JP2009217960A - 平板型固体酸化物形燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【解決課題】平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、出力密度が高い平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供すること。
【解決手段】平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、該セル、及び該セル毎に該セルの外側に配置されているセルホルダーと、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されているインターコネクターと、の積層物に、ガスマニホールドであり且つ締付部材の挿通孔である貫通孔が形成されていること、を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
【選択図】図３

Description

本発明は、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックに関する。

平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料極層、電解質層及び空気極層が順に形成されている平板状のセルを、インターコネクターを間に介して、複数個積層して構成されている。そして、該セルの外側には、該セルが締め付けによって破損しないように、該セルより硬質の材料で作製されたセルホルダーが配置されている。つまり、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、該セル及び該セルホルダーと、該インターコネクターが、交互に積層されて構成されている。

固体酸化物形燃料電池は、内燃機関のようなスケールメリットが出難いことから、大型電源化するうえでは、固体酸化物形燃料電池スタック単位での出力密度、すなわち、「スタック出力／スタック体積」を、高くする必要がある。

特開平９−２３１９８７号公報（特許文献１）には、スタック構造材料であるセラミック間の隙間をできるだけ減少するか、または、隙間を全く無くすことにより、燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスリークを防止することができるシール構造を有した平板型固体酸化物形燃料電池スタックが開示されている。また、特開平８−１６２１４４号公報（特許文献２）には、シート状のガスケット材でシールされている平板型固体酸化物形燃料電池スタックが開示されている。

特開平９−２３１９８７号公報（特許請求の範囲、段落番号００２１） 特開平８−１６２１４４号公報（特許請求の範囲）

しかし、平板型固体酸化物形燃料電池スタックには、更なる出力密度の向上が求められている。

従って、本発明の課題は、平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、出力密度が高い平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することにある。

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、セル及び該セルの外側に配置されるセルホルダーと、インターコネクターと、の積層物に、貫通孔を形成させ、該貫通孔を、ガスマニホールド兼締付ボルトの挿通孔とすることにより、平板型固体酸化物形燃料電池スタックの出力密度を高くすることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明（１）は、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セル、及び該セル毎に該セルの外側に配置されているセルホルダーと、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されているインターコネクターと、の積層物に、ガスマニホールドであり且つ締付部材の挿通孔である貫通孔が形成されていること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供するものである。

本発明によれば、平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、出力密度が高い平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することができる。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セル、及び該セル毎に該セルの外側に配置されているセルホルダーと、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されているインターコネクターと、の積層物に、ガスマニホールドであり且つ締付部材の挿通孔である貫通孔が形成されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックである。

なお、本発明では、平板型固体酸化物形燃料電池スタックの各部材を平面視したときに、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックの中心方向を「内側」と呼び、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックの外縁方向を「外側」と呼ぶ。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１〜図３には、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの形態例を示しており、本発明がこれに限定されるものではない。図１は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｘ−ｘ線で切ったときの端面図である。図２は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な平面図である。図３は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｙ−ｙ線で切ったときの端面図である。

図１には、図２に示す平面図のｘ−ｘ線で切ったときの平板型固体酸化物形燃料電池スタック１の端面図を示す。図１中、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１は、燃料極層３、電解質層２及び空気極層４が順に形成されているセル５と、該セル５を囲むように配置されているセルホルダー６と、該セル５及び該セルホルダー６を、上下から挟み込むように配置されているインターコネクター７と、を有する。該セル５及び該セルホルダー６と、該インターコネクター７との間には、シート状ガスケット８が配置されている。そして、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１は、該セル５及び該セルホルダー６と、該インターコネクター７とが、交互に積層された積層物１３を有する。

