JP2004014449A

JP2004014449A - 固体電解質型燃料電池

Info

Publication number: JP2004014449A
Application number: JP2002169995A
Authority: JP
Inventors: Keiko Kushibiki; 櫛引　圭子; Noritoshi Sato; 佐藤　文紀; Mitsugi Yamanaka; 山中　貢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP3972240B2

Abstract

【課題】小型化を実現したうえで、耐久性の向上を実現し、起動・停止を頻繁に行ったり燃料ガスや空気の流量が変化したりしても、空気の燃料ガス流路への逆流および混合を阻止し、発電出力密度の向上をも実現する。
【解決手段】電解質層を燃料極２Ａおよび空気極で挟み込んで形成したセル板２と、セル板２に隙間を介して積層して燃料極２Ａとの間に燃料ガスＦを流す燃料ガス流路５を形成するセパレータ４を備え、セル板２とセパレータ４との間隔を保持すると共に、燃料ガス流路５を通過中に燃焼しなかった燃料ガスＦを燃焼させる燃焼ヒーター９を燃料ガス流路５の出口５ｂに設けた。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電気自動車の駆動源として用いられる固体電解質型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記した固体電解質型燃料電池としては、電解質層を燃料極および空気極で挟み込んで形成したセル板と、このセル板に積層して燃料極との間に燃料ガスを流す燃料ガス流路を形成するセパレータを備えたものがあり、セル板およびセパレータの積層体（スタック）全体が円筒形状をなす、いわゆる円筒型スタックと呼ばれるものや、セル板および板状のセパレータを積層してなる、いわゆる平板型スタックを呼ばれるものがある。
【０００３】
平板型スタックと呼ばれる固体電解質型燃料電池としては、
▲１▼　波形のセル板を２枚のセパレータ間に位置させて積層し、セル板およびセパレータ間に形成される燃料ガス流路へのガス導入口を有するシール材をセル板の周囲に配置して、このシール材を介してセル板とセパレータとを接着した構成をなすもの
▲２▼　積層したセル板とセパレータとをばね力が付与された押さえ板およびホルダで挟み込んだ構成をなすもの（特開２０００−２０８１６３号）
▲３▼　円盤形状をなすセル板とセパレータとを積層した構成をなし、燃料ガスをセル板の中心部から供給すると共に、消費されなかった燃料ガスをセル板の外周部で燃焼させるようにしたもの
▲４▼　上記▲３▼に類似するものであって、燃料ガスのセル板排気口にＮｉフェルトを設置することで燃料ガスの排気圧損を均一化して燃料ガス流を安定させるようにしたもの
などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の固体電解質型燃料電池において、円筒型スタックと呼ばれるタイプのものは、ガスシール部分が少ないうえシールそのものが容易であるが、スタック内へ設置するセル板の発電有効面積の設置密度を高くすることが難しく、スタック単位体積当たりの発電出力密度Ｗ／リットルが低くなってしまうという問題がある。
【０００５】
また、平板型スタックと呼ばれる固体電解質型燃料電池のうちの▲１▼の固体電解質型燃料電池において、スタック単位体積当たりのセル板設置密度を高くすることはできるものの、ガスシール部分が多いのに加えて、このガスシール部分が高温に曝されるため、ガスシールが十分になされないことがあり、とくに、起動・停止が頻繁に行われる場合には、主にセル板およびセパレータに対するシール材の熱膨張係数の差に起因して、ガスシール部分でガス漏れが生じることがあり、燃料ガスおよび空気が発電に寄与せずに燃焼することで発電出力が低下してしまうという問題があり、また、制御し得ない箇所で突発的に燃焼が発生することにより、スタックが局所的に加熱されて耐久性が低下してしまうという問題を有している。
【０００６】
