JP2016051687A - Stack structure for fuel battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stack structure for a fuel battery in which dispersion of the amount of air to be supplied to each inter-cell space is little.SOLUTION: Plural cells 100 are aligned with one another above the upper wall of a fuel manifold 200 while stacked along a z-axis direction. An air manifold 600 is disposed at a first side in the width direction of the cells 100 (y-axis positive direction side) for the plural cells 100. First cells 100A located at the first side in the width direction (y-axis positive direction side) to the first-side side end face out of cells in which first-side side end faces in the width direction of the cells 100A are adjacent to each other, and second cells 100B located at a second side (y-axis negative direction side) opposite to the first side in the width direction to the first-side side end face out of the cells in which the first-side side end faces of the cells 100 are adjacent to each other, are alternately arranged away from one another along the z-axis direction.SELECTED DRAWING: Figure 20

Description

本発明は、燃料電池のスタック構造体に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack structure.

従来より、スタック状に整列した複数の燃料電池セルが燃料マニホールドの上壁に接合・支持された固体酸化物形燃料電池のスタック構造体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。   Conventionally, a stack structure of a solid oxide fuel cell is known in which a plurality of fuel cells arranged in a stack are joined and supported on the upper wall of a fuel manifold (see, for example, Patent Document 1).

各セルは、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿う燃料ガス流路が形成された平板状の支持基板と、前記支持基板の平面に設けられた発電素子部と、を備えている。燃料マニホールドは、第１内部空間を有する。燃料マニホールドは、各セルが燃料マニホールドの上壁から上方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、前記各セルが第１方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第１方向と直角の第２方向に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、且つ、前記第１内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス流入側の一端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス流入側の一端部を前記上壁に対して接合・支持している。   Each cell includes a flat support substrate having a longitudinal direction and having a fuel gas flow path formed along the longitudinal direction therein, and a power generation element portion provided on a plane of the support substrate. Yes. The fuel manifold has a first internal space. The fuel manifold is configured such that each cell protrudes along the longitudinal direction upward from the upper wall of the fuel manifold, and each cell extends along the first direction when viewed from above. And the plurality of cells are separated from each other along a second direction perpendicular to the first direction and aligned in a stack, and the first internal space and the fuel gas flow paths of the plurality of cells are arranged. One end of the fuel gas inflow side in the longitudinal direction of the support substrate of each cell is joined and supported to the upper wall so that one end of each fuel gas inflow side communicates.

特許第５５５１８０３号公報Japanese Patent No. 5551803

上記のようなスタック構造体では、通常、空気マニホールドが設けられる。空気マニホールドは、前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における第１側に配置され、且つ、第２内部空間を有する。空気マニホールドは、前記第２内部空間と連通し且つ前記第１方向における前記第１側と反対の第２側に向けて開口している供給孔から、隣り合うセルの間のそれぞれの空間（以下、「セル間空間」とも呼ぶ）に向けて空気を供給する。それぞれのセル間空間に空気を供給することによって、発電に必要な空気を各セルに設けられた発電素子部にそれぞれ供給でき、且つ、発電によって発熱した発電素子部を冷却することができる。   In the stack structure as described above, an air manifold is usually provided. The air manifold is disposed on the first side in the first direction with respect to the plurality of cells aligned in the stack, and has a second internal space. The air manifold communicates with the second internal space and opens from a supply hole that opens toward the second side opposite to the first side in the first direction to each space between adjacent cells (hereinafter referred to as the air manifold). , Also referred to as “inter-cell space”). By supplying air to each inter-cell space, air necessary for power generation can be supplied to each power generation element unit provided in each cell, and the power generation element unit that generates heat by power generation can be cooled.

ところで、上記のようなスタック構造体において高い発電効率を得るためには、空気をそれぞれのセル間空間にできる限り均一に供給する必要がある。これは、以下の２つの理由に基づく。第１に、それぞれのセル間空間に供給される空気の量（流量）に偏りが生じると、供給される空気の量が相対的に少ないセルでは、供給される燃料ガスに対して空気が不足する。従って、空気と反応できる燃料ガスの量が少なくなる。この結果、そのセルの発電出力が低下し、スタック構造体全体での発電効率が低下する。第２に、供給される空気の量が相対的に少ないセルでは、発電素子部の冷却に寄与できる空気が不足する。従って、発電素子部の温度が高くなり、発電素子部の劣化が速くなる。この結果、そのセルの発電出力が低下し、スタック構造体全体での発電効率が低下する。   By the way, in order to obtain high power generation efficiency in the stack structure as described above, it is necessary to supply air to each inter-cell space as uniformly as possible. This is based on the following two reasons. First, if a deviation occurs in the amount (flow rate) of air supplied to each inter-cell space, a cell with a relatively small amount of supplied air has insufficient air for the supplied fuel gas. To do. Therefore, the amount of fuel gas that can react with air is reduced. As a result, the power generation output of the cell decreases, and the power generation efficiency of the entire stack structure decreases. Secondly, in a cell in which the amount of supplied air is relatively small, there is a shortage of air that can contribute to cooling of the power generation element unit. Therefore, the temperature of the power generation element portion is increased, and the deterioration of the power generation element portion is accelerated. As a result, the power generation output of the cell decreases, and the power generation efficiency of the entire stack structure decreases.

空気をそれぞれのセル間空間にできる限り均一に供給するためには、空気をスタックへ供給する態様、具体的には、空気マニホールドからセル間空間までの空気の移動経路等が非常に重要である、と考えられる。   In order to supply air to each inter-cell space as uniformly as possible, the mode of supplying air to the stack, specifically, the air movement path from the air manifold to the inter-cell space is very important. ,it is conceivable that.

この点、上記文献では、空気をスタックへ供給する態様について、「空気は、隣り合うセルの間の隙間に沿って、セルの幅方向（前記第１方向）に流される。」と記載されている。しかしながら、空気マニホールドからセル間空間までの空気の移動経路等については、何ら記載されていない。   In this regard, in the above-mentioned document, the aspect of supplying air to the stack is described as “air flows in the cell width direction (the first direction) along the gap between adjacent cells”. Yes. However, there is no description of the air movement path from the air manifold to the inter-cell space.

本発明は、それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少ない燃料電池のスタック構造体を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a stack structure of a fuel cell in which variation in the amount of air supplied to each inter-cell space is small.

本発明に係る燃料電池のスタック構造体の特徴は、「前記セルの前記第１方向における前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する第１セルと、前記セルの前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側と反対の第２側に位置する第２セルと、が、前記第２方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されるように、前記複数のセルが整列している」点にある。   The fuel cell stack structure according to the present invention is characterized in that “the first direction side end surface in the first direction of the cell is adjacent to the first side side end surface of the cell in the first direction. The first cell located on the first side of the cell and the side end surface of the cell adjacent to the first side of the cell are opposite to the first side in the first direction with respect to the side end surface of the first side of the cell. The plurality of cells are aligned so that the second cells located on the second side of the first and second cells are arranged alternately and apart from each other along the second direction.

ここにおいて、前記空気マニホールドは、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。前記各セルの両側の平面にて前記発電素子部がそれぞれ形成されていることが好適である。また、前記発電素子部は、前記支持基板の平面における前記長手方向に沿う互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられていてもよい。この構成は、所謂「横縞型」とも呼ばれる。   Here, the air manifold is preferably fixed to the upper wall of the fuel manifold, but this need not be the case. It is preferable that the power generation element portions are formed on the planes on both sides of each cell. Moreover, the said electric power generation element part may each be provided in the several place mutually separated along the said longitudinal direction in the plane of the said support substrate. This configuration is also called a “horizontal stripe type”.

本発明者は、上記本発明の特徴（第１セルと第２セルとが第２方向に沿って交互に且つ互いに離れて配置される）を備えるスタック構造体では、上記本発明の特徴を備えないスタック構造体と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなることを見出した（この点については、後に詳述する）。これは、上記本発明の特徴を備えるスタック構造体では、上記本発明の特徴を備えないスタック構造体と比して、それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少ないことに基づく、と考えられる。   The inventor of the present invention has the above-described features of the present invention in a stack structure including the above-described features of the present invention (the first cells and the second cells are alternately arranged along the second direction and spaced apart from each other). It was found that the power generation efficiency of the entire stack structure is higher than that of the stack structure without this (this point will be described in detail later). This is based on the fact that the stack structure having the features of the present invention has less variation in the amount of air supplied to each inter-cell space than the stack structure having no features of the present invention. ,it is conceivable that.

更には、本発明者は、上記本発明の特徴を備え、且つ、前記セルの厚さが１〜５ｍｍである場合では、前記第２セルの前記第１側の側端面に対する前記第１セルの前記第１側の側端面の前記第１方向における前記第１側への突出量が１〜３０ｍｍであり、且つ、隣り合う前記セルの間の前記第２方向の間隔が１〜１０ｍｍであると、上記本発明の特徴を備えないスタック構造体と比べて、スタック構造体全体での発電効率がより一層高くなることも見出した（この点についても、後に詳述する）。   Further, the present inventor has the above-mentioned features of the present invention, and in the case where the thickness of the cell is 1 to 5 mm, the first cell has a first end face with respect to the first side end face of the second cell. The amount of protrusion of the side edge surface on the first side to the first side in the first direction is 1 to 30 mm, and the distance between the adjacent cells in the second direction is 1 to 10 mm. The present inventors have also found that the power generation efficiency of the entire stack structure is further increased as compared with the stack structure without the features of the present invention (this point will also be described in detail later).

上記本発明に係るスタック構造体において、前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における前記第２側に配置された第１壁であって、前記複数のセルの前記第１方向における前記第２側を覆うように前記上下方向及び前記第２方向に沿って延在する第１壁を備えることが好適である。ここにおいて、前記第１壁は、前記スタック状に整列する前記複数のセルの前記第１方向における第２側に接触していることが好ましいが、そうでなくてもよい。また、前記第１壁は、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。   In the stack structure according to the present invention, a first wall disposed on the second side in the first direction with respect to the plurality of cells arranged in a stack, wherein the first of the plurality of cells is the first wall. It is preferable to include a first wall extending along the vertical direction and the second direction so as to cover the second side in one direction. Here, it is preferable that the first wall is in contact with the second side in the first direction of the plurality of cells aligned in the stack, but this need not be the case. The first wall is preferably fixed to the upper wall of the fuel manifold, but this need not be the case.

