JP4541296B2 - 固体酸化物形燃料電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池モジュールに関し、より具体的には内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に多数のセルを配置してなる固体酸化物形燃料電池モジュール及び固体酸化物形燃料電池連結モジュール（すなわち、固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を連結してなる固体酸化物形燃料電池モジュール）に関する。
固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、以下適宜ＳＯＦＣと略称する）、はイオン導電性を有する固体電解質材料として酸化物が使用される燃料電池である。この燃料電池は、一般的には、作動温度が１０００℃程度と高いが、最近では８００℃程度以下、例えば７５０℃程度の作動温度のものも開発されつつある。ＳＯＦＣは、電解質材料を挟んで燃料極と空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置され、燃料極／電解質／空気極の３層ユニットで単電池が構成される。
ＳＯＦＣの運転時には、単電池（本明細書中適宜セルとも言う）の燃料極側に燃料を通し、空気極側に酸化剤として空気を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。ところが、単電池一つでは高々０．７Ｖ程度の電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには複数の単電池を直列に接続する必要がある。隣接する電池を電気的に接続すると同時に燃料極と空気極のそれぞれに燃料と空気とを適正に分配し供給し排出する目的でセパレータ（＝インターコネクタ）と単電池とが交互に積層される。
上記のようなＳＯＦＣは複数の単電池を積層するタイプであるが、これに代えて横縞方式とすることが考えられ、例えば、Ｆｉｆｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｆｏｒｕｍ（１−５ Ｊｕｌｙ，２００２）ｐ．１０７５−には、その内容の詳細は必ずしも明瞭ではないが、その外観等が発表されている。その横縞方式としては、円筒タイプと中空扁平タイプの二方式が考えられる。
図１はそのうち中空扁平タイプの構成例を示した図で、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図である。図１（ａ）−（ｃ）のとおり、中空扁平状の絶縁体基板１の上に順次、燃料極３、電解質４及び空気極５からなるセル２を複数個形成し、それぞれをインターコネクタ６を介して電気的に直列に接続して構成される。燃料は、図１（ａ）及び図１（ｃ）中矢印（→）で示すとおり、絶縁体基板１内の空間すなわち燃料の流通部７をセル２の配列と平行に流通させる。
ところで、このような中空扁平タイプのＳＯＦＣでは、燃料は、その流れ方向に薄まっていく。しかし、各セルは電気的に直列に配置、接続されているので、薄まった燃料の下でもセル間には強制的に同じ電流が流される。このため、電圧降下が大きくなり、発電効率が低いという問題がある。また、各セルを一方向に直列につなぐため、得られる電圧が限られてしまう。
ＳＯＦＣの運転時には、単電池（本明細書中適宜セルとも言う）の燃料極側に燃料を通し、空気極側に酸化剤として空気を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。ところが、単電池一つでは高々０．７Ｖ程度の電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには複数の単電池を直列に接続する必要がある。隣接する電池を電気的に接続すると同時に燃料極と空気極のそれぞれに燃料と空気とを適正に分配し供給し排出する目的でセパレータ（＝インターコネクタ）と単電池とが交互に積層される。
上記のようなＳＯＦＣは複数の単電池を積層するタイプであるが、これに代えて横縞方式とすることが考えられ、例えば、Ｆｉｆｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｆｏｒｕｍ（１−５ Ｊｕｌｙ，２００２）ｐ．１０７５−には、その内容の詳細は必ずしも明瞭ではないが、その外観等が発表されている。その横縞方式としては、円筒タイプと中空扁平タイプの二方式が考えられる。
図１はそのうち中空扁平タイプの構成例を示した図で、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図である。図１（ａ）−（ｃ）のとおり、中空扁平状の絶縁体基板１の上に順次、燃料極３、電解質４及び空気極５からなるセル２を複数個形成し、それぞれをインターコネクタ６を介して電気的に直列に接続して構成される。燃料は、図１（ａ）及び図１（ｃ）中矢印（→）で示すとおり、絶縁体基板１内の空間すなわち燃料の流通部７をセル２の配列と平行に流通させる。
ところで、このような中空扁平タイプのＳＯＦＣでは、燃料は、その流れ方向に薄まっていく。しかし、各セルは電気的に直列に配置、接続されているので、薄まった燃料の下でもセル間には強制的に同じ電流が流される。このため、電圧降下が大きくなり、発電効率が低いという問題がある。また、各セルを一方向に直列につなぐため、得られる電圧が限られてしまう。
そこで、本発明は、横縞方式のＳＯＦＣシステムにおいて生起するそれらの諸問題を解決し、高電圧化を図り、発電効率、集電効率を改善してなる固体酸化物形燃料電池モジュール及び固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供することを目的とするものである。
本発明は、（１）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池モジュールであって、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
本発明は、（２）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、第１列から第ｎ列の複数列のそれぞれの列に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池モジュールであって、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
本発明は、（３）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの２個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、各モジュールの燃料導入側の相対する片面に雌ネジ孔を設け、その間に該雌ネジ孔に対応して雄ネジ切りした裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該中空間隔保持部材を回動させることにより両モジュールを固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（４）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を面平行に配置して連結した固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の片面に雌ネジ孔を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に雌ネジ孔を設けて、隣接するモジュールの雌ネジ孔間に、その雌ネジ孔に対応してネジ切りした裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該中空間隔保持部材を回動させて各モジュールを固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（５）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの２個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、各モジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設け、且つ、各モジュールの該開口に対応する他方の面にボルト軸の径に対応する孔を設けるとともに、その開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該孔、開口及び間隔保持部材の中空部に、その一端からボルト頭を有するボルトまたは両端にネジを有するボルトを嵌挿してナット締めをしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（６）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設け、且つ、該両端のモジュールの該開口に対応する他方の面にボルト軸の径に対応する孔を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に開口を設け、それらの開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該孔、開口及び間隔保持部材の中空部に、その一端からボルト頭を有するボルトまたは両端にネジを有するボルトを嵌挿してナット締めをしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（７）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に開口を設け、それらの各開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させて、全体をケーシング内に配置、固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（８）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち最先端のモジュールの燃料導出側に開口を設けるとともに、これに続く各モジュールの燃料導出側及び燃料導入側に開口を設け、隣接するモジュール間の相対応する開口間に裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させて、全体をケーシング内に配置、固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（９）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち最先端のモジュールの燃料導出側に開口設けるとともに、これに続く各モジュールの燃料導出側及び燃料導入側に開口を設け、隣接するモジュール間の相対応する各開口間に裾部を有する中空の間隔保持部材と裾部を有する中空でない間隔保持部材とを上下交互に介在させ、全体をケーシング内に配置、固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（１０）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に開口を設け、それらの各開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させて、全体をケーシング内に配置、固定してなり、各モジュール内部の燃料が外部に放出される箇所に圧力損失があるように構成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（１）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池モジュールであって、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
本発明は、（２）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、第１列から第ｎ列の複数列のそれぞれの列に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池モジュールであって、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
本発明は、（３）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの２個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、各モジュールの燃料導入側の相対する片面に雌ネジ孔を設け、その間に該雌ネジ孔に対応して雄ネジ切りした裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該中空間隔保持部材を回動させることにより両モジュールを固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（４）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を面平行に配置して連結した固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の片面に雌ネジ孔を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に雌ネジ孔を設けて、隣接するモジュールの雌ネジ孔間に、その雌ネジ孔に対応してネジ切りした裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該中空間隔保持部材を回動させて各モジュールを固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（５）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの２個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、各モジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設け、且つ、各モジュールの該開口に対応する他方の面にボルト軸の径に対応する孔を設けるとともに、その開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該孔、開口及び間隔保持部材の中空部に、その一端からボルト頭を有するボルトまたは両端にネジを有するボルトを嵌挿してナット締めをしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（６）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設け、且つ、該両端のモジュールの該開口に対応する他方の面にボルト軸の径に対応する孔を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に開口を設け、それらの開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させ、該孔、開口及び間隔保持部材の中空部に、その一端からボルト頭を有するボルトまたは両端にネジを有するボルトを嵌挿してナット締めをしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（７）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に開口を設け、それらの各開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させて、全体をケーシング内に配置、固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（８）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち最先端のモジュールの燃料導出側に開口を設けるとともに、これに続く各モジュールの燃料導出側及び燃料導入側に開口を設け、隣接するモジュール間の相対応する開口間に裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させて、全体をケーシング内に配置、固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（９）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち最先端のモジュールの燃料導出側に開口設けるとともに、これに続く各モジュールの燃料導出側及び燃料導入側に開口を設け、隣接するモジュール間の相対応する各開口間に裾部を有する中空の間隔保持部材と裾部を有する中空でない間隔保持部材とを上下交互に介在させ、全体をケーシング内に配置、固定してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
