JP2012043780A - 燃料電池の構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｕ字状のガス流路が支持基板の内部に形成された燃料電池の構造体であって、新たな作用・効果を奏し得るものを提供すること。
【解決手段】燃料ガス流路１１は、往路部１１ａと、一対の復路部１１ｂ，１１ｂと、一対の中間部１１ｃ，１１ｃとから構成される。往路部は、厚さ方向の中央部において流入口１１ｉｎから長手方向に沿って長手方向の他方側へと直線的に延び、一対の復路部は、厚さ方向の一方側及び他方側において長手方向の他方側から長手方向に沿って流出口１１ｏｕｔへと直線的にそれぞれ延び、一対の中間部は、往路部の長手方向の他方側の端部と一対の復路部の長手方向の他方側のそれぞれの端部とを接続するために、厚さ方向の中央部から厚さ方向の一方側及び他方側へとそれぞれ延びている。即ち、復路部と往路部とが、支持基板の厚さ方向において異なる位置に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池の構造体に関する。

従来より、「ガス流路が一体焼成により内部に形成された、長手方向を有する平板状の多孔質の支持基板」と、「平板状の支持基板の主面に配置され、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる１つ又は複数の発電素子部」とを備えた燃料電池の構造体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

近年、この種の燃料電池の構造体に関し、ガス流路の流入口及び流出口が支持基板の長手方向の一方側の端部に形成されて、ガス流路が、流入口から支持基板の長手方向の他方側へと延びる「往路部」と、支持基板の長手方向の他方側から流出口へと延びる「復路部」と、往路部の長手方向の他方側の端部と復路部の長手方向の他方側の端部とを接続する「中間部」とから構成される構成（即ち、ガス流路がＵ字状に形成される構成）が開発されてきている（例えば、特許文献２、３を参照）。

このように、ガス流路の流入口及び流出口が支持基板の長手方向の一方側の端部に形成されることにより、流入口にガスを供給するガス供給管、及び流出口から排ガスを回収するガス排気管を共に、支持基板の長手方向の一方側の端部に設けることができる。換言すれば、支持基板を長手方向の一方側の端部のみで支持する構造（所謂、片持ち構造）を採用しつつ、上述したガス排気管を設けることができる。従って、流出口から排気された排ガスがガス排気管により回収され得、流出口近傍での空気（酸素）との反応による排ガスの燃焼の発生を抑制できる。この結果、排ガスの燃焼に起因する支持基板の端部での局所的な温度上昇の発生を抑制できる。加えて、燃料電池の作動中等において支持基板内で温度差（温度分布）が生じた場合、上記片持ち構造のおかげで支持基板が自由に変形し易い。この結果、熱応力に起因する支持基板でのクラック等の発生を抑制することができる。

特開２００８−２２６７８９号公報 特許第２８０２３４５号公報 特許第３４４７８３７号公報

ところで、特許文献２、３に記載の燃料電池の構造体では、Ｕ字状のガス流路の「往路部」と「復路部」とが、支持基板の厚さ方向の同じ位置に形成されている。換言すれば、Ｕ字状のガス流路が、支持基板の主面に平行な平面内で形成されている。

これに対し、本発明者は、Ｕ字状のガス流路の「往路部」と「復路部」とを支持基板の厚さ方向において異なる位置に形成することにより、様々の新たな作用・効果を奏し得る多種多様な燃料電池の構造体を提供し得ることを見出した。

即ち、本発明に係る燃料電池の構造体は、ガス流路が一体焼成により内部に形成された、長手方向を有する平板状の多孔質の支持基板と、前記平板状の支持基板の主面に配置され、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる１つ又は複数の発電素子部とを備える。この構造体は、複数の発電素子部が支持基板の主面上の異なる位置にそれぞれ配置される構成（所謂「横縞型」）を有していても、複数の発電素子部が支持基板の主面上の或る位置に積層される構成（所謂「縦縞型」）を有していてもよい。

また、本発明に係る燃料電池の構造体では、前記ガス流路の流入口及び流出口が前記支持基板の前記長手方向の一方側の端部に形成され、前記ガス流路が、前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延びる往路部と、前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びる復路部と、前記往路部の長手方向の他方側の端部と前記復路部の長手方向の他方側の端部とを接続する中間部と、から構成されている。即ち、Ｕ字状のガス流路が形成されている。このガス流路は、燃料ガス用の流路であっても、酸素を含むガス用の流路であってもよい。

本発明に係る燃料電池の構造体の特徴は、前記復路部と前記往路部とが前記支持基板の厚さ方向において異なる位置に形成されたことにある。これによれば、以下に説明するように、多種多様な燃料電池の構造体を提供することができる。この結果、様々の新たな作用・効果を奏し得る。

具体的には、第１に、「前記平板状の支持基板の互いに平行な一対の主面のそれぞれにおける前記長手方向に沿って互いに離れて位置する複数の箇所に、前記発電素子部がそれぞれ配置され、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とが電気的に接続される」場合、即ち、「支持基板の一対の主面の両側について「横縞型」の複数の発電素子部が配置される」場合について説明する。

この第１の場合、前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の中央部において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の中央部から前記厚さ方向の一方側及び他方側へとそれぞれ延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の一方側及び他方側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へとそれぞれ延びるように、前記ガス流路が構成され得る。

第２に、「前記平板状の支持基板の互いに平行な第１、第２主面のうちの第１主面のみにおける前記長手方向に沿って互いに離れて位置する複数の箇所に、前記発電素子部がそれぞれ配置され、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とが電気的に接続される」場合、即ち、「支持基板の第１、第２主面の第１主面のみについて「横縞型」の複数の発電素子部が配置される」場合について説明する。

この第２の場合、前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側から前記第１主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びるように、前記ガス流路が構成され得る。

或いは、この場合、前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側から前記第２主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びるように、前記ガス流路が構成され得る。以上、第１、第２の場合では、前記内側電極及び外側電極がそれぞれ、燃料極及び空気極であってもよいし、空気極及び燃料極であってもよい。