さらに、平板型スタックと呼ばれる固体電解質型燃料電池のうちの▲２▼の固体電解質型燃料電池では、セル板とセパレータとを均一に締結することでガスシール性の低下を回避することができるものの、全体が大型化してしまい、自動車などの移動体に搭載するのに適さないという問題があり、さらにまた、▲３▼の固体電解質型燃料電池では、一定した状態で長時間運転する場合は良好であるが、起動・停止が頻繁であったり燃料ガスの流量が変化したりする場合は、未消費の燃料ガスの燃焼を制御することが困難であるため、局所的に燃焼して温度が上昇することで耐久性が低下したり、燃料ガス流路に空気が逆流して発電出力が低下したりするなどといった問題があり、さらにまた、▲４▼の固体電解質型燃料電池において、▲３▼と同様の問題を有しているのに加えて、設置したＮｉフェルトのリングは、セル板とセパレータとによって挟持されてクッション層としても機能するが、昇降温を繰り返すことで不均一に変形して燃料ガス流が不安定になる恐れがあるといった問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、小型化を実現したうえで、ガス漏れが生じないのは勿論のこと、制御し得ない箇所における突発的な燃焼の発生を阻止することができ、その結果、耐久性の向上を実現することが可能であり、また、起動・停止を頻繁に行ったり燃料ガスや空気の流量が変化したりしても、空気の燃料ガス流路への逆流および混合を防止することができ、加えて、発電出力密度の向上をも実現することが可能である固体電解質型燃料電池を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、電解質層を燃料極および空気極で挟み込んで形成したセル板と、このセル板に隙間を介して積層して燃料極との間に燃料ガスを流す燃料ガス流路を形成するセパレータを備えた固体電解質型燃料電池において、セル板とセパレータとの間隔を保持すると共に、燃料ガス流路を通過中に燃焼しなかった燃料ガスを燃焼させる燃焼手段を燃料ガス流路の出口部分に設けた構成としており、この固体電解質型燃料電池の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明に係わる固体電解質型燃料電池において、燃焼手段は、セル板とセパレータとの間に形成されて枠材あるいはシール材によって間隔が保持される燃料ガス流路の出口の一部ないし全部を覆うように設置され、この際、燃焼手段を設ける燃料ガス流路の出口部分とは、少なくとも燃料ガス流路出口から排気流路内までの部分を指し、燃焼手段を排気流路の一部を覆うように設置したり（図３参照）、燃焼手段の一部が空気流路出口に入り込むようにして設置してもよく（図４参照）、燃焼手段が着火機構を具備していてもよい。
【００１０】
また、セル板は発電機能を持たない基板上に燃料極−電解質層−空気極を形成したタイプや、一方の電極が支持基板を兼ねたタイプ、あるいは、電解質層が支持基板を兼ねたタイプのいずれをも使用することができるが、これらのタイプに限定されるものではない。
【００１１】
本発明の請求項２に係わる固体電解質型燃料電池は、燃焼手段を金属あるいはセラミックスの多孔質体とした構成とし、本発明の請求項３に係わる固体電解質型燃料電池において、燃焼手段としての多孔質体に、燃料ガス流路における未燃焼燃料ガスの燃焼を促進させる触媒（例えば、ロジウム、ルテニウム、白金、パラジウム、ニッケル、コバルトあるいはこれらを主成分とする合金）を担持させた構成としている。
【００１２】
燃焼手段に用いられる金属多孔質体としては、例えば、発砲金属体や金属メッシュや金属不織布を使用することができ、燃焼手段に用いられるセラミックス多孔体としては、例えば、コージェライト製やアルミナ製触媒担持体を使用することができる。
【００１３】
本発明の請求項４に係わる固体電解質型燃料電池は、燃料ガス流路における未燃焼燃料ガスの排気量に応じた空気を燃料ガス流路と連通する排気流路に導入して、燃焼手段における未燃焼燃料ガスの燃焼を促進させる構成としており、この固体電解質型燃料電池は、セル板の燃料ガス流路における発電部分の温度と燃料ガスの導入流量と、発電負荷をモニタし、あらかじめ得られているこの固体電解質型燃料電池の特性から算出される燃料ガスの未使用量に対して、これを燃焼させ得る量以上の空気を制御して導入することにより運転される。
【００１４】
本発明の請求項５に係わる固体電解質型燃料電池は、セル板の空気極側で消費されなかった空気を燃料ガス流路と連通する排気流路から排気する構成としており、この固体電解質型燃料電池は、セル板の燃料ガス流路における発電部分の温度と燃料ガスの導入流量と、発電負荷をモニタし、あらかじめ得られているこの固体電解質型燃料電池の特性から算出される燃料の未使用量に対して、これを燃焼させ得る量の空気を上記発電部分で消費される空気流量に加えるように制御して導入することにより運転される。