これによれば、空気マニホールドの供給孔から流出した空気は、前記第１方向の第１側から第２側に向けて前記第１方向（セルの幅方向）に沿ってセル間空間を進行し、その後、前記第１壁に当たる。これにより、セル間空間におけるセルの根元側の部分の圧力がセルの幅方向の全域に亘って相対的に上昇し得る。この結果、セル間空間をセルの幅方向に沿って進行している空気は、セルの幅方向の全域に亘って、進行方向を変えて上方（セルの先端側）に向けて移動し始め得る（後述する図２２を参照）。セル間空間を上方に向けて移動していく空気は、セル間空間におけるセルの先端側から外部に排出される。この結果、セル間空間における広範囲に亘って均一に空気を供給することができ、燃料電池全体としての空気利用率をより一層高めることができる。   According to this, the air that flows out from the supply hole of the air manifold travels in the inter-cell space along the first direction (the cell width direction) from the first side to the second side in the first direction. Then, it hits the first wall. Thereby, the pressure of the part by the side of the cell in the space between cells can rise relatively over the whole area of the width direction of a cell. As a result, the air traveling along the cell width direction in the inter-cell space can start to move upward (at the tip of the cell) while changing the travel direction over the entire area in the cell width direction. (See FIG. 22 described later). The air moving upward in the inter-cell space is discharged to the outside from the front end side of the cell in the inter-cell space. As a result, air can be supplied uniformly over a wide range in the inter-cell space, and the air utilization rate of the entire fuel cell can be further increased.

上記本発明に係るスタック構造体において、前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面が前記第２セルの前記第２側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する場合、前記第１壁は、それぞれが、前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面と接触し且つ前記第１セルと隣り合う２つの前記第２セルの向かい合う平面の前記第１方向における前記第２側のそれぞれの端部と接触する、複数の部分を含むように構成され得る。   In the stack structure according to the present invention, the second side end surface in the first direction of the first cell is in the first direction with respect to the second side end surface of the second cell. When positioned on one side, each of the first walls is in contact with the second side surface of the first cell in the first direction and adjacent to the first cell. A plurality of portions in contact with respective ends of the second side in the first direction of the opposing planes.

上記本発明に係るスタック構造体において、前記スタック状に整列する前記複数のセルのうち前記第２方向における両端に位置する２つのセル（以下、「両端セル」とも呼ぶ）が前記第２セルである場合、「前記両端セルの前記第２方向における外側の両方に、前記両端セルとは離れて配置され且つ前記上下方向及び前記第１方向に沿って延在する一対の第２壁であって、前記第１方向における前記第１側の側端面が前記両端セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する一対の第２壁」を備えることが好適である。前記第２壁は、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。   In the stack structure according to the present invention, two cells located at both ends in the second direction (hereinafter also referred to as “both end cells”) among the plurality of cells arranged in the stack form are the second cells. In some cases, “a pair of second walls that are arranged apart from the both-end cells and extend along the up-down direction and the first direction both on the outside in the second direction of the both-end cells,” The side end surface on the first side in the first direction includes a pair of second walls positioned on the first side in the first direction with respect to the side end surface on the first side of the both-end cells. Is preferred. The second wall is preferably fixed to the upper wall of the fuel manifold, but this need not be the case.

これによれば、前記両端セルの前記第２方向における外側の両方に、セル間空間と同様の「両端セルの一つと第２壁の一つとで挟まれた空間」（以下、「両端空間」とも呼ぶ）がそれぞれ形成される。従って、前記両端セルの前記第２方向における外側の平面にもそれぞれ発電素子部（以下、「両端発電素子部」とも呼ぶ）が形成されている場合、両端発電素子部は両端空間内に位置することになる。従って、セル間空間内に位置する発電素子部と同様、両端発電素子部に対しても広範囲に亘って均一に空気を供給することができ、燃料電池全体としての空気利用率を更に一層高めることができる。   According to this, the “space sandwiched between one of the two end cells and one of the second walls” (hereinafter referred to as “the two end spaces”), similar to the inter-cell space, both outside the two end cells in the second direction. Are also formed. Accordingly, when power generation element portions (hereinafter also referred to as “both power generation element portions”) are formed on the outer planes in the second direction of the both end cells, the both end power generation element portions are located in both end spaces. It will be. Therefore, as with the power generation element portion located in the inter-cell space, air can be supplied uniformly over a wide range to both end power generation element portions, and the air utilization rate of the entire fuel cell can be further increased. Can do.

本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体に使用される１つのセルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows one cell used for the stack structure of the fuel cell which concerns on embodiment of this invention. 図１に示すセルの２−２線に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the 2-2 line of the cell shown in FIG. 図１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。It is the top view which showed the state of the fuel electrode and interconnector which were embed | buried under the recessed part of the support substrate shown in FIG. 図１に示すセルの作動状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation state of the cell shown in FIG. 図１に示すセル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。It is a figure for demonstrating the flow of the electric current in the operating state of the cell shown in FIG. 図１に示す支持基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the support substrate shown in FIG. 図１に示すセル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。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a first stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセル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。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a second stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセル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。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a third stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセル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。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a fourth stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセル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。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a fifth stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセル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。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a sixth stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセル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。FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a seventh stage in the process of manufacturing the cell shown in FIG. 1. 図１に示すセルの製造過程における第８段階における図２に対応する断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in an eighth stage in the manufacturing process of the cell shown in FIG. 1. 本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体の全体の斜視図である。1 is an overall perspective view of a stack structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図１５に示した燃料マニホールドの全体の斜視図である。FIG. 16 is an overall perspective view of the fuel manifold shown in FIG. 15. 図１６に示した支持板に形成された挿入孔の拡大図である。It is an enlarged view of the insertion hole formed in the support plate shown in FIG. 挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した横断面図である。It is the cross-sectional view which showed the mode of the junction part of an insertion hole and the one end part of a cell. 挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the mode of the junction part of an insertion hole and the one end part of a cell. 空気マニホールドと、スタックと、第１壁及び第２壁との位置関係を示した図である。It is the figure which showed the positional relationship of an air manifold, a stack, and the 1st wall and the 2nd wall. 図２０に示した空気マニホールドの正面図である。It is a front view of the air manifold shown in FIG. セル間空間を空気が移動する経路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the path | route which air moves in the space between cells. 本発明の実施形態の変形例に係る燃料電池のスタック構造体の図２０に対応する図である。FIG. 21 is a view corresponding to FIG. 20 of a stack structure of a fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention. 図２３に示した変形例における空気マニホールドの正面図である。It is a front view of the air manifold in the modification shown in FIG. 本発明の実施形態の他の変形例に係る燃料電池のスタック構造体の図２０に対応する図である。FIG. 21 is a view corresponding to FIG. 20 of a stack structure of a fuel cell according to another modification of the embodiment of the present invention.

（スタック構造体に使用されるセルの構成の一例）
先ず、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体に使用されるセル１００について説明する。図１に示すように、このセル１００は、長手方向（ｘ軸方向）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。 (Example of cell configuration used for stack structure)
First, a cell 100 used in a stack structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, this cell 100 is electrically connected in series to the upper and lower surfaces (main surfaces (planes) on both sides parallel to each other) of a flat plate-like support substrate 10 having a longitudinal direction (x-axis direction). A plurality (four in this example) of the same power generation element portions A connected to each other are arranged at a predetermined interval in the longitudinal direction, so-called “horizontal stripe type”.

このセル１００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Ｌ１が５０〜５００ｍｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さＬ２が１０〜１００ｍｍの長方形である（Ｌ１＞Ｌ２）。このセル１００の全体の厚さＬ３は、１〜５ｍｍである（Ｌ２＞Ｌ３）。このセル１００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、このセル１００の図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このセル１００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間の構成を示す部分断面図である。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。   The shape of the entire cell 100 viewed from above is, for example, a rectangle with a side length L1 in the longitudinal direction of 50 to 500 mm and a length L2 in the width direction (y-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction of 10 to 100 mm. Yes (L1> L2). The total thickness L3 of the cell 100 is 1 to 5 mm (L2> L3). The entire cell 100 has a vertically symmetrical shape with respect to a plane passing through the center in the thickness direction and parallel to the main surface of the support substrate 10. Hereinafter, in addition to FIG. 1, details of the cell 100 will be described with reference to FIG. 2, which is a partial cross-sectional view of the cell 100 corresponding to line 2-2 shown in FIG. 1. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a configuration (part of) each of a typical pair of adjacent power generation element portions A and A and a configuration between the power generation element portions A and A. The configuration between the other power generation element portions A and A in other sets is the same as the configuration shown in FIG.

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。後述する図６に示すように、支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。本例では、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。   The support substrate 10 is a flat plate-like fired body made of a porous material having no electronic conductivity. As shown in FIG. 6 to be described later, a plurality of (six in this example) fuel gas passages 11 (through holes) extending in the longitudinal direction are provided in the support substrate 10 at predetermined intervals in the width direction. Is formed. In this example, each recess 12 includes a bottom wall made of the material of the support substrate 10 and side walls closed in the circumferential direction made of the material of the support substrate 10 over the entire circumference (two side walls along the longitudinal direction and the width direction). A rectangular parallelepiped depression defined by two side walls).

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Ｙ２Ｏ３（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ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。 The support substrate 10 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or MgO. (Magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used.

支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。   The support substrate 10 may be configured to include “transition metal oxide or transition metal” and insulating ceramics. As the “transition metal oxide or transition metal”, NiO (nickel oxide) or Ni (nickel) is suitable. The transition metal can function as a catalyst for promoting a reforming reaction of the fuel gas (hydrocarbon-based gas reforming catalyst).

また、絶縁性セラミックスとしては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）が使用されてもよい。 Further, as the insulating ceramic, MgO (magnesium oxide) or “mixture of MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) and MgO (magnesium oxide)” is preferable. Further, CSZ (calcia stabilized zirconia), YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), Y 2 O 3 (yttria) may be used as the insulating ceramic.

このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。   As described above, since the support substrate 10 contains “transition metal oxide or transition metal”, the gas containing the residual gas component before the reforming is supplied to the fuel through the numerous pores inside the porous support substrate 10. In the process of being supplied from the gas flow path 11 to the fuel electrode, the catalytic action can promote the reforming of the residual gas component before the reforming. In addition, the insulating property of the support substrate 10 can be ensured by the support substrate 10 containing insulating ceramics. As a result, insulation between adjacent fuel electrodes can be ensured.

支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍ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。   The thickness of the support substrate 10 is 1 to 5 mm. Hereinafter, only the configuration on the upper surface side of the support substrate 10 will be described in consideration of the fact that the shape of the structure is vertically symmetrical. The same applies to the configuration of the lower surface side of the support substrate 10.

図２及び図３に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）に形成された各凹部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。   As shown in FIGS. 2 and 3, the entire fuel electrode current collector 21 is embedded (filled) in each recess 12 formed in the upper surface (upper main surface) of the support substrate 10. Therefore, each fuel electrode current collector 21 has a rectangular parallelepiped shape. A recess 21 a is formed on the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21. Each recess 21a has a rectangular parallelepiped shape defined by a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and side walls closed in the circumferential direction (two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction). It is a depression. Of the side walls closed in the circumferential direction, two side walls along the longitudinal direction are made of the material of the support substrate 10, and two side walls along the width direction are made of the material of the fuel electrode current collector 21.

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。   The entire anode active portion 22 is embedded (filled) in each recess 21a. Accordingly, each fuel electrode active portion 22 has a rectangular parallelepiped shape. A fuel electrode 20 is configured by the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22. The fuel electrode 20 (fuel electrode current collector 21 + fuel electrode active part 22) is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The two side surfaces and the bottom surface along the width direction of each anode active portion 22 are in contact with the anode current collecting portion 21 in the recess 21a.

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、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。   A recess 21b is formed in a portion of the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21 excluding the recess 21a. Each recess 21b has a rectangular parallelepiped shape defined by a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and side walls closed in the circumferential direction (two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction). It is a depression. Of the side walls closed in the circumferential direction, two side walls along the longitudinal direction are made of the material of the support substrate 10, and two side walls along the width direction are made of the material of the fuel electrode current collector 21.

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の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。   An interconnector 30 is embedded (filled) in each recess 21b. Accordingly, each interconnector 30 has a rectangular parallelepiped shape. The interconnector 30 is a fired body made of a dense material having electronic conductivity. The two side surfaces and the bottom surface along the width direction of each interconnector 30 are in contact with the fuel electrode current collector 21 in the recess 21b.

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。   The upper surface (outer surface) of the fuel electrode 20 (the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22), the upper surface (outer surface) of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10 form one plane (recessed portion). The same plane as the main surface of the support substrate 10 when 12 is not formed) is formed. That is, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10.

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Ｙ２Ｏ３（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。 The fuel electrode active part 22 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or you may comprise from NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium dope ceria). The fuel electrode current collector 21 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). The thickness of the anode active portion 22 is 5 to 30 μm, and the thickness of the anode current collecting portion 21 (that is, the depth of the recess 12) is 50 to 500 μm.

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素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。   As described above, the fuel electrode current collector 21 includes a substance having electronic conductivity. The fuel electrode active part 22 includes a substance having electron conductivity and a substance having oxygen ion conductivity. The “volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode active portion 22 is the “oxidative ion conductivity relative to the entire volume excluding the pore portion” in the anode current collecting portion 21. It is larger than the “volume ratio of the substance having”.

インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（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。 The interconnector 30 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, it may be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 30 is 10 to 100 μm.

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。   The entire surface excluding the central portion in the longitudinal direction of each portion where the plurality of interconnectors 30 are formed on the outer peripheral surface extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20 and the interconnector 30 are embedded in the respective recesses 12. Is covered with a solid electrolyte membrane 40. The solid electrolyte membrane 40 is a fired body made of a dense material having ionic conductivity and not electron conductivity. The solid electrolyte membrane 40 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or you may comprise from LSGM (lantern gallate). The thickness of the solid electrolyte membrane 40 is 3 to 50 μm.

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。   That is, the entire outer peripheral surface extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20 is embedded in each recess 12 is covered with a dense layer composed of the interconnector 30 and the solid electrolyte membrane 40. This dense layer exhibits a gas sealing function that prevents mixing of the fuel gas flowing in the space inside the dense layer and the air flowing in the space outside the dense layer.

なお、図２に示すように、本例では、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。   As shown in FIG. 2, in this example, the solid electrolyte membrane 40 covers the upper surface of the fuel electrode 20, both end portions in the longitudinal direction on the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Here, as described above, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Therefore, the solid electrolyte membrane 40 is flattened. As a result, compared with the case where a step is formed in the solid electrolyte membrane 40, the generation of cracks in the solid electrolyte membrane 40 due to stress concentration can be suppressed, and the gas sealing function of the solid electrolyte membrane 40 is reduced. Can be suppressed.

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。   An air electrode 60 is formed on the upper surface of a portion in contact with each fuel electrode active part 22 in the solid electrolyte membrane 40 via a reaction preventing film 50. The reaction preventing film 50 is a fired body made of a dense material, and the air electrode 60 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the reaction preventing film 50 and the air electrode 60 viewed from above is substantially the same rectangle as the fuel electrode active part 22.

反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（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）Ｏ３（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）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（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。 The reaction preventing film 50 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 50 is 3 to 50 μm. The air electrode 60 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, from LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite), etc. It may be configured. Further, the air electrode 60 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC. The thickness of the air electrode 60 is 10 to 100 μm.

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。   The reaction preventing film 50 is interposed because the YSZ in the solid electrolyte film 40 and the Sr in the air electrode 60 react with each other in the SOFC during the production or operation of the SOFC, and the solid electrolyte film 40 and the air electrode. This is to suppress the occurrence of a phenomenon in which a reaction layer having a large electric resistance is formed at the interface with the substrate 60.

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。   Here, the laminated body formed by laminating the fuel electrode 20, the solid electrolyte membrane 40, the reaction preventing membrane 50, and the air electrode 60 corresponds to the “power generation element portion A” (see FIG. 2). In other words, a plurality (four in this example) of power generating element portions A are arranged on the upper surface of the support substrate 10 at a predetermined interval in the longitudinal direction.

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。   For each pair of adjacent power generation element portions A and A, the air electrode 60 of one power generation element portion A (on the left side in FIG. 2) and the interconnector of the other power generation element portion A (on the right side in FIG. 2). The air electrode current collecting film 70 is formed on the upper surfaces of the air electrode 60, the solid electrolyte film 40, and the interconnector 30. The air electrode current collector film 70 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the air electrode current collector film 70 as viewed from above is a rectangle.

空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（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）ＣｏＯ３（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。 The air electrode current collector film 70 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) may be used. Or you may comprise from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector film 70 is 50 to 500 μm.

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。   By forming each air electrode current collecting film 70 in this way, for each pair of adjacent power generation element portions A and A, the air electrode 60 of one power generation element portion A (on the left side in FIG. 2), The other fuel electrode 20 (particularly, the fuel electrode current collector 21) of the power generating element part A (on the right side in FIG. 2) passes through the “air electrode current collector film 70 and interconnector 30” having electronic conductivity. Are electrically connected. As a result, a plurality (four in this example) of power generation element portions A arranged on the upper surface of the support substrate 10 are electrically connected in series. Here, the “air electrode current collector film 70 and the interconnector 30” having electronic conductivity correspond to “electrical connection portions”.

なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における「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「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。   The interconnector 30 corresponds to the “first portion made of a dense material” in the “electrical connection portion” and has a porosity of 10% or less. The air electrode current collecting film 70 corresponds to the “second portion made of a porous material” in the “electrical connection portion”, and has a porosity of 20 to 60%.

以上、説明した図１に示す「横縞型」のセル１００に対して、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）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− （於：空気極６０） …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− （於：燃料極２０） …（２） As described above, as shown in FIG. 4, the fuel gas (hydrogen gas or the like) flows through the fuel gas flow path 11 of the support substrate 10 with respect to the “horizontal stripe type” cell 100 shown in FIG. 10 by exposing the upper and lower surfaces (in particular, each air electrode current collecting film 70) to “gas containing oxygen” (air or the like) (or flowing a gas containing oxygen along the upper and lower surfaces of the support substrate 10), An electromotive force is generated by an oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the solid electrolyte membrane 40. Furthermore, when this structure is connected to an external load, chemical reactions shown in the following formulas (1) and (2) occur, and current flows (power generation state).
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2− (where: air electrode 60) (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (in the fuel electrode 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、このセル１００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。   In the power generation state, as shown in FIG. 5, a current flows as indicated by an arrow in each pair of adjacent power generation element portions A and A. As a result, as shown in FIG. 4, from the entire cell 100 (specifically, in FIG. 4, the interconnector 30 of the power generating element part A on the foremost side and the air electrode 60 of the power generating element part A on the farthest side) The power is removed.

（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のセル１００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。 (Production method)
Next, an example of a manufacturing method of the “horizontal stripe type” cell 100 shown in FIG. 1 will be briefly described with reference to FIGS. 6 to 14, “g” at the end of the reference numeral of each member represents that the member is “before firing”.

先ず、図６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７−７線に対応する部分断面を表す図７〜図１４を参照しながら説明を続ける。   First, a support substrate molded body 10g having the shape shown in FIG. 6 is produced. The molded body 10g of the support substrate is manufactured by using a method such as extrusion molding or cutting using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the support substrate 10 (for example, CSZ). obtain. Hereinafter, the description will be continued with reference to FIGS. 7 to 14 showing partial cross sections corresponding to line 7-7 shown in FIG. 6.