第３に、「前記平板状の支持基板の互いに平行な第１、第２主面のうちの第１主面には、前記発電素子部が配置され、前記第２主面には、外部と電気的に接続されるインターコネクタが配置される」場合、即ち、「支持基板の第１、第２主面の第１主面のみについて１つの発電素子部又は「縦縞型」の複数の発電素子部が配置される」場合について説明する。この第３の場合では、前記内側電極及び外側電極がそれぞれ、燃料極及び空気極である。ここで、前記インターコネクタ（燃料極側の端子電極）は、化学式Ｌａ_１−ｘＡ_ｘＣｒ_{１−ｙ＋ｚ}Ｂ_ｙＯ_３（ただし、Ａ：Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａから選択される少なくとも１種類の元素、Ｂ：Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌから選択される少なくとも１種類の元素、ｘの範囲：０．０５〜０．２、ｙの範囲：０．０２〜０．２２、ｚの範囲：０．０２〜０．０５）で表わされるランタンクロマイトを含んで構成されることが好適である。

この第３の場合、前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側から前記第２主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びるように、前記ガス流路が構成され得る。以下、この構成による作用・効果について説明する。

この構成では、第１主面の近傍に配置された往路部を流れる燃料ガスは、第１主面に配置された発電素子部の燃料極での反応により燃料が消費され且つ水蒸気を発生しながら中間部へと進行する。即ち、往路部内での燃料ガスの濃度は、長手方向の一方側から他方側への位置の移動につれて徐々に減少していくと考えられる。従って、燃料ガスが中間部を介して復路部に進入する際には、燃料ガスは薄くなっている。加えて、第２主面側には発電素子部が配置されていないので、第２主面の近傍に配置された復路部を流れる燃料ガスは、発電素子部での反応により燃料を消費されることなく流出口へと進行する。以上より、第２主面に配置されたインターコネクタの内側面は、薄い且つ均一な燃料ガスに曝される。

他方、一般に、インターコネクタ（燃料極側の端子電極）の材料としては、ランタンクロマイトが採用される。これは、燃料極側の端子電極の内側面が還元雰囲気に曝され且つ外側面が酸化雰囲気に曝されることに基づく。酸化・還元の両雰囲気で安定な導電性セラミックスとしては、現状では、ランタンクロマイトが優れている。ランタンクロマイトは、強い還元雰囲気に曝されると膨張する性質を有する。従って、ランタンクロマイトから構成される板状物体の一方の面を強い還元雰囲気に曝し、他方の面を酸化雰囲気に曝すと、両面間の膨張差に起因してその物体に反りが発生する。この点、上記構成によれば、インターコネクタの内側面が、弱い還元雰囲気に曝される。従って、インターコネクタが反り難い。

加えて、インターコネクタの内側面が、均一な還元雰囲気に曝される。従って、インターコネクタの内部やインターコネクタと接合する他の材料との界面等において前記膨張に起因して発生し得る応力の分布が抑制されて、前記応力の分布に起因するインターコネクタの破壊や剥離を抑制することができる。なお、上述したランタンクロマイトの膨張については、例えば、Electrochemistry_68, No.2 (2000)_p526-530等に詳細に記載されている。

また、上記第３の場合、前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側から前記第１主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びるように、前記ガス流路が構成され得る。

上述した種々の燃料電池の構造体において、前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の「前記発電素子部が配置される前記支持基板の主面」に近い側に配置されない場合、前記ガス流路の前記往路部の内壁が、前記支持基板を構成する多孔質材料より気孔率が小さい材料で構成され得る。前記「気孔率が小さい材料」の膜は、例えば、コーティング等により形成され得る。以下、この構成による作用・効果について説明する。

支持基板は多孔質材料で構成されている。従って、往路部を流れるガスの一部は、中間部まで到達することなく、支持基板を構成する多孔質材料内の多数の気孔を通って復路部にショートカットする。このようにショートカットするガスの割合は、多孔質材料の気孔率が大きい場合、流入口から流入するガスの圧力が高い場合等に大きくなり易い。ショートカットするガスの割合が大きくなると、中間部まで到達するガスが少なくなり、発電素子部において発電に寄与できる領域が狭くなる。このことは、燃料電池の発電出力の低下に繋がる。従って、ショートカットするガスの割合が大きいことが問題となる場合、係るショートカットを抑制する対策を施す必要がある。

この構成は、係る知見に基づく。この構成によれば、往路部を流れるガスのショートカットが抑制される。従って、ショートカットするガスの割合が減少して、中間部まで到達するガスの割合が増大する。この結果、ガスのショートカットに起因する燃料電池の発電出力の低下を抑制することができる。

上記のように、前記ガス流路の前記往路部の内壁が前記「気孔率が小さい材料」で構成される場合、前記「気孔率が小さい材料」は、燃料ガスの改質反応を促す触媒成分を含んでいてもよい。燃料ガスの改質反応（例えば、都市ガスから水素分子を生成する反応）は吸熱反応である。従って、この構成によれば、ガス流路の流入口から「改質前のガス」（例えば、都市ガス）を供給することにより、往路部を流れるガスに改質反応（＝吸熱反応）が発生する。

この結果、往路部内にて、発電素子部にて使用され得る「改質後のガス」（例えば、水素分子）が得られる。「改質後のガス」は、発電素子部での発電反応に供される。この発電反応は、発電素子部の内部抵抗と熱力学的なエントロピー項に起因する発熱反応である。この発熱反応に起因して発電素子部の温度が上昇する。一方、往路部では改質反応に伴う吸熱反応が発生している。この吸熱反応に起因して往路部の温度が低下する。即ち、発電素子部と往路部との間で温度差が発生する。係る温度差により、発電素子部の熱の一部が往路部に移動する。このため、熱的なバランスを保ちやすい構造が得られる。即ち、作動中の燃料電池の構造体全体の定常的な温度を適切な範囲に維持することができる。

また、改質反応を促す触媒成分の塗布量（膜厚等）を往路部において長手方向に沿って連続的又は断続的に変更することにより、上述した発熱と吸熱とのバランスを任意に調整することが可能である。例えば、往路部の入口（流入口）付近に改質反応を促す触媒成分を多く塗付することにより、往路部の入口（流入口）付近、即ち、支持基板の保持部分の温度を下げることができる。この結果、支持基板と、支持基板の保持に使用されるセラミックス材料、ガラス材料、金属材料等との間の接合部分に作用する熱膨張差に起因する熱応力を低減することができる。

