CN107408717B - 平板型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使燃料电池单体单元的平面方向上的温度(即，单元面内的温度)均匀化的平板型燃料电池。平板型燃料电池(1)在从层叠方向观察时，连结燃料气体流入口的图心(Cfi)和燃料气体流出口的图心(Cfo)的第1直线与连结氧化剂气体流入口的图心(Cai)和氧化剂气体流出口的图心(Cao)的第2直线交叉。即，具有燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的交叉流动的流路。而且，在该交叉流动的平板型燃料电池中设定为，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口的图心(Cfo)与氧化剂气体流出口的图心(Cao)相比接近氧化剂气体流入口的图心(Cai)。

Description

平板型燃料电池
技术领域
本发明涉及一种平板型燃料电池，该平板型燃料电池具有在燃料极层和空气极层之间隔着固体电解质层层叠而成的燃料电池单体单元。
背景技术
以往，作为燃料电池，例如已知有一种使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物型燃料电池(以下也记作SOFC)。
在该SOFC中，例如使用在固体电解质层的一侧设有与燃料气体接触的燃料极层、并且在另一侧设有与氧化剂气体(例如空气)接触的空气极层的平板型的燃料电池单体单元。
在该燃料电池单体单元的燃料极层侧设有供燃料气体导入的燃料气体室，在空气极层侧设有供氧化剂气体导入的氧化剂气体室。另外，在燃料电池单体单元设有燃料气体室和氧化剂气体室等，从而构成作为发电的单元的发电单元。
并且，为了获得期望的电压，开发了一种隔着互连器等层叠多个燃料电池单体单元(从而是发电单元)而成的燃料电池堆(即，由多层构成的燃料电池堆)。
此外，近年来，为了提高燃料电池的输出电压，公开了一种将燃料气体的流路不同的层(发电单元)组合起来而使燃料电池单体单元的面内(单元面内)的温度分布均匀化的燃料电池堆(参照专利文献1)。
并且，也公开了一种通过针对燃料气体和氧化剂气体的各自的流路各层交替地改变流动的方向从而使单元面内的温度分布均匀化的技术(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－141081号公报
专利文献2：日本特开昭62－080972号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1、2所记载的技术中，是通过改变燃料电池堆的各层(即，各发电单元)的气体流动方向来谋求单元面内的温度分布的均匀化，但存在并不一定充分这样的问题。
例如像图14所例示的那样，在只是将燃料气体的流路(从F(IN)到F(OUT)的流路)和氧化剂气体的流路(从A(IN)到A(OUT)的流路)配置为正交的交叉流动的情况下，单元面内的温度分布有时产生不均匀。
详细而言，在像专利文献1所记载的那样只是在不同的层中将燃料气体的方向设定为相反方向、或者像专利文献2所记载的那样只是针对各层交替地变更燃料气体和氧化剂气体的方向的技术中，存在并不容易使单元面内的温度分布充分地均匀化这样的问题。
而且，如上所述，在单元面内的温度并未充分地均匀化的情况下，即使在制造初期输出电压较高，也有可能因长时间的使用而使性能降低。其原因在于，存在以下可能性：由于热应力而导致燃料电池单体单元和其周围的构成构件等产生裂纹、变形、或者温度较高的部分或温度较低的部分处于作为燃料电池单体单元、构成部件来说最适合的温度区域之外。
此外，在单元面内的温度并未充分地均匀化的情况下，也有时得不到较高的输出电压。
本发明即是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够使燃料电池单体单元的平面方向上的温度(即，单元面内的温度)均匀化的平板型燃料电池。
用于解决问题的方案
(1)本发明的第1技术方案的平板型燃料电池的特征在于，包括：燃料电池单体单元，其是在燃料极层和空气极层之间隔着固体电解质层层叠而成的；燃料气体室，其配置在所述燃料极层侧；氧化剂气体室，其配置在所述空气极层侧；供燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和供所述燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及供氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的1个或多个氧化剂气体流入口和供所述氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的1个或多个氧化剂气体流出口，在从层叠方向观察时，连结所述燃料气体流入口的图心Cfi和所述燃料气体流出口的图心Cfo的第1直线与连结所述氧化剂气体流入口的图心Cai和所述氧化剂气体流出口的图心Cao的第2直线交叉，而且所述燃料气体流出口的图心Cfo与所述氧化剂气体流出口的图心Cao之间的距离大于所述燃料气体流出口的图心Cfo与所述氧化剂气体流入口的图心Cai之间的距离。
该第1技术方案的平板型燃料电池在从层叠方向观察时，连结燃料气体流入口的图心Cfi和燃料气体流出口的图心Cfo的第1直线与连结氧化剂气体流入口的图心Cai和氧化剂气体流出口的图心Cao的第2直线交叉。即，具有燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的、所谓的交叉流动的流路。
而且，在该交叉流动的平板型燃料电池中，例如像图5所例示的那样设定为，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口的图心Cfo与氧化剂气体流出口的图心Cao相比更接近氧化剂气体流入口的图心Cai。
通过这样设定燃料气体流出口的图心Cfo，在从层叠方向观察时，供给有反应(发电)之后成为高温的燃料气体的区域与供给有从氧气室外向氧气室内导入的低温的氧化剂气体的区域靠近(例如重叠)，因此，燃料电池单体单元的表面展开的方向上的温度(面内温度：单元面内的温度)被均匀化。
由此，发挥不会使发电能力(例如输出电压)与以往相比较大程度地下降且燃料电池的耐久性上升这样显著的效果。也就是说，由于单元面内的温度分布的均匀性上升，因此，能够谋求兼顾较高的发电能力(即，不怎么损害发电能力的程度的较高的发电能力)和较高的耐久性。
此外，在该第1技术方案中，由于燃料电池单体单元自身也能够提高温度分布的均匀性，因此，并不限于层叠多个燃料电池单体单元而成的燃料电池堆，具有也能够应用于使用1个燃料电池单体单元的一层的燃料电池这样的效果。
并且，能够获得这样的效果：在层叠燃料电池单体单元(从而是发电单元)而成的燃料电池堆中，即使在与邻接的燃料电池单体单元(例如上下层)的导热较差的情况下，也能够上述那样不损害发电能力而获得较高的耐久性。
而且，由于在1个层中直接谋求温度分布的均匀化，相比于与邻接的燃料电池单体单元进行导热的方法，能够获得较大的效果。
在此，从层叠方向观察表示在层叠燃料极层、空气极层以及固体电解质层的方向(层叠方向)上观察的情况。此外，图心表示平面的重心，各流入口的图心、各流出口的图心表示在平板型燃料电池展开的方向(平面方向：与层叠方向垂直的方向)上观察各流入口、各流出口的情况下的开口部分的重心。另外，各流入口(各流出口也相同)存在多个的情况下的重心表示将所有的流入口(或者所有的流出口)合在一起后的平面的重心。
(2)在本发明的第2技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.1Ym以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.1Ym以下的位置。
另外，Lf、La、Lfp、Lfm、Lap、Lam、Xp、Xm、Yp、Ym的意思如下所述(在以下其他的技术方案等中也相同)。