本発明は、（１０）内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続し、且つ、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる固体酸化物形燃料電池モジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置してなる固体酸化物形燃料電池連結モジュールであって、そのうち両端の２個のモジュールの燃料導入側の相対する片面に開口を設けるとともに、両端のモジュール間の各モジュールの燃料導入側の両面に開口を設け、それらの各開口間に該開口に対応した裾部を有する中空の間隔保持部材を介在させて、全体をケーシング内に配置、固定してなり、各モジュール内部の燃料が外部に放出される箇所に圧力損失があるように構成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池連結モジュールを提供する。
図１は、中空扁平タイプの構成例を示した図である。
図２は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例１を示す図である。
図３は、本発明の「内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板」の構成例を示す図である。
図４は、本発明の「内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板」の構成例を示す図である。
図５は、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板の構成例を示す図である。
図６は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例２を示す図である。
図７及び図８は、ＳＯＦＣモジュールの各列に設けられたセルの面積を、各列毎に、燃料の流れ方向に異ならせて構成する態様の数例を示す図である。
図９は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例１を示す図である。
図１０は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例２を示す図である。
図１１及び図１２は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例３を示す図である。
図１３は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例４を示す図である。
図１４及び図１５は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例５を示す図である。
図１６は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例６を示す図である。
図１７は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例７を示す図である。
図１８及び図１９は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例８を示す図である。
図２０は、本発明の電流取り出し導体の配置構造を示す図である。
図２１は、本発明のインターコネクタの配置構造１を示す図である。
図２２は、本発明のインターコネクタの配置構造２を示す図である。
図２３は、本発明のインターコネクタの配置構造３を示す図である。
図２４は、本発明のインターコネクタの配置構造４を示す図である。
図２５は、本発明のインターコネクタの配置構造５を示す図である。
図２６は、本発明のインターコネクタの配置構造６を示す図である。
図２７は、本発明のインターコネクタの配置構造７を示す図である。
図２８は、本発明のインターコネクタの配置構造８を示す図である。
図２９は、本発明のインターコネクタの配置構造９を示す図である。
図３０は、本発明のインターコネクタの配置構造１０を示す図である。
図３１は、本発明のインターコネクタの配置構造１１を示す図である。
図２は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例１を示す図である。
図３は、本発明の「内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板」の構成例を示す図である。
図４は、本発明の「内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板」の構成例を示す図である。
図５は、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板の構成例を示す図である。
図６は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例２を示す図である。
図７及び図８は、ＳＯＦＣモジュールの各列に設けられたセルの面積を、各列毎に、燃料の流れ方向に異ならせて構成する態様の数例を示す図である。
図９は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例１を示す図である。
図１０は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例２を示す図である。
図１１及び図１２は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例３を示す図である。
図１３は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例４を示す図である。
図１４及び図１５は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例５を示す図である。
図１６は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例６を示す図である。
図１７は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例７を示す図である。
図１８及び図１９は、本発明のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例８を示す図である。
図２０は、本発明の電流取り出し導体の配置構造を示す図である。
図２１は、本発明のインターコネクタの配置構造１を示す図である。
図２２は、本発明のインターコネクタの配置構造２を示す図である。
図２３は、本発明のインターコネクタの配置構造３を示す図である。
図２４は、本発明のインターコネクタの配置構造４を示す図である。
図２５は、本発明のインターコネクタの配置構造５を示す図である。
図２６は、本発明のインターコネクタの配置構造６を示す図である。
図２７は、本発明のインターコネクタの配置構造７を示す図である。
図２８は、本発明のインターコネクタの配置構造８を示す図である。
図２９は、本発明のインターコネクタの配置構造９を示す図である。
図３０は、本発明のインターコネクタの配置構造１０を示す図である。
図３１は、本発明のインターコネクタの配置構造１１を示す図である。
本発明は、内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなるＳＯＦＣモジュール、および、複数のＳＯＦＣモジュールを連結してなるＳＯＦＣモジュールすなわちＳＯＦＣ連結モジュールに係るものである。そして、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなることを基本的特徴とする。
本発明によれば、横縞方式のＳＯＦＣモジュールにおいて、高電圧化を図り、発電効率、集電効率を改善することができる。
前記内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板としては、その内部に燃料を流通させ、その外面に複数個のセルを配置でき、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である構造であればよく、例えば、断面矩形状（中空扁平状）、断面三角形状、断面四角形状（中空四角形状）、断面五角形状、断面三角形状等の断面多角形状、断面円形状、断面楕円形状その他適宜の構造とすることができる。燃料の流通部は、それら形状の絶縁体基板中に１個設ける場合のほか、複数個設けることができる。
固体電解質の構成材料としては、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、その構成材料の例としては、下記（１）〜（４）の材料が挙げられる。
（１） イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ３）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５〕。
（２） スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（３） イットリアドープセリア〔（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＣｅＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
（４） ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ２Ｏ３）ｘ（ＣｅＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
燃料極の構成材料としては、例えばＮｉを主成分とする材料、ＮｉとＹＳＺ〔（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕との混合物からなる材料などが用いられる。ＮｉとＹＳＺとの混合物からなる材料の場合、当該混合物中、Ｎｉを４０ｖｏｌ％以上分散させた材料であるのが好ましい。
空気極の構成材料としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ３が用いられる。
前記内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の構成材料としては、ＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物、ジルコニア系酸化物、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物などを用いることができる。このうち、ＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物は、ＭｇＯが２０〜７０ｖｏｌ％含まれるＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物であるのが好ましい。また、ジルコニア系酸化物の例としては、イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ，式中、ｘ＝０．０３〜０．１２〕などが挙げられる。
本発明のＳＯＦＣモジュールにおいては、隣接するセルの燃料極及び空気極間（すにわち、一のセルの燃料極と当該セルの隣のセルの空気極との間）をインターコネクタにより接続する。その構成材料の例としては、下記（１）〜（４）の材料が挙げられる。
（１） 式（Ｌｎ，Ａ）ＣｒＯ３（式中、Ｌｎはランタノイド、ＡはＢａ、Ｃａ、ＭｇまたはＳｒである）で示される酸化物を主成分とする材料。
（２） Ｔｉを含む酸化物、例えばＭＴｉＯ３（式中、ＭはＢａ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｃｅから選ばれた少なくとも１種の元素である）。
（３） Ａｇを主原料とする材料。この材料の場合には、この材料で作製されたインターコネクタをガラスで覆うことが望ましい。
（４） Ａｇ、Ａｇろう及びＡｇとガラスの混合物のうちのいずれか１種または２種以上からなる材料。また、本発明の固体酸化物形燃料電池モジュールにおいては、電解質と空気極との間に界面層を有することができる。
〈本発明の具体的態様〉
以下、本発明について、順次、その具体的態様を説明するが、本発明がこれら態様に限定されないことはもちろんである。
〈ＳＯＦＣモジュールの構成例１〉
図２（ａ）−（ｃ）は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例１を示す図である。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図で、図２（ｂ）より拡大して示している。図２（ａ）−（ｃ）のとおり、中空扁平状の多孔質絶縁体基板１１の内部に燃料の流通部１７を有し、且つ、少なくともセル１２及びインターコネクタ１６に接する面が絶縁体である基板の上下両面のうちいずれか一面または両面に、順次、燃料極１３、電解質１４及び空気極１５からなる複数個のセル１２を直列に形成し、隣接するセル間をインターコネクタ１６を介して接続する。なお、図２（ｃ）では、インターコネクタ１６は空気極１５の表面の一部を覆っているが、全面を覆ってもよい。また、図２（ｃ）中、Ｓとして示す空白部分はインターコネクタ材料で満たされていてもよい。これらの点は、以下同様である。
そして、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせて構成する。図２（ａ）−（ｃ）では、矢印（→Ｚ）で示すように、そのうち各セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きく構成した場合を示し、図２（ｃ）中、１５′、１５′′、１５′′′として示すように、セルの燃料極１３、電解質１４の面積が燃料の流れ方向に順次大きくなるに伴い、空気極の面積を順次大きく構成している。