図３には、図２に示す平面図のｙ−ｙ線で切ったときの該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１の端面図を示す。図３中、該積層物１３には、該セルホルダー６が存在する位置に、縦に貫通する貫通孔１０（１０ａ、１０ｂ）が形成されている（なお、該セルホルダー６が存在する位置とは、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１を平面視したときに、該セルホルダー６が存在している位置を指す。）。該貫通孔１０ａは、該積層物１３内に燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガスのガスマニホールドであり、また、該貫通孔１０ｂは、該積層物１３内に空気極側ガスを供給するための空気極側ガスのガスマニホールドである。該燃料極側ガスのガスマニホールドである該貫通孔１０ａは、該積層物１３の側面に燃料極側ガスの供給口１５ａを有し、また、該空気極側ガスのマニホールドである該貫通孔１０ｂは、該積層物１３の側面に空気極側ガスの供給口１５ｂを有する。該インターコネクター７には、各該燃料極層３に該燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガス供給経路１７が形成されており、該燃料極側ガス供給経路１７は、該貫通孔１０ａに繋がっている。また、該インターコネクター７には、各該空気極層４に該空気極側ガスを供給するための空気極側ガス供給経路１８が形成されており、該空気極側ガス供給経路１８は、該貫通孔１０ｂに繋がっている。

図３には表れないが、該積層物１３には、図２中締付ボルト１１ｃが挿通されている位置に、貫通孔１０ｃを有し、また、図２中締付ボルト１１ｄが挿通されている位置に、貫通孔１０ｄを有する。該貫通孔１０ｃは、該積層物１３から燃料極側ガスを排気するためのマニホールドであり、また、該貫通孔１０ｄは、該積層物１３から空気極側ガスを排気するためのマニホールドである。該貫通孔１０ｃは、該積層物１３の側面に燃料極側ガスの排気口１５ｃを有し、また、該貫通孔１０ｄは、該積層物１３の側面に空気極側ガスの排気口１５ｄを有する。該インターコネクター７には、各該燃料極層３から燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガス排気経路が形成されており、該燃料極側ガス排気経路は、該貫通孔１０ｃに繋がっている。また、該インターコネクター７には、各該空気極層４から空気極側ガスを排気するための空気極側ガス排気経路が形成されており、該空気極側ガス排気経路は、該貫通孔１０ｄに繋がっている。

該貫通孔１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）には、締付ボルト１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が挿通されている。そして、該貫通孔１０に挿通されている該締付ボルト１１と、該締付ナット１２と、により、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１が締付けられている。また、該貫通孔１０からガスがリークしないように、該締付ボルト１１と該インターコネクター７ｃとの間、及び該締付ナット１２と、該インターコネクター７ａとの間に、絶縁材パッキン９が敷設されている。該締付ボルト１１及び該締付ナット１２が、導電材の場合、該絶縁材パッキン９は、該インターコネクター７と該締付ボルト１１又は該締付ナット１２との間の電気的短絡を防止する役割も担う。そして、該貫通孔１０と該締付ボルト１１との間の隙間１４（１４ａ、１４ｂ）が、燃料極側ガス又は空気極側ガスの流路となる。