Lf：通过所述燃料气体流入口的图心Cfi和所述燃料电池单体单元的图心g的、所述燃料电池单体单元上的直线的基准线
La：与所述基准线Lf正交且通过所述图心g的、所述燃料电池单体单元上的直线的基准线
Lfp：位于比所述基准线Lf接近所述氧化剂气体流入口的图心Cai的位置、与所述基准线Lf平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Lfm：位于比所述基准线Lf接近所述氧化剂气体流出口的图心Cao的位置、与所述基准线Lf平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Lap：位于比所述基准线La接近所述燃料气体流入口的图心Cfi的位置、与所述基准线La平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Lam：位于比所述基准线La接近所述燃料气体流出口的图心Cfo的位置、与所述基准线La平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Xp：所述基准线Lf和所述边界线Lfp之间的最短距离
Xm：所述基准线Lf和所述边界线Lfm之间的最短距离
Yp：所述基准线La和所述边界线Lap之间的最短距离
Ym：所述基准线La和所述边界线Lam之间的最短距离
在该第2技术方案中，如上所述地配置燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao(例如参照图6)。因而，发挥与第1技术方案相同的效果，并且根据后述的实验例也能够明确，能够兼顾较高的发电能力(输出电压)和较高的耐久性。
(3)在本发明的第3技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.1Xp以下的位置或者自基准线Lf向边界线Lfm侧距基准线Lf的距离为0.1Xm以下的位置，所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.1Ym以下的位置。
在该第3技术方案中，如上所述地配置燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao(例如参照图7)。也就是说，在该第3技术方案中，通过使氧化剂气体流入口远离接近燃料气体流入口和氧化剂气体流入口的低温区域(例如图7的右上的Xp－Yp)，该低温区域的温度上升。此外，在接近氧化剂气体流入口的区域(例如图7的右下的Xp－Ym)中，氧浓度上升，因此由反应(发电)引起的发热量增加。
由此，单元面内的温度分布的均匀性上升。因而，发挥与第1技术方案相同的效果，并且根据后述的实验例也能够明确，能够兼顾较高的发电能力(输出电压)和较高的耐久性。
(4)在本发明的第4技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自所述基准线Lf向所述边界线Lfp侧距所述基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.1Ym以下的位置。
在该第4技术方案中，如上所述地配置燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao(例如参照图8)。由此，能够获得通过上述的第2技术方案的燃料气体流出口的设定和第3技术方案的氧化剂气体流入口的设而产生的叠加效果，因此，单元面内的温度分布的均匀性进一步上升。因而，发挥与第1技术方案相同的效果，并且根据后述的实验例也能够明确，能够兼顾较高的发电能力(输出电压)和更高的耐久性。
(5)在本发明的第5技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自所述基准线Lf向所述边界线Lfp侧距所述基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.4Yp以上且0.9Yp以下的位置。
在该第5技术方案中，如上所述地配置燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao(例如参照图9)。在该第5技术方案中，由于将氧化剂气体流出口设定为接近燃料气体流入口，因此，在配置有氧化剂气体流入口的区域(例如图9的右下的Xp－Ym)中，氧浓度上升，由反应(发电)引起的发热量增加。
由此，单元面内的温度分布的均匀性进一步上升。因而，发挥与第1技术方案相同的效果，并且根据后述的实验例也能够明确，能够兼顾更高的发电能力(输出电压)和更高的耐久性。
(6)在本发明的第6技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.4Yp以上且0.6Yp以下的位置。
在该第6技术方案中，如上所述地配置氧化剂气体流出口的图心Cao(例如参照图10)。因而，根据后述的实验例也能够明确，与第5技术方案相比能够获得进一步更显著的效果。也就是说，通过使单元面内的温度更进一步均匀化，能够兼顾更高的发电能力(输出电压)和进一步更高的耐久性。
(7)在本发明的第7技术方案的平板型燃料电池中，该平板型燃料电池是多个平板型燃料电池单元层叠而成的，该平板型燃料电池单元包括：燃料电池单体单元，其是层叠燃料极层、固体电解质层以及空气极层而成的；燃料气体室，其配置在所述燃料极层侧；氧化剂气体室，其配置在所述空气极层侧；供燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和供所述燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及供氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的1个或多个氧化剂气体流入口和供所述氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的1个或多个氧化剂气体流出口，其中，所述多个平板型燃料电池单元中的至少任一者是所述第1技术方案～第6技术方案中任一技术方案所述的平板型燃料电池。
该第7技术方案的平板型燃料电池是多个平板型燃料电池单元(例如发电单元)层叠而成的平板型燃料电池(例如燃料电池堆)，且包括上述的第1技术方案～第6技术方案中任一技术方案的平板型燃料电池，因此能够获得较高的输出电压。
另外，在燃料电池的平面形状(从层叠方向观察时的形状)为矩形的情况下，可以采用下述的结构。
一种平板型燃料电池，其特征在于，包括：矩形平板状的燃料电池单体单元，其具有第1主面和第2主面，向该第1主面供给燃料气体，向该第2主面供给氧化剂气体；燃料气体室，其配置在所述第1主面侧；氧化剂气体室，其配置在所述第2主面侧，并且该平板型燃料电池包括：在俯视时(与主面垂直地观察的情况)分别与所述燃料电池单体单元的相对的一对第1边(例如图5的第1边H1和第2边H2)相对应地配置的、用于使燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和用于使燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及分别与所述燃料电池单体单元的与所述第1边不同的、相对的一对第2边(例如图5的第3边H3和第4边H4)相对应地配置的、用于使氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的一个或多个氧化剂气体流入口和用于使氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的一个或多个氧化剂气体流出口，所述燃料气体流出口的图心Cfo与所述氧化剂气体流出口的图心Cao相比更接近所述氧化剂气体流入口的图心Cai。
附图说明
图1是第1实施方式的燃料电池堆的立体图。