このほか、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせて構成する態様例として、下記（１）−（３）のように構成してもよい。
（１）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルの面積を大きくしたセルグループを配置して構成する。例えば、燃料の流れ方向に、セルグループａ→セルグループｂ→セルグループｃ・・・というようにセルグループを配置し、その際、セルグループｂのセルの面積をセルグループａのセルの面積より大きくし、セルグループｃのセルの面積をセルグループｂのセルの面積より大きくする・・・というように配置する。
（２）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり一つのセル）とを交互に燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置して構成する。例えば、燃料の流れ方向に、セルグループａ→セルｂ→セルグループｃ→セルｄ・・・というように配置し、その際、セルｂの面積をセルグループａのセルの面積より大きくし、セルグループｃのセルの面積をセルｂのセルの面積より大きくする・・・というように配置する。
（３）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり一つのセル）とをアトランダムに燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置して構成する。例えば、燃料の流れ方向に、セルグループａ→セルｂ→セルｃ→セルグループｄ→セルｅ・・・というように配置し、その際、セルｂの面積をセルグループａのセルの面積より大きくし、セルｃのセルの面積をセルｂのセルの面積より大きし、セルグループｄのセルの面積をセルｃの面積より大きくする・・・というように配置する。
電力は、燃料の流れ方向の最前端のセルと燃料の流れ方向の最後端のセルから取り出される。燃料の流れ方向にかけて燃料はセルで消費されて漸次薄まっていくが、図２（ａ）−（ｃ）の例では、各セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きくしているので、電流密度も順次小さくなる。この点、上記（１）−（３）の態様例の場合も同様である。このため、発電効率を向上させることができる。また、隣接するセルを電気的に直列に接合するセル数が増大するため電圧が増大し、直流（ＤＣ）から交流（ＡＤ）への変換効率を向上させることができる。
内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板は、その内部に燃料を流通させ、その外面に複数個のセルを配置できる構造であればよい。図３（ａ）−（ｇ）はその幾つか例を示す図である。これらの図中、図２（ａ）−（ｃ）と共通する部分には同じ符号を付している。図３（ａ）は断面矩形状ないし扁平状の多孔質絶縁体基板の例で、絶縁体基板１１に中空域を１個設けた場合である。該中空域が燃料の流路すなわち燃料の流通部１７となる。図３（ｂ）−（ｅ）は、断面矩形状ないし扁平状の多孔質絶縁体基板の例で、絶縁体基板１１に複数個の燃料流路すなわち複数個の燃料の流通部１７を設けた例である。図３（ｆ）−（ｇ）は断面円形状ないし楕円形状の多孔質絶縁体基板の例で、絶縁体基板１１に複数個の燃料流路すなわち複数個の燃料の流通部１７を設けた例である。図３（ｂ）−（ｇ）の各例において、燃料の流通部１７の断面形状はこれら図に示した形状とは限らず適宜の形状とすることができる。
図４（ａ）−（ｃ）は、その絶縁体基板を断面四角形状ないしほぼ断面四角形状に構成した場合である。これらの図中、図３（ａ）−（ｇ）と共通する部分には同じ符号を付している。図４（ａ）の例では、絶縁体基板１１の上下両面に燃料極１３を配置し、燃料極面を含む全周面に電解質１４を配置する。そして、上下燃料極１３に対応する面の電解質１４に空気極１５を配置する。図４（ｂ）の例では、絶縁体基板１１の全周面に燃料極１３を配置し、燃料極１３の全周面に電解質１４を配置する。そして、上下の電解質１４の面に空気極１５を配置する。図４（ｃ）の例では、絶縁体基板１１の全周面に燃料極１３を配置し、燃料極１３の全周面に電解質１４を配置する。そして、上下の電解質１４の面に空気極１５を配置し、該空気極４５を配置した以外の電解質１４の面に空気極（１５）または導電体１８を配置する。図４（ａ）−（ｃ）では、断面四角形状ないしほぼ四角形状の場合を示しているが、他の断面多角形状、断面楕円形状等の基板の場合も同様である。他の構成は図２〜３の場合と同様である。
〈基板の構成〉
本発明では、基板として、内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が多孔質の絶縁体である基板を用いる。図５（ａ）−（ｂ）は、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板の構成例を示す図である。これらの図中、図４（ａ）−（ｂ）と共通する部分には同じ符号を付している。図５（ａ）の構成例は、基板のうち、燃料極１３と接する部分を多孔質絶縁体１１で構成し、他の部分を電気伝導性物質（導電性物質）１８で構成する。この点、少なくともインターコネクタに接する面が絶縁体である場合も同様である。図５（ｂ）の構成例は、セルに接する面を含めた基板全体を多孔質絶縁体１１で構成する例である。この点、少なくともインターコネクタに接する面が絶縁体である場合も同様である。図５（ａ）−（ｂ）では、断面矩形状の場合を示しているが、他の断面多角形状、断面楕円形状、断面円形状等の基板の場合も同様である。基板の構成については、下記ＳＯＦＣモジュールの構成例２についても同様である。
〈ＳＯＦＣモジュールの構成例２〉
図６（ａ）−（ｃ）は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例２を示す図である。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は平面図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図で、図６（ｂ）より拡大して示している。図６（ａ）−（ｃ）のとおり、断面矩形状ないし中空扁平状の絶縁体基板の上下両面のうちいずれか一面または両面に対して、第１列から第ｎ列の複数列のそれぞれの列に、順次、燃料極１３、電解質１４及び空気極１５からなる複数個のセル１２を形成するとともに、隣接するセル１２間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続する。図６（ａ）−（ｃ）では、第１列と第２列の２列の場合を示しているが、３列以上とする場合も同様である。また、図６（ａ）中、その上面（表面）のセル間の電流の流れ方向を示しているが、その下面（裏面）に配置されたセル間の電流の流れ方向についても同様である。
そして、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせて構成する。図６（ａ）−（ｃ）では、矢印（→Ｚ）で示すように、そのうち各セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きく構成した場合を示している。このほか、各列について、前述ＳＯＦＣモジュールの構成例１の場合と同様、下記（１）−（３）のように構成してもよい。
（１）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルの面積を大きくしたセルグループを配置する。
（２）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり１個のセル）とを交互に燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置する。
（３）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり１個のセル）とをアトランダムに燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置する。
また、各列単位すなわち各モジュール単位で各列に配置するセルの面積を、各列毎に、燃料の流れ方向に異ならせて構成する。図７（ａ）−（ｂ）、図８（ａ）−（ｂ）はこの態様の数例を示す図である。これら図において、第１列−第４列の各列は各ＳＯＦＣモジュールを示し、インターコネクタ等の記載は省略している。なお、これら例での複数の各モジュールはセルが配置された面を平行にして配置されるが、それら各図では、セルの配列態様を示すため、その配列面側を示している。燃料は、例えば、後述図９（ａ）の右図、図１０（ａ）−（ｂ）等に示すように、最前列のモジュールから順次、隣接するモジュールへ供給される。図７（ａ）−（ｂ）、図８（ａ）−（ｂ）中、１９はその燃料流路である。また、これら図ではモジュールが４列の場合を示しているが、２〜３列の場合、５列以上の場合も同様である。
図７（ａ）の例は、各モジュール単位でセルの面積を順次大きくした例である。図７（ａ）において、第１列の各セル２０の面積は小さく、その右側の第２列の各セルの面積は第１列の各セル２０の面積より大きく、その右側の第３列の各セルの面積は第２列の各セルの面積より大きく、最右端の第４列の各セル２０の面積は第３列の各セルの面積より大きく構成されている。
図７（ｂ）の例は、各列すなわちモジュール単位内でセルの面積をグループ内で異ならせ、また各モジュール毎にセルの面積を異ならせた例である。図７（ｂ）において、左端の第１列とその次の第２列については、ともに下から６個のセル２０の面積は小さく（同じセル面積の６個のセルのグループ）、その上の５個のセル２０の面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の５個のセルのグループ）。その右側の第３列のセルについては、下から４個のセルの面積は小さく（同じセル面積の４個のセルのグループ）、その上５個のセルの面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の５個のセルのグループ）。最右側の第４列のセル２０については、下から５個の面積は小さく（同じセル面積の５個のセルのグループ）、その上３個のセル２０の面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の３個のセルのグループ）。
図８（ｂ）の例は、左端の第１列から第３列までの各セル２０の面積を同じくし、第４列の各セル２０の面積を第１列から第３列までの各セルの面積より大きくして構成されている。図８（ｂ）の例は、左端の第１列から第３列までの各セル２０の面積を同じくし、最右側の第４列のセル２０については、下から６個の面積は小さく（同じセル面積の６個のセルのグループ）、その上５個のセル２０の面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の５個のセルのグループ）。
以上図７（ａ）−（ｂ）、図８（ａ）−（ｂ）の態様例の場合、電力は、第１列の燃料の流れ方向の最前端のセルと第４列の燃料の流れ方向の最後端のセルから取り出される。燃料は、セルで消費されて、燃料の流れ方向に漸次薄まっていくが、各セルまたは各セルの空気極の面積を、セルグループ単位またはモジュール単位で、燃料の流れ方向に異ならせているので、前述ＳＯＦＣモジュールの構成例１の場合と同様の効果が得られる。加えて、第１列から第ｎ列の複数列のそれぞれの列に、複数個のセルを電気的に直列に形成しているので、数多くのセルを配列できる。このため、コンパクトな構成で大きな電力を得ることができる。
《固体酸化物形燃料電池連結モジュールの構成例》
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池連結モジュールの構成例、すなわち以上のように構成したＳＯＦＣモジュールを連結する構成例を説明する。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例１〉
図９（ａ）−（ｃ）はモジュールの２個を連結する構成例を示す図である。これら図中、モジュールに配置されたセル等の記載は省略している。この点、以下、図１８まで同様である。図９（ｂ）のとおり、ＳＯＦＣモジュール２１の片面の下部、すなわち燃料導入側に雌ネジ孔２２を設け、そのモジュールの２個を間隔を置いて、面平行に相対して配置する。図９（ｂ）中２３は雌ネジである。そして、隣接する雌ネジ孔２２に対応して雄ネジ切りをした中空凸部を有する間隔保持部材２４を介在させ、該中空間隔保持部材２４を回動させて固定する。図９（ｃ）は間隔保持部材２４を示す図で、２５は中空部すなわち貫通孔、２６は雌ネジ２３に対応する雄ネジである。ここで、各雌ネジ孔２２の雌ネジ２３を、中空間隔保持部材２４の中空凸部に設けた雄ネジ２６に対応した雌ネジ２３とすることで、該中空間隔保持部材２４を回動させるだけで両モジュール２１を連結し、固定することができる。
図９（ａ）中の右側の図は、こうして構成されたＳＯＦＣ連結モジュールであり、燃料の流れ方向を矢印（↑）で示している。図９（ａ）中、２７は燃料導入管、２８はオフガス導出管である。各モジュール２１内に、例えば図示のような仕切板２９をモジュール２１の上端内壁に対して間隔を置いて配置しておく。３０はその間隙である。左側のモジュールの下端で導入された燃料は、矢印（↑）で示すように仕切板２９に沿って上昇し、上部間隙３０で折り返して下降し、中空間隔保持部材２４の貫通孔２５を通って右側のジュールに入り、上昇し、仕切板２９の上部間隙３０で折り返して下降し、右側のモジュールの下端で利用済み燃料すなわちオフガスとして排出される。図示の仕切板２９は、一例であるが、燃料をそのように折り返し流通させ得るものであれば適宜の構造とすることができる。これらの点は、以下の構成例でも同様である。また、以下の各構成例に対応する図面中に、燃料の流れ方向を適宜矢印（↑）で示している。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例２〉
本構成例２は、上述構成例１と同様の手法で３個以上のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例である。図１０は本構成例２を示す図で、図１０（ａ）はＳＯＦＣモジュールの３個を連結固定する場合、図１０（ｂ）はＳＯＦＣモジュールの４個以上の複数個を連結し、固定する場合である。これらの図中、図９（ａ）−（ｃ）と共通する部分には同じ符号を付している。両端のモジュールのうち、左端のモジュールの片面の下部（燃料導出側）と、右端のモジュール２１の片面の下部（燃料導入側）とに雌ネジ孔を設け、左右両端のモジュール間に配置されるモジュールには、燃料導入側及び燃料導出側の両面に雌ネジ孔を設ける。そして、図１０（ａ）−（ｂ）のように、それらモジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置して固定する。ここで用いる中空間隔保持部材２４の構造、固定の仕方等については前述構成例１の場合と同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例３〉