図７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８に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図９に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部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を用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。   When the support substrate molded body 10g is manufactured as shown in FIG. 7, the fuel electrode current collector is then placed in each recess formed in the upper and lower surfaces of the support substrate molded body 10g as shown in FIG. Each of the molded parts 21g is embedded and formed. Next, as shown in FIG. 9, a molded body 22g of the fuel electrode active portion is embedded and formed in each recess formed in the outer surface of the molded body 21g of each fuel electrode current collector. The molded body 21g of each fuel electrode current collector and each of the fuel electrode active parts 22g use, for example, a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode 20 (for example, Ni and YSZ), It is embedded and formed using printing methods.

続いて、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ３）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埋設・形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 10, in each concave portion formed in “the portion excluding the portion where the molded body 22 g of the fuel electrode active portion is embedded” on the outer surface of the molded body 21 g of each fuel electrode current collector. The interconnector molded bodies 30g are respectively embedded and formed. The molded body 30g of each interconnector is embedded and formed by using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the interconnector 30 (for example, LaCrO 3 ), using a printing method or the like. .

次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・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が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、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。   Next, as shown in FIG. 11, the outer periphery extending in the longitudinal direction of the molded body 10g of the support substrate in a state in which the molded body (21g + 22g) of the plurality of fuel electrodes and the molded body 30g of the plurality of interconnectors are respectively embedded and formed. A solid electrolyte membrane molded film 40g is formed on the entire surface excluding the central portion in the longitudinal direction of each portion where the plurality of interconnector molded bodies 30g are formed. The molded membrane 40g of the solid electrolyte membrane is formed using, for example, a printing method, a dipping method, etc., using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the solid electrolyte membrane 40 (for example, YSZ). The

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。   Next, as shown in FIG. 12, a reaction prevention film molding film 50g is formed on the outer surface of the solid electrolyte membrane molding body 40g in contact with the fuel electrode molding body 22g. The molded film 50g of each reaction preventing film is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material (for example, GDC) of the reaction preventing film 50, using a printing method or the like.

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に示したセル１００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。   Then, 10 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired in air at 1500 ° C. for 3 hours. Thereby, the structure of the state in which the air electrode 60 and the air electrode current collection film | membrane 70 are not formed in the cell 100 shown in FIG. 1 is obtained.

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。   Next, as shown in FIG. 13, an air electrode forming film 60 g is formed on the outer surface of each reaction preventing film 50. The molded film 60g of each air electrode is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode 60 (for example, LSCF), using a printing method or the like.

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。   Next, as shown in FIG. 14, for each pair of adjacent power generation element portions, air is formed so as to straddle the air electrode molding film 60 g of one power generation element portion and the interconnector 30 of the other power generation element portion. On the outer surface of the electrode forming film 60 g, the solid electrolyte film 40, and the interconnector 30, the air electrode current collecting film forming film 70 g is formed. The forming film 70g of each air electrode current collector film is obtained by using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector film 70 (for example, LSCF), using a printing method or the like. It is formed.

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に示したセル１００が得られる。以上、図１に示したセル１００の製造方法の一例について説明した。   Then, the support substrate 10 in which the molded films 60g and 70g are thus formed is baked in air at 1050 ° C. for 3 hours. Thereby, the cell 100 shown in FIG. 1 is obtained. In the above, an example of the manufacturing method of the cell 100 shown in FIG. 1 was demonstrated.

なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極２０中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、これらの導電性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で１〜１０時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。   At this time, the Ni component in the fuel electrode 20 is NiO by firing in an oxygen-containing atmosphere. Therefore, in order to acquire these electroconductivity, after that, reducing fuel gas is flowed from the support substrate 10 side, and NiO is reduced at 800 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours. This reduction process may be performed during power generation.

（スタック構造体の全体構成の一例）
次に、上述したセル１００を用いた本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体について説明する。図１５に示すように、このスタック構造体は、多数のセル１００と、多数のセル１００のそれぞれに燃料ガスを供給するための燃料マニホールド２００と、を備えている。燃料マニホールド２００の全体は、ステンレス鋼等の材料で構成されている。燃料マニホールド２００は、内部空間（直方体状の空間、前記第１内部空間に対応）を備えた、長手方向（ｚ軸方向）を有する直方体状の筐体である。なお、図１５では、後述する空気マニホールド６００、第２壁７００、及び第１壁８００が省略されている。 (Example of overall structure of stack structure)
Next, a stack structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention using the above-described cell 100 will be described. As shown in FIG. 15, this stack structure includes a large number of cells 100 and a fuel manifold 200 for supplying fuel gas to each of the large number of cells 100. The entire fuel manifold 200 is made of a material such as stainless steel. The fuel manifold 200 is a rectangular parallelepiped housing having an internal space (a rectangular parallelepiped space, corresponding to the first internal space) and having a longitudinal direction (z-axis direction). In FIG. 15, an air manifold 600, a second wall 700, and a first wall 800, which will be described later, are omitted.

燃料マニホールド２００の上壁（天板、換言すれば、ガスタンクの天板（平板））は、多数のセル１００を支持するための支持板２１０を兼ねている。また、燃料マニホールド２００には、外部から燃料マニホールド２００の内部空間に燃料ガスを導入するための導入通路２２０が、支持板２１０上にて、燃料マニホールド２００の長手方向（ｚ軸方向）の一方側（ｚ軸正方向側）の端部に設けられている。導入通路２２０と燃料マニホールド２００の内部空間とは連通している。   The upper wall (top plate, in other words, the top plate (flat plate) of the gas tank) of the fuel manifold 200 also serves as a support plate 210 for supporting a large number of cells 100. Further, the fuel manifold 200 has an introduction passage 220 for introducing fuel gas from the outside into the internal space of the fuel manifold 200 on one side of the longitudinal direction (z-axis direction) of the fuel manifold 200 on the support plate 210. It is provided at the end of the z-axis positive direction side. The introduction passage 220 and the internal space of the fuel manifold 200 communicate with each other.

各セル１００が支持板２１０（＝マニホールド２００の上壁）から上方（ｘ軸正方向）に向けてそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、各セル１００がｙ軸方向（前記第１方向）に沿ってそれぞれ延在し且つ複数のセル１００がｚ軸方向（前記第２方向）に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、各セル１００の長手方向（ｘ軸方向）における燃料ガス流入側の端部が、支持板２１０にて接合・支持されている。燃料マニホールド２００の内部空間と、複数のセル１００の燃料ガス流路１１のそれぞれとは連通している。各セル１００の長手方向（ｘ軸方向）における燃料ガス排出側の端部は、自由端となっている。従って、このスタック構造は、「片持ちスタック構造」と表現することができる。   Each cell 100 protrudes upward (in the positive x-axis direction) from the support plate 210 (= the upper wall of the manifold 200) and when viewed from above, each cell 100 is in the y-axis direction (the first The longitudinal direction of each cell 100 (x-axis direction) so that each cell 100 extends along one direction) and the plurality of cells 100 are separated from each other along the z-axis direction (second direction) and stacked. The end of the fuel gas inflow side is joined and supported by the support plate 210. The internal space of the fuel manifold 200 communicates with each of the fuel gas flow paths 11 of the plurality of cells 100. The end portion on the fuel gas discharge side in the longitudinal direction (x-axis direction) of each cell 100 is a free end. Therefore, this stack structure can be expressed as a “cantilever stack structure”.

図１６に示すように、支持板２１０（＝マニホールド２００の上壁）の表面には、燃料マニホールド２００の内部空間と連通する多数の挿入孔２１１（貫通孔）が形成されている。各挿入孔２１１には、対応するセル１００の燃料ガス流入側の一端部がそれぞれ挿入される。   As shown in FIG. 16, a large number of insertion holes 211 (through holes) communicating with the internal space of the fuel manifold 200 are formed on the surface of the support plate 210 (= the upper wall of the manifold 200). One end of the corresponding cell 100 on the fuel gas inflow side is inserted into each insertion hole 211.

図１７に示すように、本実施形態では、複数の挿入孔２１１は同形である。各挿入孔２１１の形状は、ｙ軸方向に延在する長円形状を呈している。また、複数の挿入孔２１１は、ｙ軸方向において隣よりｙ軸正方向側に位置するものと、ｙ軸方向において隣よりｙ軸負方向側に位置するものと、が交互に、且つ、ｚ軸方向において同じ間隔をおいて配置されている。   As shown in FIG. 17, in the present embodiment, the plurality of insertion holes 211 have the same shape. Each insertion hole 211 has an oval shape extending in the y-axis direction. In addition, the plurality of insertion holes 211 are alternately arranged in the y-axis direction, which are located on the y-axis positive direction side from the adjacent side, and in the y-axis direction, on the y-axis negative direction side from the next side, and z They are arranged at the same interval in the axial direction.

各挿入孔２１１の長さ（ｙ軸方向の寸法）は、セル１００の一端部の側面の長さＬ２（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。同様に、各挿入孔２１１の幅（ｚ軸方向の寸法）は、セル１００の一端部の側面の幅Ｌ３（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。即ち、図１８、１９に示すように、セル１００の一端部が挿入孔２１１に挿入された状態では、挿入孔２１１の内壁とセル１００の一端部の外壁との間に隙間が形成される。換言すれば、セル１００の一端部が挿入孔２１１に遊嵌される。なお、図１８、図１９（特に、図１８）では、前記隙間が誇張して描かれている。   The length of each insertion hole 211 (dimension in the y-axis direction) is 0.2 to 3 mm larger than the length L2 (see FIG. 1) of the side surface of one end of the cell 100. Similarly, the width (dimension in the z-axis direction) of each insertion hole 211 is 0.2 to 3 mm larger than the width L3 (see FIG. 1) of the side surface of one end of the cell 100. That is, as shown in FIGS. 18 and 19, when one end of the cell 100 is inserted into the insertion hole 211, a gap is formed between the inner wall of the insertion hole 211 and the outer wall of one end of the cell 100. In other words, one end of the cell 100 is loosely fitted in the insertion hole 211. In FIG. 18 and FIG. 19 (particularly FIG. 18), the gap is exaggerated.

