JP5131452B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃料電池ユニットを積層して成るスタック構造体を備えた固体電解質型燃料電池の改良に関するものである。

従来、固体電解質型燃料電池としては、平板型セルの両側にインタコネクタを配置すると共に、セルの両側に燃料ガス及び酸化剤ガスの流路を形成して、これをスタックとし、このスタックを積層すると共に、燃料ガス及び酸化剤ガスの流動方向をスタック毎に変化させることにより、セル間の温度差を小さくして、セル温度の平均化を図ったものがあった（特許文献１参照）。
特開平６−２７５３０６号公報

しかしながら、上記したような従来の固体電解質型燃料電池では、燃料ガス及び酸化剤ガスの流動方向をスタック毎に変化させるには、スタック毎にガスの導入部や排出部を異なる配置にする必要上、外部との間のガス流路となる配管数が増大したり配管が複雑になりやすい。このため、実質的には、夫々のガスの流動方向を２方向程度にして、スタック毎にガスの流動方向を交互に変えるような構造にせざるを得なかった。

したがって、従来の固体電解質型燃料電池は、セル温度を平均化するには必ずしも充分なものではなく、セル温度や燃料電池全体の温度の平均化を実現するうえでさらなる改善が要望されていた。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、燃料電池ユニットを積層して成るスタック構造体を備えた固体電解質型燃料電池であって、ガス流路の構造が簡単であるうえに、スタック構造体の温度のさらなる均一化を実現することができる固体電解質型燃料電池を提供することを目的としている。

本発明の固体電解質型燃料電池は、単セルを保持したセル板とセル板に対向するセパレータ板の外周縁部同士を接合して燃料電池ユニットを構成すると共に、燃料電池ユニットを複数積層してスタック構造体を構成している。

そして、固体電解質型燃料電池は、各燃料電池ユニットに対して燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方のガスを流通させるガス流路として、スタック構造体において燃料電池ユニットの積層方向に沿って設けた主流路と、主流路から分岐して個々の燃料電池ユニット内に通じる夫々の支流路を備え、隣接する燃料電池ユニット同士の間で互いの支流路をずらせた配置にした構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の固体電解質型燃料電池は、ガス流路の構造が簡単であるうえに、各燃料電池ユニットにおけるガスの流れを多方向に設定することが可能となり、燃料電池ユニット間の温度差を小さくして、スタック構造体の温度のさらなる均一化を実現することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の固体電解質型燃料電池の実施形態を説明する。
図１（ａ）に示す固体電解質型燃料電池は、単セル１を保持したセル板２と、セル板２に対向するセパレータ板３の外周縁部同士を接合して燃料電池ユニットＵを構成し、この燃料電池ユニットＵを複数積層してスタック構造体Ｓを構成している。そして、図示しないケースにスタック構造体Ｓを収容して、燃料電池システムの主要部としている。

単セル１は、いわゆる発電要素であって、固体電解質層を燃料極と空気極で挟んだ構造を有している。セル板２及びセパレータ板３は、金属製であって、例えば単セル１との熱膨張係数を合わせた材料を用いることが望ましく、溶接、ロウ付け又は超音波接合法などの接合手段により互いの外周縁部同士を接合している。このとき、セパレータ板３は、単セル１の燃料極側に対向し、単セル１及びセル板２との間に燃料ガスの流通空間を形成している。なお、燃料電池ユニットＵの内部や同ユニットＵ同士の間には、不織布状や多孔質状の集電体（図示略）を設け、この集電体を介して外部に電力を取り出す。

一例として、単セル１の電解質層の材料は、１０モル％イットリア安定化ジルコニアである。燃料極の材料は、ニッケル＋イットリア安定化ジルコニアのサーメットである。空気極の材料は、ランタンストロンチュウムマンガナイトである。セル板２及びセパレータ板３の材料はＳＵＳ４３０である。また、燃料電池ユニットＵ同士はガラス接合する。