【００１５】
本発明の請求項６に係わる固体電解質型燃料電池は、燃料ガス流路入口の総開口面積よりも燃料ガス流路出口の総開口面積を大きく設定した構成としており、この場合、燃料ガスの流速は、流路の総断面積のほか、使用する燃料ガスの組成や発電効率（燃料の利用効率）や、発電部分の温度分布などに依存することから、本発明の請求項７に係わる固体電解質型燃料電池において、燃料ガス流路入口における燃料ガスの流速が燃料ガス流路出口における燃料ガスの流速よりも速い構成としている。
【００１６】
本発明の請求項８に係わる固体電解質型燃料電池は、全体で略円柱状をなし、セル板およびセパレータの積層部分の周囲に、燃料ガス流路と連通する排気流路およびセル板の空気極側に空気を供給する空気供給路を配置した構成とし、本発明の請求項９に係わる固体電解質型燃料電池は、セル板およびセパレータの各基板をシリコンウエハとした構成としている。
【００１７】
【発明の作用】
本発明の請求項１〜３に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としているので、燃料ガス流路で使用されなかった燃料が燃焼手段で燃焼することとなり、制御し得ない部位での燃焼によってスタックに局所的でかつ予測不可能な加熱が生じるのを回避し得ることとなって、耐久性に優れたものとなる。
【００１８】
また、燃料ガス流路の出口部分に高温の燃焼手段が位置しているので、空気がこの燃料ガス流路の出口部分から逆流することが阻止され、加えて、燃焼手段はクッション材を兼ねる必要がないので、例えば、燃焼手段が多孔質体である場合には、温度の昇降によって燃焼手段が変形したり燃料ガス流路の流路面積が変化したりすることが回避され、機能特性が保たれることとなる。
【００１９】
さらに、燃料ガス流路の上流から下流に向けて燃料ガスが消費されるにしたがってセル板の温度は低下するが、燃焼手段による未燃焼ガスの燃焼で生じる熱を受けて、燃料ガス流路の出口部分における温度が上昇してセル板の温度分布が小さくなるので、発電出力密度が高まることとなり、さらにまた、起動時などのように、発電するのに十分な温度にセル板の温度が達していない場合には、未燃焼のまま燃焼手段に導入される燃料ガスの割合が増加するものの、この未燃焼ガスを燃焼手段で燃焼させることで、セル板の昇温が促進されて起動に要する時間の短縮が図られることとなる。
【００２０】
本発明の請求項４に係わる固体電解質型燃料電池では、請求項１〜３に係わる固体電解質型燃料電池と同じく、起動時などのように、発電するのに十分な温度にセル板の温度が達していない場合であったとしても、起動に要する時間の短縮が図られるうえ、未燃焼燃料ガスの排気量に応じた空気を排気流路に導入して未燃焼燃料ガスの燃焼を促進させるようにしているので、燃焼排気の浄化が図られることとなる。
【００２１】
固体電解質型燃料電池では、排気を熱交換器に導入して、スタックに新規に導入する燃料ガスや空気を余熱するようになせば、廃熱利用がなされることとなって、燃料電池システム全体の発電効率を向上させ得ることとなるが、本発明の請求項５に係わる固体電解質型燃料電池では、燃料ガスおよび空気の排気流路を一系統にしているので、例えば、燃料電池スタックに隣接して設置された熱交換器あるいは熱交換機能部位に燃料電池スタックの排気を導入して、これから燃料電池スタックに導入する燃料ガスあるいは空気を余熱する場合いは、燃料および空気の双方の排気熱エネルギーを簡便かつ効率良く利用し得ることとなる。
【００２２】
また、固体電解質型燃料電池において、燃料ガスの供給管からスタックの燃料ガス流路へ燃料ガスを導入する際の流れ抵抗は、セル板表面における燃料ガスの消費状況や反応状況に依存したり、燃焼手段の通気抵抗に依存したりするが、本発明の請求項６に係わる固体電解質型燃料電池では、燃料ガス流路入口の総開口面積よりも燃料ガス流路出口の総開口面積を大きく設定しているので（請求項７に係わる固体電解質型燃料電池では、燃料ガス流路入口での燃料ガスの流速を燃料ガス流路出口での燃料ガスの流速よりも速く設定しているので）、反応後のガスが燃料ガスの供給管へ逆流することが阻止されて、効率が向上すると共に、耐久性に優れたものとなる。
【００２３】
この場合、炭化水素系の燃料ガスを使用すると、発電部分である燃料ガス流路の下流ほどガス分子量が増加する（１ｍｏｌの炭化水素燃料ＣｎＨｍは、すべて発電に使用されるとｎ（ＣＯ_２）＋（ｍ／２）（Ｈ_２Ｏ）ｍｏｌに分子量（体積）が増加する。なお、水素の場合は１ｍｏｌのＨ_２から１ｍｏｌのＨ_２Ｏが生成されるだけなので、体積増加は問題にならない）が、燃料ガス流路出口の総開口面を大きくすることで、セル板に必要のないガス圧をかけない高い燃料利用率での発電がなされることとなる。