本構成例３は、ＳＯＦＣモジュールを連結する他の構成例である。図１１（ａ）−（ｄ）、図１２（ａ）−（ｂ）は本構成例３を示す図である。図１１（ａ）は、開口３６を設けた２個のモジュール２１を併置し、開口３６間に中空凸部を有する中空の間隔保持部材３１を介在させ、該開口３６にボルト３０を嵌挿した状態を示す図である。図１１（ｂ）−（ｃ）は間隔保持部材３１の構造を示す図である。間隔保持部材３１は、凸部３２とその両側に裾部３３を有し、それを貫通する孔３４を有する。貫通孔３４の径はこれに嵌挿するボルト軸部の径より大きくし、裾部３３の外径はそれより大きく構成されている。
また、図１１（ｄ）の左側の図は、モジュール２１のうち、嵌挿するボルト頭側の面を示す図で、ボルト軸部の径に対応する孔３５を有する。図１１（ｄ）の右側の図は、モジュール２１のうち、そのボルト頭側の面と相対する側の面を示す図で、間隔保持部材３１の裾部３３の径に対応する径の開口３６を有する。
そして、図１１（ａ）のように、２個のモジュール２１を開口３６側が相対するように配置し、その間に間隔保持部材３１を介在させ、左側のモジュール２１の孔３５、開口３６、右側のモジュール２１の開口３６、孔３５を通してボルト３０の軸部を嵌挿する。そして、ボルトの雄ネジにナットを配して締め付けることで、両モジュール２１間に間隔保持部材３１を密に固定する。図１２（ａ）は、こうして構成したＳＯＦＣ連結モジュールを示している。ボルトはその両側からナットで締め付ける形式のものでもよく、図１２（ｂ）はこの場合の間隔保持部材３１と軸部の位置関係を示している。
本ＳＯＦＣ連結モジュールの場合、図１２（ａ）のとおり、燃料は、左側のモジュール２１の下端で導入され、矢印（↑）で示すように仕切板２９に沿って上昇し、上端で折り返して下降し、ボルトの軸部と中空間隔保持部材３１の貫通孔３４との間の間隙３７を通って右側のジュールに入り、上昇して、仕切板２９の上端で折り返して下降し、右側のモジュールの下端でオフガスとして排出される。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例４〉
本構成例４は、上述構成例３と同様の手法で３個以上のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例である。図１３（ａ）−（ｂ）は本構成例４を示す図で、図１３（ａ）はモジュールの３個を連結、固定する場合、図１３（ｂ）はモジュールの４個以上の複数個を連結、固定する場合である。左右両端のモジュール２１の間に配置するモジュール２１については、モジュール２１の両側の面とも、前述図１１（ｄ）の右側の図に示すように、間隔保持部材３１の裾部３３の外径に対応する径の開口３６を設ける。左右両端のモジュール２１については構成例３の場合と同様である。
そして、図１３（ａ）−（ｂ）のように、各モジュール２１を面平行に配置し、そのそれぞれの間に間隔保持部材３１を介在させ、前記構成例３と同様にしてその一端からボルト３１の軸部を嵌挿する。次いで、ボルト頭を有するボルトまたは両端をナット締めするボルトを嵌挿し、ボルト頭を有するボルトでは他端から、両端をナット締めするボルトでは両端からナット締めをして連結し、密に固定する。この場合、ボルトの直径を開口３６の径より小さくすることにより、両者間で燃料を流通させる。こうして構成した本ＳＯＦＣ連結モジュールにおける燃料の流れは、前述構成例３の場合と同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例５〉
ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例３−４は中空の間隔保持部材にボルトを嵌挿して固定する例であるが、本構成例５はボルトを用いることなく、２個以上のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例である。図１４、図１５（ａ）−（ｂ）は本構成例５を示す図で、５個のモジュールを面平行に配置して連結する場合を示している。図１４はモジュールの連結過程を示す図、図１５（ａ）−（ｂ）は連結後の配置関係等を示す図である。図１５（ａ）は縦断面図であり、上下にある断熱材、燃料導入管等の記載は省略している。図１５（ｂ）は図１５（ａ）中Ａ−Ａ線断面図である。
図１４のとおり、５個のモジュール２１のうち左右両端のモジュールには長手方向の一方の側（燃料導入側）の片面に開口３８が設けられ、その左右両端側を除く３個のモジュールには長手方向の一方側（燃料導入側）の両面に開口３９が設けられている。それら開口３８、３９の径は図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１の裾部３３の外径と同じである。
そして、図１４のように、それら開口のうち相対する開口３８と開口３９との間、開口３９と３９との間、開口３９と開口３８との間に中空の間隔保持部材３１を介在させて固定する。その固定手段として焼結法を用いてもよい。この場合、各開口と各間隔保持部材３１の裾部３３間で焼結により密に固定される。焼結法は、後述構成例６〜８においても適用できる。また、その固定を、図１５（ａ）−（ｂ）のように、その全体をケーシング４０内に配置し、固定してもよい。この場合、その固定に際して上記焼結法を併用してもよい。また、その全体をケーシング４０内に配置するに際して、左右両端のモジュールのうちいずれか一方または両方のモジュールとケーシング４０の内壁との間にバネ等の弾性部材４１を配置することにより、それらを密に固定することができる。図１５（ａ）−（ｂ）では左右両端のモジュールのうちいずれか一方モジュールとケーシング４０の内壁との間にバネ等の弾性部材４１を配置した場合を示している。また、図１５（ａ）中、燃料の流通方向を矢印（↑）で示している。図１４、図１５（ａ）−（ｂ）にはモジュールの５個を連結、固定する場合を示しているが、２〜４個、６個以上を連結、固定する場合も同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例６〉
ＳＯＦＣモジュール間を連結する以上の構成例１〜５は、ＳＯＦＣモジュールの燃料導入側で連結する例であるが、本構成例６は、ＳＯＦＣモジュールの燃料導入側及び燃料導出側で連結する例である。図１６（ａ）−（ｂ）は本構成例６を示す図である。本構成例６では、連結部材として、前述図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１のみを用いる。また、本構成例６では、各モジュール内部に、構成例１等では必要であった、燃料の流れを案内する仕切板２９、あるいはこれに相当する部材を設ける必要がない。
各モジュールの燃料導入側及び燃料導出側に開口を設ける。それら開口の径は中空の間隔保持部材３１の裾部３３の外径と同じである。この場合、図１６（ａ）−（ｂ）のとおり、最左端のモジュールには燃料導出側のみに開口を設け、最右端のモジュールには燃料導入側のみに開口を設ける。そして、図１６（ａ）−（ｂ）に示すように、相隣り合う、すなわち隣接するモジュールの相対する開口間にそれぞれ中空の間隔保持部材３１を介在させ、全体をケーシング４０内に配置する。なお、図１６（ｂ）中、ケーシング４０は一部をカットして示している。こうして構成して複数のモジュールを配置した連結モジュールでは、燃料は、最左端のモジュールの下部の燃料導入管４２から導入され、図１６（ａ）中矢印（↑）のように流通して発電に寄与し、順次隣接するモジュールを流通して、最右端のモジュールの上部のオフガス導出管４３から利用済み燃料すなわちオフガスとして排出される。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例７〉
本構成例７は、ＳＯＦＣモジュールの燃料導入側及び燃料導出側を連結する点では構成例６と同じであるが、各モジュール間を中空の間隔保持部材と中空でない間隔保持部材とで連結する例である。図１７（ａ）−（ｃ）は本構成例７を示す図である。なお、図１７（ａ）中、ケーシング４０の記載は省略し、また、図１７（ｂ）は図１７（ａ）を上方から見た図で、図１７（ｂ）中、ケーシング４０は一部をカットして示している。ここで、中空の間隔保持部材としては前述図１１（ｃ）に示すような間隔保持部材３１を用い、中空でない間隔保持部材としては図１７（ｃ）に示すような間隔保持部材４４を用いる。図１７（ｃ）に示すように、中空でない間隔保持部材４４は、中空の間隔保持部材３１では備える貫通孔３４、つまり燃料流路を有しない点を除き、中空の間隔保持部材３１と同じ構造である。
図１７（ａ）のとおり、中空の間隔保持部材３１と中空でない間隔保持部材４４とを上下交互に配置する。中空でない間隔保持部材４４は、間隔保持部材の役割をし、隣接するモジュール間の間隔保持、固定をより良好にすることができる。これら以外の点は、前述構成例６の場合と同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例８〉
本構成例８は、複数のＳＯＦＣモジュールを連結する構成としては、前述構成例５等と同様であるが、各モジュール内部の燃料が外部に放出される箇所に圧力損失があるように構成した例である。本構成例８では、各モジュールに導入された燃料を各モジュールのそれぞれから外部に放出するので、各モジュール内に、燃料の流れを案内する仕切板、あるいはこれに相当する部材を設ける必要がない。
図１８は本構成例８を示す図である。図１８のとおり、燃料導入管４２を最前端のモジュールだけに設け、利用済み燃料の導出管４３は、各モジュール毎に設ける。そして、各モジュールの各導出管４３の内径を左側のモジュールから右側のモジュールへと順次大きくしてある。最前端のモジュールに導入された燃料は、分岐して中空の間隔保持部材３１の孔を介して次のモジュールに導入され、以降同様にして、順次各モジュールに導入される。本構成例８によれば、電池作動時に、導出管４３の内径が大きいモジュールでは圧損が生じ、その圧損に相当する分、当該モジュールの直前のモジュールへ導入された燃料が中空の間隔保持部材３１中を通って、当該次のモジュールへ導入される。図１８にはモジュールの５個を連結、固定する場合を示しているが、２〜４個、６個以上を連結固定する場合も同様である。
図１９は、燃料の供給を室温領域で行うタイプのもので、各ＳＯＦＣモジュールへ等しい燃料が流れるように室温で調整するように構成した例である。図１９のとおり、燃料は、共通の燃料供給管４５から分岐され、各燃料導入管４６を経て、各モジュールに導入される。図示は省略しているが、各モジュール間の連結部は、前述図１７（ｃ）に示すような中空でない間隔保持部材４４によってもよく、前述図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１によってもよい。中空の間隔保持部材３１を用いた場合には、各モジュールに導入された燃料は、中空部すなわち貫通孔３４を通して隣接するモジュール間を相互に流通する。
〈電流取り出し導体の配置構造〉
以上のとおり構成された各ＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣ連結モジュール（すなわち、複数のＳＯＦＣモジュールを連結したＳＯＦＣモジュール）においては、電力は、燃料の流れ方向の最前端の燃料極から導出された導体と燃料の流れ方向の最後端の空気極から導出された導体を介して取り出される。本発明においては、その両導体を燃料極側に配置することにより、電流を全て燃料流路側から取り出し、両導体の酸化による劣化を防止することができる。すなわち、ＳＯＦＣの燃料は水素、一酸化炭素、メタンであり、これらは還元性ガスであるので、導体を酸化しない。図２０は、その電流取り出し導体の配置構造例を示す図である。なお、燃料極４８と空気極４９との間には電解質があるが、図２０ではその記載は省略している。図２０中、５０はインターコネクタである。また、間隔保持部材５５としては、前述図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１の場合を示しているが、前述図１７（ｃ）に示すような、他の間隔保持部材の場合も同様である。
図２０のとおり、燃料極４８からの電流取り出し導体５１を絶縁体基板４７の内側の導体５３に導出させ、また空気極４９からの電流取り出し導体５２を絶縁体基板４７の内側の導体５４に導出させる。すなわち、両導体５３、５４を燃料の流通部内に導出させる。この場合、燃料極４８、空気極４９からの取り出し電流は、間隔保持部材５５を介して絶縁体基板４７の内側に配置した導体５３、５４に通じることになるので、間隔保持部材５５も導電性である必要がある。そこで、間隔保持部材５５自体を導電性材料で構成するが、これに代えて、（１）間隔保持部材５５の表面をＡｇ、Ｐｔ等の導電性金属でメッキする、（２）間隔保持部材５５にＡｇ、Ｐｔ等の導電性金属を含有させる、（３）絶縁体基板４７中に燃料極４８及び空気極４９からの導体５１、５２に続く導体を配置して、それぞれ導体５３、５４に導通させる、など適宜な仕方で導電性にすることができる。
このように、間隔保持部材５５を導電性にしておくことで、隣接するモジュール間の電気的接続も行えるので非常に有用である。図２０で云えば、図２０中ａとして示すインターコネクタとｂとして示すインターコネクタは電気的に接続する必要があるが、間隔保持部材５５を上記のように導電性にしておくことで、インターコネクタａとインターコネクタｂ間を電気的に接続することができる。
〈隣接するセル間のインターコネクタの配置構造〉
以上のとおり構成された各ＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣ連結モジュールにおいては、隣接するセル間にインターコネクタが配置される。本発明においては、隣接するセル間の電解質膜間にインターコネクタの構成材料として緻密な材料を用いることにより、空気極から当該緻密な材料までは緻密でない材料を用いることができる。インターコネクタは、隣接するセル間、すなわち前のセルの空気極とその直後のセルの燃料極を連結する導体であり、シート状、線状その他適宜の形状で構成することができる。
ここで、本発明における上記緻密な材料における緻密とは、その材料の理論密度に対して９０％以上、好ましくは９５％以上の密度を有することを意味する。これに対して、本発明における上記緻密でない材料における緻密とは、その材料の理論密度に対して２０％以上ないし９０％未満の密度を有することを意味する。本発明においては、インターコネクタの構成材料として緻密な材料と緻密でない材料を用いるが、隣接するセル間の電解質膜間に少なくとも緻密な材料を用いるとが必須であり、この点を前提として、以下で述べる緻密でない材料の使用箇所に、緻密でない材料に代えて緻密な材料を用いてもよい。
インターコネクタの構成材料が例えば（Ｌａ、Ｓｒ）ＣｒＯ３の場合、この材料は難焼結性であり、その作製が非常に困難である。そこで、本発明においては、隣接するセル間のインターコネクタ材料として少なくとも緻密な材料を用いる。これにより、ガスシール性を高め、ガスがインターコネクタと電解質との間から漏れ出すことを防止することができる。併せて、緻密な材料であるので、電気的接触を確保することができる。また、上述のとおり、空気極から当該緻密な材料までは、緻密でない材料を用いることができる。これにより、空気極の形成と同時に、あるいは空気極の焼結温度よりも低い温度で形成できるという効果が得られる。
〈インターコネクタの配置構造１〉