このように、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１では、該積層物１３に該貫通孔１０が形成されており、該貫通孔１０は、ガスマニホールド兼締付ボルトの挿通孔として用いられている。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該セルは、平板状であり、且つ、燃料極層、電解質層及び空気極層が順に形成されているものであれば、特に制限されない。また、該セルを構成する材質としては、固体酸化物形燃料電池用セルに用いることができる材質であれば、特に制限されない。図１〜図３において、該セル５（該燃料極層３、該電解質層２、該空気極層４）は、平面視で円形であるが、該セルの形状は、これに限定されず、適宜選択される。なお、図１〜図３では、該セルのうち、該電解質層の外径を大きくすることにより、該電解質層の外側部分がセルのシール部となる形態例を示しているが、これに制限されるものではなく、該セルとしては、他に、例えば、該燃料極層の外径が大きくその外側部分がセルのシール部となるもの、及び該空気極層の外径が大きくその外側部分がセルのシール部となるものが挙げられる。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、平板状の該セルが、２以上積層されており、積層される該セルの数は、必要となる発電出力、発電電圧、設置スペース等により適宜選択される。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該セルホルダーは、該セルの周りを取り囲むように設置され、該セルの位置を安定させると共に、締付力によって該セルが破壊されないように保護する役割を果たす。該セルホルダーは、該セル毎に１個ずつ設置される。該セルホルダーは、側面視で平板状であり、平面視で中央部に該セルが設置される空間を有する形状である。なお、図１〜図３では、平面視でドーナツ形状のセルホルダーであるが、これに限定されるものではなく、該セルの形状及びその他の部材の形状、配置位置等により適宜選択される。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該インターコネクターは、セル同士を電気的に接続する役割を果たす。該インターコネクターは、該セル及び該セルホルダーを、上下から挟み込むように配置される。そして、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、「該インターコネクター、該セル及び該セルホルダー、該インターコネクター、該セル及び該セルホルダー、・・・該インターコネクター、該セル及び該セルホルダー、該インターコネクター」とのよう、該インターコネクターと、該セル及び該セルホルダーと、が交互に積層され、積層物を形成している。該インターコネクターを構成する材質としては、固体酸化物形燃料電池のインターコネクターとして用いることができる材質であれば、特に制限されず、例えば、ランタンクロム系酸化物、チタンニオブ系酸化物、クロム・ニッケル系の耐酸化性高温合金等が挙げられる。該インターコネクターの形状は、該セルや該セルホルダーの形状及びその他の部材の形状、配置位置等により適宜選択される。また、該インターコネクタには、通常、セルに供給するガスの流路が形成される。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部と、の間に、シール材が設置される。つまり、該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に、該シール材が配置される。なお、該セルのシール部とは、該セルのうち該シール材と接触する部分を指し、該インターコネクターのシール部とは、該インターコネクターのうち該シール材と接触する部分を指す。

図１〜図３では、該シール材が、該シート状ガスケット８である形態例を示した。該シート状ガスケットとしては、ランタンクロマイト等のインターコネクターの材質及びイットリア安定化ジルコニア等のセルの材質と反応せず、且つ、燃料電池の運転温度域６００〜１０００℃で溶融しないものであれば、特に制限されない。該シート状ガスケットの材質としては、バーミキュライト（蛭石）系、クリソタイル（蛇紋石）系、クロシドライト（角閃石）系、珪酸塩系、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミック系、膨張黒鉛系、メタル系、及びこれらの複合材等が挙げられ、バーミキュライト（蛭石）系が好ましい。該シート状ガスケットとしては、該シート状ガスケットの材質が、無機バインダー等で成形されたものが挙げられる。

また、該シール材としては、平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、燃料電池の運転時に、燃料極側ガス及び空気極側ガスのリークを防止できるものであれば、制限されず、他には、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のように、燃料電池の運転時に溶融することにより、該セルのシール部と該インターコネクターのシール部との間、及び該セルホルダーと該インターコネクターのシール部との間を、シールするシール材が挙げられる。燃料電池の運転時に溶融するシール材の場合、該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間１９にも、該シール材が充填される。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、該セル及び該セルホルダーと該インタコネクターとが交互に積層された積層物を有している。

該積層物には、該セルホルダーが存在している位置に、ガスマニホールド兼該締付部材の挿通孔として機能する該貫通孔が形成されている。該貫通孔は、燃料極側ガスの供給のためのガスマニホールド、燃料極側ガスの排気のためのガスマニホールド、空気極側ガスの供給のためのガスマニホールド、又は燃料極側ガスの排気のためのガスマニホールドとしての役割を担う。そして、該貫通孔は、ガスマニホールドとしての役割に加えて、該締付部材の挿通孔としての役割も担う。該貫通孔の径は、該セルホルダーの中心方向の長さ（図１中左右方向の長さ）、締付力、締付部材の材質等により、適宜選択される。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、該貫通孔に挿通されている該締付部材により締付されている。該締付部材としては、平板型固体酸化物形燃料電池スタックを締付けることができるものであれば、特に制限されず、締付ボルト及び締付ナット、締付バネ部材、締付袋ナット、平座金、バネ座金、皿バネ、ウェーブワッシャー等が挙げられる。