図１８に示すように、多数のセル１００に関し、セル１００の幅方向（ｙ軸方向）における第１側（ｙ軸正方向側）の側端面が隣り合うセル１００の前記第１側の側端面に対して幅方向における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置するセル（以下、「第１セル１００Ａ」と呼ぶ）と、セル１００の前記第１側の側端面が隣り合うセル１００の前記第１側の側端面に対して幅方向における前記第１側と反対の第２側（ｙ軸負方向側）に位置するセル（以下、「第２セル１００Ｂ」と呼ぶ）と、が、ｚ軸方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されている。換言すれば、複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化している。   As shown in FIG. 18, with respect to a large number of cells 100, the side end surface on the first side of the cell 100 adjacent to the side end surface on the first side (y axis positive direction side) in the width direction (y axis direction) of the cell 100. The cell 100 (hereinafter referred to as “first cell 100A”) located on the first side (y-axis positive direction side) in the width direction is adjacent to the cell 100 on which the side end surface on the first side of the cell 100 is adjacent. A cell (hereinafter referred to as “second cell 100B”) located on a second side (y-axis negative direction side) opposite to the first side in the width direction with respect to the side end surface of the first side of , And alternately arranged along the z-axis direction and spaced apart from each other. In other words, the positions in the width direction of the side end surfaces on the air manifold 600 side of the plurality of cells 100 are alternately changed.

本実施形態では、複数のセル１００（より具体的には、支持基板１０）のｙ−ｚ平面に沿う断面の形状は同形である。従って、図１８に示すように、第１セル１００Ａの前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面は、第２セル１００Ｂの前記第２側の側端面に対して幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置している。ｚ軸方向からみて、第１、第２セル１００Ａ、１００Ｂは、セルの幅方向（ｙ軸方向）において重なる部分を有している。   In the present embodiment, the cross-sectional shape along the yz plane of the plurality of cells 100 (more specifically, the support substrate 10) is the same. Accordingly, as shown in FIG. 18, the side end surface on the second side (y-axis negative direction side) of the first cell 100A is in the width direction (y-axis) with respect to the side end surface on the second side of the second cell 100B. In the direction) on the first side (y-axis positive direction side). When viewed from the z-axis direction, the first and second cells 100A and 100B have overlapping portions in the cell width direction (y-axis direction).

図１８において、寸法Ｌ３（セル１００の厚さ）が１〜５ｍｍである場合、寸法Ｌ４（第２セル１００Ｂの前記第１側の側端面に対する第１セル１００Ａの前記第１側の側端面のｙ軸正方向の突出量）が１〜３０ｍｍであり、且つ、寸法Ｌ５（隣り合うセル１００の間のｚ軸方向の間隔）は１〜１０ｍｍであることが好適である。この点については後述する。   In FIG. 18, when the dimension L3 (the thickness of the cell 100) is 1 to 5 mm, the dimension L4 (the side end surface on the first side of the first cell 100A with respect to the side end surface on the first side of the second cell 100B). It is preferable that the protrusion amount in the positive y-axis direction is 1 to 30 mm, and the dimension L5 (the interval in the z-axis direction between adjacent cells 100) is 1 to 10 mm. This point will be described later.

図１８、図１９に示すように、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれにおいて、固化された接合材３００が前記隙間に充填されるように設けられている。これにより、各挿入孔２１１と対応するセル１００の一端部とがそれぞれ接合・固定されている。図１９に示すように、各セル１００のガス流路１１の一端部は、燃料マニホールド２００の内部空間と連通している。   As shown in FIGS. 18 and 19, solidified bonding material 300 is provided so as to fill the gap in each of the bonding portions between the insertion hole 211 and one end of the cell 100. Thereby, each insertion hole 211 and the one end part of the corresponding cell 100 are joined and fixed, respectively. As shown in FIG. 19, one end of the gas flow path 11 of each cell 100 communicates with the internal space of the fuel manifold 200.

また、図１９に示すように、隣接するセル１００、１００の間の空間（以下、「セル間空間」とも呼ぶ）には、隣接するセル１００、１００の間（より詳細には、一方のセル１００の燃料極２０と他方のセル１００の空気極６０）を電気的に直列に接続するための集電部材４００が介在している。集電部材４００は、例えば、金属メッシュ等で構成される。加えて、各セル１００について表側と裏側とを電気的に直列に接続するための集電部材５００も設けられている。各セル間空間の幅（ｚ軸方向の距離）は、上記寸法Ｌ５（図１８を参照）と同じである。   Further, as shown in FIG. 19, a space between adjacent cells 100 and 100 (hereinafter also referred to as “inter-cell space”) is provided between adjacent cells 100 and 100 (more specifically, one cell). A current collecting member 400 for electrically connecting the 100 fuel electrodes 20 and the air electrode 60) of the other cell 100 in series is interposed. The current collecting member 400 is made of, for example, a metal mesh. In addition, a current collecting member 500 for electrically connecting the front side and the back side of each cell 100 in series is also provided. The width of each inter-cell space (distance in the z-axis direction) is the same as the dimension L5 (see FIG. 18).

なお、図１９から理解できるように、集電部材４００は、複数の発電素子部Ａのうち上下方向（ｘ軸方向）における最も下側に設けられた発電素子部Ａ（以下、「最下発電素子部ＡＳ」とも呼ぶ）より下側に配置されている。換言すれば、集電部材４００は、燃料マニホールド２００の上壁から突出するセル１００の根元側（即ち、燃料ガス流入側）に接続されている。これは、セル１００の根元側より温度が高いセル１００の先端側（即ち、燃料ガス排出側）に集電部材４００を設けると、集電部材４００とセル１００との接合部位にて剥離が発生し易いことに因る。ガス排出口から排出された余剰の燃料ガスが周囲の空気（酸素）と反応（燃焼）することによって、その燃焼による熱を受けてセル１００の先端側の温度は局所的に高くなる。   As can be understood from FIG. 19, the current collecting member 400 includes the power generating element portion A (hereinafter referred to as “the lowest power generation”) provided on the lowest side in the vertical direction (x-axis direction) among the plurality of power generating element portions A (Also referred to as “element portion AS”). In other words, the current collecting member 400 is connected to the base side (that is, the fuel gas inflow side) of the cell 100 protruding from the upper wall of the fuel manifold 200. This is because if the current collecting member 400 is provided on the tip side (that is, the fuel gas discharge side) of the cell 100 where the temperature is higher than the base side of the cell 100, peeling occurs at the junction between the current collecting member 400 and the cell 100. Because it is easy to do. When the surplus fuel gas discharged from the gas discharge port reacts (burns) with the surrounding air (oxygen), the temperature at the front end side of the cell 100 is locally increased by receiving heat from the combustion.

接合材３００は、ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系や、ＭｇＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系等の結晶化ガラスで構成される。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラス（セラミックス）を指す。結晶化ガラスの結晶化度は、具体的には、例えば、「ＸＲＤ等を用いて結晶相を同定し、ＳＥＭ及びＥＤＳ、或いは、ＳＥＭ及びＥＰＭＡ等を用いて結晶化後のガラスの組織や組成分布を観察した結果に基づいて、結晶相領域の体積割合を算出する」ことによって得ることができる。 The bonding material 300 is made of crystallized glass such as MgO—CaO—SiO 2 —B 2 O 3 or MgO—BaO—SiO 2 —B 2 O 3 . In this specification, crystallized glass means that the ratio (crystallinity) of “volume occupied by crystal phase” to the total volume is 60% or more, and “volume occupied by amorphous phase and impurities relative to the total volume”. "Refers to glass (ceramics) having a ratio of less than 40%. The crystallinity of the crystallized glass is specifically determined by, for example, “the crystal phase and the composition after the crystal phase is identified by using XRD or the like and crystallized by using SEM and EDS or SEM and EPMA. The volume ratio of the crystal phase region is calculated based on the result of observing the distribution.

また、図２０〜図２２に示すように、このスタック構造体は、それぞれのセル間空間に空気を供給するための空気マニホールド６００を備えている。空気マニホールド６００は、内部空間（直方体状の空間、前記第２内部空間に対応）を備えた、長手方向（ｚ軸方向）を有する直方体状の筐体である。   As shown in FIGS. 20 to 22, the stack structure includes an air manifold 600 for supplying air to each inter-cell space. The air manifold 600 is a rectangular parallelepiped housing having an internal space (a rectangular parallelepiped space, corresponding to the second internal space) and having a longitudinal direction (z-axis direction).

特に、図２０及び図２２に示すように、空気マニホールド６００は、燃料マニホールド２００の上壁にて、スタック状に整列する複数のセル１００に対してｙ軸方向（セルの幅方向）における第１側（ｙ軸正方向側）にて、複数のセル１００から離れて配置されている。空気マニホールド６００は、第２内部空間と連通する供給孔６１０を備える。この供給孔６１０から、それぞれのセル間空間に向けて空気が供給される。   In particular, as shown in FIGS. 20 and 22, the air manifold 600 is the first in the y-axis direction (cell width direction) with respect to the plurality of cells 100 arranged in a stack on the upper wall of the fuel manifold 200. On the side (y-axis positive direction side), they are arranged apart from the plurality of cells 100. The air manifold 600 includes a supply hole 610 that communicates with the second internal space. Air is supplied from the supply holes 610 toward each inter-cell space.

供給孔６１０は、空気マニホールド６００におけるスタック側（ｙ軸負方向側）の側面に形成されている。従って、供給孔６１０は、ｙ軸方向（セルの幅方向）における前記第２側（ｙ軸負方向側）に向けて開口している。図２１に示すように、本実施形態では、複数の円形の供給孔６１０が、ｚ軸方向に沿うように、ｚ軸方向において複数のセル間空間に対応する位置にそれぞれ独立して形成されている。   The supply hole 610 is formed on the side surface of the air manifold 600 on the stack side (y-axis negative direction side). Accordingly, the supply hole 610 opens toward the second side (y-axis negative direction side) in the y-axis direction (cell width direction). As shown in FIG. 21, in this embodiment, a plurality of circular supply holes 610 are formed independently at positions corresponding to a plurality of inter-cell spaces in the z-axis direction, along the z-axis direction. Yes.