図２１は本インターコネクタの配置構造１を示す図である。図２１中、下方の図は上方の図の一部を拡大して示した図である。この点は、以降、図２２〜３１についても同様である。図２１中、５６は多孔質の絶縁体基板、５７は燃料極、５８は電解質、５９は空気極であり、この点は、以降、図２２〜３１についても同様である。また、インターコネクタ〔図２１で言えば「インターコネクタ（緻密でなくともよい）」として示した部分〕の下面と電解質５８の上面は、通常は接しているが、その間にスペースがある場合もある。図２１では、図中Ｓとして示すように、スペースがある場合を示しているが、スペース部分はインターコネクタ材料等で満たしてもよい。この点は、以降、図２２〜２６、図２８〜３１についても同様である。
隣接するセル（図２１では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造１では、隣接する電解質５８間に緻密な材料を用い、空気極５９から当該緻密な材料までは緻密でない材料を用いる。例えば（Ｌｎ，Ａ）ＣｒＯ３（式中、Ｌｎはランタノイド、ＡはＢａ、Ｃａ、ＭｇまたはＳｒである）で示される酸化物を主成分とする材料の場合、この材料は難焼結性であり、その作製が非常に困難である。そこで、本配置構造１のように、隣接する電解質５８間に緻密な材料を用いることにより、ガスシール性を高め、ガスがインターコネクタと電解質５８との間から漏れ出すことを防止することができる。併せて、緻密な材料であるので、電気的接触を確保することができる。
一般に、インターコネクタと燃料極５７との連結はインターコネクタを燃料極５７の下に配置して行っている。これに対して、図２１のとおり、燃料極５７の上端面に緻密なインターコネクタ材料を臨ませていることにより、その構成を容易にすることができる。また、インターコネクタが電解質５８の一部を覆う構造としているので、シール性を高めることができる。空気極５９から当該緻密な材料までは緻密でない材料を用い得る点は、以下の配置構造でも同じである。
〈インターコネクタの配置構造２〉
図２２は本インターコネクタの配置構造２を示す図である。隣接するセル（図２２では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造２では、隣接する電解質５８間の燃料極５７上面の一部に緻密な材料を配置し、緻密な材料のうちの一部は緻密でない材料に連結している。これにより、緻密でない材料部分を除き、緻密な材料の上を電解質５８が覆う構造に構成する。他の構成は配置構造１の場合と同じである。本配置構造２のように、緻密なインターコネクタ材料の上を電解質５８が覆う構造であるので、ガスシール性をより高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造３〉
図２３は本インターコネクタの配置構造３を示す図である。隣接するセル（図２３では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。本配置構造３では、緻密な材料を隣接する電解質５８間で且つ燃料極５７側の上面と、これに続く燃料極５７の側面に配置する。これにより、緻密なインターコネクタ材料と電解質５８との接触面積を増やし、インターコネクタと燃料極５７との間の接触抵抗を低減させることができる。他の構成については配置構造２の場合と同じである。
〈インターコネクタの配置構造４〉
図２４は本インターコネクタの配置構造４を示す図である。隣接するセル（図２４では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造４では、隣接する電解質５８間と、これに続く燃料極５７の側面に緻密なインターコネクタ材料を配置する。図２４のとおり、断面Ｔ字状で、その頭部下面は電解質５８に接し、その脚部の一面の大部分（すなわち電解質５８が貫通する部分を除き）が燃料極５７に接し、その脚部の他面は電解質５８に接している。これにより、緻密なインターコネクタ材料と電解質５８との接触面積を増やし、インターコネクタと燃料極５７との間の接触抵抗を低減させ、シール性を高めることができる。他の構成は配置構造１の場合と同じである。
〈インターコネクタの配置構造５〉
図２５は本インターコネクタの配置構造５を示す図である。隣接するセル（図２５は左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造５では、緻密なインターコネクタ材料が、隣接するセルのうち、前のセルの電解質５８の上面から側面に続き、燃料極５７の側面に接し、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に接し、電解質５８の側面から上側面に続くよう構成される。これにより、配置構造４に比べて、電解質５８が完全に分離される。すなわち、隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造５によれば、多孔質の絶縁体基板５６からガスが漏れるのに対しても、当該緻密なインターコネクタ材料によりシールすることができる。
〈インターコネクタの配置構造６〉
図２６は本インターコネクタの配置構造６を示す図である。隣接するセル（図２６では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。本配置構造６では、緻密なインターコネクタ材料が、隣接するセルのうち、前のセルの電解質５８の上面から側面に続き、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に接し、電解質５８の下面に続くように構成される。これにより、前記配置構造５と同様、隣接したセル同士の電解質５８が分離される。併せて、空気極５９は電解質５８の上面に配置される。本配置構造６によれば、多孔質の絶縁体基板５６からのガス漏れに対しても、当該緻密なインターコネクタ材料によりシール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造７〉
図２７は本インターコネクタの配置構造７を示す図である。隣接するセル（図２７では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。本配置構造７では各セルの電解質５８が燃料極５７の側面まで覆うようにしてある。本配置構造７では、緻密なインターコネクタ材料が、隣接するセルのうち、前のセルの空気極５９から電解質５８の上面に続き、その側面に接し、絶縁体基板５６の上面に接して続き、次のセルの電解質５８の下面に続くように構成される。これにより隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造７によれば、多孔質の絶縁体基板５６からのガス漏れに対しても、当該緻密なインターコネクタ材料によりシール性を高めることができる。当該緻密なインターコネクタ材料を例えばＡｇを含有した材料で構成する場合、Ａｇ単体であると、Ａｇが飛散してしまうことがある。そこで、本配置構造７では、図２７のとおり、Ａｇ含有材料の上をガラス材等で覆うことにより、Ａｇの飛散を防止することができる。
〈インターコネクタの配置構造８〉
図２８は本インターコネクタの配置構造８を示す図である。隣接するセル（図２８では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。図２８のとおり、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタが、絶縁体基板５６の上面の電解質５８（電解質５８と絶縁体基板５６上面間）から、引続き絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の上面に接するように構成される。これにより隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造８によれば、電解質５８が完全に分離され、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が分離され、緻密なインターコネクタを燃料極５７と接する側のセルの電解質５８上面まで配置することにより、シール性を高めることができる。また、電解質５８が、燃料極５７における燃料流の下流側の側面及び絶縁体基板５６の上面まで覆っていることにより、シール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造９〉
図２９は本インターコネクタの配置構造９を示す図である。隣接するセル（図２９では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。図２９のとおり、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の一部の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタが、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するように構成される。これにより隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造９によれば、電解質５８がセル間で、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が完全に分離される。そして、上記のとおり、緻密なインターコネクタが、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するようにすることにより、シール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造１０〉
図３０は本インターコネクタの配置構造１０を示す図である。隣接するセル（図３０では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。図３０のとおり、本配置構造１０は、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の一部の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するように構成される。本配置構造１０によれば、電解質５８がセル間で完全に分離され、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が完全に分離される。そして、上記のとおり、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するようにすることにより、シール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造１１〉
図３１は本インターコネクタの配置構造１１を示す図である。図３１のとおり、本配置構造１１は、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の一部の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の上面に接するように構成される。本配置構造１１によれば、電解質５８がセル間で完全に分離され、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が完全に分離される。そして、上記のとおり、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の上面に接するようにすることにより、シール性を高めることができる。
本発明によれば、横縞方式のＳＯＦＣモジュールにおいて、高電圧化を図り、発電効率、集電効率を改善することができる。
前記内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板としては、その内部に燃料を流通させ、その外面に複数個のセルを配置でき、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である構造であればよく、例えば、断面矩形状（中空扁平状）、断面三角形状、断面四角形状（中空四角形状）、断面五角形状、断面三角形状等の断面多角形状、断面円形状、断面楕円形状その他適宜の構造とすることができる。燃料の流通部は、それら形状の絶縁体基板中に１個設ける場合のほか、複数個設けることができる。
固体電解質の構成材料としては、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、その構成材料の例としては、下記（１）〜（４）の材料が挙げられる。
（１） イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ３）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５〕。
（２） スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（３） イットリアドープセリア〔（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＣｅＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
（４） ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ２Ｏ３）ｘ（ＣｅＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
燃料極の構成材料としては、例えばＮｉを主成分とする材料、ＮｉとＹＳＺ〔（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕との混合物からなる材料などが用いられる。ＮｉとＹＳＺとの混合物からなる材料の場合、当該混合物中、Ｎｉを４０ｖｏｌ％以上分散させた材料であるのが好ましい。
空気極の構成材料としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ３が用いられる。
前記内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板の構成材料としては、ＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物、ジルコニア系酸化物、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物などを用いることができる。このうち、ＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物は、ＭｇＯが２０〜７０ｖｏｌ％含まれるＭｇＯとＭｇＡｌ２Ｏ４の混合物であるのが好ましい。また、ジルコニア系酸化物の例としては、イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ，式中、ｘ＝０．０３〜０．１２〕などが挙げられる。
本発明のＳＯＦＣモジュールにおいては、隣接するセルの燃料極及び空気極間（すにわち、一のセルの燃料極と当該セルの隣のセルの空気極との間）をインターコネクタにより接続する。その構成材料の例としては、下記（１）〜（４）の材料が挙げられる。
（１） 式（Ｌｎ，Ａ）ＣｒＯ３（式中、Ｌｎはランタノイド、ＡはＢａ、Ｃａ、ＭｇまたはＳｒである）で示される酸化物を主成分とする材料。