【００２４】
本発明の請求項８に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としているので、セル板の燃料ガス流路入口の総開口面積よりも燃料ガス流路出口の総開口面積を大きく設定したり、あるいは、燃料ガス流路入口での燃料ガスの流速を燃料ガス流路出口での燃料ガスの流速よりも速く設定したりするのに好適なものとなり、加えて、排気および導入空気の流路が断熱体として機能することから、スタックの保温性が向上することとなり、本発明の請求項９に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としたから、スタックの熱容量が小さくなって起動性が向上することとなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜３に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としているので、小型化を実現したうえで、耐久性の向上を実現することが可能であると共に、起動・停止を頻繁に行ったり燃料ガスや空気の流量が変化したりした際の燃料ガス流路に対する空気の逆流および混合を防止することができ、加えて、発電出力密度の向上および起動に要する時間の短縮をも実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２６】
本発明の請求項４に係わる固体電解質型燃料電池では、請求項１〜３に係わる固体電解質型燃料電池と同様の効果が得られるのに加えて、燃焼排気の浄化を実現することができ、本発明の請求項５に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としているので、燃料および空気の双方の排気熱エネルギーを簡便かつ効率良く利用することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２７】
本発明の請求項６および７に係わる固体電解質型燃料電池では、上記構成としているので、効率および耐久性がいずれも向上するという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２８】
本発明の請求項８に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としているので、排気および導入空気の流路を断熱体として機能させることができ、その結果、スタックの保温性の向上を実現することができ、本発明の請求項９に係わる固体電解質型燃料電池では、上記した構成としたから、スタックの起動性を大幅に向上させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００３０】
［実施例１］
図１は、本発明に係わる固体電解質型燃料電池の一実施例を示している。
【００３１】
図１に示すように、この固体電解質型燃料電池１は、電解質層を燃料極および空気極で挟み込んで形成したセル板２と、このセル板２にシール材３を介して積層したセパレータ４を備えており、この実施例では、３枚のセル板２をセパレータ４／シール材３／セル板２／シール材３／セパレータ４／…／セル板２／シール材３／セパレータ４の順序で積層したセル板３層構造をなしている。
【００３２】
セル板２には、電解質としての２００μｍのＹＳＺ焼結板（イットリア安定化ジルコニア）の一方の面にＮｉＯ−ＹＳＺからなる燃料極ペーストを印刷すると共に、ＹＳＺ焼結板の他方の面にＬＳＭからなる空気極ペーストを印刷して焼成したものを使用している。
【００３３】
また、セパレータ４には、厚さ２ｍｍのＳＵＳ製平板を使用し、シール材３には、パッキン状をなすものを使用している。
【００３４】
セル板２と、燃料極２Ａ側のセパレータ４との間には、燃料ガスを流す燃料ガス流路５が形成され、一方、セル板２と、空気極側のセパレータ４との間には、空気流路６が形成されており、このように複数形成された燃料ガス流路５の各燃料ガス流路入口５ａの開口面積（＝燃料ガス供給管７の断面積Ｓ１）の合計である総開口面積は、燃料ガス流路５の各燃料ガス流路出口５ｂの開口面積（＝排気流路８の断面積Ｓ２）の合計である総開口面積よりも小さく設定してある。この実施例では、燃料排気ガスおよび空気排気ガスは、いずれも上記排気流路８を通って排気されるようになっている。