图2的(a)是将发电单元在层叠方向上剖切并示出的剖视图，图2的(b)是表示发电单元的燃料气体和氧化剂气体的流路的说明图。
图3是将发电单元分解地表示的立体图。
图4表示从燃料电池单体单元的中央侧观察到的各框架的内周面，图4的(a)是表示燃料极绝缘框架的第1面的说明图，图4的(b)是表示燃料极绝缘框架的第2面的说明图，图4的(c)是表示空气极绝缘框架的第3面的说明图，图4的(d)是表示空气极绝缘框架的第4面的说明图。
图5的(a)是表示第1实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图，图5的(b)是表示该发电单元的各区域的气体温度等状态的说明图。
图6是表示第2实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。
图7的(a)是表示第3实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图，图7的(b)是表示该发电单元的各区域的气体温度等状态的说明图。
图8的(a)是表示第4实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图，图8的(b)是表示该发电单元的各区域的气体温度等状态的说明图。
图9的(a)是表示第5实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图，图9的(b)是表示该发电单元的各区域的气体温度等状态的说明图。
图10是表示第6实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。
图11是表示第7实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。
图12是表示基准模型的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。
图13表示实验例2的实验结果，且是表示各流路的位置与输出电压的变化之间的关系的图表。
图14是表示以往技术，且是表示燃料电池单体单元的平面方向上的温度分布与气体的流路之间的关系的图表。
具体实施方式
以下，作为应用了本发明的平板型燃料电池，举例说明固体氧化物型燃料电池。
[第1实施方式]
a)首先，说明该第1实施方式的平板型燃料电池的概略结构。
如图1所示，该第1实施方式的平板型燃料电池(以下有时也简称作“燃料电池”)1是通过接受燃料气体(例如氢)和氧化剂气体(例如空气，详细而言，空气中的氧)的供给来进行发电的装置。
另外，在附图中，氧化剂气体用“A”表示，燃料气体用“F”表示。此外，“IN”表示导入气体，“OUT”表示排出气体。并且，为了便于说明，以各附图的方向为基准地标记“上”、“下”等方向，但并不限定实际的燃料电池的方向性。
该第1实施方式的燃料电池1是平板形状(长方体)的固体氧化物燃料电池，该燃料电池1是配置在图1的上下方向的两端的端板3、端板5和配置在端板3、端板5之间的层状(平板形状)的多个(例如20层)发电单元7层叠而成的燃料电池堆。
在端板3、端板5以及各发电单元7设有在层叠方向(图1的上下方向)上贯穿这些端板3、端板5以及各发电单元7的多个(例如8个)螺栓贯穿孔9。该螺栓贯穿孔9中的两个被用作氧化剂气体的气体流路，另外两个被用作燃料气体的气体流路。
而且，利用配置于各螺栓贯穿孔9的各螺栓11a、螺栓11b、螺栓11c、螺栓11d、螺栓11e、螺栓11f、螺栓11g、螺栓11h(统称作11)和与各螺栓11螺纹接合的各螺母13将端板3、端板5和各发电单元7固定为一体。
在该螺栓11中的指定的(4根)螺栓11b、螺栓11d、螺栓11f、螺栓11h上沿着轴线方向(图1的上下方向)形成有供氧化剂气体或燃料气体流动的内部流路15。另外，螺栓11b被用于燃料气体的导入，螺栓11d被用于氧化剂气体的导入，螺栓11f被用于燃料气体的排出，螺栓11h被用于氧化剂气体的排出。
b)接着，详细地说明发电单元7的结构。
如图2所示，发电单元7是在配置于层叠方向(图2的(a)的上下方向)的两侧的一对互连器21a、21b(统称作21)之间配置有后述的燃料电池单体单元(以下有时也简称作“单体单元”)17等的发电所需要的结构而成的。
详细而言，发电单元7是金属制的互连器21a、空气极绝缘框架23、金属制的分隔件25、金属制的燃料极框架27、燃料极绝缘框架29、金属制的互连器21b等层叠而成的。另外，在层叠的各构件21、构件23、构件25、构件27、构件29形成有供各螺栓11贯穿的各螺栓贯穿孔9。
此外，在分隔件25上接合有单体单元17，在空气极绝缘框架23的框内的流路(供氧化剂气体流动的空气流路：氧化剂气体室)31上配置有空气极集电体33，在燃料极框架27和燃料极绝缘框架29的框内的流路(供燃料气体流动的燃料流路：燃料气体室)35上配置有燃料极集电体37。
以下，更详细地说明各结构。
＜互连器21＞
如图3所示，互连器21由具有导电性的板材(例如SUS430等不锈钢等的金属板)形成。该互连器21用于确保单体单元17之间的导通，且防止气体在单体单元17之间(从而是发电单元7之间)混合。
另外，互连器21在配置于邻接的发电单元7之间的情况下配置1个即可。此外，燃料电池1的上端和下端的互连器21被用作端板3、端板5(参照图1)。
＜空气极绝缘框架23＞
空气极绝缘框架23具有电绝缘性，在从层叠方向观察时(在沿图2的(a)的上下方向观察的情况下)，该空气极绝缘框架23是四边(长方形)框状的板材。空气极绝缘框架23例如使用由软质云母形成的云母框架。从层叠方向观察时，在该空气极绝缘框架23的中央部形成有构成氧化剂气体室31的长方形的开口部23a。
此外，在空气极绝缘框架23中的、相对的框部分(相当于长方形的对边的部分)形成有一对长孔即孔部41d、孔部41h来作为氧化剂气体的流路。而且，像之后详细说明的那样，在一个孔部41d形成有与开口部23a相连通的流路即多个(例如6个)槽(氧化剂气体流入口Ain用的槽)43d，在另一个孔部41h形成有与开口部23a相连通的流路即多个(例如6个)槽(氧化剂气体流出口Aout用的槽)43h。
＜空气极集电体33＞
空气极集电体33是长条的具有导电性的构件(例如SUS430等不锈钢的柱材)。该空气极集电体33在空气极绝缘框架23的开口部23a内沿着一对螺栓贯穿孔9(9d、9h)的配置方向、即沿着氧化剂气体的流路配置多个。另外，作为空气极集电体33，也可以使用在互连器21的氧化剂气体室31侧呈格子状配置有长方体形状的凸部的部件。
＜分隔件25＞
分隔件25是从层叠方向观察时呈四边(长方形)框状的具有导电性的板材(例如SUS430等不锈钢等的金属板)。从层叠方向观察时，在该分隔件25的中央部形成有长方形的开口部25a，在沿着该开口部25a的边缘部(下表面侧)钎焊接合有单体单元17的外周缘部(上表面侧)。也就是说，单体单元17以将分隔件25的开口部25a封闭的方式接合。
＜燃料极框架27＞
燃料极框架27是从层叠方向观察时呈四边(长方形)框状的具有导电性的板材(例如SUS430等不锈钢等的金属板)。从层叠方向观察时，在该燃料极框架27的中央部形成有构成燃料气体室35的长方形的开口部27a。
＜燃料极绝缘框架29＞
燃料极绝缘框架29与空气极绝缘框架23相同，是具有电绝缘性的、从层叠方向观察时呈四边(长方形)框状的板材，该燃料极绝缘框架29是由软质云母形成的云母框架。从层叠方向观察时，在该燃料极绝缘框架29的中央部形成有构成燃料气体室35的长方形的开口部29a。
此外，在燃料极绝缘框架29中的、相对的框部分(相当于长方形的对边的部分)形成有一对长孔即孔部45b、孔部45f来作为燃料气体的流路。而且，像之后详细说明的那样，在一个孔部45b形成有与开口部29a相连通的流路即多个(例如4个)槽(燃料气体流入口Fin用的槽)47b，在另一个孔部45f形成有与开口部29a相连通的流路即多个(例如4个)槽(燃料气体的流出口Fout用的槽)47f。
＜燃料极集电体37＞