（２） Ｔｉを含む酸化物、例えばＭＴｉＯ３（式中、ＭはＢａ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｃｅから選ばれた少なくとも１種の元素である）。
（３） Ａｇを主原料とする材料。この材料の場合には、この材料で作製されたインターコネクタをガラスで覆うことが望ましい。
（４） Ａｇ、Ａｇろう及びＡｇとガラスの混合物のうちのいずれか１種または２種以上からなる材料。また、本発明の固体酸化物形燃料電池モジュールにおいては、電解質と空気極との間に界面層を有することができる。
〈本発明の具体的態様〉
以下、本発明について、順次、その具体的態様を説明するが、本発明がこれら態様に限定されないことはもちろんである。
〈ＳＯＦＣモジュールの構成例１〉
図２（ａ）−（ｃ）は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例１を示す図である。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図で、図２（ｂ）より拡大して示している。図２（ａ）−（ｃ）のとおり、中空扁平状の多孔質絶縁体基板１１の内部に燃料の流通部１７を有し、且つ、少なくともセル１２及びインターコネクタ１６に接する面が絶縁体である基板の上下両面のうちいずれか一面または両面に、順次、燃料極１３、電解質１４及び空気極１５からなる複数個のセル１２を直列に形成し、隣接するセル間をインターコネクタ１６を介して接続する。なお、図２（ｃ）では、インターコネクタ１６は空気極１５の表面の一部を覆っているが、全面を覆ってもよい。また、図２（ｃ）中、Ｓとして示す空白部分はインターコネクタ材料で満たされていてもよい。これらの点は、以下同様である。
そして、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせて構成する。図２（ａ）−（ｃ）では、矢印（→Ｚ）で示すように、そのうち各セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きく構成した場合を示し、図２（ｃ）中、１５′、１５′′、１５′′′として示すように、セルの燃料極１３、電解質１４の面積が燃料の流れ方向に順次大きくなるに伴い、空気極の面積を順次大きく構成している。
このほか、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせて構成する態様例として、下記（１）−（３）のように構成してもよい。
（１）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルの面積を大きくしたセルグループを配置して構成する。例えば、燃料の流れ方向に、セルグループａ→セルグループｂ→セルグループｃ・・・というようにセルグループを配置し、その際、セルグループｂのセルの面積をセルグループａのセルの面積より大きくし、セルグループｃのセルの面積をセルグループｂのセルの面積より大きくする・・・というように配置する。
（２）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり一つのセル）とを交互に燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置して構成する。例えば、燃料の流れ方向に、セルグループａ→セルｂ→セルグループｃ→セルｄ・・・というように配置し、その際、セルｂの面積をセルグループａのセルの面積より大きくし、セルグループｃのセルの面積をセルｂのセルの面積より大きくする・・・というように配置する。
（３）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり一つのセル）とをアトランダムに燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置して構成する。例えば、燃料の流れ方向に、セルグループａ→セルｂ→セルｃ→セルグループｄ→セルｅ・・・というように配置し、その際、セルｂの面積をセルグループａのセルの面積より大きくし、セルｃのセルの面積をセルｂのセルの面積より大きし、セルグループｄのセルの面積をセルｃの面積より大きくする・・・というように配置する。
電力は、燃料の流れ方向の最前端のセルと燃料の流れ方向の最後端のセルから取り出される。燃料の流れ方向にかけて燃料はセルで消費されて漸次薄まっていくが、図２（ａ）−（ｃ）の例では、各セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きくしているので、電流密度も順次小さくなる。この点、上記（１）−（３）の態様例の場合も同様である。このため、発電効率を向上させることができる。また、隣接するセルを電気的に直列に接合するセル数が増大するため電圧が増大し、直流（ＤＣ）から交流（ＡＤ）への変換効率を向上させることができる。
内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が絶縁体である基板は、その内部に燃料を流通させ、その外面に複数個のセルを配置できる構造であればよい。図３（ａ）−（ｇ）はその幾つか例を示す図である。これらの図中、図２（ａ）−（ｃ）と共通する部分には同じ符号を付している。図３（ａ）は断面矩形状ないし扁平状の多孔質絶縁体基板の例で、絶縁体基板１１に中空域を１個設けた場合である。該中空域が燃料の流路すなわち燃料の流通部１７となる。図３（ｂ）−（ｅ）は、断面矩形状ないし扁平状の多孔質絶縁体基板の例で、絶縁体基板１１に複数個の燃料流路すなわち複数個の燃料の流通部１７を設けた例である。図３（ｆ）−（ｇ）は断面円形状ないし楕円形状の多孔質絶縁体基板の例で、絶縁体基板１１に複数個の燃料流路すなわち複数個の燃料の流通部１７を設けた例である。図３（ｂ）−（ｇ）の各例において、燃料の流通部１７の断面形状はこれら図に示した形状とは限らず適宜の形状とすることができる。
図４（ａ）−（ｃ）は、その絶縁体基板を断面四角形状ないしほぼ断面四角形状に構成した場合である。これらの図中、図３（ａ）−（ｇ）と共通する部分には同じ符号を付している。図４（ａ）の例では、絶縁体基板１１の上下両面に燃料極１３を配置し、燃料極面を含む全周面に電解質１４を配置する。そして、上下燃料極１３に対応する面の電解質１４に空気極１５を配置する。図４（ｂ）の例では、絶縁体基板１１の全周面に燃料極１３を配置し、燃料極１３の全周面に電解質１４を配置する。そして、上下の電解質１４の面に空気極１５を配置する。図４（ｃ）の例では、絶縁体基板１１の全周面に燃料極１３を配置し、燃料極１３の全周面に電解質１４を配置する。そして、上下の電解質１４の面に空気極１５を配置し、該空気極４５を配置した以外の電解質１４の面に空気極（１５）または導電体１８を配置する。図４（ａ）−（ｃ）では、断面四角形状ないしほぼ四角形状の場合を示しているが、他の断面多角形状、断面楕円形状等の基板の場合も同様である。他の構成は図２〜３の場合と同様である。
〈基板の構成〉
本発明では、基板として、内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセル及びインターコネクタに接する面が多孔質の絶縁体である基板を用いる。図５（ａ）−（ｂ）は、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板の構成例を示す図である。これらの図中、図４（ａ）−（ｂ）と共通する部分には同じ符号を付している。図５（ａ）の構成例は、基板のうち、燃料極１３と接する部分を多孔質絶縁体１１で構成し、他の部分を電気伝導性物質（導電性物質）１８で構成する。この点、少なくともインターコネクタに接する面が絶縁体である場合も同様である。図５（ｂ）の構成例は、セルに接する面を含めた基板全体を多孔質絶縁体１１で構成する例である。この点、少なくともインターコネクタに接する面が絶縁体である場合も同様である。図５（ａ）−（ｂ）では、断面矩形状の場合を示しているが、他の断面多角形状、断面楕円形状、断面円形状等の基板の場合も同様である。基板の構成については、下記ＳＯＦＣモジュールの構成例２についても同様である。
〈ＳＯＦＣモジュールの構成例２〉
図６（ａ）−（ｃ）は、本発明のＳＯＦＣモジュールの構成例２を示す図である。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は平面図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図で、図６（ｂ）より拡大して示している。図６（ａ）−（ｃ）のとおり、断面矩形状ないし中空扁平状の絶縁体基板の上下両面のうちいずれか一面または両面に対して、第１列から第ｎ列の複数列のそれぞれの列に、順次、燃料極１３、電解質１４及び空気極１５からなる複数個のセル１２を形成するとともに、隣接するセル１２間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続する。図６（ａ）−（ｃ）では、第１列と第２列の２列の場合を示しているが、３列以上とする場合も同様である。また、図６（ａ）中、その上面（表面）のセル間の電流の流れ方向を示しているが、その下面（裏面）に配置されたセル間の電流の流れ方向についても同様である。
そして、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせて構成する。図６（ａ）−（ｃ）では、矢印（→Ｚ）で示すように、そのうち各セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きく構成した場合を示している。このほか、各列について、前述ＳＯＦＣモジュールの構成例１の場合と同様、下記（１）−（３）のように構成してもよい。
（１）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルの面積を大きくしたセルグループを配置する。
（２）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり１個のセル）とを交互に燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置する。
（３）セルの面積が同じセルの複数個を一つのセルグループとする。そして、燃料の流れ方向に、順次、セルグループとグループをなさないセル（つまり１個のセル）とをアトランダムに燃料の流れ方向にセルの面積を順次大きくして配置する。
また、各列単位すなわち各モジュール単位で各列に配置するセルの面積を、各列毎に、燃料の流れ方向に異ならせて構成する。図７（ａ）−（ｂ）、図８（ａ）−（ｂ）はこの態様の数例を示す図である。これら図において、第１列−第４列の各列は各ＳＯＦＣモジュールを示し、インターコネクタ等の記載は省略している。なお、これら例での複数の各モジュールはセルが配置された面を平行にして配置されるが、それら各図では、セルの配列態様を示すため、その配列面側を示している。燃料は、例えば、後述図９（ａ）の右図、図１０（ａ）−（ｂ）等に示すように、最前列のモジュールから順次、隣接するモジュールへ供給される。図７（ａ）−（ｂ）、図８（ａ）−（ｂ）中、１９はその燃料流路である。また、これら図ではモジュールが４列の場合を示しているが、２〜３列の場合、５列以上の場合も同様である。
図７（ａ）の例は、各モジュール単位でセルの面積を順次大きくした例である。図７（ａ）において、第１列の各セル２０の面積は小さく、その右側の第２列の各セルの面積は第１列の各セル２０の面積より大きく、その右側の第３列の各セルの面積は第２列の各セルの面積より大きく、最右端の第４列の各セル２０の面積は第３列の各セルの面積より大きく構成されている。
図７（ｂ）の例は、各列すなわちモジュール単位内でセルの面積をグループ内で異ならせ、また各モジュール毎にセルの面積を異ならせた例である。図７（ｂ）において、左端の第１列とその次の第２列については、ともに下から６個のセル２０の面積は小さく（同じセル面積の６個のセルのグループ）、その上の５個のセル２０の面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の５個のセルのグループ）。その右側の第３列のセルについては、下から４個のセルの面積は小さく（同じセル面積の４個のセルのグループ）、その上５個のセルの面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の５個のセルのグループ）。最右側の第４列のセル２０については、下から５個の面積は小さく（同じセル面積の５個のセルのグループ）、その上３個のセル２０の面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の３個のセルのグループ）。
図８（ｂ）の例は、左端の第１列から第３列までの各セル２０の面積を同じくし、第４列の各セル２０の面積を第１列から第３列までの各セルの面積より大きくして構成されている。図８（ｂ）の例は、左端の第１列から第３列までの各セル２０の面積を同じくし、最右側の第４列のセル２０については、下から６個の面積は小さく（同じセル面積の６個のセルのグループ）、その上５個のセル２０の面積はそれより大きく構成されている（同じセル面積の５個のセルのグループ）。
以上図７（ａ）−（ｂ）、図８（ａ）−（ｂ）の態様例の場合、電力は、第１列の燃料の流れ方向の最前端のセルと第４列の燃料の流れ方向の最後端のセルから取り出される。燃料は、セルで消費されて、燃料の流れ方向に漸次薄まっていくが、各セルまたは各セルの空気極の面積を、セルグループ単位またはモジュール単位で、燃料の流れ方向に異ならせているので、前述ＳＯＦＣモジュールの構成例１の場合と同様の効果が得られる。加えて、第１列から第ｎ列の複数列のそれぞれの列に、複数個のセルを電気的に直列に形成しているので、数多くのセルを配列できる。このため、コンパクトな構成で大きな電力を得ることができる。
《固体酸化物形燃料電池連結モジュールの構成例》
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池連結モジュールの構成例、すなわち以上のように構成したＳＯＦＣモジュールを連結する構成例を説明する。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例１〉
図９（ａ）−（ｃ）はモジュールの２個を連結する構成例を示す図である。これら図中、モジュールに配置されたセル等の記載は省略している。この点、以下、図１８まで同様である。図９（ｂ）のとおり、ＳＯＦＣモジュール２１の片面の下部、すなわち燃料導入側に雌ネジ孔２２を設け、そのモジュールの２個を間隔を置いて、面平行に相対して配置する。図９（ｂ）中２３は雌ネジである。そして、隣接する雌ネジ孔２２に対応して雄ネジ切りをした中空凸部を有する間隔保持部材２４を介在させ、該中空間隔保持部材２４を回動させて固定する。図９（ｃ）は間隔保持部材２４を示す図で、２５は中空部すなわち貫通孔、２６は雌ネジ２３に対応する雄ネジである。ここで、各雌ネジ孔２２の雌ネジ２３を、中空間隔保持部材２４の中空凸部に設けた雄ネジ２６に対応した雌ネジ２３とすることで、該中空間隔保持部材２４を回動させるだけで両モジュール２１を連結し、固定することができる。