本発明に係る燃料電池の構造体を示す斜視図である。 図１に示す燃料電池の構造体の２−２線に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の３Ａ−３Ａ線、３Ｂ−３Ｂ線、３Ｃ−３Ｃ線に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の作動状態を説明するための図である。 図１に示す燃料電池の構造体の作動状態における電流の流れを説明するための図である。 図１に示す支持基板を示す斜視図である。 図６に示す支持基板の７Ａ−７Ａ線、７Ｂ−７Ｂ線、７Ｃ−７Ｃ線に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第１段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第２段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第３段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第４段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第５段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第６段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第７段階における図２に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第１変形例の図３に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第２変形例の図３に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第３変形例の図３に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第４変形例の図３に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第５変形例の図３に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第６変形例の図３に対応する断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第７変形例の図３に対応する断面図である。 流入口及び流出口が形成された「支持基板の長手方向の一方側の端部」におけるマニフォールドを取り付けるための形状の一例を示した図である。 図２２に示した支持基板の長手方向の一方側の端部に取り付けられるマニフォールドの形状の一例を示した図である。 図２２に示した支持基板の長手方向の一方側の端部に図２３に示したマニフォールドを取り付けた状態を示す主要断面図である。 流入口及び流出口が形成された「支持基板の長手方向の一方側の端部」におけるマニフォールドを取り付けるための形状の他の例を示した図である。 図２５に示した支持基板の長手方向の一方側の端部に取り付けられるマニフォールドの形状の一例を示した図である。 図２５に示した支持基板の長手方向の一方側の端部に図２６に示したマニフォールドを取り付けた状態を示す主要断面図である。 本発明に係る燃料電池の構造体の第８変形例の図２に対応する断面図である。 図２８に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。 図２８に示す支持基板の図６に対応する斜視図である。

（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の構造体を示す。このＳＯＦＣの構造体は、長手方向を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。なお、支持基板１０の「主面」とは、支持基板の外表面を構成する複数の平面のうちで、他の平面よりも面積が大きい平面を指す。

このＳＯＦＣの構造体の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さが５〜５０ｃｍで長手方向に直交する幅方向の長さが１〜１０ｃｍの長方形である。このＳＯＦＣの構造体の全体の厚さは、１〜１０ｍｍである。このＳＯＦＣの構造体の全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有する。以下、図１に加えて、このＳＯＦＣの構造体の、図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２、並びに、図１に示す３Ａ−３Ａ線、３Ｂ−３Ｂ線、３Ｃ−３Ｃ線に対応する断面図である図３を参照しながら、このＳＯＦＣの構造体の詳細について説明する。

図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。図３は、支持基板１０の幅方向における「支持基板の厚さ方向に平行な平面内を通る燃料ガス流路１１」を含む位置（３か所）において、支持基板１０を厚さ方向に平行な面で切断して得られる断面を示す。

支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。支持基板１０は、燃料ガス流路１１を含んでその全体が一体焼成されてなる。図３に示すように、支持基板１０の内部には、支持基板１０の幅方向における複数個所（本例では、３か所）において、「支持基板１０の厚さ方向に平行な平面内を通る燃料ガス流路１１」がそれぞれ形成されている。各燃料ガス流路１１の流入口１１ｉｎ及び流出口１１ｏｕｔは共に、支持基板１０の長手方向の一方側の端部（端面）に形成されている。

各燃料ガス流路１１は、流入口１１ｉｎから長手方向の他方側へと延びる往路部１１ａと、支持基板１０の長手方向の他方側から流出口１１ｏｕｔへと延びる一対の復路部１１ｂ，１１ｂと、往路部１１ａの長手方向の他方側の端部と一対の復路部１１ｂ，１１ｂの長手方向の他方側のそれぞれの端部とを接続する一対の中間部１１ｃ，１１ｃと、から構成されている。

より具体的には、往路部１１ａは、支持基板１０の厚さ方向の中央部において流入口１１ｉｎから支持基板１０の長手方向に沿って長手方向の他方側へと直線的に延びている。一対の中間部１１ｃ，１１ｃは、支持基板１０の厚さ方向の中央部から厚さ方向の一方側及び他方側へとそれぞれ直線的に延びている。一対の復路部１１ｂ，１１ｂは、支持基板１０の厚さ方向の一方側及び他方側において支持基板１０の長手方向の他方側から支持基板１０の長手方向に沿って流出口１１ｏｕｔへと直線的にそれぞれ延びている。即ち、復路部１１ａと往路部１１ｂとは支持基板１０の厚さ方向において異なる位置に形成されている。

各燃料ガス流路１１内の燃料ガスは、往路部１１ａにて流入口１１ｉｎから長手方向の他方側に向けて厚さ方向の中央部を進み、その後、一対の中間部１１ｃ，１１ｃにて厚さ方向の一方側及び他方側へとそれぞれ進み、その後、一対の復路部１１ｂ，１１ｂにて長手方向の他方側から流出口１１ｏｕｔに向けてそれぞれ進む。

支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１０の厚さは、１〜１０ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。

図１、図２に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）には、複数（本例では、４つ）の同形の直方体状の燃料極２０が長手方向において所定の間隔をおいてそれぞれ、前記上面（平面）から突出するように設けられている。燃料極２０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極２０は、後述する固体電解質膜４０に接する燃料極活性部２２と、燃料極活性部２２以外の残りの部分である燃料極集電部２１とから構成される。

燃料極活性部２２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極集電部２１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。

各燃料極２０（より具体的には、各燃料極集電部２１）の上面の所定箇所には、薄板状のインターコネクタ３０が形成されている。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ３０を上方からみた形状は、燃料極２０が存在する範囲に亘って幅方向に延びる長方形である。インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。

複数の燃料極２０が突出した状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成された部分を除いた全面、並びに、支持基板１０の長手方向の他方側の端面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。固体電解質膜４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。

即ち、複数の燃料極２０が突出した状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面、並びに、支持基板１０の長手方向の他方側の端面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。

固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。

反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。

なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するためである。

ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。

各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。

空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。

このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、「電気的接続部」に対応する。

以上、説明した「横縞型」のＳＯＦＣの構造体を作動させる際には、支持基板１０の長手方向の一方側の端部（即ち、流入口１１ｉｎ及び流出口１１ｏｕｔが露呈している端部）に、流入口１１ｉｎに燃料ガスを供給するためのガス供給管（図示せず）、及び、流出口１１ｏｕｔから排気される燃料ガスを回収するためのガス排気管（図示せず）が接続される。ガス供給管とガス排気管とは一体であってもよいし、別体であってもよい。そして、図４に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２− （於：空気極６０） …（１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（於：燃料極２０） …（２）

発電状態においては、図５に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図４に示すように、このＳＯＦＣの構造体全体から（具体的には、図４において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。