【００３５】
この場合、セル板２とセパレータ４との間隔はシール材３によって保たれるようになっており、複数の燃料ガス流路５の各燃料ガス流路出口５ｂに、シール材３とほぼ同じ厚みの燃焼ヒーター（燃焼手段）９をそれぞれ設けることによって、燃料ガス流路５を通過中に燃焼しなかった燃料ガスを燃焼させるようになっている。この燃焼ヒーター９は金属フェルト状をなしており、Ｐｔ触媒を担持することで燃料ガス流路５における未燃焼燃料ガスの燃焼を促進させるようにしている。
【００３６】
この固体電解質型燃料電池１において、燃料ガスＦは燃料ガス供給管７から複数の燃料ガス流路５に供給され、これらの燃料ガス流路５を通過する間に燃焼して発電を行う。
【００３７】
そして、燃料ガス流路５において燃料ガスＦの燃焼で生じた排気ガスＦ’は、燃焼ヒーター９を通過して排気流路８へ流れ、この際、燃料ガス流路５で燃焼しきらなかった未燃焼の燃料ガスＦは、燃焼ヒーター９の排気流路８側の表面近傍で燃焼されて排気される。
【００３８】
このように、上記した固体電解質型燃料電池１では、燃料ガス流路５で使用されなかった燃料ガスＦは燃焼ヒーター９で燃焼することから、制御し得ない部位での燃焼によってスタックに局所的でかつ予測不可能な加熱が生じるのを回避し得ることとなり、耐久性に優れたものとなる。
【００３９】
また、上記した固体電解質型燃料電池１では、シール材３によって間隔が保たれた燃料ガス流路５の燃料ガス流路出口５ｂに高温の燃焼ヒーター９が位置しているので、空気Ａがこの燃料ガス流路５に逆流することが阻止されるうえ、温度の昇降によって変形したり燃料ガス流路５の流路面積が変化したりすることが回避され、機能特性が保たれることとなる。
【００４０】
さらに、上記した固体電解質型燃料電池１では、燃焼ヒーター９による未燃焼ガスＦの燃焼で生じる熱を受けて、燃料ガス流路５の燃料ガス流路出口５ｂにおける温度が上昇してセル板２の温度分布が小さくなるため、発電出力密度が高まることとなり、さらにまた、起動時には、未燃焼のまま燃焼ヒーター９に導入される多くの燃料ガスＦが、この燃焼ヒーター９で燃焼させられることから、セル板２の昇温が促進されて起動に要する時間の短縮が図られることとなる。
【００４１】
さらにまた、上記した固体電解質型燃料電池１では、燃料ガスＦおよび空気Ａの排気流路８を一系統にしているので、排気Ｆ’を熱交換器に導入して、スタックに新規に導入する燃料ガスや空気を余熱するようになせば、燃料および空気の双方の排気熱エネルギーを簡便かつ効率良く利用し得ることとなって、燃料電池システム全体の発電効率が向上することとなる。
【００４２】
そこで、上記した固体電解質型燃料電池１のスタックを８００℃に加熱し、燃料ガスとしてのＨ_２と空気とをそれぞれ導入して、発電テストを実施したところ、セル板２の発電有効面積当たり、０．４Ｗ／ｃｍ^２で発電させることができ、これにより、この固体電解質型燃料電池１では、効率の良い発電がなされることが実証できた。
【００４３】
［実施例２］
図２は、本発明に係わる固体電解質型燃料電池の他の実施例を示している。
【００４４】
図２に示すように、この実施例による固体電解質型燃料電池２１が、先の実施例による固体電解質型燃料電池１と相違するところは、燃料の排気流路２８Ｆと空気の排気流路２８Ａとを別々に設けた点にあり、他の構成は、先の実施例による固体電解質型燃料電池１と同じである。
【００４５】
この固体電解質型燃料電池２１においても、制御し得ない部位での燃焼によってスタックに局所的でかつ予測不可能な加熱が生じるのを回避し得るので、耐久性に優れたものとなり、加えて、高温の燃焼ヒーター９をシール材３によって間隔が保たれた燃料ガス流路５の燃料ガス流路出口５ｂに配置しているので、空気がこの燃料ガス流路５に逆流したり温度の昇降によって変形したり燃料ガス流路５の流路面積が変化したりすることが回避され、機能特性が保たれることとなる。
【００４６】
また、上記した固体電解質型燃料電池２１では、燃焼ヒーター９を燃料ガス流路５の燃料ガス流路出口５ｂに設けたことで、セル板２の温度分布が小さくなって発電出力密度が高まることとなり、さらに、起動時には、セル板２の昇温が促進されて起動に要する時間の短縮が図られることとなる。
【００４７】