上記の燃料電池ユニットＵは、その内部に水素を含む燃料ガスを導入して単セル１の燃料極に供給すると共に、ケース内に酸化剤ガス（空気）を導入して単セル１の空気極に供給し、単セル１における電気化学反応により電気エネルギーを発生する。

また、上記の燃料電池ユニットＵは、円盤型を成しており、その中央部に、燃料ガスを流通させるガス流路を形成するための扁平円柱状の流路部品４を備えている。

流路部品４は、図１（ｂ）に示すように、ガス流路として、燃料電池ユニットＵの中心部に同心配置した貫通孔１０Ｐと、貫通孔１０Ｐから燃料電池ユニットＵの半径方向に分岐して燃料電池ユニットＵ内に通じる導入用支流路１０Ｂを備えている。この流路部品４は、燃料電池ユニットＵを積層した状態で、貫通孔１０Ｐが互いに連通して、スタック構造体Ｓにおいて燃料電池ユニットＵの積層方向に沿う導入用主流路１０Ａを形成する。

また、この実施形態では、ガス流路として、図１（ｃ）に示すように、燃料電池ユニットＵの外周部に同心配置した環状の排出用主流路２０Ａと、排出用主流路２０Ａから分岐して燃料電池ユニットＵ内に通じる排出用支流路２０Ｂを備えている。なお、排出用主流路２０Ａは、例えば流路形成用のケーシングにより形成してある。このケーシングには、各燃料電池ユニットＵの空気極に対する酸化剤ガスの流通を妨げないように、適当な位置に開口部を有する。上記の導入用主流路１０Ａ及び排出用主流路２０Ａは、ケース外部との間で燃料ガスを流通させる。

そして、固体電解質型燃料電池は、隣接する燃料電池ユニットＵ同士の間で、互いの支流路すなわち導入用支流路１０Ｂ及び排出用支流路２０Ｂをずらせた配置にしており、この際、スタック構造体Ｓの中心軸回りにずらせた配置にしている。

より具体的には、この実施形態の導入用支流路１０Ｂ及び排出用支流路２０Ｂは、図１（ｃ）中に矢印で示すように、燃料ガスの導入方向と排出方向とが互いに逆向きになる位置関係にある。図１（ｃ）において左側から上段、中段及び下段の各燃料電池ユニットＵを示すように、各支流路１０Ｂ，２０Ｂが、中心軸回りの同一方向に４５度ずつ順次ずれた配置になっている。なお、ここでは３枚の燃料電池ユニットＵを図示したが、実際には多数枚を積層し、隣接する燃料電池ユニットＵ間で各支流路１０Ｂ，２０Ｂをずらせた配置にする。

上記の構成を備えた固体電解質型燃料電池は、ガス流路の構造が簡単であるうえに、燃料電池ユニットＵ間の温度差をより小さくして、スタック構造体Ｓの温度のさらなる均一化を実現することができる。

つまり、この種の燃料電池では、燃料電池ユニットＵにおいて、導入した燃料ガスをユニット内のほぼ全域に流した後に排出するのであるが、導入部付近ではガス濃度が高いので発熱量が大きく、排出部付近ではガス濃度が低くなるうえに発電により水蒸気が発生するので発熱量が小さくなる。

このため、積層した燃料電池ユニットＵの燃料ガスの導入部と排出部が同じ位置（同じ位相）にあると、図２（ｂ）に模式的に示すように、各燃料電池ユニットＵの高温領域Ｈが積層方向に重なり、燃料電池ユニットＵ及びスタック構造体Ｓの温度分布が偏ったものとなる。これにより、局所的な温度差で各部品の歪みや割れが生じたり、局所的な高温で各部品の変形や酸化が生じることがある。

また、燃料電池ユニットＵ内に局所的な低温領域Ｃが存在すると、燃料電池ユニットＵ間は並列接続になるので、単ユニットの出力が低温領域Ｃから発生する出力値に淘汰される。

