JP5255324B2 - 反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）等の反応装置に係わり、特に、薄板体とその薄板体を支持する支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる（平板）スタック構造を有するものに関する。

従来から、上記スタック構造を有する固体酸化物型燃料電池が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、薄板体（「単セル」とも称呼される。）として、ジルコニア（セラミックス）から構成される固体電解質層と、その固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、その固体電解質層の下面に形成された空気極層と、が積層されてなる焼成体が使用され得る。以下、各薄板体について、薄板体の上方、下方に隣接する支持部材（「インターコネクタ」とも称呼される。）をそれぞれ、「上方支持部材」、「下方支持部材」とも称呼するものとする。
特開２００４−３４２５８４号公報

また、支持部材は、平面部と、その平面部の外周部の全周に設けられた同平面部よりも厚さが大きい枠体部とを有するように構成され得る。この場合、各薄板体について、薄板体の外周部の全周が上方支持部材の枠体部と下方支持部材の枠体部との間に挟持されることで、上方支持部材の平面部の下面と上方支持部材の枠体部の内側壁面と薄板体の燃料極層の上面とで内部にて燃料ガスが流通する第１空間が区画・形成され得、下方支持部材の平面部の上面と下方支持部材の枠体部の内側壁面と薄板体の空気極層の下面とで内部にて酸素を含むガス（空気）が流通する第２空間が区画・形成され得る。

係る構成にて、固体酸化物型燃料電池の作動温度（例えば、８００℃、以下、単に「作動温度」と称呼する。）まで薄板体を加熱した状態で、第１、第２空間に燃料ガス及び空気をそれぞれ流通させることで、各薄板体の上面及び下面に燃料ガス及び空気がそれぞれ接触し、この結果、各薄板体にて発電反応が発生する。

以下、説明の便宜上、第１、第２空間を「空間」と総称し、燃料ガス、及び空気を「ガス」と総称する。

空間内にガスを流通させるため、ガスは、平面視にて所定の位置（例えば、空間の周縁部）に設けられた流入部を介して空間内に導入され、平面視にて流入部とは異なる位置（例えば、空間の周縁部であって流入部から遠い位置）に設けられた流出部を介して空間から流出させられる。この場合、平面視にて空間内にてガスが流通する領域（従って、平面視にてガスが流通しながら薄板体に接触する領域）の面積（以下、「流通面積」と称呼する。）が大きいほど、薄板体にて発電反応をより効果的に発生させることができる。

空間内における流入部から流出部までのガスの流通経路（以下、単に「流通経路」とも称呼する。）を規制する部材が存在しないものとすると、一般に、ガスは、流通経路がなるべく短くなるように流通しようとする傾向がある。この場合、ガス濃度の希薄な部分（ガス流速が小さい部分）が存在することで実質的に有効な流通面積が比較的小さくなり、薄板体にて発電反応が効果的に発生し得ないことも考えられる。従って、ガス流速の不均一度合い（ガス濃度の不均一度合い）を小さくして実質的に有効な流通面積を拡大する必要がある。

他方、一般に、燃料電池では、システム全体の発電効率向上のため、ガス利用率（流入するガスの流量に対する消費するガスの流量比率）が高いことが望まれる。具体的には、燃料利用率及び空気利用率が共に高いことが望まれる。ところが、上述のようにガス濃度の希薄な部分が存在する状態（即ち、ガス流速の不均一度合いが大きい状態）においてガス利用率を増大させると（即ち、流入する燃料流量及び空気流量を減少させると）、ガス濃度の希薄な部分においてガス濃度が更に希薄となる。

このことと、空気が燃料ガス（例えば水素）よりも拡散し難い性質を有することに起因して、特に、空気極層の表面近傍において酸素濃度が極めて希薄な部分が発生し得る。酸素濃度が希薄な部分では発電に必要な酸素量が不足し、この結果、この部分が局所的に還元雰囲気になることがある。これにより、この部分に対応する空気極層の部分そのものが還元・分解されて、空気極層の前記部分の触媒機能が十分に発揮され得なくなる事態が発生し得る。係る観点からも、ガス流速の不均一度合い（ガス濃度の不均一度合い）を小さくして実質的に有効な流通面積を拡大する必要がある。