そこで、この固体電解質型燃料電池２１に対しても、スタックを８００℃に加熱し、燃料ガスとしてのＨ_２と空気とをそれぞれ導入して、発電テストを実施したところ、セル板２の発電有効面積当たり、０．４２Ｗ／ｃｍ^２で発電させることができ、これにより、この固体電解質型燃料電池２１においても、効率の良い発電がなされることが実証できた。
【００４８】
上記した実施例１，２において、燃焼ヒーター９は、いずれの場合もセル板２とセパレータ４との間に形成されてシール材３によって間隔が保持される燃料ガス流路５の燃料ガス流路出口５ｂの全部を覆うように設置した場合を示したが、図３に示すように、燃焼ヒーター９を排気流路８の一部を覆うように設置したり、図４に示すように、燃焼ヒーター９の一部が空気流路６の出口６ｂに入り込むようにして設置してもよく、燃焼ヒーター９自体がが着火機構を具備していてもよい。
【００４９】
［実施例３］
図５〜図７は、本発明に係わる固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を示している。
【００５０】
図５〜図７に示すように、この実施例における固体電解質型燃料電池３１のセル板３２は、中心に燃料供給管挿入用の貫通孔３２ｃを有する２インチシリコンウエハ基板３２Ａを備えており、このシリコンウエハ基板３２Ａに複数設けた開口部を覆うようにして燃料極層／電解質層／空気極層からなる発電層が形成してある。この場合、シリコンウエハ基板３２Ａの貫通孔３２ｃおよび外周部分には、歯車状のガラス製枠材４０が接合してある。
【００５１】
一方、この固体電解質型燃料電池３１のセパレータ３４も、セル板３２と同様にして中心に燃料供給管挿入用の貫通孔３４ｃを有する２インチシリコンウエハ基板３４Ａを備えており、図６（ｃ）に示すように、シリコンウエハ基板３４Ａの一方の面（図示上面）３４ａは、ヒドラジンウェットエッチング法を用いたエッチング加工により、□部のみを凸状に残すようにして形成してある。そして、シリコンウエハ基板３４Ａの貫通孔３４ｃおよび外周部分にも、歯車状のガラス製枠材４０が接合してある。
【００５２】
この固体電解質型燃料電池３１は、上記円盤状のセル板３２およびセパレータ３４を交互に積層して全体で略円柱状をなしており、このセル板３２およびセパレータ３４の積層体の外周部には、径の異なる管を同心状に重ねてなる空気供給路４１が設けてある。
【００５３】
セル板３２の図６（ｂ）に示す燃料極面３２ｂとセパレータ３４の一方の面３４ａとの間に形成される燃料ガス流路３５の出口３５ｂには多孔質セラミックス製の燃焼ヒーター（燃焼手段）３９が設置してあり、この燃料ガス流路３５の入口３５ａにはセラミックス製のスペーサ４２が設置してあって、燃料ガスＦは、燃料供給管３７から燃料ガス流路３５の入口３５ａに位置するスペーサ４２を通って、積層体発電部分の燃料ガス流路３５へ導入され、排気ガスＦ’は、燃焼ヒーター３９の部分を通過して排気流路３８に排出されるようになっている。
【００５４】
一方、セル板３２の図６（ａ）に示す空気極面３２ａとセパレータ３４の図６（ｄ）に示す他方の面３４ｂとの間に形成される空気流路３６は、空気供給路４１に設けた空気導入口４１ａと連通しており、空気Ａは、二重管で形成された空気供給路４１を通って空気導入口４１ａから積層体発電部分の空気流路３６へ導入され、空気流路出口３６ｂから排気流路３８に排出されるようになっている。
【００５５】
なお、排気流路３８は、セル板３２およびセパレータ３４の歯車状ガラス製枠４０の凹部と空気供給路４１を形成する二重管の内側との間に形成されている。
【００５６】
この固体電解質型燃料電池３１においても、制御し得ない部位での燃焼によってスタックに局所的でかつ予測不可能な加熱が生じるのを回避し得るので、耐久性に優れたものとなり、加えて、燃焼ヒーター３９を燃料ガス流路３５の燃料ガス流路出口３５ｂに設けたことで、セル板３２の温度分布が小さくなって発電出力密度が高まることとなり、さらに、起動時には、セル板３２の昇温が促進されて起動に要する時間の短縮が図られることとなる。
【００５７】
また、この固体電解質型燃料電池３１では、セル板３２およびセパレータ３４の積層体の外周部に、排気流路３８および空気供給路４１を配置しているので、これらの排気流路３８および空気供給路４１が断熱体として機能することとなり、その結果、スタックの保温性の向上が図られることとなり、加えて、セル板３２およびセパレータ３４の各基板をいずれも２インチシリコンウエハとしているので、スタックの起動性が大幅に向上することとなる。
【００５８】