これに対して、当該燃料電池は、燃料ガスの導入用及び排出用の支流路１０Ｂ，２０Ｂを中心軸回りにずらせているので、図２（ａ）に模式的に示すように、各燃料電池ユニットＵの高温領域Ｈが積層方向に重なることがなく、隣接する燃料電池ユニットＵ同士の間で、高温領域Ｈと低温領域Ｃとが重なって熱交換が行われる。これにより、燃料電池ユニットＵ及びスタック構造体Ｓの温度分布が均一なものとなり、各部品の歪みや割れ並びに変形や酸化などを防止することができる。

また、当該燃料電池は、局所的な低温領域Ｃが解消されるので、単ユニットの出力が向上し、その結果、燃料電池ユニットＵを直列に接続したスタック構造体Ｓ全体の出力向上も実現できる。

しかも、当該燃料電池では、燃料ガスの導入用のガス流路が、燃料電池ユニットＵの中心部に同心配置した主流路１０Ａと支流路１０Ｂで構成してあると共に、排出用のガス流路が、燃料電池ユニットＵの外周部に同心配置した主流路２０Ａと支流路２０Ｂで構成してあるので、夫々の支流路１０Ｂ，２０Ｂを中心軸回りにずらせても、夫々の主流路１０Ａ，２０Ａの位置は何ら変化しない。

つまり、各燃料電池ユニットＵは、同一構成のものを用いることができ、これらを中心軸回りにずらせて積層すれば、所望のガス流路を備えたスタック構造体Ｓを簡単に構成することができる。したがって、当該燃料電池は、製造コストの面で有利であって、ガス流路の構造が簡単であるにも関わらず、各燃料電池ユニットＵにおけるガスの流れを多方向に設定することを可能にして、電池ユニットＵ及びスタック構造体Ｓの温度のさらなる均一化を実現している。

さらに、当該燃料電池は、円盤型の燃料電池ユニットＵを用いているので、熱膨張による局所的な応力負荷部分が生じ難く、しかも、中心軸回りにずらせて積層しても、図３（ａ）に平面を示すように、スタック構造体Ｓの外観形状に変化が無くて省スペース化に有利である。これに対して、図３（ｂ）に示すように、矩形型の燃料電池ユニットＵｘを用いた場合には、中心軸回りにずらせて積層すると、スタック構造体Ｓｘの容積が大きくなって省スペース化に不利である。

ここで、燃料電池ユニットＵは、単セル１の形状や数を選択することが可能であり、その形態に応じてガス流路の配置も様々なものとなる。

例えば、図４（ａ）に示す流路部品１４は、円盤型の燃料電池ユニットＵの中央に設けるものである。この流路部品１４は、中心部に、積層状態で主流路Ａを形成する中央貫通孔Ｐｃを有すると共に、その周囲に、同じく主流路Ａを形成する４つの側部貫通孔Ｐｓを９０度間隔で有している。側部貫通孔Ｐｓは、図４（ｂ）に示すように、その内周縁及び外周縁が中心軸回りの所定角度θに対応する円弧になっている。

また、上記の流路部品１４は、中央貫通孔Ｐｃから当該部品の外周側すなわち燃料電池ユニットの内部に至る複数の支流路Ｂと、側部貫通孔Ｐｓから同じく燃料電池ユニットの内部に至る複数の支流路Ｂを備えている。このような流路部品１４は、例えば、中央貫通孔Ｐｃにより形成した主流路Ａを導入用にすると共に、側部貫通孔Ｐｓにより形成した主流路Ａを排出用にしたり、導入用と排出用の関係を逆にしたりすることができる。また、側部貫通孔Ｐｓにより形成した主流路Ａのいずれかを導入用にして、残りを排出用にするなどの構成としても良い。

さらに、上記の側部貫通孔Ｐｓを有する流路部品１４を使用する場合には、例えば図５に示すように、側部貫通孔Ｐｓにより形成する主流路Ａに対して、１つの支流路Ｂの位置が異なる少なくとも２種類の燃料電池ユニットを用いることができる。この場合には、異種の燃料電池ユニットＵ同士が隣接する状態に積層してスタック構造体Ｓを形成する。