燃料极集电体37是如图2的(a)所示云母制的芯材即具有弹性(缓冲性)的间隔件51和金属制的导电板(例如镍制的平板形状的网或箔)53组合而成的公知的格子状的构件(例如参照日本特开2013－55042号公报所记载的集电构件19)。
＜燃料电池单体单元17＞
单体单元17是所谓的燃料极支承型的单体单元17，其是空气极层57和燃料极层59隔着固体电解质层55层叠为一体而成的。另外，单体单元17在从层叠方向观察时呈矩形(长方形)，向其第1主面侧(燃料极层59侧)供给燃料气体，向第2主面侧(空气极层57侧)供给氧化剂气体。
其中，作为构成固体电解质层55的材料，例如能够列举出氧化锆系、氧化铈系、钙钛矿系的电解质材料。在氧化锆系材料中，能够列举出氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定化氧化锆(ScSZ)、以及氧化钙稳定化氧化锆(CaSZ)，一般而言，使用氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)的例子较多。在氧化铈系材料中，使用所谓的稀土类元素添加氧化铈，在钙钛矿系材料中，使用含有镧元素的双钙钛矿型氧化物。
作为构成空气极层57的材料，可以使用钙钛矿系氧化物、各种贵金属以及贵金属和陶瓷的金属陶瓷等。
作为构成燃料极层59的材料，例如能够列举出Ni和Fe等金属与利用Sc、Y等稀土类元素中的至少1种稳定化了的氧化锆等的ZrO2系陶瓷、CeO系陶瓷等陶瓷的混合物。还可以使用Ni等金属、或者Ni和所述陶瓷的金属陶瓷、Ni基合金。
c)接着，详细地说明该第1实施方式的主要部分即燃料气体和氧化剂气体的流路。
在该第1实施方式的燃料电池1中，如图4的(a)、图4的(b)所示，具有作为所述槽47b的开口部29a侧的开口部分的、供燃料气体向燃料气体室35流入的多个(例如4个)燃料气体流入口Fin，以及作为所述槽47f的开口部29a侧的开口部分的、供燃料气体从燃料气体室35流出的多个(例如4个)燃料气体流出口Fout。
另一方面，如图4的(c)、图4的(d)所示，具有作为所述槽43d的开口部23a侧的开口部分的、供氧化剂气体向氧化剂气体室31流入的多个(例如6个)氧化剂气体流入口Ain，以及作为所述槽43h的开口部23a侧的开口部分的、供氧化剂气体从氧化剂气体室31流出的多个(例如6个)氧化剂气体流出口Aout。
另外，图4是从开口部29a侧观察各流入口Fin、Ain、各流出口Fout、Aout的图，各流入口Fin、Ain、各流出口Fout、Aout分别可以是多个，也可以是1个。
此外，在该燃料电池1中，如图5的(a)所示，在从层叠方向观察时，连结燃料气体流入口Fin的图心Cfi和燃料气体流出口Fout的图心Cfo的第1直线L1与连结氧化剂气体流入口Ain的图心Cai和氧化剂气体流出口Aout的图心Cao的第2直线L2交叉。也就是说，燃料电池1的流路是燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的所谓的交叉流动(参照图2的(b))。
并且，被设定为，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo比氧化剂气体流出口Aout的图心Cao更接近氧化剂气体流入口Ain的图心Cai。以下将该条件称作“流路配置条件1”。
另外，在图5中，由外侧的线围成的长方形的第1框W1表示空气极绝缘框架23和燃料极绝缘框架29的内周(内周面所处的位置)，由内侧的线围成的长方形的第2框W2表示单体单元17的外周，g表示单体单元17的图心。此外，在图5中，Lf、La、Lfp、Lfm、Lap、Lam、Xp、Xm、Yp、Ym的意思如上所述。这些记号的意思在以下其他的实施方式中也相同。
在此，参照图4和图5说明图心。
在以与层叠方向(图4的上下方向)垂直的方向观察各流入口Fin、Ain或者各流出口Fout、Aout的情况(例如沿着空气极层57展开的平面方向观察的情况)下，图心表示其平面形状的重心。另外，在流入口Fin、Ain或者流出口Fout、Aout有多个的情况下，将使各流入口Fin、Ain或者各流出口Fout、Aout合在一起的平面图形(即，整体的平面图形)的重心设为图心。
具体而言，在与燃料极绝缘框架29的内周面垂直地观察燃料极绝缘框架29的内周面中的、设有燃料气体流入口Fin的一侧的情况下，如所述图4的(a)所示，在内周面的1个面(矩形条状的第1面M1)上有4个燃料气体流入口Fin，因此，将4个燃料气体流入口Fin整体的平面图形的重心设为图心Cfi。
在此，例如燃料气体流入口Fin整体的图心Cfi被设定在第1面M1的左右方向的中央。因而，在从层叠方向观察时，燃料气体流入口Fin整体的图心Cfi位于第1框W1的第1边H1的中点(参照图5的(a))。
同样，在与燃料极绝缘框架29的内周面垂直地观察燃料极绝缘框架29的内周面中的、设有燃料气体流出口Fout的一侧的情况下，如所述图4的(b)所示，在与第1面M1相反的一侧的矩形条状的第2面M2有4个燃料气体流出口Fout，因此，将4个燃料气体流出口Fout整体的平面图形的重心设为图心Cfo。
在此，例如各燃料气体流出口Fout靠近该图的左侧配置，因此，燃料气体流出口Fout整体的图心Cfo自第2面M2的左右方向的中央向左侧偏离。因而，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout整体的图心Cfo从第1框W1的第2边H2的中点向第3边H3侧、换言之向氧化剂气体流入口Ain的图心Cai侧偏离(参照图5的(a))。
另一方面，在与空气极绝缘框架23的内周面垂直地观察空气极绝缘框架23的内周面中的、设有氧化剂气体流入口Ain的一侧的情况下，如所述图4的(c)所示，在内周面的1个面(矩形条状的第3面M3)有6个氧化剂气体流入口Ain，因此，将6个氧化剂气体流入口Ain整体的平面图形的重心设为图心Cai。
在此，例如氧化剂气体流入口Ain整体的图心Cai设定在第3面M3的左右方向的中央。因而，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流入口Ain整体的图心Cai位于第1框W1的第3边H3的中点(参照图5的(a))。
同样，在与空气极绝缘框架23的内周面垂直地观察空气极绝缘框架23的内周面中的、设有氧化剂气体流出口Aout的一侧的情况下，如所述图4的(d)所示，在与第3面M3相反的一侧的矩形条状的第4面M4有6个氧化剂气体流出口Aout，因此，将6个氧化剂气体流出口Aout整体的平面图形的重心设为图心Cao。
在此，例如氧化剂气体流出口Aout整体的图心Cao设定在第4面M4的左右方向的中央。因而，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流出口Aout整体的图心Cao位于第1框W1的第4边H4的中点(参照图5的(a))。
另外，图4和图5所示的各流入口Fin、Ain、各流出口Fout、Aout的位置表示优选的一例，只要满足上述的“(交叉流动的)流路配置条件1”的条件，就不限定于该例。
d)接着，简单地说明燃料电池1的制造方法。
[各构件的制造工序]
首先，冲切例如由SUS430形成的板材，制作出互连器21、燃料极框架27、分隔件25、端板3、端板5。
此外，对于众所周知的由软质云母形成的云母片，利用冲孔加工、槽加工等制作出所述图3所示的框状的空气极绝缘框架23和燃料极绝缘框架29。
[燃料电池单体单元17的制造工序]
按照常规方法制造单体单元17。
具体而言，首先，为了形成燃料极层59，使用例如由40质量部～70质量部的氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)粉末、40质量部～70质量部的氧化镍粉末、粘合剂溶液构成的材料制作出燃料极糊剂。然后，使用该燃料极糊剂制作出燃料极坯片。
此外，为了制作固体电解质层55，使用例如由YSZ粉末和粘合剂溶液构成的材料制作出固体电解质糊剂。然后，使用该固体电解质糊剂制作出固体电解质坯片。