該締付部材は、導電材であっても、非導電材であってもよい。該締付部材が導電材の場合、該締付部材の表面は絶縁材で被覆されていてもよい。該締付部材が導電材の場合、該締付部材と該インターコネクターとの間に敷設されるパッキンを、絶縁材とすることができ、また、該パッキンも導電材料の場合は、更に、絶縁材を敷設することができる。該締付部材が、表面が絶縁材で被覆されている導電材の場合、又は該締付部材が非導電材の場合は、該締付部材と該インターコネクターとの間に敷設されるパッキンは、導電材料であってもかまわない。

本発明の固体酸化物形燃料電池スタックでは、該貫通孔から外部へガスがリークするのを防止するために、該締付部材と該インターコネクターとの間にパッキンが付設される。

そして、該積層物内の該貫通孔と該締付部材との隙間が、燃料極側ガス又は空気極側ガスの流路となる。燃料極側ガス又は空気極側ガスは気体なので、該貫通孔と該締付部材との間に隙間があれば、燃料極側ガス又は空気極側ガスは流れる。よって、該貫通孔は、マニホールドとして機能する。該貫通孔と該締付部材との隙間の幅は、該セルホルダーの中心方向の長さ（図１中左右方向の長さ）、該締付部材の径等により、適宜選択される。また、該締付部材が、表面が絶縁材で被覆されていない導電材の場合、該貫通孔と該締付部材との隙間の幅は、該積層物内で、該締付部材と該インターコネクターとの間で短絡が起こらない程度の幅が選択される。

図２及び図３では、該貫通孔が４個であり、それぞれの貫通孔が、燃料極側ガスを供給するためのガスマニホールド、燃料極側ガスを排気するためのガスマニホールド、空気極側ガスを供給するためのガスマニホールド、空気極側ガスを排気するためのガスマニホールドとしての役割を担う形態例を示しているが、これに限定されない。他の形態例としては、該積層物に、燃料極側ガスを供給するためのガスマニホールドの役割を担う該貫通孔と、空気極側ガスを供給するためのガスマニホールドとしての役割を担う該貫通孔とが形成されており、且つ、該積層物に、該燃料極層からのガスを直接外部へ排気する燃料極側ガス排気経路と、該空気極層からのガスを直接外部へ排気する空気極側ガス排気経路が形成されている形態例や、該積層物に、燃料極側ガスを供給するためのガスマニホールドの役割を担う該貫通孔と、空気極側ガスを供給するためのガスマニホールドの役割を担う該貫通孔とが形成されており、且つ、該積層物に、該燃料極層からのガスを排気するためのガスマニホールドの役割を担う該貫通孔又は該空気極層からのガスを排気するためのガスマニホールドの役割を担う該貫通孔のいずれか一方が形成されている形態例が挙げられる。なお、図１〜図３で示した本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの形態例は、燃料極側ガスのためのマニホールドの役割を担う該貫通孔と空気極側ガスのためのマニホールドの役割を担う該貫通孔とが、セルの中心に対して対極に形成されているが、燃料極側ガスのためのマニホールドの役割を担う該貫通孔同士、空気極側ガスのためのマニホールドの役割を担う該貫通孔同士が、セルの中心に対して対極に形成されていてもよい。

該積層物には、各燃料極層へ燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガス供給経路、各燃料極層から燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガス排気経路、各空気極層へ空気極側ガスを供給するための空気極側ガス供給経路及び各空気極層から空気極側ガスを排気するための空気極側ガス排気経路が形成されている。

該積層物に形成される該貫通孔の数、形状及び位置や、該燃料極側ガス供給経路、該燃料極側ガス排気経路、該空気極側ガス供給経路及び該空気極側ガス排気経路の形状及び形成位置等は、適宜選択される。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックと、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックとの違いについて、図４及び図５を参照して説明する。図４は、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックを示す模式的な端面図である。図５は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面図と、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面図とを重ね合わせた図である。