これにより、とくに図５（ｂ）に示すように、隣接する燃料電池ユニット同士において、主流路Ａを同じ位置にして、導入用又は排出用の支流路Ｂが中心軸回りにずれた配置となり、少ない部品数で燃料電池ユニット間の温度差の均一化を実現し、ひいてはスタック構造体Ｓにおける温度分布の均一化を実現する。

図６に示す燃料電池ユニットＵは、円盤型を成すと共に、ガス流路の主流路Ａ及び支流路（図示せず）を中心部に配置したものであって、単セル１の形状や数が異なっている。すなわち、単セル１は、図６（ａ）に示すように環状を成すもの、図６（ｂ）及び（ｄ）に示すように、扇状を成して円周上に複数配置したもの、図６（ｃ）に示すように、円形を成して円周上に複数配置したもの、図６（ｅ）に示すように、図６（ｃ）の円形セルをさらに小径の３つの円形セルに分割したものなどにすることができ、これら以外の形態も当然あり得る。

また、図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように、複数の単セル１を備えたものでは、単セル１同士の間に整流用のリブＲを配置して、燃料電池ユニットＵの内部全域に燃料ガスが充分に行き渡るようにしている。

図７に示す燃料電池ユニットＵは、円盤型を成すと共に、ガス流路の主流路Ａ及び支流路（図示せず）を外周部に配置したものであって、単セル１の形状や数が異なっている。すなわち、単セル１は、図７（ａ）に示すように円形状を成すもの、図６（ｂ）に示すように矩形状を成すもの、図６（ｃ）に示すように、矩形セルを複数配置したものなどにすることができ、これら以外の形態も当然あり得る。

また、図７に示す燃料電池ユニットＵは、外周部の１８０度異なる２箇所に、円周方向に長い長孔状の外周部貫通孔Ｐｏを有し、積層状態で互いの外周部貫通孔Ｐｏを連続させて主流路Ａを形成する。

ところで、先に図５に基づいて説明したように、燃料電池ユニットＵは、図６に示すような流路部品１４を使用した場合には、支流路の位置が異なる少なくとも２種類を交互に積層してスタック構造体Ｓを構成することで、一定の効果を得ることができる。

しかも、燃料電池ユニットＵは、図６に示す如く中心部に側部貫通孔Ｐｓによる主流路Ａを有するものや、図７に示す如く外周部に外周部貫通孔Ｐｏによる主流路Ａを有するものでは、夫々の支流路を同数で同位置にして部品の共通化を図ったうえで、積層する際に、隣接するユニット同士の間で互いの貫通孔Ｐｓ，Ｐｏを一部重複した状態ずらせることによって、互いの支流路をずらせた配置にすることができる。

図８は、中央貫通孔Ｐｃによる主流路Ａを導入用とし、側部貫通孔Ｐｓによる主流路Ａを排出用として用いた場合を示す図である。先述したように燃焼ガスの導入部付近では高温領域Ｈが発生する。そこで、側部貫通孔Ｐｓが一部重複した状態でずれるように燃料電池ユニットＵを積層することで、積層方向において高温領域Ｈがずれることになり、燃料電池ユニットＵ同士の間で熱交換が行われて、燃料電池ユニットＵ及びスタック構造体Ｓにおける温度分布の均一化を実現する。

また、図９は、外周部貫通孔Ｐｏよる主流路Ａの一方を導入用とし、他方を排出用として用いた場合を示す図である。この場合も、同様に燃焼ガスの導入部付近では高温領域Ｈが発生する。そこで、外周部貫通孔Ｐｏが一部重複した状態でずれるように燃料電池ユニットＵを積層することで、積層方向において高温領域Ｈがずれることになり、燃料電池ユニットＵ同士の間で熱交換が行われて、燃料電池ユニットＵ及びスタック構造体Ｓにおける温度分布の均一化を実現する。