（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のＳＯＦＣの構造体の製造方法の一例について図６〜図１４を参照しながら簡単に説明する。図６〜図１４において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。

先ず、全体の斜視図である図６、並びに、図６に示す７Ａ−７Ａ線、７Ｂ−７Ｂ線、７Ｃ−７Ｃ線に対応する断面図である図７に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図６に示す８−８線に対応する部分断面を表す図８〜図１４を参照しながら説明を続ける。

図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図９に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面における所定の複数箇所のそれぞれに、燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）が積層・形成される。各燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）は、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリー用いて、印刷法等を利用して積層・形成される。

次に、図１０に示すように、各燃料極の成形体２１ｇの外側面の所定箇所に、インターコネクタの成形膜３０ｇが形成される。各インターコネクタの成形膜３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ_３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）が積層・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成された部分を除いた全面、並びに、支持基板の成形体１０ｇの他方側の端面に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。

次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣの構造体において空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。

次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

次に、図１４に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣの構造体が得られる。以上、図１に示したＳＯＦＣの構造体の製造方法の一例について説明した。

（作用・効果）
以上、説明したように、上記本発明の実施形態に係る「横縞型」のＳＯＦＣの構造体では、複数（本例では、３つ）の燃料ガス流路１１が支持基板１０内に形成されている。各燃料ガス流路１１の流入口１１ｉｎ及び流出口１１ｏｕｔは共に、支持基板１０の長手方向の一方側の端部（端面）に形成されている。各燃料ガス流路１１は、往路部１１ａと、一対の復路部１１ｂ，１１ｂと、一対の中間部１１ｃ，１１ｃとから構成されている。

往路部１１ａは、支持基板１０の厚さ方向の中央部において流入口１１ｉｎから支持基板１０の長手方向に沿って長手方向の他方側へと直線的に延び、一対の復路部１１ｂ，１１ｂは、支持基板１０の厚さ方向の一方側及び他方側において支持基板１０の長手方向の他方側から支持基板１０の長手方向に沿って流出口１１ｏｕｔへと直線的にそれぞれ延び、一対の中間部１１ｃ，１１ｃは、往路部１１ａの長手方向の他方側の端部と一対の復路部１１ｂ，１１ｂの長手方向の他方側のそれぞれの端部とを接続するために、支持基板１０の厚さ方向の中央部から厚さ方向の一方側及び他方側へとそれぞれ延びている。即ち、復路部１１ａと往路部１１ｂとが、支持基板１０の厚さ方向において異なる位置に形成されている。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、この支持基板１０の内部の全体が多孔質材料で構成されているが、図１５に示すように、燃料ガス流路１１の往路部１１ａの内壁が、支持基板１０を構成する多孔質材料より気孔率が小さい膜１２で覆われていてもよい。膜１２は、例えば、コーティング等により形成され得る。この膜１２を設けることにより、以下の作用・効果が発揮され得る。

支持基板１０は多孔質材料で構成されているので、往路部１１ａを流れるガスの一部は、中間部１１ｃ，１１ｃまで到達することなく、前記多孔質材料内の多数の気孔を通って復路部１１ｂ，１１ｂにショートカットする。ショートカットするガスの割合が大きくなると、中間部１１ｃ，１１ｃまで到達するガスが少なくなり、発電素子部Ａにおいて発電に寄与できる領域が狭くなる。このことは、燃料電池の発電出力の低下に繋がる。従って、ショートカットするガスの割合が大きいことが問題となる場合、係るショートカットを抑制する対策を施す必要がある。

図１５に示す構成は、この問題に対処するものである。この構成によれば、往路部１１ａを流れるガスのショートカットが抑制される。従って、ショートカットするガスの割合が減少して、中間部１１ｃ，１１ｃまで到達するガスの割合が増大する。この結果、ガスのショートカットに起因する燃料電池の発電出力の低下を抑制することができる。

ここで、図１５に示す膜１２は、燃料ガスの改質反応を促す触媒成分を含んでいてもよい。燃料ガスの改質反応（例えば、都市ガスから水素分子を生成する反応）は吸熱反応である。従って、この構成によれば、燃料ガス流路１１の流入口１１ｉｎから「改質前のガス」（例えば、都市ガス）を供給することにより、往路部１１ａを流れるガスに改質反応（＝吸熱反応）が発生する。

この結果、往路部１１ａ内にて、発電素子部Ａにて使用され得る「改質後のガス」（例えば、水素分子）が得られる。ここで、「改質後のガス」は、発電素子部Ａでの発電反応に供される。この発電反応は発熱反応であるので、この発熱反応に起因して発電素子部Ａの温度が上昇する。一方、往路部１１ａでは改質反応に伴う吸熱反応が発生するので、この吸熱反応に起因して往路部１１ａの温度が低下する。即ち、発電素子部Ａと往路部１１ａとの間で温度差が発生する。係る温度差により、発電素子部Ａの熱の一部が往路部１１ａに移動する。このため、熱的なバランスを保ちやすい構造が得られる。即ち、作動中の燃料電池の構造体全体の定常的な温度を適切な範囲に維持することができる。

なお、改質反応を促す触媒成分の塗布量（膜厚等）を往路部１１ａにおいて長手方向に沿って連続的又は断続的に変更することにより、上述した発熱と吸熱とのバランスを任意に調整できる。例えば、往路部１１ａの入口（流入口１１ｉｎ）付近に改質反応を促す触媒成分を多く塗付することにより、往路部１１ａの入口（流入口１１ｉｎ）付近、即ち、支持基板１０の保持部分の温度を下げることができる。この結果、支持基板１０と、支持基板１０の保持に使用されるセラミックス材料、ガラス材料、金属材料等からなるマニフォールド等との間の接合部分に作用する熱膨張差に起因する熱応力を低減することができる。

また、上記実施形態においては、平板状の支持基板１０の上下面のそれぞれに「横縞型」の複数の発電素子部Ａが設けられているが、支持基板１０の片側面のみに「横縞型」の複数の発電素子部Ａが設けられていてもよい。以下、支持基板の一対の主面のうち、発電素子部が設けられている主面を「素子形成主面」と呼び、発電素子部が設けられていない主面を「素子非形成主面」と呼ぶ。なお、「素子非形成主面」の全面は、固体電解質膜４０で覆われている。