図１９及び図２２に示すように、供給孔６１０は、上下方向（ｘ軸方向）において「集電部材４００とはオーバラップせず、且つ、最下発電素子部ＡＳとはオーバラップする位置」に配置されている。本実施形態では、供給孔６１０は、上下方向（ｓ軸方向）において「最下発電素子部ＡＳの中央部に対応する位置」に配置されている。   As shown in FIGS. 19 and 22, the supply hole 610 is “a position that does not overlap with the current collecting member 400 and overlaps with the lowermost power generation element portion AS” in the vertical direction (x-axis direction). Is arranged. In the present embodiment, the supply hole 610 is disposed at “a position corresponding to the central portion of the lowest power generation element portion AS” in the vertical direction (s-axis direction).

また、図２０及び図２２に示すように、このスタック構造体は、セル間空間内における空気の移動経路を制御するための第１壁８００が、燃料マニホールド２００の上壁にて、スタック状に整列した複数のセル１００に対してｙ軸方向（セルの幅方向）における第２側（ｙ軸負方向側）に配置されている。   Further, as shown in FIGS. 20 and 22, in this stack structure, the first wall 800 for controlling the air movement path in the inter-cell space is stacked in the upper wall of the fuel manifold 200. The plurality of aligned cells 100 are arranged on the second side (y-axis negative direction side) in the y-axis direction (cell width direction).

第１壁８００は、スタック状に整列した複数のセル１００のｙ軸方向（セルの幅方向）における第２側（ｙ軸負方向側）を覆うように、ｘ−ｚ平面方向に沿って延在している。本実施形態では、第１壁８００は、「それぞれが、第１セル１００Ａの幅方向における前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面と接触し、且つ、第１セル１００と隣り合う２つの第２セル１００Ｂの向かい合う平面の幅方向における前記第２側（ｙ軸負方向側）のそれぞれの端部と接触する、複数の部分」を含んで構成されている。   The first wall 800 extends along the xz plane direction so as to cover the second side (y-axis negative direction side) in the y-axis direction (cell width direction) of the plurality of cells 100 arranged in a stack. Exist. In the present embodiment, the first wall 800 is “each of which is in contact with the side end surface on the second side (y-axis negative direction side) in the width direction of the first cell 100 </ b> A and is adjacent to the first cell 100. It includes a plurality of portions that are in contact with respective end portions on the second side (y-axis negative direction side) in the width direction of the planes of the two second cells 100B facing each other.

なお、図２０に示すように、本実施形態では、セル間空間内における空気の移動経路を制御するため、第１壁８００に加えて、一対の第２壁７００も、燃料マニホールド２００の上壁にて配置されている。一対の第２壁７００は、スタック状に整列した複数のセル１００のうちｚ軸方向の両端に位置する一対のセル１００（以下、「両端セル」と呼ぶ）に対して、平行、且つ、各セル間空間の幅（ｚ軸方向の距離）と同じ距離だけｚ軸方向に離れて配置されている。換言すれば、本実施形態では、スタック状に整列した複数のセル１００は、上方からみたとき、四方のうち、空気マニホールド６００と向かい合う方向を除いた三方について、一対の第２壁７００、及び、第１壁８００によって覆われている。   As shown in FIG. 20, in this embodiment, in order to control the movement path of air in the inter-cell space, in addition to the first wall 800, the pair of second walls 700 also includes the upper wall of the fuel manifold 200. It is arranged at. The pair of second walls 700 is parallel to a pair of cells 100 (hereinafter referred to as “both end cells”) located at both ends in the z-axis direction among the plurality of cells 100 arranged in a stack, and each They are spaced apart in the z-axis direction by the same distance as the width of the inter-cell space (distance in the z-axis direction). In other words, in the present embodiment, the plurality of cells 100 arranged in a stack form a pair of second walls 700 in three directions excluding the direction facing the air manifold 600 when viewed from above. Covered by the first wall 800.

なお、図２０に示すように、本実施形態では、前記両端セル１００が第２セル１００Ｂであり、且つ、一対の第２壁７００の幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）の側端面が、前記両端セルの前記第１側の側端面に対して幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置している。   As shown in FIG. 20, in the present embodiment, the both-end cells 100 are the second cells 100B, and the first side (y-axis) in the width direction (y-axis direction) of the pair of second walls 700. A side end surface on the positive direction side is located on the first side (y axis positive direction side) in the width direction (y axis direction) with respect to the side end surface on the first side of the both end cells.

これにより、前記両端セルのｚ軸方向における外側の両方に、セル間空間と同様の「両端セルの一つと第２壁７００の一つとで挟まれた空間」（以下、「両端空間」とも呼ぶ）がそれぞれ形成される。従って、前記両端セルのｚ軸方向における外側の平面に形成されている発電素子部Ａ（以下、「両端発電素子部」とも呼ぶ）は前記両端空間内に位置することになる。従って、セル間空間内に位置する発電素子部Ａと同様、両端発電素子部に対しても広範囲に亘って均一に空気を供給することができる。   As a result, “a space sandwiched between one end cell and one second wall 700” (hereinafter also referred to as “end space”), similar to the inter-cell space, on both outsides of the both end cells in the z-axis direction. ) Are formed. Therefore, the power generating element portion A (hereinafter also referred to as “both power generating element portions”) formed on the outer plane in the z-axis direction of the both end cells is located in the both end spaces. Therefore, similarly to the power generation element portion A located in the inter-cell space, air can be uniformly supplied over a wide range to both end power generation element portions.

以上、説明した燃料電池の片持ちスタック構造を稼働させる際には、図１５、図１９、図２０、及び、図２２に示すように、高温（例えば、６００〜８００℃）の燃料ガス（水素等）及び「空気」を流通させる。即ち、図１５、及び、図１９に示すように、導入通路２２０から導入された燃料ガスは、燃料マニホールド２００の内部空間へと移動し、その後、各挿入孔２１１を介して対応するセル１００のガス流路１１にそれぞれ導入される。各ガス流路１１を通過した燃料ガスは、その後、各ガス流路１１の他端（自由端）から外部に排出される。   As described above, when the cantilever stack structure of the fuel cell described above is operated, as shown in FIGS. 15, 19, 20, and 22, a high-temperature (for example, 600 to 800 ° C.) fuel gas (hydrogen Etc.) and “air”. That is, as shown in FIG. 15 and FIG. 19, the fuel gas introduced from the introduction passage 220 moves to the internal space of the fuel manifold 200, and then the corresponding cell 100 via each insertion hole 211. Each is introduced into the gas flow path 11. The fuel gas that has passed through each gas flow path 11 is then discharged from the other end (free end) of each gas flow path 11 to the outside.

一方、図１９、図２０、及び、図２２に示すように、図示しない導入通路から空気マニホールド６００の内部空間に導入された空気は、それぞれの供給孔６１０から流出する。それぞれの供給孔６１０から流出した空気は、セルの幅方向（ｙ軸方向）に沿って、それぞれのセル間空間における最下発電素子部ＡＳの近傍部分を進行し、その後、第１壁８００に当たる。これにより、それぞれのセル間空間におけるセル１００の根元側の部分の圧力がセル１００の幅方向（ｙ軸方向）の全域に亘って相対的に上昇し得る。この結果、セル間空間における最下発電素子部ＡＳの近傍部分をセル１００の幅方向に沿って進行している空気は、セル１００の幅方向の全域に亘って、進行方向を変えて上方（セル１００の先端側）に向けて移動し始め得る（特に、図２２を参照）。セル間空間を上方に向けて移動していく空気は、セル間空間における最下発電素子部ＡＳより上方に位置する１つ又は複数の発電素子部Ａの近傍部分を順に通過し（特に、図１９を参照）、その後、セル間空間におけるセル１００の先端側から外部に排出される（特に、図２２を参照）。この結果、セル間空間における広範囲に亘って均一に空気を供給することができる。即ち、空気利用率を高めることができ、この結果、スタック構造体において高出力を得ることができる。   On the other hand, as shown in FIGS. 19, 20, and 22, the air introduced into the internal space of the air manifold 600 from an unillustrated introduction passage flows out from the respective supply holes 610. The air flowing out from each supply hole 610 travels in the vicinity of the lowest power generation element portion AS in each inter-cell space along the cell width direction (y-axis direction), and then hits the first wall 800. . Thereby, the pressure of the portion on the base side of the cell 100 in each inter-cell space can be relatively increased over the entire width direction (y-axis direction) of the cell 100. As a result, the air traveling along the width direction of the cell 100 in the vicinity of the lowermost power generation element portion AS in the inter-cell space changes upward in the traveling direction over the entire width direction of the cell 100 ( It can begin to move towards the tip side of the cell 100 (see in particular FIG. 22). The air moving upward in the inter-cell space sequentially passes in the vicinity of one or more power generation element portions A located above the lowermost power generation element portion AS in the inter-cell space (particularly in FIG. 19), and thereafter discharged from the front end side of the cell 100 in the inter-cell space (especially, refer to FIG. 22). As a result, air can be supplied uniformly over a wide range in the inter-cell space. That is, the air utilization rate can be increased, and as a result, a high output can be obtained in the stack structure.

上述した片持ちスタック構造は、例えば、以下の手順で組み立てられる。先ず、必要な枚数の完成したセル１００、完成した燃料マニホールド２００、完成した空気マニホールド６００、一対の第２壁７００、及び、第１壁８００が準備される。次いで、所定の治具等を用いて、複数のセル１００がスタック状に整列・固定される。次に、複数のセル１００がスタック状に整列・固定された状態が維持されながら、複数のセル１００のそれぞれの一端部が、支持板２１０の対応する挿入孔２１１に一度に挿入される。次いで、接合材３００用の非晶質材料（非晶質ガラス）のペーストが、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれの隙間に充填される。その際、図１９に示すように、ペーストが支持板２１０の表面から上方に向けてはみ出す程度まで前記接合部に供給されてもよい。   The above-mentioned cantilever stack structure is assembled by the following procedure, for example. First, a required number of completed cells 100, a completed fuel manifold 200, a completed air manifold 600, a pair of second walls 700, and a first wall 800 are prepared. Next, the plurality of cells 100 are aligned and fixed in a stack using a predetermined jig or the like. Next, one end of each of the plurality of cells 100 is inserted into the corresponding insertion hole 211 of the support plate 210 at a time while maintaining the state in which the plurality of cells 100 are aligned and fixed in a stack. Next, a paste of an amorphous material (amorphous glass) for the bonding material 300 is filled in each gap of the bonding portion between the insertion hole 211 and one end portion of the cell 100. At that time, as shown in FIG. 19, the paste may be supplied to the joint to the extent that it protrudes upward from the surface of the support plate 210.