接着，在燃料极坯片上层叠固体电解质坯片。然后，通过将该层叠体在1200℃～1500℃下加热1小时～10小时而形成烧结层叠体。
此外，为了形成空气极层57，使用例如由La1－xSrxCo1－yFeyO3粉末和粘合剂溶液构成的材料制作出空气极糊剂。
接着，在所述烧结层叠体的固体电解质层55的表面印刷空气极糊剂。然后，以通过烧结而不变得致密的方式，将该印刷的空气极糊剂在900℃～1200℃下烧结1小时～5小时，形成空气极层57。
由此，完成单体单元17。另外，通过钎焊将分隔件25固定在单体单元17上。
[燃料电池1的制造工序]
接着，将上述的各构件如所述图1所示层叠期望的层数，在其层叠方向的两个端部层叠端板3、端板5，构成层叠体。
然后，向该层叠体的螺栓贯穿孔9中嵌入螺栓11，并且在各螺栓11上螺纹接合螺母13并拧紧，然后按压层叠体一体化地进行固定。
由此，完成该第1实施方式的燃料电池1。
e)接着，说明该第1实施方式的效果。
该第1实施方式的燃料电池1具有燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的、所谓的交叉流动的流路。而且，在具有该交叉流动的流路的燃料电池1中被设定为，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo比氧化剂气体流出口Aout的图心Cao更接近氧化剂气体流入口Ain的图心Cai。即，以满足上述的“流路配置条件1”的方式设定燃料气体的流路和氧化剂气体的流路。
通过这样设定燃料气体流出口Fout的图心Cfo，如图5的(b)所示，在从层叠方向观察时，供给有反应(发电)之后变为高温的燃料气体的区域(高温燃料的区域R1)与供给有从发电单元7外向发电单元7内导入的低温的氧化剂气体的区域(低温空气的区域R2)通过以重叠的方式配置等而靠近，因此，单体单元17的面内温度(单元面内的温度)被均匀化。
由此，发挥输出电压几乎没有损失而能够确保较高的输出电压、并且燃料电池1的耐久性上升这样显著的效果。也就是说，由于能够提高温度分布的均匀性，因此，能够谋求兼顾较高的输出电压和较高的耐久性。
此外，在该第1实施方式中，由于能够提高单体单元17自身的温度分布的均匀性，因此，并不限于层叠多个单体单元17(从而是发电单元7)而成的燃料电池堆，具有也能够应用于使用1个单体单元17的一层燃料电池1这样的效果。
并且，在层叠单体单元17而成的燃料电池(即，燃料电池堆)1中，即使在与邻接的单体单元17(即，上下层的发电单元7)之间的导热较差的情况下，也能获得上述那样的能够兼顾较高的输出电压和较高的耐久性这样的效果。
而且，由于在1个层中直接谋求温度分布的均匀化，相比于与邻接的单体单元17进行导热的方法，能够获得较大的效果。
[第2实施方式]
接着，说明第2实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。
该第2实施方式的燃料电池1针对氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件2”。
详细而言，在该第2实施方式的燃料电池1中，如图6所示，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，氧化剂气体流入口Ain的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.1Ym以下的位置，氧化剂气体流出口Aout的图心Cao配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.1Ym以下的位置(流路配置条件2)。
另外，在图6的第1框W1中，燃料气体流入口Fin的图心Cfi配置在第1边H1(例如第1边H1的中点)。此外，第2边H2的带状的斜线部分是可配置燃料气体流出口Fout的图心Cfo的范围，第3边H3的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流入口Ain的图心Cai的范围，第4边H4的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流出口Aout的图心Cao的范围。
采用这样的结构，在该第2实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如后述的实验例1所示，通过满足“流路配置条件2”，从而能够提高温度分布的均匀性，因此能够兼顾较高的发电能力和较高的耐久性。
[第3实施方式]
接着，说明第3实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。
该第3实施方式的燃料电池1针对氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件3”。
详细而言，在该第3实施方式的燃料电池1中，如图7的(a)所示，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.1Xp以下的位置或者自基准线Lf向边界线Lfm侧距基准线Lf的距离为0.1Xm以下的位置，氧化剂气体流入口Ain的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，氧化剂气体流出口Aout的图心Cao配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.1Ym以下的位置(流路配置条件3)。
另外，在图7的(a)的第1框W1中，燃料气体流入口Fin的图心Cfi配置在第1边H1(例如第1边H1的中点)。此外，第1框W1上的带状的斜线部分的意思与第2实施方式中的意思相同。
采用这样的结构，在该第3实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如图7的(b)所示，通过满足“流路配置条件3”，使从外部导入低温的氧化剂气体(即，低温空气)的区域R3与因氧浓度较高的部分和燃料气体的流路接近而发热增加的区域R4重叠。
详细而言，通过使氧化剂气体流入口Ain远离接近燃料气体流入口Fin和氧化剂气体流入口Ain的低温区域(例如图7的(a)的右上的Xp－Yp)，该低温区域的温度上升。此外，在接近氧化剂气体流入口Ain的区域(例如图7的(a)的右下的Xp－Ym)中，氧浓度上升，因此由反应(发电)引起的发热量增加。
由此，单元面内的温度分布的均匀性上升。因而，根据后述的实验例1也能够明确，能够兼顾较高的发电能力(输出电压)和较高的耐久性。
[第4实施方式]
接着，说明第4实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。
该第4实施方式的燃料电池1针对氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件4”。
详细而言，在该第4实施方式的燃料电池1中，如图8的(a)所示，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，氧化剂气体流入口Ain的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，氧化剂气体流出口Aout的图心Cao配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.1Ym以下的位置(流路配置条件4)。
另外，在图8的(a)的第1框W1中，燃料气体流入口Fin的图心Cfi配置在第1边H1(例如第1边H1的中点)。此外，第1框W1上的带状的斜线部分的意思与第2实施方式中的意思相同。
采用这样的结构，在该第4实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如图8的(b)所示，通过满足“流路配置条件4”，从而从外部导入低温的氧化剂气体(即，低温空气)的区域R5与因反应(发电)而成为高温且因氧浓度较高而发热增加的区域R6重叠。因而，温度分布更加均匀化，因此如后述的实验例1所示，能够兼顾较高的发电能力和更高的耐久性。