このように支持基板１０の片側面のみに「横縞型」の複数の発電素子部Ａが設けられている場合、図１６に示すように、燃料ガス流路１１の往路部１１ａが、支持基板１０の厚さ方向の中央よりも「素子非形成主面」に近い側において流入口１１ｉｎから支持基板１０の長手方向の他方側へと延び、燃料ガス流路１１の中間部１１ｃが、支持基板１０の厚さ方向の「素子非形成主面」に近い側から「素子形成主面」に近い側へと延び、燃料ガス流路１１の復路部１１ｂが、厚さ方向の中央よりも「素子形成主面」に近い側において支持基板１０の長手方向の他方側から流出口１１ｏｕｔへと延びるように、燃料ガス流路１１が構成され得る。

図１６に示す構成の場合、図１７に示すように、燃料ガス流路１１の往路部１１ａの内壁が、前記膜１２で覆われていてもよい。これによれば、上述した「往路部１１ａ内のガスのショートカットの抑制効果」が発揮され得、ガスのショートカットに起因する燃料電池の発電出力の低下を抑制することができる。また、膜１２が燃料ガスの改質反応を促す触媒成分を含んでいる場合、上述した発熱と吸熱とのバランスを任意に調整することにより、作動中の燃料電池の構造体全体の定常的な温度を適切な範囲に維持することができる。

また、支持基板１０の片側面のみに「横縞型」の複数の発電素子部Ａが設けられている場合、図１８に示すように、燃料ガス流路１１の往路部１１ａが、支持基板１０の厚さ方向の中央よりも「素子形成主面」に近い側において流入口１１ｉｎから支持基板１０の長手方向の他方側へと延び、燃料ガス流路１１の中間部１１ｃが、支持基板１０の厚さ方向の「素子形成主面」に近い側から「素子非形成主面」に近い側へと延び、燃料ガス流路１１の復路部１１ｂが、厚さ方向の中央よりも「素子非形成主面」に近い側において支持基板１０の長手方向の他方側から流出口１１ｏｕｔへと延びるように、燃料ガス流路１１が構成され得る。

以上、上記実施形態（図３を参照）、並びに、上述した図１５〜図１８に示す構成では、支持基板１０の両側面又は片側面に「横縞型」の複数の発電素子部Ａが設けられているが、図１９に示すように、支持基板１０の一方の主面（「素子形成主面」）に１つの発電素子部Ａが設けられ、他方の主面（「素子非形成主面」）に緻密材料からなる薄板状のインターコネクタ８０（燃料極側の端子電極）が設けられていてもよい。図１９に示す構成において、発電素子部Ａが厚さ方向に複数積層されていてもよい。この場合、「縦縞型」の複数の発電素子部が構成される。

図１９に示す構成では、支持基板１０が上述した燃料極集電部２１を兼ねている。支持基板１０の「素子形成主面」と固体電解質膜４０との間に、燃料極活性部２２が介装されている。「素子形成主面」上の固体電解質膜４０の上には、空気極６０が積層されている。ここで、燃料極活性部２２と、固体電解質膜４０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する。支持基板１０の「素子非形成主面」の全面が、緻密な材料からなるインターコネクタ８０より覆われている。

インターコネクタ８０は、化学式Ｌａ_１−ｘＡ_ｘＣｒ_{１−ｙ＋ｚ}Ｂ_ｙＯ_３（ただし、Ａ：Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａから選択される少なくとも１種類の元素、Ｂ：Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌから選択される少なくとも１種類の元素、ｘの範囲：０．０５〜０．２、ｙの範囲：０．０２〜０．２２、ｚの範囲：０．０２〜０．０５）で表わされるランタンクロマイトを含んで構成される。これは、燃料極側の端子電極の内側面が還元雰囲気に曝され且つ外側面が酸化雰囲気に曝されることに基づく。酸化・還元の両雰囲気で安定な導電性セラミックスとしては、現状では、ランタンクロマイトが優れている。

図１９に示す構成では、燃料ガス流路１１の往路部１１ａが、支持基板１０の厚さ方向の中央よりも「素子形成主面」に近い側において流入口１１ｉｎから支持基板１０の長手方向の他方側へと延び、燃料ガス流路１１の中間部１１ｃが、支持基板１０の厚さ方向の「素子形成主面」に近い側から「素子非形成主面」に近い側へと延び、燃料ガス流路１１の復路部１１ｂが、厚さ方向の中央よりも「素子非形成主面」に近い側において支持基板１０の長手方向の他方側から流出口１１ｏｕｔへと延びるように、燃料ガス流路１１が構成されている。この構成により、以下の作用・効果が発揮される。

図１９に示す構成では、「素子形成主面」の近傍に往路部１１ａが形成されている。従って、往路部１１ａを流れる燃料ガスは、「素子形成主面」に配置された発電素子部Ａの燃料極活性部２２での反応により燃料を消費されながら中間部１１ｃへと進行する。即ち、往路部１１ａ内での燃料ガスの濃度は、長手方向の一方側から他方側への位置の移動につれて徐々に減少していく。従って、燃料ガスが中間部１１ｃを介して復路部１１ｂに進入する際には、燃料ガスは薄くなっている。

加えて、復路部１１ｂは「素子非形成主面」の近傍に形成されている。従って、復路部１１ｂを流れる燃料ガスは、発電素子部での反応により燃料を消費されることなく流出口１１ｏｕｔへと進行する。以上のことから、「素子非形成主面」に配置されたインターコネクタ８０の内側面は、薄い且つ均一な燃料ガスに曝される。

他方、上述したように、インターコネクタ８０の材料としては、ランタンクロマイトが採用される。ランタンクロマイトは、強い還元雰囲気に曝されると膨張する性質を有する。従って、ランタンクロマイトから構成される板状物体の一方の面を強い還元雰囲気に曝し、他方の面を酸化雰囲気に曝すと、両面間の膨張差に起因してその物体に反りが発生する。この点につき、図１９に示す構成によれば、インターコネクタ８０の内側面が、弱い還元雰囲気に曝される。従って、インターコネクタ８０が反り難い。

加えて、インターコネクタ８０の内側面が、均一な還元雰囲気に曝される。従って、インターコネクタ８０の内部やインターコネクタ８０と接合する支持基板１０との界面等において前記膨張に起因して発生し得る応力の分布が抑制され得る。従って、前記応力の分布に起因するインターコネクタ８０の破壊や剥離を抑制することができる。