図９（ａ）中の右側の図は、こうして構成されたＳＯＦＣ連結モジュールであり、燃料の流れ方向を矢印（↑）で示している。図９（ａ）中、２７は燃料導入管、２８はオフガス導出管である。各モジュール２１内に、例えば図示のような仕切板２９をモジュール２１の上端内壁に対して間隔を置いて配置しておく。３０はその間隙である。左側のモジュールの下端で導入された燃料は、矢印（↑）で示すように仕切板２９に沿って上昇し、上部間隙３０で折り返して下降し、中空間隔保持部材２４の貫通孔２５を通って右側のジュールに入り、上昇し、仕切板２９の上部間隙３０で折り返して下降し、右側のモジュールの下端で利用済み燃料すなわちオフガスとして排出される。図示の仕切板２９は、一例であるが、燃料をそのように折り返し流通させ得るものであれば適宜の構造とすることができる。これらの点は、以下の構成例でも同様である。また、以下の各構成例に対応する図面中に、燃料の流れ方向を適宜矢印（↑）で示している。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例２〉
本構成例２は、上述構成例１と同様の手法で３個以上のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例である。図１０は本構成例２を示す図で、図１０（ａ）はＳＯＦＣモジュールの３個を連結固定する場合、図１０（ｂ）はＳＯＦＣモジュールの４個以上の複数個を連結し、固定する場合である。これらの図中、図９（ａ）−（ｃ）と共通する部分には同じ符号を付している。両端のモジュールのうち、左端のモジュールの片面の下部（燃料導出側）と、右端のモジュール２１の片面の下部（燃料導入側）とに雌ネジ孔を設け、左右両端のモジュール間に配置されるモジュールには、燃料導入側及び燃料導出側の両面に雌ネジ孔を設ける。そして、図１０（ａ）−（ｂ）のように、それらモジュールの複数個を間隔を置いて面平行に配置して固定する。ここで用いる中空間隔保持部材２４の構造、固定の仕方等については前述構成例１の場合と同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例３〉
本構成例３は、ＳＯＦＣモジュールを連結する他の構成例である。図１１（ａ）−（ｄ）、図１２（ａ）−（ｂ）は本構成例３を示す図である。図１１（ａ）は、開口３６を設けた２個のモジュール２１を併置し、開口３６間に中空凸部を有する中空の間隔保持部材３１を介在させ、該開口３６にボルト３０を嵌挿した状態を示す図である。図１１（ｂ）−（ｃ）は間隔保持部材３１の構造を示す図である。間隔保持部材３１は、凸部３２とその両側に裾部３３を有し、それを貫通する孔３４を有する。貫通孔３４の径はこれに嵌挿するボルト軸部の径より大きくし、裾部３３の外径はそれより大きく構成されている。
また、図１１（ｄ）の左側の図は、モジュール２１のうち、嵌挿するボルト頭側の面を示す図で、ボルト軸部の径に対応する孔３５を有する。図１１（ｄ）の右側の図は、モジュール２１のうち、そのボルト頭側の面と相対する側の面を示す図で、間隔保持部材３１の裾部３３の径に対応する径の開口３６を有する。
そして、図１１（ａ）のように、２個のモジュール２１を開口３６側が相対するように配置し、その間に間隔保持部材３１を介在させ、左側のモジュール２１の孔３５、開口３６、右側のモジュール２１の開口３６、孔３５を通してボルト３０の軸部を嵌挿する。そして、ボルトの雄ネジにナットを配して締め付けることで、両モジュール２１間に間隔保持部材３１を密に固定する。図１２（ａ）は、こうして構成したＳＯＦＣ連結モジュールを示している。ボルトはその両側からナットで締め付ける形式のものでもよく、図１２（ｂ）はこの場合の間隔保持部材３１と軸部の位置関係を示している。
本ＳＯＦＣ連結モジュールの場合、図１２（ａ）のとおり、燃料は、左側のモジュール２１の下端で導入され、矢印（↑）で示すように仕切板２９に沿って上昇し、上端で折り返して下降し、ボルトの軸部と中空間隔保持部材３１の貫通孔３４との間の間隙３７を通って右側のジュールに入り、上昇して、仕切板２９の上端で折り返して下降し、右側のモジュールの下端でオフガスとして排出される。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例４〉
本構成例４は、上述構成例３と同様の手法で３個以上のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例である。図１３（ａ）−（ｂ）は本構成例４を示す図で、図１３（ａ）はモジュールの３個を連結、固定する場合、図１３（ｂ）はモジュールの４個以上の複数個を連結、固定する場合である。左右両端のモジュール２１の間に配置するモジュール２１については、モジュール２１の両側の面とも、前述図１１（ｄ）の右側の図に示すように、間隔保持部材３１の裾部３３の外径に対応する径の開口３６を設ける。左右両端のモジュール２１については構成例３の場合と同様である。
そして、図１３（ａ）−（ｂ）のように、各モジュール２１を面平行に配置し、そのそれぞれの間に間隔保持部材３１を介在させ、前記構成例３と同様にしてその一端からボルト３１の軸部を嵌挿する。次いで、ボルト頭を有するボルトまたは両端をナット締めするボルトを嵌挿し、ボルト頭を有するボルトでは他端から、両端をナット締めするボルトでは両端からナット締めをして連結し、密に固定する。この場合、ボルトの直径を開口３６の径より小さくすることにより、両者間で燃料を流通させる。こうして構成した本ＳＯＦＣ連結モジュールにおける燃料の流れは、前述構成例３の場合と同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例５〉
ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例３−４は中空の間隔保持部材にボルトを嵌挿して固定する例であるが、本構成例５はボルトを用いることなく、２個以上のＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例である。図１４、図１５（ａ）−（ｂ）は本構成例５を示す図で、５個のモジュールを面平行に配置して連結する場合を示している。図１４はモジュールの連結過程を示す図、図１５（ａ）−（ｂ）は連結後の配置関係等を示す図である。図１５（ａ）は縦断面図であり、上下にある断熱材、燃料導入管等の記載は省略している。図１５（ｂ）は図１５（ａ）中Ａ−Ａ線断面図である。
図１４のとおり、５個のモジュール２１のうち左右両端のモジュールには長手方向の一方の側（燃料導入側）の片面に開口３８が設けられ、その左右両端側を除く３個のモジュールには長手方向の一方側（燃料導入側）の両面に開口３９が設けられている。それら開口３８、３９の径は図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１の裾部３３の外径と同じである。
そして、図１４のように、それら開口のうち相対する開口３８と開口３９との間、開口３９と３９との間、開口３９と開口３８との間に中空の間隔保持部材３１を介在させて固定する。その固定手段として焼結法を用いてもよい。この場合、各開口と各間隔保持部材３１の裾部３３間で焼結により密に固定される。焼結法は、後述構成例６〜８においても適用できる。また、その固定を、図１５（ａ）−（ｂ）のように、その全体をケーシング４０内に配置し、固定してもよい。この場合、その固定に際して上記焼結法を併用してもよい。また、その全体をケーシング４０内に配置するに際して、左右両端のモジュールのうちいずれか一方または両方のモジュールとケーシング４０の内壁との間にバネ等の弾性部材４１を配置することにより、それらを密に固定することができる。図１５（ａ）−（ｂ）では左右両端のモジュールのうちいずれか一方モジュールとケーシング４０の内壁との間にバネ等の弾性部材４１を配置した場合を示している。また、図１５（ａ）中、燃料の流通方向を矢印（↑）で示している。図１４、図１５（ａ）−（ｂ）にはモジュールの５個を連結、固定する場合を示しているが、２〜４個、６個以上を連結、固定する場合も同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例６〉
ＳＯＦＣモジュール間を連結する以上の構成例１〜５は、ＳＯＦＣモジュールの燃料導入側で連結する例であるが、本構成例６は、ＳＯＦＣモジュールの燃料導入側及び燃料導出側で連結する例である。図１６（ａ）−（ｂ）は本構成例６を示す図である。本構成例６では、連結部材として、前述図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１のみを用いる。また、本構成例６では、各モジュール内部に、構成例１等では必要であった、燃料の流れを案内する仕切板２９、あるいはこれに相当する部材を設ける必要がない。
各モジュールの燃料導入側及び燃料導出側に開口を設ける。それら開口の径は中空の間隔保持部材３１の裾部３３の外径と同じである。この場合、図１６（ａ）−（ｂ）のとおり、最左端のモジュールには燃料導出側のみに開口を設け、最右端のモジュールには燃料導入側のみに開口を設ける。そして、図１６（ａ）−（ｂ）に示すように、相隣り合う、すなわち隣接するモジュールの相対する開口間にそれぞれ中空の間隔保持部材３１を介在させ、全体をケーシング４０内に配置する。なお、図１６（ｂ）中、ケーシング４０は一部をカットして示している。こうして構成して複数のモジュールを配置した連結モジュールでは、燃料は、最左端のモジュールの下部の燃料導入管４２から導入され、図１６（ａ）中矢印（↑）のように流通して発電に寄与し、順次隣接するモジュールを流通して、最右端のモジュールの上部のオフガス導出管４３から利用済み燃料すなわちオフガスとして排出される。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例７〉
本構成例７は、ＳＯＦＣモジュールの燃料導入側及び燃料導出側を連結する点では構成例６と同じであるが、各モジュール間を中空の間隔保持部材と中空でない間隔保持部材とで連結する例である。図１７（ａ）−（ｃ）は本構成例７を示す図である。なお、図１７（ａ）中、ケーシング４０の記載は省略し、また、図１７（ｂ）は図１７（ａ）を上方から見た図で、図１７（ｂ）中、ケーシング４０は一部をカットして示している。ここで、中空の間隔保持部材としては前述図１１（ｃ）に示すような間隔保持部材３１を用い、中空でない間隔保持部材としては図１７（ｃ）に示すような間隔保持部材４４を用いる。図１７（ｃ）に示すように、中空でない間隔保持部材４４は、中空の間隔保持部材３１では備える貫通孔３４、つまり燃料流路を有しない点を除き、中空の間隔保持部材３１と同じ構造である。
図１７（ａ）のとおり、中空の間隔保持部材３１と中空でない間隔保持部材４４とを上下交互に配置する。中空でない間隔保持部材４４は、間隔保持部材の役割をし、隣接するモジュール間の間隔保持、固定をより良好にすることができる。これら以外の点は、前述構成例６の場合と同様である。
〈ＳＯＦＣモジュール間を連結する構成例８〉
本構成例８は、複数のＳＯＦＣモジュールを連結する構成としては、前述構成例５等と同様であるが、各モジュール内部の燃料が外部に放出される箇所に圧力損失があるように構成した例である。本構成例８では、各モジュールに導入された燃料を各モジュールのそれぞれから外部に放出するので、各モジュール内に、燃料の流れを案内する仕切板、あるいはこれに相当する部材を設ける必要がない。
図１８は本構成例８を示す図である。図１８のとおり、燃料導入管４２を最前端のモジュールだけに設け、利用済み燃料の導出管４３は、各モジュール毎に設ける。そして、各モジュールの各導出管４３の内径を左側のモジュールから右側のモジュールへと順次大きくしてある。最前端のモジュールに導入された燃料は、分岐して中空の間隔保持部材３１の孔を介して次のモジュールに導入され、以降同様にして、順次各モジュールに導入される。本構成例８によれば、電池作動時に、導出管４３の内径が大きいモジュールでは圧損が生じ、その圧損に相当する分、当該モジュールの直前のモジュールへ導入された燃料が中空の間隔保持部材３１中を通って、当該次のモジュールへ導入される。図１８にはモジュールの５個を連結、固定する場合を示しているが、２〜４個、６個以上を連結固定する場合も同様である。
図１９は、燃料の供給を室温領域で行うタイプのもので、各ＳＯＦＣモジュールへ等しい燃料が流れるように室温で調整するように構成した例である。図１９のとおり、燃料は、共通の燃料供給管４５から分岐され、各燃料導入管４６を経て、各モジュールに導入される。図示は省略しているが、各モジュール間の連結部は、前述図１７（ｃ）に示すような中空でない間隔保持部材４４によってもよく、前述図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１によってもよい。中空の間隔保持部材３１を用いた場合には、各モジュールに導入された燃料は、中空部すなわち貫通孔３４を通して隣接するモジュール間を相互に流通する。
〈電流取り出し導体の配置構造〉
以上のとおり構成された各ＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣ連結モジュール（すなわち、複数のＳＯＦＣモジュールを連結したＳＯＦＣモジュール）においては、電力は、燃料の流れ方向の最前端の燃料極から導出された導体と燃料の流れ方向の最後端の空気極から導出された導体を介して取り出される。本発明においては、その両導体を燃料極側に配置することにより、電流を全て燃料流路側から取り出し、両導体の酸化による劣化を防止することができる。すなわち、ＳＯＦＣの燃料は水素、一酸化炭素、メタンであり、これらは還元性ガスであるので、導体を酸化しない。図２０は、その電流取り出し導体の配置構造例を示す図である。なお、燃料極４８と空気極４９との間には電解質があるが、図２０ではその記載は省略している。図２０中、５０はインターコネクタである。また、間隔保持部材５５としては、前述図１１（ｃ）に示すような中空の間隔保持部材３１の場合を示しているが、前述図１７（ｃ）に示すような、他の間隔保持部材の場合も同様である。
図２０のとおり、燃料極４８からの電流取り出し導体５１を絶縁体基板４７の内側の導体５３に導出させ、また空気極４９からの電流取り出し導体５２を絶縁体基板４７の内側の導体５４に導出させる。すなわち、両導体５３、５４を燃料の流通部内に導出させる。この場合、燃料極４８、空気極４９からの取り出し電流は、間隔保持部材５５を介して絶縁体基板４７の内側に配置した導体５３、５４に通じることになるので、間隔保持部材５５も導電性である必要がある。そこで、間隔保持部材５５自体を導電性材料で構成するが、これに代えて、（１）間隔保持部材５５の表面をＡｇ、Ｐｔ等の導電性金属でメッキする、（２）間隔保持部材５５にＡｇ、Ｐｔ等の導電性金属を含有させる、（３）絶縁体基板４７中に燃料極４８及び空気極４９からの導体５１、５２に続く導体を配置して、それぞれ導体５３、５４に導通させる、など適宜な仕方で導電性にすることができる。
このように、間隔保持部材５５を導電性にしておくことで、隣接するモジュール間の電気的接続も行えるので非常に有用である。図２０で云えば、図２０中ａとして示すインターコネクタとｂとして示すインターコネクタは電気的に接続する必要があるが、間隔保持部材５５を上記のように導電性にしておくことで、インターコネクタａとインターコネクタｂ間を電気的に接続することができる。
〈隣接するセル間のインターコネクタの配置構造〉
以上のとおり構成された各ＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣ連結モジュールにおいては、隣接するセル間にインターコネクタが配置される。本発明においては、隣接するセル間の電解質膜間にインターコネクタの構成材料として緻密な材料を用いることにより、空気極から当該緻密な材料までは緻密でない材料を用いることができる。インターコネクタは、隣接するセル間、すなわち前のセルの空気極とその直後のセルの燃料極を連結する導体であり、シート状、線状その他適宜の形状で構成することができる。