以上より、実質的に有効な流通面積を拡大するために流通経路を敢えて規制することが考えられる。このためには、例えば、支持部材の平面部の平面において同平面に対向する薄板体の平面に向けて突出した流通規制部（例えば、隔壁、突起等）を形成すればよい。これにより、例えば、平面視にて空間内にてガスを蛇行等させることができ、流通面積を拡大することができる（後述する図６、図７のＦ１を参照）。以下、このような流通規制部による規制に沿ったガスの流れを「第１の流れ」と称呼する。この「第１の流れ」の形成により、空間内の隅々までガスが供給されて流通面積が拡大することで発電反応が促進される。この効果を、「流通規制部の形成による反応促進効果」と称呼する。

ところで、薄板体の平面方向に垂直な方向について、支持部材の平面部の平面と同平面に対向する薄板体の平面との距離（空間の高さ、以下、「第１距離」と称呼する。）に対する、薄板体の平面と流通規制部の先端との距離（ギャップ、以下、「第２距離」と称呼する。）の割合（以下、「ギャップ割合」と称呼する。）をいかに設定するかが問題となる。

即ち、ギャップ割合が「０」の場合（即ち、流通規制部の先端が薄板体の平面と接触していてギャップ（＞０）が形成されない場合）、少なくとも平面視にて流通規制部の先端が薄板体の平面と接触している領域ではガスが薄板体に接触し得ず、同領域は流通面積の一部となり得ない。これにより、「流通規制部の形成による反応促進効果」が十分に発揮され得ない。

従って、平面視にて流通規制部に対応する領域も流通面積の一部とするためには、ギャップ割合を「０」よりも大きい値に設定する（即ち、ギャップ（＞０）を確保する）必要がある。これにより、「第１の流れ」とは別に、流通規制部を乗り越えてギャップを経由しながらなるべく短い流通経路に沿って流通する「第２の流れ」が発生する（後述する図６、図７のＦ２を参照）。

この「第２の流れ」により、平面視にて流通規制部に対応する領域も流通面積の一部とすることができる。加えて、第２の流れは、ギャップを経由して形成されることに起因して、空間内において特に薄板体の平面に近い領域に形成される。以上より、「第１の流れ」に加えて「第２の流れ」を発生させることで発電反応をより促進することができる。この効果を「ギャップ確保による反応促進効果」と称呼する。

更には、この「第２の流れ」により、発電反応に伴って燃料極層側で不可避的に発生する水蒸気が燃料極層から除去され得る。この結果、水蒸気が燃料極層内に滞留、或いは吸着して発電効率が低下する事態の発生が抑制されるという作用も発生し得る。この「第２の流れ」は燃料極層近傍に発生するため、多孔質電極表面に吸着した水蒸気を効率的に除去することができる。

ここで、発明者は、ギャップ割合（＞０）が所定の範囲内にあれば、「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得ることを見出した。

即ち、本発明の目的は、薄板体と支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる（平板）スタック構造を有する小型の反応装置において、ガスの流通経路として「第１の流れ」と「第２の流れ」とが形成される場合において薄板体による化学反応を効果的に促進し得るものを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による反応装置は、固体電解質層と、前記固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、前記固体電解質層の下面に形成された空気極層との積層焼成体を含んでなる１又は複数の薄板体と、平面部と前記平面部の外周部の全周に設けられた同平面部よりも厚さが大きい枠体部とを有するとともに前記１又は複数の薄板体を支持する複数の支持部材と、が１つずつ交互に積層されてなる固体酸化物型燃料電池である。ここで、反応装置全体を小型化する観点から、各薄板体の厚さは、２０μｍ以上且つ５００μｍ以下であり、且つ、薄板体全体に亘って均一であることが好ましい。