また、上述した図１９に示すように、支持基板１０の片側面（「素子形成主面」）のみに１つの発電素子部Ａ（又は「縦縞型」の複数の発電素子部Ａ）が設けられ、支持基板１０の他方の面（「素子非形成主面」）にインターコネクタ８０が設けられている場合、図２０に示すように、燃料ガス流路１１の往路部１１ａが、支持基板１０の厚さ方向の中央よりも「素子非形成主面」に近い側において流入口１１ｉｎから支持基板１０の長手方向の他方側へと延び、燃料ガス流路１１の中間部１１ｃが、支持基板１０の厚さ方向の「素子非形成主面」に近い側から「素子形成主面」に近い側へと延び、燃料ガス流路１１の復路部１１ｂが、厚さ方向の中央よりも「素子形成主面」に近い側において支持基板１０の長手方向の他方側から流出口１１ｏｕｔへと延びるように、燃料ガス流路１１が構成されてもよい。

図２０に示す構成の場合、図２１に示すように、燃料ガス流路１１の往路部１１ａの内壁が、前記膜１２で覆われていてもよい。これによれば、上述した「往路部１１ａ内のガスのショートカットの抑制効果」が発揮され得、ガスのショートカットに起因する燃料電池の発電出力の低下を抑制することができる。また、膜１２が燃料ガスの改質反応を促す触媒成分を含んでいる場合、上述した発熱と吸熱とのバランスを任意に調整することにより、作動中の燃料電池の構造体全体の定常的な温度を適切な範囲に維持することができる。

また、上記実施形態においては、燃料極２０が燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との２層で構成されているが、燃料極２０が燃料極活性部２２に相当する１層で構成されてもよい。加えて、上記実施形態においては、「内側電極」及び「外側電極」がそれぞれ燃料極及び空気極となっているが、逆であってもよい。

以下、支持基板１０の長手方向の一方側の端部（即ち、流入口１１ｉｎ及び流出口１１ｏｕｔが露呈している端部）の形状について付言する。上記実施形態では、図１、図３等に示すように、（段差がない）１つの平面によって構成される端面上に、流入口１１ｉｎと一対の流出口１１ｏｕｔとが支持基板１０の厚さ方向に沿って配置されている。この構成では、支持基板１０の全厚を小さくするためには、隣り合う流入口１１ｉｎと流出口１１ｏｕｔとを１つの平面上に近接して配置する必要がある。１つの平面上に隣り合う流入口１１ｉｎと流出口１１ｏｕｔとが近接して配置されると、流入口１１ｉｎから流入するガスと流出口１１ｏｕｔから流出する排ガスとの混合を防止するためのガスシールを施すための処理が困難になる。

係る問題に対処するためには、図２２に示す端部形状を有する支持基板１０の長手方向の一方側の端部に、図２３に示すマニフォールド９０を取り付けることが好ましい。このマニフォールド９０は、流入口１１ｉｎに燃料ガスを供給するためのガス供給管の機能と、流出口１１ｏｕｔから排気される燃料ガスを回収するためのガス排気管の機能とを兼ね備えている。図２４は、図２２に示す支持基板１０の長手方向の一方側の端部に図２３に示したマニフォールド９０を取り付けた状態における、図１における３Ａ−３Ａ線、３Ｂ−３Ｂ線、３Ｃ−３Ｃ線に対応する部分断面図である。

図２２に示す支持基板１０の長手方向の一方側の端面には、上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔに干渉しない範囲内の厚さ方向中央部において、幅方向に延びて両端が貫通する長溝１３が形成されている。長溝１３の断面は、長方形状を呈している。長溝１３の底面（平面）には、流入口１１ｉｎが形成されている。即ち、流入口１１ｉｎは、上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔが形成された平面より長手方向の内側に位置する平面に形成されている。

図２３に示すマニフォールド９０の取り付け面９１には、支持基板１０の端部全体を挿入するための凹部９２と、外部から導入された燃料ガスを流入口１１ｉｎへと供給するためのガス供給路９３とが形成されている。凹部９２とガス供給路９３とは、凹部９２の側面の一部に（１か所）形成された連通路９４を介して連通している。

また、マニフォールド９０には、流出口１１ｏｕｔから排出された排ガスを回収するためのガス排気路９５が形成されている。凹部９２とガス排気路９５とは、凹部９２の底面（平面）に形成された複数の連通路９６を介して連通している。凹部９２の底面において、複数の連通路９６は、支持基板１０の端部全体をマニフォールド９０の凹部９２に挿入した際に、各連通路９６が対応する流出口１１ｏｕｔと同軸的に連通する位置にそれぞれ配置されている。

図２４に示すように、支持基板１０の端部全体は、前記端部における上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔが形成された平面がマニフォールド９０の凹部９２の底面（平面）に当接するように、マニフォールド９０の凹部９２に挿入される。この結果、各流出口１１ｏｕｔが、対応する連通路９６と同軸的にそれぞれ接続されることにより、ガス排気路９５と連通する。他方、溝１３と凹部９２の底面とで空間Ｓ１が区画・形成される。空間Ｓ１は、溝１３の底面に形成された流入口１１ｉｎと連通するとともに、上述した連通路９４と連通する。この結果、流入口１１ｉｎが、ガス供給路９３と連通する。なお、マニフォールド９０が支持基板１０に取り付けられた状態では、実際には、ガス供給路９３と外部とを区画するため、図２３に示すような蓋部材９７が取り付けられる。

ここで、支持基板１０の端部における上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔが形成された平面と、マニフォールド９０の凹部９２の底面（平面）とが当接する部位（当接面）において、ガスシール機能が確実に達成され得る。この結果、流入口１１ｉｎから流入するガスと流出口１１ｏｕｔから流出する排ガスとの混合が防止され得る。この構成によれば、支持基板１０の全厚が小さくて、隣り合う流入口１１ｉｎと流出口１１ｏｕｔとの厚さ方向の位置が近接していても、上述したガスシール機能が容易に達成され得る。