図４中、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタック３１は、燃料極層３３、電解質層３２及び空気極層３４が順に形成されているセル３５と、該セル３５を囲むように配置されるセルホルダー３６と、該セル３５及び該セルホルダー３６を、上下から挟み込むように配置されるインターコネクター３７と、を有する。該セル３５及び該セルホルダー３６と、該インターコネクター３７との間には、シート状ガスケット３８が配置されている。そして、該従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタック３１では、該セル３５及び該セルホルダー３６と、該インターコネクター３７とが、交互に、積層されており、これらの積層物は、該積層物より外径が大きいスタック締付板４０により挟まれ、該積層物の外側で該スタック締付板４０を締め付けるための締付ボルト４５及び締付ナット４６により締付られている。該積層物と、該スタック締付板４０との間には、電気的短絡を防止するための絶縁板３９が敷設されている。

該積層物内には、燃料極側ガスを供給（又は排気）するための燃料極側ガスマニホールド４１ａと、該積層物内に空気極側ガスを供給（又は排気）するための空気極側ガスマニホールド４１ｂと、が形成されている。該積層物の側面には、燃料極側ガスの供給口４２ａ（又は排気口）及び空気極側ガスの供給口４１ｂ（又は排気口）を有する。該インターコネクター３７には、各該燃料極層３３に該燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガス供給経路４３（又は燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガス排気経路）が形成されており、該燃料極側ガス供給経路４３（又は燃料極側ガス排気経路）は、該燃料極側ガスマニホールド４１ａに繋がっている。また、該インターコネクター３７には、各該空気極層３４に該空気極側ガスを供給するための空気極側ガス供給経路４４（又は空気極側ガスを排気するための空気極側ガス排気経路）が形成されており、該空気極側ガス供給経路４４（又は空気極側ガス排気経路）は、該空気極側ガスマニホールド４２ｂに繋がっている。

図５には、セル及びインターコネクターの平面形状が同じ場合の、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面図（実線）に、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面図（点線）を重ね合わせた。図５中、符号２１は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの輪郭を示し、一方、符号２２は、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの輪郭を示す。従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、積層物の外側に、締付ボルト及び締付ナットが配置されているため、締付ボルト及び締付ナットが取り付けられる締付板の平面形状の大きさは、積層物の平面形状の大きさに比べ、大きくなってしまう。そのため、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに比べ、図５中、斜線で示す分だけ大きくなってしまう。この斜線の部分は、発電には無関係の部分であるため、スタック出力密度を低くする要因となる。

一方、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、斜線部分に相当する部分がないので、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに比べ、スタック出力密度が大きい。

例えば、セルの外径を同じにした場合、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、インターコネクターの外径、すなわち、積層物の外径は、セルの外径よりセルホルダーの分大きくなり、更に、積層物の外側に締付部材が配置されるため、締付板の外径はインターコネクターの外径より締付部材の分大きくなる。一方、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、インターコネクターの外径は、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックと同じであるが、これが、スタックの外径となる。そのため、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面形状の面積は、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面形状の面積に比べ、小さくなる。特に、外側に張り出す程、平面形状の面積が大きくなる度合が高くなるので、両者の面積の差は非常に大きくなる。

同じ数のセルが積層されている場合は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックと、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの厚みは、同程度となるので、両者の平面形状の面積の比がそのままスタック全体積の比となる。よって、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、スタックの全体積を、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの全体積に比べ、非常に小さくすることができる。

以上のことより、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに比べ、スタック出力密度が非常に高くなる。

また、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、該締付部材の位置が、積層物中の締付圧力をかけなければならない部分、すなわち、該シール材が配置される部分の中央付近なので、該締付部材で発生させた締付力が、積層物中の締付圧力をかけなければならない部分に均等に加わる。一方、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、積層物中の締付圧力をかけなければならない部分より、外側にはみ出た位置で、該締付部材により締付力を発生させるため、積層物中の締付力をかけなければならない部分に、均等に締付力が加わらない。