また、前記各薄板体について、前記薄板体の外周部が前記上方支持部材の枠体部と前記下方支持部材の枠体部との間に挟持されることにより、前記上方支持部材の平面部の下面と前記上方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の上面とで内部にて燃料ガスが流通する第１空間が区画・形成されるとともに、前記下方支持部材の平面部の上面と前記下方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の下面とで内部にて酸素を含むガスが流通する第２空間が区画・形成される。

加えて、前記燃料ガス（酸素を含むガス）の前記第１空間（第２空間）に流入する流入部から前記第１空間（第２空間）から流出する流出部までの流通経路を規制するために前記上方支持部材（下方支持部材）の平面部の下面（上面）において同下面（上面）から下方（上方）へ向けて突出した流通規制部が形成される。この流通規制部の形成により、上記「第１の流れ」が発生し、「流通規制部の形成による反応促進効果」が発揮され得る。

上記本発明による反応装置の特徴は、前記薄板体の平面方向に垂直な方向について、前記薄板体の上面（下面）と前記上方支持部材（下方支持部材）の平面部の下面（上面）との距離（＝第１距離、空間の高さ）に対する前記薄板体の上面（下面）と前記流通規制部の先端との距離（＝第２距離、ギャップ）の割合（即ち、上記ギャップ割合）が、２％以上５０％以下であることにある。ここで、前記流通規制部は、前記流入部から前記流出部まで前記流通規制部による規制に沿って蛇行する前記燃料ガスの第１の流れ（Ｆ１）と、前記流入部から前記流出部まで前記流通規制部に規制されることなく前記流通規制部の先端と前記薄板体の上面との間を通る前記燃料ガスの第２の流れ（Ｆ２）と、が得られるように構成されている。

これによれば、上記ギャップ割合が「０」より大きいから、「第１の流れ」に加えて、上記「第２の流れ」が発生し得、「ギャップ確保による反応促進効果」が発揮され得る。ここで、「流通規制部の形成による反応促進効果」は「第１の流れ」の流速が大きいほどより大きくなり、「ギャップ確保による反応促進効果」は「第２の流れ」の流速が大きいほどより大きくなる傾向がある。

検討によれば、ギャップ割合が２％未満、又は５０％より大きい場合、「第２の流れ」の流速が著しく小さくなり、「ギャップ確保による反応促進効果」が十分に発揮され得ない（後述する図９を参照）。加えて、ギャップ割合が５０％より大きい場合、空間内を流通するガスの流れのうちで「第１の流れ」の割合が著しく減少することで「第１の流れ」の流速が著しく小さくなり、「流通規制部の形成による反応促進効果」が十分に発揮され得ない。

以上より、上記構成のように、ギャップ割合が２％以上５０％以下である場合、「第１の流れ」に基づく「流通規制部の形成による反応促進効果」が安定して発揮され得ることに加え、「第２の流れ」に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得る。従って、ギャップ割合が２％以上５０％以下である場合、薄板体による化学反応（例えば、発電反応）が効果的に促進され得る。

この場合、前記第２距離（＝ギャップ）は、２０μｍ以上であることが好ましい。検討によれば、ギャップ割合にかかわらず、第２距離が２０μｍ未満では、「第２の流れ」の流速が著しく小さくなり、「ギャップ確保による反応促進効果」が十分に発揮され得ない。従って、薄板体による化学反応（例えば、発電反応）を効果的に促進するためには、ギャップ割合が２％以上５０％以下であることに加え、第２距離が２０μｍ以上であることが好ましい。

上述のように、上記本発明に係る反応装置は、固体酸化物型燃料電池である。即ち、各薄板体は、固体電解質層と、前記固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、前記固体電解質層の下面に形成された空気極層と、が積層・焼成されてなる。各薄板体では、常温よりも極めて高い作動温度（６００℃以上、好ましくは、８００℃）にて化学反応として発電反応が発生する。