次に、上記のように充填された非晶質材料ペーストに熱処理（結晶化処理）が加えられる。この熱処理によって非晶質材料の温度がその結晶化温度まで到達すると、結晶化温度下にて、材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される接合材３００が機能を発揮し、各セルの一端部が対応する挿入孔２１１にそれぞれ接合・固定される。換言すれば、各セル１００の一端部が接合材３００を用いて支持板２１０にそれぞれ接合・支持される。その後、前記所定の治具が複数のセル１００から取り外される。その後、燃料マニホールド２００の上壁の所定の位置に、空気マニホールド６００、一対の第２壁７００、及び、第１壁８００が固設されて、上述した片持ちスタック構造体が完成する。   Next, heat treatment (crystallization treatment) is applied to the amorphous material paste filled as described above. When the temperature of the amorphous material reaches its crystallization temperature by this heat treatment, a crystal phase is generated inside the material at the crystallization temperature, and crystallization proceeds. As a result, the amorphous material is solidified and ceramicized to become crystallized glass. Thereby, the bonding material 300 made of crystallized glass exhibits a function, and one end of each cell is bonded and fixed to the corresponding insertion hole 211. In other words, one end of each cell 100 is joined and supported by the support plate 210 using the joining material 300. Thereafter, the predetermined jig is removed from the plurality of cells 100. Thereafter, the air manifold 600, the pair of second walls 700, and the first wall 800 are fixed at predetermined positions on the upper wall of the fuel manifold 200, and the above-described cantilever stack structure is completed.

（作用・効果）
以下、上述のように、第１及び第２セル１００Ａ、１００Ｂが、ｚ軸方向に沿って交互に配置されることによる作用・効果について説明する。上記発明の概要の欄に述べたように、スタック構造体において高い発電効率を得るためには、空気をそれぞれのセル間空間にできる限り均一に供給することが重要である。 (Action / Effect)
Hereinafter, as described above, operations and effects obtained by alternately arranging the first and second cells 100A and 100B along the z-axis direction will be described. As described in the section of the outline of the present invention, in order to obtain high power generation efficiency in the stack structure, it is important to supply air as uniformly as possible to each inter-cell space.

本発明者は、スタック構造体における複数のセル１００の空気マニホールド６００側（幅方向における第１側）の側端面の幅方向（ｙ軸方向）の位置に着目した。そして、本発明者は、上記実施形態のように、複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する場合（即ち、第１及び第２セル１００Ａ、１００Ｂがｚ軸方向に沿って交互に配置される場合）、前記側端面の幅方向の位置が全て同じ態様と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなることを見出した。   The inventor paid attention to the position in the width direction (y-axis direction) of the side end surface of the plurality of cells 100 in the stack structure on the air manifold 600 side (first side in the width direction). And this inventor is the case where the position of the width direction of the side end surface at the side of the air manifold 600 of the plurality of cells 100 alternately changes as in the above-described embodiment (that is, the first and second cells 100A and 100B It was found that the power generation efficiency of the entire stack structure is higher than that in the case where the positions of the side end faces in the width direction are all the same in the case of being alternately arranged along the z-axis direction.

加えて、本発明者は、上述した寸法Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５（図１８を参照）の組み合わせが、スタック構造体全体での発電効率と強い相関があることも見出した。以下、これらのことを確認した試験について説明する。   In addition, the present inventor has also found that the combination of the dimensions L3, L4, and L5 (see FIG. 18) described above has a strong correlation with the power generation efficiency in the entire stack structure. Hereinafter, the test which confirmed these things is demonstrated.

（試験）
この試験では、図１５、及び図１９〜図２２に示したスタック構造体について、寸法Ｌ３、寸法Ｌ４、及び寸法Ｌ５の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表１に示すように、１０種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１個のサンプル（Ｎ＝１）が作製された。水準１、２（Ｌ４＝０）が「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が全て同じ態様」に対応し、水準３〜１０（Ｌ４＞０）が「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する態様（第１及び第２セル１００Ａ、１００Ｂがｚ軸方向に沿って交互に配置される態様）」に対応する。 (test)
In this test, a plurality of samples having different combinations of the dimension L3, the dimension L4, and the dimension L5 were produced for the stack structure shown in FIG. 15 and FIGS. Specifically, as shown in Table 1, 10 types (combinations) were prepared. One sample (N = 1) was made for each level. Levels 1 and 2 (L4 = 0) correspond to “an aspect in which the positions in the width direction of the side end faces of the plurality of cells 100 on the air manifold 600 side are all the same”, and levels 3 to 10 (L4> 0) This corresponds to an aspect in which the position in the width direction of the side end surface on the air manifold 600 side of the cell 100 alternately changes (an aspect in which the first and second cells 100A and 100B are alternately arranged along the z-axis direction).

各サンプル（図１５、及び図１９〜図２２に示すスタック構造体）にて、スタック数（セル１００の枚数）は「１０」であった。支持基板１０は、長さＬ１（図１を参照）が２５０ｍｍで、幅Ｌ２（図１、図１８を参照）が１００ｍｍの平板状を呈していた。各サンプルに関し、その他の構成部材の形状、寸法、及び材料、並びに、サンプルの製造方法（焼成条件を含む）等については、上述した実施形態と同じであった。   In each sample (stack structure shown in FIGS. 15 and 19 to 22), the number of stacks (number of cells 100) was “10”. The support substrate 10 was a flat plate having a length L1 (see FIG. 1) of 250 mm and a width L2 (see FIGS. 1 and 18) of 100 mm. Regarding each sample, the shape, dimensions, and materials of other constituent members, the method for producing the sample (including firing conditions), and the like were the same as those in the above-described embodiment.

この試験では、上記還元処理後の各サンプルについて、温度：７５０℃、電流密度：０．２５Ａ/ｃｍ２、燃料利用率：８０％、空気利用率：５０％でのスタック構造体全体での出力特性が測定され、その測定結果に基づいて、スタック構造体全体での発電効率が算出された。各サンプルについて、この算出結果がスタック構造体全体での発電効率の設計値（実験目標値）に達したか否かによって、発電効率の低下の有無が評価された。この評価結果は表１に示すとおりである。 In this test, for each sample after the reduction treatment, the output of the entire stack structure at a temperature of 750 ° C., a current density of 0.25 A / cm 2 , a fuel utilization factor of 80%, and an air utilization factor of 50%. The characteristics were measured, and the power generation efficiency of the entire stack structure was calculated based on the measurement results. For each sample, the presence or absence of a decrease in power generation efficiency was evaluated based on whether or not this calculation result reached a design value (experimental target value) of the power generation efficiency of the entire stack structure. The evaluation results are as shown in Table 1.

表１から理解できるように、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する態様」（水準３〜１０、Ｌ４＞０）では、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が全て同じ態様」（水準１、２、Ｌ４＝０）と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなる。これは、複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置を交互に変化させることによって、それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少なくなることに起因する、と考えられる。   As can be understood from Table 1, in the “mode in which the positions in the width direction of the side end surfaces of the plurality of cells 100 on the air manifold 600 side are alternately changed” (levels 3 to 10, L4> 0), “the plurality of cells 100 Compared to the “mode in which the positions in the width direction of the side end surfaces on the air manifold 600 side are all the same” (level 1, 2, L4 = 0), the power generation efficiency of the entire stack structure is increased. This is because the variation in the amount of air supplied to each inter-cell space is reduced by alternately changing the position in the width direction of the side end surface of the plurality of cells 100 on the air manifold 600 side. it is conceivable that.

更には、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する態様」を備え、且つ、Ｌ３が１〜５ｍｍである場合では、Ｌ４が１〜３０ｍｍであり、且つ、Ｌ５が１〜１０ｍｍであると（水準３〜１０）、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が全て同じ態様」（水準１、２、Ｌ４＝０）と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなることも見出した。   Furthermore, in the case where “the aspect in which the width direction position of the side end surface on the air manifold 600 side of the plurality of cells 100 alternately changes” is provided, and L3 is 1 to 5 mm, L4 is 1 to 30 mm. In addition, when L5 is 1 to 10 mm (levels 3 to 10), “the positions in the width direction of the side end surfaces of the plurality of cells 100 on the air manifold 600 side are all the same” (levels 1, 2, L4 = 0) It was also found that the power generation efficiency of the entire stack structure is higher than that of).

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、図２０、及び、図２１に示すように、複数の円形の供給孔６１０が、ｚ軸方向に沿うように、ｚ軸方向において複数のセル間空間に対応する位置にそれぞれ独立して形成されているが、図２０、及び、図２１にそれぞれ対応する図２３、及び、図２４に示すように、供給孔６１０が、スタック状に整列する複数のセル１００のうちｚ軸方向における両端に位置するセル１００の間に亘って、ｚ軸方向に連続して延在する単一の長穴であってもよい。これによれば、スタックに対する空気マニホールド６００のｚ軸方向における相対的な組み付け位置にずれが生じた場合であっても、空気が、それぞれのセル間空間に向けて安定して供給され易くなる。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, as shown in FIGS. 20 and 21, the plurality of circular supply holes 610 are in positions corresponding to the plurality of inter-cell spaces in the z-axis direction so as to be along the z-axis direction. Although each is formed independently, as shown in FIG. 23 and FIG. 24 corresponding to FIG. 20 and FIG. 21, respectively, the supply hole 610 is z among the plurality of cells 100 aligned in a stack. It may be a single slot extending continuously in the z-axis direction across the cells 100 located at both ends in the axial direction. According to this, even if the relative assembly position in the z-axis direction of the air manifold 600 with respect to the stack is shifted, air is easily supplied stably toward each inter-cell space.