[第5实施方式]
接着，说明第5实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。
该第5实施方式的燃料电池1针对氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件5”。
详细而言，在该第5实施方式的燃料电池1中，如图9的(a)所示，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，氧化剂气体流入口Ain的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，氧化剂气体流出口Aout的图心Cao配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.4Yp以上且0.9Yp以下的位置(流路配置条件5)。
另外，在图9的(a)的第1框W1中，燃料气体流入口Fin的图心Cfi配置在第1边H1(例如第1边H1的中点)。此外，第1框W1上的带状的斜线部分的意思与第2实施方式中的意思相同。
采用这样的结构，在该第5实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如图9的(b)所示，通过满足“流路配置条件5”，使从外部导入低温的氧化剂气体(即，低温空气)的区域R7与因反应(发电)而成为高温且因氧浓度较高而发热增加的区域R8重叠，而且，产生因燃料气体的流入部分和氧化剂气体的流出部分接近而发热增加的区域R9。因而，温度分布更加均匀化，因此如后述的实验例1所示，能够兼顾更高的发电能力和更高的耐久性。
[第6实施方式]
接着，说明第6实施方式，但省略说明与第5实施方式相同的内容。另外，对与第5实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。
该第6实施方式的燃料电池1将氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件6”。
详细而言，在该第6实施方式的燃料电池1中，如图10所示，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口Fout的图心Cfo和氧化剂气体流入口Ain的图心Cai与第5实施方式相同地配置，氧化剂气体流出口Aout的图心Cao配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.4Yp以上且0.6Yp以下的位置(流路配置条件6)。
另外，在图10的第1框W1中，燃料气体流入口Fin的图心Cfi配置在第1边H1(例如第1边H1的中点)。此外，第1框W1上的带状的斜线部分的意思与第2实施方式中的意思相同。
采用这样的结构，在该第6实施方式中，发挥与所述第5实施方式相同的效果，并且根据后述的实验例1能够明确，具有与第5实施方式相比能够使单元面内的温度分布更进一步均匀化这样的优点。因而，能够兼顾更高的发电能力和进一步更高的耐久性。
[第7实施方式]
接着，说明第7实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。
该第7实施方式的燃料电池1如图11所示，单体单元17、空气极绝缘框架23、燃料极绝缘框架29等的平面形状是与所述第1实施方式相同的长方形，但使燃料气体流入口Fin的图心Cfi的位置在该图的左右方向上较大程度地偏离。
在此，例如使燃料气体流入口Fin的图心Cfi自第1边H1的中点较大程度地向右侧偏离，使燃料气体流出口Fout的图心Cfo自第2边H2的中点稍微向右侧偏离。也就是说，在图11中，使燃料气体流入口Fin的图心Cfi自燃料气体流出口Fout的图心Cfo向右侧偏离。
此外，使氧化剂气体流入口Ain的图心Cai自第3边H3的中点较大程度地向下方偏离(即，到单体单元17的端部附近为止)，使氧化剂气体流出口Aout的图心Cfo自第4边H4d的中点较大程度地向上方偏离(即，到单体单元17的另一个端部附近为止)。
在该结构的情况下，通过满足上述的“流路配置条件1”的条件，或者除了满足“流路配置条件1”以外还满足“流路配置条件2”～“流路配置条件6”中的任一个条件，也发挥与所述各实施方式相同的效果。
[实验例]
接着，对为了确认本发明的效果而进行的实验例进行说明。
＜实验例1＞
在本实验例1中，为了进行计算机模拟，针对使用1块单体单元的1层发电单元的平板型的固体氧化物型燃料电池设定实验对象的模型(实验模型1)和基准的模型(基准模型：基准单元)。
然后，通过模拟，在将实验模型1的燃料气体流入口的图心Cfi的位置固定的状态下变更燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai以及氧化剂气体流出口的图心Cao的位置，在各个情况下求出输出电压和单体单元表面的温度分布(最大值max与最小值min之差)。此外，求出基准模型的输出电压和温度分布。然后，调查实验模型1相对于基准模型的输出电压的变化和温度分布的变化。
另外，在本实验例1中，像以下详细说明的那样，确认了第2实施方式的流路位置(参照表1和图6)、第3实施方式的流路位置(参照表2和图7)、与第4实施方式相对应的流路位置(参照表3和图8)、与第5实施方式、第6实施方式相对应的流路位置(参照表4和图9、图10)所产生的效果。
a)实验模型1的构造
实验模型1的基本构造与所述各实施方式的1个发电单元相同。
详细而言，在实验模型1中，将发电单元、单体单元、燃料气体室、氧化剂气体室等各构件的平面形状(从层叠方向观察)设为正方形，各构件的尺寸设定为如下那样。此外，各构件的材质与所述各实施方式中的材质相同。
俯视状态下的尺寸
燃料气体室和氧化剂气体室：12cm×12cm，单体单元：9cm×9cm
此外，在该实验模型1中，如下述表1～表4所示，变更燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai以及氧化剂气体流出口的图心Cao的位置。另外，例如图6所示，燃料气体流入口的图心Cfi的位置设为实验模型1的第1框W1的第1边H1的中点。
b)基准模型的构造
在基准模型中，如图12所示，在第1框W1中，燃料气体流入口的图心Cfi设定在第1边H1的中点，燃料气体流出口的图心Cfo设定在第2边H2的中点，氧化剂气体流入口的图心Cai设定在第3边H3的中点，氧化剂气体流出口的图心Cao设定在第4边H4的中点。另外，其他的结构与实验模型1相同。
c)实验模型1和基准模型的运转条件
在燃料电池的规定的发电温度下，将燃料气体(例如氢、氮、水(水蒸气)的混合气体等)和氧化剂气体(例如空气(氧、氮的混合气体等))以恒定的流量供给规定时间，进行实验模型1和基准模型的运转。
d)实验的内容
在本实验例1中，如下述表1～表4所示，变更燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao的位置，在上述的运转条件下进行模拟，求出实验模型1的输出电压。同样，针对基准模型，也在相同的实验条件下求出输出电压。
然后，算出实验模型1相对于基准模型的输出电压的变化量dVolt[％]。其结果同样记在下述表1～表4中。另外，在各表中，输出电压的变化量dVolt为－(负)表示比基准模型的输出电压低。
此外，针对与求出上述的输出电压的情况相同的运转条件和各图心，也在同样地变更的条件下进行模拟，从而针对实验模型1求出单体单元的单元面内的温度的最大值(max)和最小值(min)，算出其温度差ΔT(max－min)。同样，针对基准模型也算出温度差ΔT。
然后，算出实验模型1相对于基准模型的温度差ΔT的变化量dT[℃]。其结果同样记在下述表1～表4中。另外，在各表中，温度差ΔT的变化量dT为－(负)表示温度差ΔT变小。