また、上記本発明に係る反応装置において、前記第１距離が５０μｍ以上１０００μｍ以下である場合、前記平面部の上面又は下面から突出する前記流通規制部の外表面における最小曲率半径は２０μｍ以上であることが好適である。これによれば、「第２の流れ」に対応するガスがスムーズに流通規制部を乗り越えることができる。この結果、ガスが流通規制部を乗り越えることに起因する「第２の流れ」の流速の低下が抑制されて、「第２の流れ」に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」がより効果的に発揮され得る。

なお、固体酸化物型燃料電池の上記作動温度程度の高温下では、ガスの粘度が非常に増大してガスが流通規制部を乗り越え難くなる傾向がある。従って、上記構成は、作動温度が高温（例えば、３００〜１０００℃、４００〜９００℃）である反応装置（例えば、固体酸化物型燃料電池等）に対して特に有効である。

以下、第１距離（＝空間の高さ）、及び第２距離（＝ギャップ）について付言しておく。上述したように、薄板体が極めて薄い場合、薄板体は、平面方向と垂直方向に変形し易い（反り易い）。特に、固体酸化物型燃料電池の場合、薄板体を構成する上記３層の熱膨張率の相違に起因して、常温から作動温度まで薄板体を昇温させると、薄板体は平面方向と垂直方向に容易に変形する。このように、薄板体が平面方向と垂直方向に変形すると、第１、第２距離も変化する。

本発明において、「第１距離」、及び「第２距離」とは、原則的には、反応装置の使用状態（薄板体の変形が考慮される）において、平面視にて流通規制部に対応する位置における値を意味している。また、流通規制部が複数設けられている場合、少なくとも１つの流通規制部に対応するギャップ割合が２％以上５０％以下であればよく、また、少なくとも１つの流通規制部に対応する第２距離が２０μｍ以上であればよい。

また、上記本発明に係る反応装置においては、前記流通規制部として、前記第１空間、及び／又は前記第２空間に内装された、前記支持部材と前記薄板体との間の電気的接続を確保する集電部材（例えば、エンボス加工された金属メッシュ等）が使用されてもよい。係る集電部材（例えば、金属メッシュ等）が第１空間、及び／又は第２空間に内装されると、実質的に有効な流通面積が拡大され得る。即ち、係る集電部材も上述の流通規制部として機能し得る。

この場合、集電部材（例えば、金属メッシュ等）における薄板体側に突出する複数の突出部（突起部、薄板体と接触すべき部分）のうちの一部が薄板体と接触するとともに、残りの突出部が薄板体と接触しないように、集電部材が配置・構成される。ここにおいて、上記残りの突出部の先端と薄板体との距離（ギャップ）が前記第２距離（Ｔ２）に対応する。

これにより、上記一部の突出部が薄板体と接触することで支持部材と薄板体との間の電気的接続が確保され得る。加えて、上記残りの突出部の少なくとも１つに対応するギャップ割合（＝Ｔ２／Ｔ１）が２％以上５０％以下であれば、上述のように、「第１の流れ」に基づく「流通規制部の形成による反応促進効果」が安定して発揮され得ることに加え、「第２の流れ」に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得る。更には、上記残りの突出部の少なくとも１つに対応する前記第２距離（＝ギャップ）が、２０μｍ以上であることが好ましい。これによれば、上述のように、「ギャップ確保による反応促進効果」が十分に発揮され得る。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る固体酸化物型燃料電池（反応装置）について説明する。

（燃料電池の全体構造）
図１は、本発明の一実施形態に係るデバイスである固体酸化物型燃料電池（以下、単に「燃料電池」と称呼する。）１０の破断斜視図である。図２は、燃料電池１０の部分分解斜視図である。燃料電池１０は、薄板体１１と支持部材１２とが交互に積層されることにより形成されている。即ち、燃料電池１０は、平板スタック構造を備えている。薄板体１１は、燃料電池１０の「単セル」とも称呼される。支持部材１２は、「インターコネクタ」とも称呼される。