以上、図２２〜図２４に示す接続構造は、「支持基板の長手方向の一方側の端部であって前記支持基板の内部に形成されたガス流路の流入口及び流出口が形成された端部と、前記流入口に燃料ガスを供給する機能と前記流出口から排気される燃料ガスを回収する機能とを備えるとともに前記端部に取り付けられたマニフォールドと、の接続構造であって、
前記支持基板の端部において、前記流入口は、前記流出口が形成された平面より長手方向の内側に位置する平面に形成され、
前記マニフォールドの取り付け面には、前記支持基板の端部を挿入するための凹部が形成されていて、
前記マニフォールドには、外部から導入された燃料ガスを前記流入口へと供給するためのガス供給路と、前記流出口から排出された排ガスを回収するためのガス排気路とが形成されていて、
前記凹部と前記ガス供給路とは、前記凹部の側面に形成された第１連通路を介して連通し、前記凹部と前記ガス排気路とは、前記凹部の底面である平面に形成された第２連通路を介して連通していて、
前記支持基板の端部が前記マニフォールドの凹部に挿入されることにより前記端部と前記マニフォールドとが接続された状態において、前記支持基板の端部における前記流出口が形成された平面が前記マニフォールドの凹部の底面である平面に当接し、前記第２連通路が前記流出口と連通し、前記支持基板の端部と前記凹部とで区画・形成された空間が、前記流入口、及び前記第１連通路と連通している、接続構造。」と表される。

図２５に示す端部形状を有する支持基板１０の長手方向の一方側の端部に、図２６に示すマニフォールド９０を取り付けても同様の作用・効果が得られる。即ち、図２５に示す支持基板１０の長手方向の一方側の端面には、上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔに干渉しない範囲内の厚さ方向中央部において、幅方向に両端まで延びる突出部１４が形成されている。突出部１４の断面は、長方形状を呈している。突出部１４の頂面（平面）には、流入口１１ｉｎが形成されている。即ち、流入口１１ｉｎは、上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔが形成された平面より長手方向の外側に位置する平面に形成されている。

図２６に示すマニフォールド９０の取り付け面９１には、支持基板１０の端部全体を挿入するための凹部９２と、流出口１１ｏｕｔから排出された排ガスを回収するためのガス排気路９５とが形成されている。凹部９２とガス排気路９５とは、凹部９２の側面の一部に（２か所）形成された連通路９６を介して連通している。

また、マニフォールド９０には、外部から導入された燃料ガスを流入口１１ｉｎへと供給するためのガス供給路９３とが形成されている。凹部９２とガス供給路９３とは、凹部９２の底面（平面）に形成された複数の連通路９４を介して連通している。凹部９２の底面において、複数の連通路９４は、支持基板１０の端部全体をマニフォールド９０の凹部９２に挿入した際に、各連通路９４が対応する流入口１１ｉｎと同軸的に連通する位置にそれぞれ配置されている。

図２７に示すように、支持基板１０の端部全体は、前記端部における流入口１１ｉｎが形成された平面がマニフォールド９０の凹部９２の底面（平面）に当接するように、マニフォールド９０の凹部９２に挿入される。この結果、各流入口１１ｉｎが、対応する連通路９４と同軸的にそれぞれ接続されることにより、ガス供給路９３と連通する。他方、突出部１４を含む支持基板１０の端面と凹部９２とで空間Ｓ２，Ｓ２が区画・形成される。空間Ｓ２，Ｓ２は、上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔとそれぞれ連通するとともに、上述した連通路９６と連通する。この結果、上下一対の流出口１１ｏｕｔ，１１ｏｕｔが、ガス排気路９５と連通する。なお、マニフォールド９０が支持基板１０に取り付けられた状態では、実際には、ガス排気路９５と外部とを区画するため、図２６に示すような蓋部材９７が取り付けられる。

ここで、支持基板１０の端部における流入口１１ｉｎが形成された平面と、マニフォールド９０の凹部９２の底面（平面）とが当接する部位（当接面）において、ガスシール機能が確実に達成され得る。この結果、流入口１１ｉｎから流入するガスと流出口１１ｏｕｔから流出する排ガスとの混合が防止され得る。この構成によっても、支持基板１０の全厚が小さくて、隣り合う流入口１１ｉｎと流出口１１ｏｕｔとの厚さ方向の位置が近接していても、上述したガスシール機能が容易に達成され得る。

以上、図２５〜図２７に示す接続構造は、「支持基板の長手方向の一方側の端部であって前記支持基板の内部に形成されたガス流路の流入口及び流出口が形成された端部と、前記流入口に燃料ガスを供給する機能と前記流出口から排気される燃料ガスを回収する機能とを備えるとともに前記端部に取り付けられたマニフォールドと、の接続構造であって、
前記支持基板の端部において、前記流入口は、前記流出口が形成された平面より長手方向の外側に位置する平面に形成され、
前記マニフォールドの取り付け面には、前記支持基板の端部を挿入するための凹部が形成されていて、
前記マニフォールドには、外部から導入された燃料ガスを前記流入口へと供給するためのガス供給路と、前記流出口から排出された排ガスを回収するためのガス排気路とが形成されていて、
前記凹部と前記ガス排気路とは、前記凹部の側面に形成された第１連通路を介して連通し、前記凹部と前記ガス供給路とは、前記凹部の底面である平面に形成された第２連通路を介して連通していて、
前記支持基板の端部が前記マニフォールドの凹部に挿入されることにより前記端部と前記マニフォールドとが接続された状態において、前記支持基板の端部における前記流入口が形成された平面が前記マニフォールドの凹部の底面である平面に当接し、前記第２連通路が前記流入口と連通し、前記支持基板の端部と前記凹部とで区画・形成された空間が、前記流出口、及び前記第１連通路と連通している、接続構造。」と表される。

また、上記実施形態では、支持基板１０の主面上に燃料極２０が形成（積層）され、インターコネクタ３０が燃料極２０の外側面に形成（積層）されているが、図２８〜図３０に示すように、燃料極２０が支持基板１０の主面に形成された凹部内に埋設され、且つインターコネクタ３０が燃料極２０の外側面に形成された凹部内に埋設されていてもよい。以下、上記実施形態に対する、図２８〜図３０に示す形態の主たる相違点について簡単に説明する。

図２８〜図３０に示す形態では、支持基板１０の主面（上下面）には、複数の凹部１２が長手方向において所定の間隔をおいて形成されている（図３０を参照）。各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。

各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。

各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。

各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。

各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の４つの側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。

燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の主面とにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で、段差が形成されていない。

燃料極活性部２２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極集電部２１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。

このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸化性イオン（酸素イオン）伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２における「気孔部分を除いた全体積に対する酸化性イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸化性イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。

インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。

燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。固体電解質膜４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。

即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。

図２８に示すように、この例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。

固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。

反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。

なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するためである。

ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２８を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。

各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２８では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２８では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。

空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。

このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２８では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２８では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、前記「電気的接続部」に対応する。

なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における前記「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における前記「多孔質の材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。