ここで、本発明における上記緻密な材料における緻密とは、その材料の理論密度に対して９０％以上、好ましくは９５％以上の密度を有することを意味する。これに対して、本発明における上記緻密でない材料における緻密とは、その材料の理論密度に対して２０％以上ないし９０％未満の密度を有することを意味する。本発明においては、インターコネクタの構成材料として緻密な材料と緻密でない材料を用いるが、隣接するセル間の電解質膜間に少なくとも緻密な材料を用いるとが必須であり、この点を前提として、以下で述べる緻密でない材料の使用箇所に、緻密でない材料に代えて緻密な材料を用いてもよい。
インターコネクタの構成材料が例えば（Ｌａ、Ｓｒ）ＣｒＯ３の場合、この材料は難焼結性であり、その作製が非常に困難である。そこで、本発明においては、隣接するセル間のインターコネクタ材料として少なくとも緻密な材料を用いる。これにより、ガスシール性を高め、ガスがインターコネクタと電解質との間から漏れ出すことを防止することができる。併せて、緻密な材料であるので、電気的接触を確保することができる。また、上述のとおり、空気極から当該緻密な材料までは、緻密でない材料を用いることができる。これにより、空気極の形成と同時に、あるいは空気極の焼結温度よりも低い温度で形成できるという効果が得られる。
〈インターコネクタの配置構造１〉
図２１は本インターコネクタの配置構造１を示す図である。図２１中、下方の図は上方の図の一部を拡大して示した図である。この点は、以降、図２２〜３１についても同様である。図２１中、５６は多孔質の絶縁体基板、５７は燃料極、５８は電解質、５９は空気極であり、この点は、以降、図２２〜３１についても同様である。また、インターコネクタ〔図２１で言えば「インターコネクタ（緻密でなくともよい）」として示した部分〕の下面と電解質５８の上面は、通常は接しているが、その間にスペースがある場合もある。図２１では、図中Ｓとして示すように、スペースがある場合を示しているが、スペース部分はインターコネクタ材料等で満たしてもよい。この点は、以降、図２２〜２６、図２８〜３１についても同様である。
隣接するセル（図２１では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造１では、隣接する電解質５８間に緻密な材料を用い、空気極５９から当該緻密な材料までは緻密でない材料を用いる。例えば（Ｌｎ，Ａ）ＣｒＯ３（式中、Ｌｎはランタノイド、ＡはＢａ、Ｃａ、ＭｇまたはＳｒである）で示される酸化物を主成分とする材料の場合、この材料は難焼結性であり、その作製が非常に困難である。そこで、本配置構造１のように、隣接する電解質５８間に緻密な材料を用いることにより、ガスシール性を高め、ガスがインターコネクタと電解質５８との間から漏れ出すことを防止することができる。併せて、緻密な材料であるので、電気的接触を確保することができる。
一般に、インターコネクタと燃料極５７との連結はインターコネクタを燃料極５７の下に配置して行っている。これに対して、図２１のとおり、燃料極５７の上端面に緻密なインターコネクタ材料を臨ませていることにより、その構成を容易にすることができる。また、インターコネクタが電解質５８の一部を覆う構造としているので、シール性を高めることができる。空気極５９から当該緻密な材料までは緻密でない材料を用い得る点は、以下の配置構造でも同じである。
〈インターコネクタの配置構造２〉
図２２は本インターコネクタの配置構造２を示す図である。隣接するセル（図２２では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造２では、隣接する電解質５８間の燃料極５７上面の一部に緻密な材料を配置し、緻密な材料のうちの一部は緻密でない材料に連結している。これにより、緻密でない材料部分を除き、緻密な材料の上を電解質５８が覆う構造に構成する。他の構成は配置構造１の場合と同じである。本配置構造２のように、緻密なインターコネクタ材料の上を電解質５８が覆う構造であるので、ガスシール性をより高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造３〉
図２３は本インターコネクタの配置構造３を示す図である。隣接するセル（図２３では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。本配置構造３では、緻密な材料を隣接する電解質５８間で且つ燃料極５７側の上面と、これに続く燃料極５７の側面に配置する。これにより、緻密なインターコネクタ材料と電解質５８との接触面積を増やし、インターコネクタと燃料極５７との間の接触抵抗を低減させることができる。他の構成については配置構造２の場合と同じである。
〈インターコネクタの配置構造４〉
図２４は本インターコネクタの配置構造４を示す図である。隣接するセル（図２４では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造４では、隣接する電解質５８間と、これに続く燃料極５７の側面に緻密なインターコネクタ材料を配置する。図２４のとおり、断面Ｔ字状で、その頭部下面は電解質５８に接し、その脚部の一面の大部分（すなわち電解質５８が貫通する部分を除き）が燃料極５７に接し、その脚部の他面は電解質５８に接している。これにより、緻密なインターコネクタ材料と電解質５８との接触面積を増やし、インターコネクタと燃料極５７との間の接触抵抗を低減させ、シール性を高めることができる。他の構成は配置構造１の場合と同じである。
〈インターコネクタの配置構造５〉
図２５は本インターコネクタの配置構造５を示す図である。隣接するセル（図２５は左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。本配置構造５では、緻密なインターコネクタ材料が、隣接するセルのうち、前のセルの電解質５８の上面から側面に続き、燃料極５７の側面に接し、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に接し、電解質５８の側面から上側面に続くよう構成される。これにより、配置構造４に比べて、電解質５８が完全に分離される。すなわち、隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造５によれば、多孔質の絶縁体基板５６からガスが漏れるのに対しても、当該緻密なインターコネクタ材料によりシールすることができる。
〈インターコネクタの配置構造６〉
図２６は本インターコネクタの配置構造６を示す図である。隣接するセル（図２６では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。本配置構造６では、緻密なインターコネクタ材料が、隣接するセルのうち、前のセルの電解質５８の上面から側面に続き、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に接し、電解質５８の下面に続くように構成される。これにより、前記配置構造５と同様、隣接したセル同士の電解質５８が分離される。併せて、空気極５９は電解質５８の上面に配置される。本配置構造６によれば、多孔質の絶縁体基板５６からのガス漏れに対しても、当該緻密なインターコネクタ材料によりシール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造７〉
図２７は本インターコネクタの配置構造７を示す図である。隣接するセル（図２７では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。本配置構造７では各セルの電解質５８が燃料極５７の側面まで覆うようにしてある。本配置構造７では、緻密なインターコネクタ材料が、隣接するセルのうち、前のセルの空気極５９から電解質５８の上面に続き、その側面に接し、絶縁体基板５６の上面に接して続き、次のセルの電解質５８の下面に続くように構成される。これにより隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造７によれば、多孔質の絶縁体基板５６からのガス漏れに対しても、当該緻密なインターコネクタ材料によりシール性を高めることができる。当該緻密なインターコネクタ材料を例えばＡｇを含有した材料で構成する場合、Ａｇ単体であると、Ａｇが飛散してしまうことがある。そこで、本配置構造７では、図２７のとおり、Ａｇ含有材料の上をガラス材等で覆うことにより、Ａｇの飛散を防止することができる。
〈インターコネクタの配置構造８〉
図２８は本インターコネクタの配置構造８を示す図である。隣接するセル（図２８では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。図２８のとおり、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタが、絶縁体基板５６の上面の電解質５８（電解質５８と絶縁体基板５６上面間）から、引続き絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の上面に接するように構成される。これにより隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造８によれば、電解質５８が完全に分離され、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が分離され、緻密なインターコネクタを燃料極５７と接する側のセルの電解質５８上面まで配置することにより、シール性を高めることができる。また、電解質５８が、燃料極５７における燃料流の下流側の側面及び絶縁体基板５６の上面まで覆っていることにより、シール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造９〉
図２９は本インターコネクタの配置構造９を示す図である。隣接するセル（図２９では左右のセル）間にインターコネクタを配置する。図２９のとおり、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の一部の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタが、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するように構成される。これにより隣接したセル同士の電解質５８が分離される。本配置構造９によれば、電解質５８がセル間で、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が完全に分離される。そして、上記のとおり、緻密なインターコネクタが、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するようにすることにより、シール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造１０〉
図３０は本インターコネクタの配置構造１０を示す図である。隣接するセル（図３０では左右のセル）間に緻密なインターコネクタを配置する。図３０のとおり、本配置構造１０は、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の一部の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するように構成される。本配置構造１０によれば、電解質５８がセル間で完全に分離され、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が完全に分離される。そして、上記のとおり、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の下面（すなわち電解質５８の下面と燃料極５７の間）に接するようにすることにより、シール性を高めることができる。
〈インターコネクタの配置構造１１〉
図３１は本インターコネクタの配置構造１１を示す図である。図３１のとおり、本配置構造１１は、各セルを断面でみて、燃料極５７の両側面のうち、燃料流の上流側の側面は電解質５８で覆わず、燃料流の下流側の側面は電解質５８で覆い、電解質５８が絶縁体基板５６の一部の上面まで覆うように構成する。そして、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の上面に接するように構成される。本配置構造１１によれば、電解質５８がセル間で完全に分離され、すなわち隣接したセル同士の電解質５８が完全に分離される。そして、上記のとおり、緻密なインターコネクタを、絶縁体基板５６の一部上面の電解質５８の上面から、絶縁体基板５６の上面に接して、次のセルの燃料極５７の側面に続き、電解質５８の上面に接するようにすることにより、シール性を高めることができる。
Claims (3)
- 内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池モジュールであって、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなり、前記各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる構成が、同じ面積の複数個のセルをグループとし、そのセルグループの複数個をセルグループ毎のセルの面積を燃料の流れ方向に順次大きくしてなる構成であり、且つ、
前記隣接するセル間の空気極及び燃料極間を接続するインターコネクタの構成材料が、Ａｇを主原料とする材料で構成され、当該インターコネクタをガラスで覆ってなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。 - 内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板の表面に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池モジュールであって、各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなり、前記各セルの面積を燃料の流れ方向に異ならせてなる構成が、同じ面積の複数個のセルをグループとし、そのセルグループとセルグループでないセルとを交互またはアトランダムに、セルの面積を燃料の流れ方向に順次大きくしてなる構成であり、且つ、
前記隣接するセル間の空気極及び燃料極間を接続するインターコネクタの構成材料が、Ａｇを主原料とする材料で構成され、当該インターコネクタをガラスで覆ってなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。 - 請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、
内部に燃料の流通部を有し、且つ、少なくともセルに接する面が絶縁体である基板が、第１列から第ｎ列の複数列からなり、それぞれの列に、順次、燃料極、電解質及び空気極からなる複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。
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