另外，在下述表1～表4中，在用Xp表示的情况下，燃料气体流出口的图心Cfo处于比Lf靠Lfp侧的位置，在用Xm表示的情况下，燃料气体流出口的图心Cfo处于比Lf靠Lfm侧的位置。此外，在位于Lf上的情况下设为0。
在用Yp表示的情况下，氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao位于比La靠Lap侧的位置，在用Ym表示的情况下，氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao位于比La靠Lam侧的位置。此外，在位于La上的情况下设为0。
e)实验结果
以下、针对各表详细地说明各个实验内容和实验结果。
【表1】
Figure GDA0002512583200000261
表1表示为了确认第2实施方式的流路条件(流路配置条件2：参照图6)而进行的实验的结果。也就是说，该表1表示变更了燃料气体流出口的图心Cfo的位置的实验例。
在此，考虑到制造偏差，将氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao设于与中点相距Yp、Ym的10％以内的任意位置。
另外，表1的判定基准如下所述。
＜判定基准＞
○：输出电压下降3.5％以下，而且温度差ΔT减小0.5℃以上
△：不满足上述○的条件
根据该表1能够明确知晓，若燃料气体流出口的图心Cfo的位置在0.3Xp～Xp的范围内(参照表1的斜线部分)，则实验模型1的输出电压的变化量dVolt较小(即，输出电压下降2.05％以下)，而且实验模型1的温度差ΔT的变化量dT较大(即，温度差改善0.5℃以上，温度差变小)。也就是说，能够知晓输出电压几乎没有损失且温度分布的均匀性上升。
【表2】
Figure GDA0002512583200000271
表2表示为了确认第3实施方式的流路条件(流路配置条件3：参照图7)而进行的实验的结果。也就是说，该表2表示变更了氧化剂气体流入口的图心Cai的位置的实验例。
在此，考虑到制造偏差，将燃料气体流出口的图心Cfo设于与第2边的中点相距Xm、Xp的10％以内的任意位置，将氧化剂气体流出口的图心Cao设于与第4边的中点相距Yp、Ym的10％以内的任意位置。
另外，表2的判定基准如下所述。
＜判定基准＞
○：输出电压下降3.5％以下，而且温度差ΔT减小0.5℃以上
△：不满足上述○的条件
根据该表2能够明确知晓，若氧化剂气体流入口的图心Cai的位置在0.6Ym～Ym的范围内(参照表2的斜线部分)，则实验模型1的输出电压的变化量dVolt较小(即，输出电压下降2.41％以下)，而且实验模型1的温度差ΔT的变化量dT较大(即，温度差改善0.6℃以上，温度差变小)。也就是说，能够知晓输出电压几乎没有损失且温度分布的均匀性上升。
【表3】
Figure GDA0002512583200000281
表3表示为了确认第4实施方式的流路条件(流路配置条件4：参照图8)而进行的实验的结果。也就是说，该表3表示变更了燃料气体流出口的图心Cfo的位置和氧化剂气体流入口的图心Cai的位置的实验例。
在此，考虑到制造偏差，氧化剂气体流出口的图心Cao设于与中点相距Yp、Ym的10％以内的任意位置。
另外，表3的判定基准如下所述。
＜判定基准＞
○：输出电压下降3.5％以下，而且温度差ΔT减小0.5℃以上
◎：输出电压下降3.5％以下，而且温度差ΔT减小2.0℃以上
根据该表3能够明确知晓，若燃料气体流出口的图心Cfo的位置在0.3Xp～Xp的范围(流路配置条件2的燃料气体流出口的图心Cfo的条件)，而且氧化剂气体流入口的图心Cai的位置在0.6Ym～Ym的范围内(流路配置条件3的氧化剂气体流入口的图心Cai的条件)(参照表3的斜线部分)，则实验模型1的输出电压的变化量dVolt较小(即，输出电压下降3.20％以下)，而且实验模型1的温度差ΔT的变化量dT更大(即，温度差改善2.0℃以上，温度差变小)。也就是说，能够知晓输出电压几乎没有损失且温度分布的均匀性进一步上升。
【表4】
Figure GDA0002512583200000291
表4表示为了确认第5实施方式的流路条件(流路配置条件5：参照图9)和第6实施方式的流路条件(流路配置条件6：参照图10)而进行的实验的结果。也就是说，该表4表示在满足流路配置条件4的燃料气体流出口的图心Cfo和氧化剂气体流入口的图心Cai的条件基础之上变更了氧化剂气体流出口的图心Cao的位置的实验例。
另外，表4的判定基准如下所述。
＜判定基准＞
◎：输出电压下降3.5％以下，而且温度差ΔT减小2.0℃以上
☆：输出电压下降1.0％以下，而且温度差ΔT减小2.0℃以上
★：输出电压下降1.0％以下，而且温度差ΔT减小5.0℃以上
根据该表4能够明确知晓，若燃料气体流出口的图心Cfo的位置在0.3Xp～Xp的范围内，而且氧化剂气体流入口的图心Cai的位置在0.6Ym～Ym的范围内，而且氧化剂气体流出口的图心Cao的位置在0.4Yp～0.9Yp的范围内(参照表4的斜线和灰色部分)，则实验模型1的输出电压的变化量dVolt更小(即，输出电压下降0.85％以下)，而且实验模型1的温度差ΔT的变化量dT更大(即，温度差改善3.8℃以上，温度差变小)。也就是说，能够知晓更加不损害输出电压且温度分布的均匀性进一步上升。
此外，根据该表4能够明确知晓，若燃料气体流出口的图心Cfo的位置在0.3Xp～Xp的范围内，而且氧化剂气体流入口的图心Cai的位置在0.6Ym～Ym的范围内，而且氧化剂气体流出口的图心Cao的位置在0.4Yp～0.6Yp的范围内(参照表4的斜线部分)，则实验模型1的输出电压的变化量dVolt更小(即，输出电压下降0.62％以下)，而且实验模型1的温度差ΔT的变化量dT更大(即，温度差改善5.0℃以上，温度差变小)。也就是说，能够知晓更加进一步不损害输出电压，温度分布的均匀性更进一步上升。
＜实验例2＞
在本实验例2中，对使用实验模型2和所述基准模型(基准单元)来确认在所述实验例1中以燃料气体流入口的图心Cfi的位置为基准地设定其他的燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao的位置的依据的实验例(模拟)进行说明。
在本实验例2中，以基准模型为基准，如下述表5和图13所示设定了变更了1个流路(图心)的位置的实验模型2(但是，剩余的3个流路的位置保持基准模型中的流路位置)。
然后，求出在所述实验例1的运转条件下进行发电的情况下的基准模型和实验模型2的输出电压，对基准模型和实验模型2的输出电压的情况进行比较。即，求出实验模型2相对于基准模型的输出电压的变化量。其结果同样表示在表5和图13。
另外，图13的横轴表示各边的各流路的位置(即，燃料气体流入口的图心Cfi、燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao)自中点的偏离量，且0表示处于中点的位置。
【表5】
Figure GDA0002512583200000311
根据该表5和图13能够明确知晓，燃料气体流入口的图心Cfi的位置相对于输出电压的灵敏度与其他的流路(即，燃料气体流出口的图心Cfo、氧化剂气体流入口的图心Cai、氧化剂气体流出口的图心Cao)的位置相对于输出电压的灵敏度相比明显较大。还能够知晓，在燃料气体流入口的图心Cfi的位置为0时、即存在于相对于燃料的流动方向的单元宽度的中央部(即，第1边H1的中点)时，输出电压变得极大。因而能够知晓，优选的是，以燃料气体流入口的图心Cfi的位置为基准。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于所述实施方式，能够采取各种形态。
(1)例如，本发明能够应用于例如将ZrO2系陶瓷等作为电解质的固体氧化物型燃料电池(SOFC)、将高分子电解质膜作为电解质的固体高分子型燃料电池(PEFC)、将Li－Na/K系碳酸盐作为电解质的熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、将磷酸作为电解质的磷酸型燃料电池(PAFC)等的燃料电池。