なお、図８に示すように、ガス流路の主流路Ａ及び支流路を中心部に配置した燃料電池ユニットＵでは、積層後のユニット同士の締結を中心部だけで行うことができる。これにより、各燃料電池ユニットＵにおいて、温度可変時の熱膨張により発生する内部応力を外周部分でフリーにして、変形や位置ずれを防止することができる。また、高熱容量体を中心にもつことで内部の保温能力を高めて放熱量を減らすこともできる。

さらに、図９に示すように、ガス流路の主流路Ａ及び支流路が外周部に配置した燃料電池ユニットＵでは、ガス流路が簡単であるうえに、中央部の構造をより簡略なものにすることができる。

図１０は、スタック構造体Ｓにおける各燃料電池ユニットＵの貫通孔Ｐ及び主流路Ａと、支流路Ｂの関係を示す図である。

図１０（ａ）のスタック構造体Ｓは、先に図５に基づいて説明したように、貫通孔Ｐに対して支流路Ｂの位置が異なる２種類の燃料電池ユニットＵを用い、これらを交互に積層して支流路Ｂの位置を中心軸回りにずらせたものである。

図１０（ｂ）のスタック構造体Ｓは、貫通孔Ｐに対して支流路Ｂの位置が同じ燃料電池ユニットＵを用い、貫通孔Ｐが一部重複した状態で交互にずれるように積層して、支流路Ｂの位置を中心軸回りに交互にずらせたものである。

図１０（ｃ）のスタック構造体Ｓは、先に図８及び図９に基づいて説明したように、貫通孔Ｐに対して支流路Ｂの位置が同じ燃料電池ユニットＵを用い、貫通孔Ｐが一部重複した状態で中心軸回りの一方向に順次ずれるように積層して、支流路Ｂの位置を中心軸回りの一方向に順次ずらせたものである。

いずれのスタック構造体Ｓにおいても、同様の作用及び効果を得ることができるが、とくに、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、主流路Ａを形成する貫通孔Ｐを一部重複させてずらせた構成にした場合には、図１１及び図１２に示すように、主流路Ａ内に露出している燃料電池ユニットＵの外面Ｑが、昇温した燃料ガスにより直接加熱される。これにより、燃料電池ユニットＵの昇温速度が上がって起動時間を短縮することが可能となり、電気自動車用の燃料電池により一層好適なものとなる。

また、上記の如く主流路Ａを形成する貫通孔Ｐを一部重複させてずらせた構成にした場合には、図１２に示すように、実質的な主流路Ａは貫通孔Ｐ同士のずれ量に対応して傾斜したものとなる。そこで、図１３に示すように、各貫通孔Ｐは、積層方向に隣接する貫通孔Ｐ同士のずれ量に対応して傾斜した内周面を有するものにしても良い。これにより、貫通孔Ｐは、互いの内面を連続させて主流路Ａを形成する。このように、貫通孔Ｐを傾斜したものにすれば、燃料電池ユニットＵ間のシール部３０を最大限に確保して、スタック構造体Ｓの強度も高められるという利点がある。

さらに、上記の如く主流路Ａを形成する貫通孔Ｐを一部重複させてずらせた構成にした場合には、スタック構造体Ｓの中心軸方向において、貫通孔Ｐ同士のずれ角度αや貫通孔Ｐの傾斜角度βを異ならせることができる。このとき、ずれ角度αは、例えば図９に示すように、スタック構造体Ｓの中心軸回りの角度である。また、傾斜角度βは、例えば図１３に示すように、スタック構造体Ｓの中心軸（図中において上下方向の軸）に対する角度である。

そして、上記の如くずれ角度αや傾斜角度βを異ならせる場合には、とくに有効な構成として図１４に示すものがある。すなわち、スタック構造体Ｓの中心軸方向の一端部及び他端部の範囲における貫通孔Ｐ同士のずれ角度をα１とし、スタック構造体Ｓの中心軸方向の中央部における貫通孔Ｐ同士のずれ角度をα２としたときに、これらのずれ角度をα１＞α２の関係にする。図１４に示すように、一端部（上部）と他端部（下部）の範囲において、貫通孔Ｐのずれ量が大きくなっている。

