部と、前記内側部と前記外側部とを連結し、かつ、前記内側部と前記外側部との両方に対して、前記第１の方向の一方側に突出している連結部と、を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1,
The first flexible member connects an inner portion including the cell-side joint portion, an outer portion located outside the inner portion, and the inner portion and the outer portion. a connecting portion protruding to one side in the first direction with respect to both the portion and the outer portion;
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 請求項２に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面において、前記第１の可撓性部材における前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向に直交する第３の方向の距離である第１の距離は、前記第１の可撓性部材の内、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向の距離である第２の距離より長い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to claim 2,
In at least one cross section parallel to the first direction, a third cross section orthogonal to the first direction between the cell-side joint portion and the cathode-side frame-side joint portion of the first flexible member The first distance, which is a directional distance, is the second distance, which is a distance in the first direction between the cell-side joint portion and the cathode-side frame-side joint portion of the first flexible member. longer than the distance
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 請求項２または請求項３に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面において、前記第１の可撓性部材における前記連結部の長さは、前記第１の可撓性部材の内、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との最短距離から、前記セル側接合部と前記空気極側フレーム側接合部との前記第１の方向に直交する第３の方向の距離である第１の距離を引いた長さより長い、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to claim 2 or 3,
In at least one cross section parallel to the first direction, the length of the connecting portion in the first flexible member is the length of the cell-side joint and the air in the first flexible member. A first distance, which is a distance in a third direction perpendicular to the first direction, between the cell-side joint and the cathode-side frame-side joint is subtracted from the shortest distance to the pole-side frame-side joint. longer than
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 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、
前記電気化学反応ブロックは、さらに、前記各電気化学反応単位において、第１のセパレータ貫通孔が形成され、前記第１のセパレータ貫通孔を取り囲む第１の貫通孔周囲部が前記単セルに接合されると共に第１の周縁部が前記空気極側フレーム部材に接合され、前記空気室と、前記燃料極に面する燃料室と、を区画する複数の第１のセパレータを備え、
少なくとも１つの前記第１のセパレータは、前記第１の可撓性部材である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 4,
In the electrochemical reaction block, a first separator through-hole is formed in each electrochemical reaction unit, and a first through-hole peripheral portion surrounding the first separator through-hole is joined to the unit cell. a plurality of first separators having a first peripheral portion joined to the air electrode-side frame member and partitioning the air chamber and a fuel chamber facing the fuel electrode;
at least one of the first separators is the first flexible member;
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 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、
前記電気化学反応ブロックは、さらに、
前記各単セルの前記第１の方向に配置された複数のインターコネクタと、
前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料極側フレーム貫通孔が形成された燃料極側フレーム部材と、
第２のセパレータ貫通孔が形成され、前記第２のセパレータ貫通孔を取り囲む第２の貫通孔周囲部が前記インターコネクタに接合されると共に第２の周縁部が前記燃料極側フレーム部材に接合され、前記燃料室と、隣接する他の前記単セルの空気室とを区画する複数の第２のセパレータと、を備え、
少なくとも１つの前記第２のセパレータは、前記インターコネクタに直接または間接的に接合されているコネクタ側接合部と、前記燃料極側フレーム部材に接合されている燃料極側フレーム側接合部とを備え、かつ、前記コネクタ側接合部と前記燃料極側フレーム側接合部との前記第１の方向の相対位置が変位するように変形する可撓性を有する第２の可撓性部材である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 5,
The electrochemical reaction block further comprises:
a plurality of interconnectors arranged in the first direction of each unit cell;
a fuel electrode-side frame member having a fuel electrode-side frame through-hole forming a fuel chamber facing the fuel electrode;
A second separator through-hole is formed, a second through-hole peripheral portion surrounding the second separator through-hole is joined to the interconnector, and a second peripheral edge portion is joined to the fuel electrode side frame member. , a plurality of second separators that separate the fuel chamber and the air chambers of the other adjacent unit cells,
At least one of the second separators includes a connector-side joint directly or indirectly joined to the interconnector, and a fuel-electrode-side frame-side joint joined to the fuel-electrode-side frame member. and a second flexible member having flexibility to deform such that the relative positions of the connector-side joint portion and the fuel electrode-side frame-side joint portion in the first direction are displaced.
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 請求項６に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第２のセパレータは、前記第１の方向の厚さが前記インターコネクタの前記第１の方向の厚さより薄く、前記インターコネクタに比べて可撓性が高い部材である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to claim 6,
The second separator is a member that has a thickness in the first direction that is thinner than the thickness of the interconnector in the first direction and that is more flexible than the interconnector.
An electrochemical reaction cell stack characterized by: 請求項６または請求項７に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
少なくとも１つの前記第２のセパレータは、前記インターコネクタと、前記燃料極側フレーム部材とに、それぞれ溶接によって接合されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In the electrochemical reaction cell stack according to claim 6 or claim 7,
at least one of the second separators is welded to the interconnector and the fuel electrode-side frame member, respectively;
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
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