このことから、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに比べ、シール性が高くなる。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

（実施例及び比較例）
以下の２種類のスタックを３個ずつ作製した。
スタック１：単セル外径がφ１００ｍｍ、インターコネクターの外径がφ１４０ｍｍ、スタック全体の外径がφ１４０ｍｍの本発明の形態例のスタック（貫通孔内に締付部材を配置）
スタック２：単セル外径がφ１００ｍｍ、インターコネクターの外径がφ１４０ｍｍ、スタック全体の外径がφ１８０ｍｍの従来のスタック（積層物の外側に締付部材を配置）
次いで、各スタックの開放起電力を測定した。その結果を表１に示す。
・試験条件：温度８００℃、供給ガス：水素、空気

上記実施例及び比較例は、共にセルの外径が１００ｍｍであるが、従来のスタックでは、インターコネクターの外径、すなわち、積層物の外径は１４０ｍｍ程度必要であり、締付板の外径は１８０ｍｍ程度必要となる。そのため、従来のスタックの平面形状の面積は、２５４ｍｍ^２となる。一方、本発明の形態例のスタックでは、セルの外径を１００ｍｍとした場合、インターコネクターの外径、すなわち、積層物の外径は１４０ｍｍであり、これが、スタックの外径となる。そのため、本発明の形態例のスタックの平面形状の面積は、１５４ｍｍ^２となる。

よって、本発明の形態例の平面形状の面積は、従来のスタックの平面形状の面積の６０％程度である。同じ数のセルが積層されている場合は、本発明の形態例のスタックと、従来のスタックの厚みは、同程度となるので、両者の面積の比がそのままスタック全体積の比となる。つまり、本発明の形態例のスタックは、スタックの全体積を、従来のスタックの全体積の６０％程度にすることができた。

また、本発明の形態例のスタックでは、締付力がシール部分に対して均等にかかるため、シール性が向上するので、スタック１段当たりの開放起電力が高くなった。一方、従来のスタックは、積層物の外側に配置される締付部材で締付けるため、締付力がシール部分に対して均等にかからない。そのため、シール性が悪いので、スタック１段当たりの開放起電力が低くなるか、あるいは、セルが破損してしまった。

本発明によれば、スタックの出力密度が高い平板型固体酸化物形燃料電池スタックを製造できる。

本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｘ−ｘ線で切ったときの端面図である。 本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な平面図である。 本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｙ−ｙ線で切ったときの端面図である。 従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックを示す模式的な端面図である。 本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面図に、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの平面図を重ね合わせた図である。

符号の説明

１ 平板型固体酸化物形燃料電池スタック
２、３２ 電解質層
３、３３ 燃料極層
４、３４ 空気極層
５、３５ セル
６、３６ セルホルダー
７、３７ インターコネクター
８、３８ シート状ガスケット
９ 絶縁パッキン
１０ａ、１０ｂ ガスマニホールド
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、４５ 締付ボルト
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、４６ 締付ナット
１３ 積層物
１４ａ、１４ｂ マニホールドと締付ボルトとの間の隙間
１５ａ、４２ａ 燃料極側ガスの供給口
１５ｂ、４２ｂ 空気極側ガスの供給口
１７、４３ 燃料極側ガス供給経路
１８、４４ 空気極側ガス供給経路
１９ 隙間
２１ 本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの輪郭
２２ 従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの輪郭
３１ 従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタック
３９ 絶縁板
４０ 締付板
４１ａ 燃料極側ガスマニホールド
４１ｂ 空気極側ガスマニホールド

Claims (1)

1. 平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
   該セル、及び該セル毎に該セルの外側に配置されているセルホルダーと、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されているインターコネクターと、の積層物に、ガスマニホールドであり且つ締付部材の挿通孔である貫通孔が形成されていること、
   を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。

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