そこで、この固体電解質型燃料電池３１に対して、起動時に燃料ガスとしてのプロパンガスと空気とをそれぞれ導入して、燃焼ヒーター３９で燃焼させてスタックを加熱し、セル板３２が５００℃に昇温したところで、燃料ガスをＨ_２ガスに切り替えて運転する発電テストを実施したところ、セル板３２が６００℃の段階において、発電有効面積当たり、０．１Ｗ／ｃｍ^２で発電させることができ、これにより、この固体電解質型燃料電池３１においても、効率の良い発電がなされることが実証できた。
【００５９】
本発明に係わる固体電解質型燃料電池の詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる固体電解質型燃料電池の一実施例を示す分解斜視説明図（ａ）および断面説明図（ｂ）である。
【図２】本発明に係わる固体電解質型燃料電池の他の実施例を示す分解斜視説明図（ａ）および断面説明図（ｂ）である。
【図３】図１および図２の固体電解質型燃料電池における燃焼ヒーターの他の配置例を示す断面説明図である。
【図４】図１および図２の固体電解質型燃料電池における燃焼ヒーターのさらに他の配置例を示す断面説明図である。
【図５】本発明に係わる固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を示す全体斜視説明図である。
【図６】図５に示した固体電解質型燃料電池のセル板の平面説明図（ａ），セル板の底面説明図（ｂ），セパレータの平面説明図（ｃ）およびセパレータの底面説明図（ｄ）である。
【図７】図５に示した固体電解質型燃料電池の図６（ａ）のＸ−Ｘ線位置に基づく断面説明図（ａ）および図６（ａ）のＹ−Ｙ線位置に基づく断面説明図（ｂ）である。
【符号の説明】
１，２１，３１　固体電解質型燃料電池
２，３２　セル板
２Ａ　燃料極
４，３４　セパレータ
５，３５　燃料ガス流路
５ａ，３５ａ　燃料ガス流路入口
５ｂ，３５ｂ　燃料ガス流路出口
６，３６　空気流路
７，３７　燃料ガス供給路
８，２８Ａ，２８Ｆ，３８　排気流路
９，３９　燃焼ヒーター（燃焼手段）
３２Ａ　シリコンウエハ（セル基板）
３４Ａ　シリコンウエハ（セパレータ基板）
４１　空気供給路
Ｆ　燃料ガス
Ｆ’排気
Ａ　空気

Claims

電解質層を燃料極および空気極で挟み込んで形成したセル板と、このセル板に隙間を介して積層して燃料極との間に燃料ガスを流す燃料ガス流路を形成するセパレータを備えた固体電解質型燃料電池において、セル板とセパレータとの間隔を保持すると共に、燃料ガス流路を通過中に燃焼しなかった燃料ガスを燃焼させる燃焼手段を燃料ガス流路の出口部分に設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
燃焼手段を金属あるいはセラミックスの多孔質体とした請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
燃焼手段としての多孔質体に、燃料ガス流路における未燃焼燃料ガスの燃焼を促進させる触媒を担持させた請求項２に記載の固体電解質型燃料電池。
燃料ガス流路における未燃焼燃料ガスの排気量に応じた空気を燃料ガス流路と連通する排気流路に導入して、燃焼手段における未燃焼燃料ガスの燃焼を促進させる請求項１ないし３のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
セル板の空気極側で消費されなかった空気を燃料ガス流路と連通する排気流路から排気する請求項１ないし３のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
燃料ガス流路入口の総開口面積よりも燃料ガス流路出口の総開口面積を大きく設定した積請求項１ないし５のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
燃料ガス流路入口における燃料ガスの流速が燃料ガス流路出口における燃料ガスの流速よりも速い請求項１ないし５のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
全体で略円柱状をなし、セル板およびセパレータの積層部分の周囲に、燃料ガス流路と連通する排気流路およびセル板の空気極側に空気を供給する空気供給路を配置した請求項１ないし７のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
セル板およびセパレータの各基板をシリコンウエハとした請求項１ないし８のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。