換言すれば、スタック構造体Ｓの中心軸方向の一端部及び他端部の範囲における貫通孔Ｐの傾斜角度をβ１とし、スタック構造体Ｓの中心軸方向の中央部における貫通孔Ｐの傾斜角度をβ２としたときに、これらの傾斜角度をβ１＞β２の関係にする。

この種のスタック構造体Ｓでは、上記した様々な構成を採用することで、各燃料電池ユニットＵの温度分布の均一化を実現し得るのであるが、全体の発熱状況をより厳密に考慮すると、図１５（ｂ）に中心軸方向における温度変化を示すように、一端部及び他端部である末端部は、放熱によって中央部よりも温度が低くなる。

そこで、上述のように、貫通孔Ｐのずれ角度をα１＞α２の関係にし、あるいは貫通孔Ｐの傾斜角度をβ１＞β２の関係にすることで、末端部の範囲にある貫通孔Ｐ内の圧損を意図的に大きくし、末端部の燃料電池ユニットＵへ分配するガス量を多くする。これにより、末端部では発電による発熱量が上がるので、図１５（ａ）に示すように、中央部と末端部との温度差が小さくなり、スタック構造体Ｓの温度分布のさらなる均一化を実現することができる。

図１６に示す燃料電池ユニットＵは、矩形型であって、両側の長辺に沿って長孔状の貫通孔Ｐ，Ｐを有しており、積層状態において各貫通孔Ｐ，Ｐが互いに連通して導入用主流路１０Ａ及び排出用主流路２０Ａとなる。また、図示の燃料電池ユニットＵは、夫々異なる位置に、導入用支流路１０Ｂ及び排出用支流路２０Ｂを有しており、積層したスタック構造体を構成したときに、積層方向に隣接する導入用支流路１０Ｂ及び排出用支流路２０Ｂが互いにずれた配置となる。

上記の矩形型の燃料電池ユニットＵを用いたスタック構造体においても、先の円盤型のものと同様に、ガス流路の構造が簡単であるうえに、隣接する燃料電池ユニットＵ同士の間で熱交換を行って、燃料電池ユニットＵ間の温度差を小さくし、全体の温度のさらなる均一化を実現することができる。

本発明の固体電解質型燃料電池は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができる。

また、上記の各実施形態では、燃料電池ユニット内に燃料ガスを供給する場合を例示したが、燃料電池ユニット内に酸化剤ガス（空気）を供給する構成もあり得る。このとき、燃料ガスを供給する場合には、図８や図９に示す如くガスの導入部付近に高温領域Ｈが生じるが、酸化剤ガスを供給する場合には、単セル１の発電反応により酸化剤ガスが加熱されるので、ガスの排出部付近に高温領域が生じる。このような場合にあっても、支流路をずらせた構成、又は主流路とともに支流路をずらせた構成にすることで、積層方向に各燃料電池ユニットの高温領域が重ならないようにし、上記各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

本発明の固体電解質型燃料電池の一実施形態を説明する断面図（ａ）流路部品の断面図（ｂ）及び分解説明図（ｃ）である。 本発明の一実施形態における燃料電池の温度分布を説明する断面図（ａ）及び従来の燃料電池の温度分布を説明する断面図（ｂ）である。 円盤型の燃料電池ユニットを用いたスタック構造体の平面図（ａ）及び矩形型の燃料電池ユニットを用いたスタック構造体の平面図（ｂ）である。 流路部品の他の実施形態を説明する平面図（ａ）及び側部貫通孔を説明する平面図（ｂ）である。 主流路に対して異なる位置に支流路を有する燃料電池ユニットを説明する各々要部の平面図（ａ）（ｂ）である。 中央部にガス流路を有する燃料電池ユニットであって、単セルの異なる例を説明する各々平面図（ａ）〜（ｅ）である。 外周部にガス流路を有する燃料電池ユニットであって、単セルの異なる例を説明する各々平面図（ａ）〜（ｃ）である。 図６に示す燃料電池ユニットにおけるガスの流れ及び高温領域を説明する分解説明図である。 図７に示す燃料電池ユニットにおけるガスの流れ及び高温領域を説明する分解説明図である。 主流路と支流路の異なる配置を示す各々説明図（ａ）（ｂ）である。 主流路をずらせた構成を説明する断面図である。 図１１に示す主流路におけるガスの流れを説明する断面図である。 貫通孔の内面を傾斜させた構成を説明する断面図である。 貫通孔のずれ角度を変化させた構成を示す説明図である。 図１４に示す構成のスタック構造体の温度分布を示す説明図（ａ）及び貫通孔のずれ角度が一定であるスタック構造体の温度分布を示す説明図（ｂ）である。 矩形型の燃料電池ユニットを用いたスタック構造体を示す分解説明図である。