(2)此外，在本发明中，作为单体单元、发电单元、燃料电池堆等的平面形状，并不限于矩形(例如长方形、正方形、菱形、梯形)，可以采用多边形(例如六边形、八边形)、弯曲的形状(例如圆形、椭圆形)等各种形状。
(3)并且，作为本发明的燃料电池，除了将板状的单体单元(发电单元)层叠而成的多层的燃料电池堆以外，还可以采用由1个板状的单体单元(发电单元)构成的1层的燃料电池。此外，也可以是仅在燃料电池堆的全部的发电单元中的1层或多层采用具有本发明的结构的发电单元。
附图标记说明
1、平板型燃料电池(燃料电池堆)；7、发电单元；17、燃料电池单体单元；31、氧化剂气体室(空气流路)；35、燃料气体室(燃料流路)；55、固体电解质层；59、燃料极层；57、空气极层；Fin、燃料气体流入口；Fout、燃料气体流出口；Ain、氧化剂气体流入口；Aout、氧化剂气体流出口。

Claims (6)

1.一种平板型燃料电池，其特征在于，
包括：
燃料电池单体单元，其是在燃料极层和空气极层之间隔着固体电解质层层叠而成的；
燃料气体室，其配置在所述燃料极层侧；
氧化剂气体室，其配置在所述空气极层侧；
供燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和供所述燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及
供氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的1个或多个氧化剂气体流入口和供所述氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的1个或多个氧化剂气体流出口，
在从层叠方向观察时，连结所述燃料气体流入口的图心Cfi和所述燃料气体流出口的图心Cfo的第1直线与连结所述氧化剂气体流入口的图心Cai和所述氧化剂气体流出口的图心Cao的第2直线交叉，
而且所述燃料气体流出口的图心Cfo与所述氧化剂气体流出口的图心Cao之间的距离大于所述燃料气体流出口的图心Cfo与所述氧化剂气体流入口的图心Cai之间的距离，
在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自基准线Lf向边界线Lfp侧距基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，
所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自基准线La向边界线Lap侧距基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自基准线La向边界线Lam侧距基准线La的距离为0.1Ym以下的位置，
所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.1Ym以下的位置，
Lf：通过所述燃料气体流入口的图心Cfi和所述燃料电池单体单元的图心g的、所述燃料电池单体单元上的直线的基准线
La：与所述基准线Lf正交且通过所述图心g的、所述燃料电池单体单元上的直线的基准线
Lfp：位于比所述基准线Lf接近所述氧化剂气体流入口的图心Cai的位置、与所述基准线Lf平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Lfm：位于比所述基准线Lf接近所述氧化剂气体流出口的图心Cao的位置、与所述基准线Lf平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Lap：位于比所述基准线La接近所述燃料气体流入口的图心Cfi的位置、与所述基准线La平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Lam：位于比所述基准线La接近所述燃料气体流出口的图心Cfo的位置、与所述基准线La平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线
Xp：所述基准线Lf和所述边界线Lfp之间的最短距离
Xm：所述基准线Lf和所述边界线Lfm之间的最短距离
Yp：所述基准线La和所述边界线Lap之间的最短距离
Ym：所述基准线La和所述边界线Lam之间的最短距离。
2.根据权利要求1所述的平板型燃料电池，其特征在于，
在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自所述基准线Lf向所述边界线Lfp侧距所述基准线Lf的距离为0.1Xp以下的位置或者自所述基准线Lf向所述边界线Lfm侧所述距基准线Lf的距离为0.1Xm以下的位置，
所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，
所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.1Ym以下的位置。
3.根据权利要求1所述的平板型燃料电池，其特征在于，
在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自所述基准线Lf向所述边界线Lfp侧距所述基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，
所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，
所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.1Yp以下的位置或者自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.1Ym以下的位置。
4.根据权利要求1所述的平板型燃料电池，其特征在于，
在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心Cfo配置在自所述基准线Lf向所述边界线Lfp侧距所述基准线Lf的距离为0.3Xp以上且Xp以下的位置，
所述氧化剂气体流入口的图心Cai配置在自所述基准线La向所述边界线Lam侧距所述基准线La的距离为0.6Ym以上且Ym以下的位置，
所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.4Yp以上且0.9Yp以下的位置。
5.根据权利要求4所述的平板型燃料电池，其特征在于，
在从所述层叠方向观察时，所述氧化剂气体流出口的图心Cao配置在自所述基准线La向所述边界线Lap侧距所述基准线La的距离为0.4Yp以上且0.6Yp以下的位置。
6.一种平板型燃料电池，其特征在于，
该平板型燃料电池是多个平板型燃料电池单元层叠而成的，该平板型燃料电池单元包括：
燃料电池单体单元，其是层叠燃料极层、固体电解质层以及空气极层而成的；
燃料气体室，其配置在所述燃料极层侧；
氧化剂气体室，其配置在所述空气极层侧；
供燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和供所述燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及
供氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的1个或多个氧化剂气体流入口和供所述氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的1个或多个氧化剂气体流出口，其中，
所述多个平板型燃料电池单元中的至少任一者是以上权利要求1～5中任一项所述的平板型燃料电池。
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