以上、図２８〜図３０に示す形態では、燃料極２０を埋設するための複数の凹部１２のそれぞれが、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁を有している。換言すれば、支持基板１０において各凹部１２を囲む枠体がそれぞれ形成されている。従って、この構造体は、支持基板１０が外力を受けた場合に変形し難い。

また、支持基板１０の各凹部１２内に燃料極２０及びインターコネクタ３０等の部材が隙間なく充填・埋設された状態で、支持基板１０と前記埋設された部材とが共焼結される。従って、部材間の接合性が高く且つ信頼性の高い焼結体が得られる。

また、インターコネクタ３０が、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂに埋設され、この結果、直方体状のインターコネクタ３０の４つの側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と底面とが凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。従って、燃料極集電部２１の外側平面上に直方体状のインターコネクタ３０が積層される（接触する）構成が採用される場合に比べて、燃料極２０（集電部２１）とインターコネクタ３０との界面の面積を大きくできる。従って、燃料極２０とインターコネクタ３０との間における電子伝導性を高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力を高めることができる。

また、上記実施形態では、平板状の支持基板１０の上下面のそれぞれに、複数の発電素子部Ａが設けられている。これにより、支持基板の片側面のみに複数の発電素子部が設けられる場合に比して、構造体中における発電素子部の数を多くでき、燃料電池の発電出力を高めることができる。

また、上記実施形態では、固体電解質膜４０が、燃料極２０の外側面、インターコネクタ３０の外側面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、燃料極２０の外側面とインターコネクタ３０の外側面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。

１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、１１ａ…往路部、１１ｂ…復路部、１１ｃ…中間部、１１ｉｎ…流入口、１１ｏｕｔ…流出口、１２…凹部、２０…燃料極、２１…燃料極集電部、２１ａ，２１ｂ…凹部、２２…燃料極活性部、３０…インターコネクタ、４０…固体電解質膜、５０…反応防止膜、６０…空気極、７０…空気極集電膜、Ａ…発電素子部

Claims (9)

1. ガス流路が一体焼成により内部に形成された、長手方向を有する平板状の多孔質の支持基板と、
   前記平板状の支持基板の主面に配置され、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる１つ又は複数の発電素子部と、
   を備えた燃料電池の構造体において、
   前記ガス流路の流入口及び流出口が前記支持基板の前記長手方向の一方側の端部に形成され、前記ガス流路が、前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延びる往路部と、前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びる復路部と、前記往路部の長手方向の他方側の端部と前記復路部の長手方向の他方側の端部とを接続する中間部と、から構成されていて、前記復路部と前記往路部とは前記支持基板の厚さ方向において異なる位置に形成された、燃料電池の構造体。
2. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
   前記平板状の支持基板の互いに平行な一対の主面のそれぞれにおける前記長手方向に沿って互いに離れて位置する複数の箇所に、前記発電素子部がそれぞれ配置され、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とが電気的に接続されていて、
   前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の中央部において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の中央部から前記厚さ方向の一方側及び他方側へとそれぞれ延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の一方側及び他方側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へとそれぞれ延びている、燃料電池の構造体。
3. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
   前記平板状の支持基板の互いに平行な第１、第２主面のうちの第１主面のみにおける前記長手方向に沿って互いに離れて位置する複数の箇所に、前記発電素子部がそれぞれ配置され、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とが電気的に接続されていて、
   前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側から前記第１主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びている、燃料電池の構造体。
4. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
   前記平板状の支持基板の互いに平行な第１、第２主面のうちの第１主面のみにおける前記長手方向に沿って互いに離れて位置する複数の箇所に、前記発電素子部がそれぞれ配置され、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とが電気的に接続されていて、
   前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側から前記第２主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びている、燃料電池の構造体。
5. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
   前記平板状の支持基板の互いに平行な第１、第２主面のうちの第１主面には、前記発電素子部が配置され、前記第２主面には、外部と電気的に接続されるインターコネクタが配置され、前記内側電極及び外側電極がそれぞれ燃料極及び空気極であり、
   前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第１主面に近い側から前記第２主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びている、燃料電池の構造体。
6. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
   前記平板状の支持基板の互いに平行な第１、第２主面のうちの第１主面には、前記発電素子部が配置され、前記第２主面には、外部と電気的に接続されるインターコネクタが配置され、前記内側電極及び外側電極がそれぞれ燃料極及び空気極であり、
   前記ガス流路の前記往路部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側において前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延び、前記ガス流路の前記中間部が、前記支持基板の厚さ方向の前記第２主面に近い側から前記第１主面に近い側へと延び、前記ガス流路の前記復路部が、前記厚さ方向の前記第１主面に近い側において前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びている、燃料電池の構造体。
7. 請求項２、請求項３、及び請求項６の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
   前記ガス流路の前記往路部の内壁は、前記支持基板を構成する多孔質材料より気孔率が小さい材料で構成された、燃料電池の構造体。
8. 請求項７に記載の燃料電池の構造体において、
   前記材料は、燃料ガスの改質反応を促す触媒成分を含んでいる、燃料電池の構造体。
9. ガス流路が一体焼成により内部に形成された、長手方向を有する平板状の多孔質の支持基板と、
   前記平板状の支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部と、
   １組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する１つ又は複数の電気的接続部と、
   を備えた燃料電池の構造体において、
   前記各電気的接続部は、緻密な材料で構成された第１部分と、前記第１部分と接続され且つ多孔質の材料で構成された第２部分とで構成され、
   前記平板状の支持基板の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と全周に亘って前記支持基板の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第１凹部がそれぞれ形成され、
   前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の内側電極がそれぞれ埋設され、
   前記埋設された各内側電極の外側面に形成された第２凹部に、対応する前記電気的接続部の前記第１部分がそれぞれ埋設され、
   対応する前記電気的接続部の第１部分が埋設された前記各第２凹部は、前記内側電極の材料からなる底壁と、全周に亘って前記内側電極の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有し、
   前記ガス流路の流入口及び流出口が前記支持基板の前記長手方向の一方側の端部に形成され、前記ガス流路が、前記流入口から前記支持基板の長手方向の他方側へと延びる往路部と、前記支持基板の長手方向の他方側から前記流出口へと延びる復路部と、前記往路部の長手方向の他方側の端部と前記復路部の長手方向の他方側の端部とを接続する中間部と、から構成されていて、前記復路部と前記往路部とは前記支持基板の厚さ方向において異なる位置に形成された、燃料電池の構造体。

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