符号の説明

１ 単セル
２ セル板
３ セパレータ板
１０Ａ 導入用主流路
１０Ｂ 導入用支流路
２０Ａ 排出用主流路
２０Ｂ 排出用支流路
Ａ 主流路
Ｂ 支流路
Ｐ 貫通孔
Ｐｃ 中央貫通孔
Ｐｓ 側部貫通孔
Ｐｏ 外周部貫通孔
Ｓ スタック構造体
Ｕ 燃料電池ユニット

Claims (10)

1. 単セルを保持したセル板とセル板に対向するセパレータ板の外周縁部同士を接合して燃料電池ユニットを構成すると共に、燃料電池ユニットを複数積層してスタック構造体を構成した固体電解質型燃料電池であって、
   各燃料電池ユニットに対して燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方のガスを流通させるガス流路として、
   スタック構造体において燃料電池ユニットの積層方向に沿って設けた主流路と、主流路から分岐して個々の燃料電池ユニット内に通じる夫々の支流路を備え、
   隣接する燃料電池ユニット同士の間で互いの支流路をずらせた配置にしたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
2. ガス流路として、ガス導入用の主流路及び支流路と、ガス排出用の主流路及び支流路を備え、隣接する燃料電池ユニット同士の間でガス導入用の支流路及びガス排出用の支流路の両方をずらせた配置にしたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
3. 各燃料電池ユニットが、円盤型であって、各燃料電池ユニットの支流路が、スタック構造体の中心軸回りにずらせてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解質型燃料電池。
4. 主流路に対して支流路の位置が異なる少なくとも２種類の燃料電池ユニットを用いると共に、異種の燃料電池ユニット同士が隣接する状態に積層してスタック構造体を形成したことを特徴とする請求項３に記載の固体電解質型燃料電池。
5. 各燃料電池ユニットが、積層状態で互いに連通して主流路を形成する貫通孔を有しており、隣接する燃料電池ユニット同士の間で互いの貫通孔を一部重複した状態でずらせることにより互いの支流路をずらせた配置にしたことを特徴とする請求項３に記載の固体電解質型燃料電池。
6. スタック構造体の中心軸方向の一端部から他端部に至る間において、各燃料電池ユニットの貫通孔をスタック構造体の中心軸回りの一方向に順次ずらせたことを特徴とする請求項５に記載の固体電解質型燃料電池。
7. 各燃料電池ユニットの貫通孔が、積層方向に隣接する貫通孔同士のずれ量に対応して傾斜した内面を有しており、互いの内面を連続させて主流路を形成していることを特徴とする請求項６に記載の固体電解質型燃料電池。
8. スタック構造体の中心軸回りの角度に関して、スタック構造体の中心軸方向の一端部及び他端部の範囲における貫通孔同士のずれ角度をα１とし、スタック構造体の中心軸方向の中央部における貫通孔同士のずれ角度をα２としたときに、これらのずれ角度がα１＞α２の関係であることを特徴とする請求項６又は７に記載の固体電解質型燃料電池。
9. ガス流路の主流路及び支流路が、燃料電池ユニットの中心部に配置してあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
10. ガス流路の主流路及び支流路が、燃料電池ユニットの外周部に配置してあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体電解質型燃料電池。

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