また、上記実施形態では、図２０に示すように、第１セル１００Ａの前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面が第２セル１００Ｂの前記第２側の側端面に対して幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置しているが、図２５に示すように、第１、第２セル１００Ａ、１００Ｂの前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面が幅方向（ｙ軸方向）において同じ位置にあってもよい。図２５に示す例では、第１壁８００は、一枚の平板状を呈しており、スタック状に整列した複数のセル１００のセルの幅方向における前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面のそれぞれに接触している。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 20, the side end surface of the said 2nd side (y-axis negative direction side) of 1st cell 100A is a width | variety with respect to the side end surface of the said 2nd side of 2nd cell 100B. Although located on the first side (y-axis positive direction side) in the direction (y-axis direction), as shown in FIG. 25, the second side (y-axis negative) of the first and second cells 100A, 100B (Direction side) side end faces may be at the same position in the width direction (y-axis direction). In the example shown in FIG. 25, the first wall 800 has a single flat plate shape, and is on the second side (y-axis negative direction side) in the cell width direction of the plurality of cells 100 arranged in a stack. It is in contact with each of the side end faces.

また、上記実施形態では、空気マニホールド６００が燃料マニホールド２００の上壁に固定されているが、空気マニホールド６００がその他の部材に固定されていてもよい。また、第１壁８００、及び、一対の第２壁７００が燃料マニホールド２００の上壁に固定されているが、第１壁８００、及び、一対の第２壁７００がその他の部材に固定されていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the air manifold 600 is being fixed to the upper wall of the fuel manifold 200, the air manifold 600 may be being fixed to the other member. Further, the first wall 800 and the pair of second walls 700 are fixed to the upper wall of the fuel manifold 200, but the first wall 800 and the pair of second walls 700 are fixed to other members. May be.

また、上記実施形態では、燃料マニホールド２００の上壁が複数のセル１００を支持するための支持板２１０を兼ねているが（即ち、支持板２１０が燃料マニホールド２００と一体で構成されているが）、燃料マニホールド２００の内部空間と複数のセル１００のガス流路１１とが連通する限りにおいて、支持板２１０が燃料マニホールド２００とが別体で構成されていてもよい。   In the above embodiment, the upper wall of the fuel manifold 200 also serves as the support plate 210 for supporting the plurality of cells 100 (that is, the support plate 210 is configured integrally with the fuel manifold 200). As long as the internal space of the fuel manifold 200 and the gas flow paths 11 of the plurality of cells 100 communicate with each other, the support plate 210 may be configured separately from the fuel manifold 200.

１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、４０…固体電解質膜、６０…空気極、Ａ…発電素子部、１００…セル、１００Ａ…第１セル、１００Ｂ…第２セル、２００…燃料マニホールド、２１０…支持板、２１１…挿入孔、３００…接合材、４００…集電部材、６００…空気マニホールド、６１０…供給孔、７００…第２壁、８００…第１壁   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Support substrate, 11 ... Fuel gas flow path, 20 ... Fuel electrode, 40 ... Solid electrolyte membrane, 60 ... Air electrode, A ... Electric power generation element part, 100 ... Cell, 100A ... 1st cell, 100B ... 2nd cell, DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Fuel manifold, 210 ... Support plate, 211 ... Insertion hole, 300 ... Bonding material, 400 ... Current collecting member, 600 ... Air manifold, 610 ... Supply hole, 700 ... Second wall, 800 ... First wall

上記本発明に係るスタック構造体において、前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における前記第２側に配置された第１壁であって、前記複数のセルの前記第１方向における前記第２側を覆うように前記セルの長手方向及び前記第２方向に沿って延在する第１壁を備えることが好適である。ここにおいて、前記第１壁は、前記スタック状に整列する前記複数のセルの前記第１方向における第２側に接触していることが好ましいが、そうでなくてもよい。また、前記第１壁は、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。 In the stack structure according to the present invention, a first wall disposed on the second side in the first direction with respect to the plurality of cells arranged in a stack, wherein the first of the plurality of cells is the first wall. It is preferable to include a first wall extending along the longitudinal direction of the cell and the second direction so as to cover the second side in one direction. Here, it is preferable that the first wall is in contact with the second side in the first direction of the plurality of cells aligned in the stack, but this need not be the case. The first wall is preferably fixed to the upper wall of the fuel manifold, but this need not be the case.

上記本発明に係るスタック構造体において、前記スタック状に整列する前記複数のセルのうち前記第２方向における両端に位置する２つのセル（以下、「両端セル」とも呼ぶ）が前記第２セルである場合、「前記両端セルの前記第２方向における外側の両方に、前記両端セルとは離れて配置され且つ前記セルの長手方向及び前記第１方向に沿って延在する一対の第２壁であって、前記第１方向における前記第１側の側端面が前記両端セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する一対の第２壁」を備えることが好適である。前記第２壁は、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。 In the stack structure according to the present invention, two cells located at both ends in the second direction (hereinafter also referred to as “both end cells”) among the plurality of cells arranged in the stack form are the second cells. In some cases, “a pair of second walls that are arranged on both the outer sides of the both-end cells in the second direction and are separated from the both-end cells and extend along the longitudinal direction and the first direction of the cells. The first side side end surface in the first direction includes a pair of second walls positioned on the first side in the first direction with respect to the first side side end surface of the both-end cells. Is preferred. The second wall is preferably fixed to the upper wall of the fuel manifold, but this need not be the case.

Claims (5)

それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿う燃料ガス流路が形成された平板状の支持基板と、前記支持基板の平面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極が積層されてなる発電素子部と、を含む複数の燃料電池セルと、
第１内部空間を有する燃料マニホールドであって、前記各セルが燃料マニホールドの上壁から上方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、前記各セルが第１方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第１方向と直角の第２方向に沿ってスタック状に整列するように、且つ、前記第１内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス流入側の一端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス流入側の一端部を前記上壁に対して接合・支持する燃料マニホールドと、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における第１側に配置され且つ第２内部空間を有する空気マニホールドであって、前記第２内部空間内の空気を前記隣り合うセルの間のそれぞれの空間に向けて供給する空気マニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記セルの前記第１方向における前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する第１セルと、前記セルの前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側と反対の第２側に位置する第２セルと、が、前記第２方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されるように、前記複数のセルが整列している、燃料電池のスタック構造体。 Each of which has a longitudinal direction and in which a fuel gas flow path along the longitudinal direction is formed, a flat plate-like support substrate, provided on the plane of the support substrate and at least a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and A plurality of fuel cell units including a power generation element unit in which air electrodes are stacked;
A fuel manifold having a first internal space, wherein each cell protrudes upward along the longitudinal direction from the upper wall of the fuel manifold and when viewed from above. Each of the plurality of cells extending along a first direction and aligned in a stack along a second direction perpendicular to the first direction, and the first inner space and the plurality of cells. One end of the fuel gas inflow side in the longitudinal direction of the support substrate of each cell is joined to the upper wall so that the one end of each fuel gas flow path in the fuel gas inflow side communicates with the upper wall. A supporting fuel manifold;
An air manifold disposed on the first side in the first direction with respect to the plurality of cells arranged in a stack and having a second internal space, wherein air in the second internal space is transferred to the adjacent cells. An air manifold to supply each space between
A fuel cell stack structure comprising:
A first cell located on the first side in the first direction with respect to a side end surface on the first side of the cell adjacent to a side end surface on the first side in the first direction of the cell; A second cell located on a second side opposite to the first side in the first direction with respect to a side end surface of the first side of the cell adjacent to a side end surface of the first side, A stack structure of a fuel cell, wherein the plurality of cells are aligned so as to be alternately arranged and spaced apart from each other along a second direction. 請求項１に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記セルの厚さが１〜５ｍｍであり、前記第２セルの前記第１側の側端面に対する前記第１セルの前記第１側の側端面の前記第１方向における前記第１側への突出量が１〜３０ｍｍであり、隣り合う前記セルの間の前記第２方向の間隔が１〜１０ｍｍである、燃料電池のスタック構造体。 The fuel cell stack structure according to claim 1,
The cell has a thickness of 1 to 5 mm, and the first side side end surface of the first cell protrudes toward the first side in the first direction with respect to the first side side end surface of the second cell. The stack structure of a fuel cell, wherein the amount is 1 to 30 mm, and the distance between the adjacent cells in the second direction is 1 to 10 mm. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における前記第２側に配置された第１壁であって、前記複数のセルの前記第１方向における前記第２側を覆うように前記上下方向及び前記第２方向に沿って延在する第１壁を備えた、燃料電池のスタック構造体。 In the fuel cell stack structure according to claim 1 or 2,
A first wall disposed on the second side in the first direction with respect to the plurality of cells arranged in a stack so as to cover the second side in the first direction of the plurality of cells. A fuel cell stack structure comprising: a first wall extending along the vertical direction and the second direction. 請求項３に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面が前記第２セルの前記第２側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置し、
前記第１壁は、それぞれが、前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面と接触し且つ前記第１セルと隣り合う２つの前記第２セルの向かい合う平面の前記第１方向における前記第２側のそれぞれの端部と接触する、複数の部分を含む、燃料電池のスタック構造体。 The fuel cell stack structure according to claim 3,
The second side side end surface of the first cell in the first direction is located on the first side in the first direction with respect to the second side side end surface of the second cell;
Each of the first walls is in contact with the second side end surface in the first direction of the first cell, and each of the first walls on a plane facing the two second cells adjacent to the first cell. A fuel cell stack structure comprising a plurality of portions in contact with respective ends of the second side in the direction. 請求項３又は請求項４に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記スタック状に整列する前記複数のセルのうち前記第２方向における両端に位置する２つのセルは、前記第２セルであり、
前記両端に位置する２つのセルの前記第２方向における外側の両方に、前記２つのセルとは離れて配置され且つ前記上下方向及び前記第１方向に沿って延在する一対の第２壁であって、前記第１方向における前記第１側の側端面が前記２つのセルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する一対の第２壁を備えた、燃料電池のスタック構造体。 In the stack structure of the fuel cell according to claim 3 or 4,
Two cells located at both ends in the second direction among the plurality of cells aligned in the stack form are the second cells,
A pair of second walls that are arranged apart from the two cells and extend along the up-down direction and the first direction on both outsides of the two cells located at both ends in the second direction. The first side side end surface in the first direction includes a pair of second walls positioned on the first side in the first direction with respect to the first side side end surface of the two cells. Fuel cell stack structure.
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