図２の円Ａ内に拡大して示したように、薄板体１１は、電解質層（固体電解質層）１１ａと、電解質層１１ａの上（上面）に形成された燃料極層１１ｂと、電解質層１１ａ上の燃料極層１１ｂとは反対の面（下面）に形成された空気極層１１ｃと、を有している。薄板体１１の平面形状は、互いに直交するｘ軸及びｙ軸の方向に沿う辺を有する正方形（１辺の長さ＝Ａ）である。薄板体１１は、ｘ軸及びｙ軸に直交するｚ軸方向に厚み方向を有する板体である。

本例において、電解質層１１ａはＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）の緻密な焼成体である。燃料極層１１ｂは、Ｎｉ−ＹＳＺからなる焼成体であり、多孔質電極層である。空気極層１１ｃはＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３：ランタンストロンチウムマンガナイト）−ＹＳＺからなる焼成体であり、多孔質電極層である。電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ、及び空気極層１１ｃの常温から１０００℃での平均熱膨張率はそれぞれ、およそ、１０．８ｐｐｍ／Ｋ、１２．５ｐｐｍ／Ｋ、及び１１（１０．８）ｐｐｍ／Ｋであり、互いに相違している。また、空気極層１１ｃは、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）からなる焼成体であってもよい。この場合、空気極層１１ｃの常温から１０００℃での平均熱膨張率は、１２ｐｐｍ／Ｋである。

薄板体１１は、一対のセル貫通孔１１ｄ，１１ｄを備えている。それぞれのセル貫通孔１１ｄは、電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ及び空気極層１１ｃを貫通している。一対のセル貫通孔１１ｄ，１１ｄは、薄板体１１の一つの辺の近傍であってその辺の両端部近傍領域に形成されている。

図３は、図２においてｙ軸と平行な１−１線を含むとともにｙ−ｚ平面と平行な平面に沿って支持部材１２を切断した支持部材１２の断面図である。

図２及び図３に示したように、支持部材１２は、平面部１２ａと、上方枠体部１２ｂと、下方枠体部１２ｃと、を備えている。上方枠体部１２ｂ、及び下方枠体部１２ｃは、前記「枠体部」に対応する。支持部材１２の平面形状は、互いに直交するｘ軸及びｙ軸の方向に沿う辺を有する正方形（１辺の長さ＝Ａ）であり、薄板体１１の平面形状と同形である。

支持部材１２は、Ｎｉ系耐熱合金（例えば、フェライト系ＳＵＳ、インコネル６００及びハステロイ等）から構成されている。支持部材１２の常温から１０００℃での平均熱膨張率は、例えばフェライト系ＳＵＳであるＳＵＳ４３０の場合、およそ１２．５ｐｐｍ／Ｋである。従って、支持部材１２の熱膨張率は、薄板体１１の平均熱膨張率よりも大きい。

平面部１２ａは、ｚ軸方向に厚み方向を有する薄い平板体である。平面部１２ａの平面形状は、ｘ軸及びｙ軸方向に沿う辺を有する正方形（１辺の長さ＝Ｌ（＜Ａ））である。

ｘ
平面部１２ａの上面には、複数（本例では、５本）の棒状の隔壁１２ａ１（前記「流通規制部」に対応）が、ｘ軸に平行に、ｙ軸方向に所定間隔をもって、且つ、上方枠体部１２ｂの内側壁面のうちｙ軸に平行な２面の何れか一方から他方へ向けて互い違いに延びるように配置されている。同様に、平面部１２ａの下面にも、複数（本例では、５本）の棒状の隔壁１２ａ１（前記「流通規制部」に対応）が、ｘ軸に平行に、ｙ軸方向に所定間隔をもって、且つ、下方枠体部１２ｃの内側壁面のうちｙ軸に平行な２面の何れか一方から他方へ向けて互い違いに延びるように配置されている。隔壁１２ａ１の縦断面（ｙ−ｚ平面に平行な平面に沿って切断した断面）の形状は略長方形（又は略正方形）である。この隔壁１２ａ１の詳細な形状等については後述する。

上方枠体部１２ｂは、平面部１２ａの周囲（４つの辺の近傍領域、即ち、外周近傍領域）において上方に向けて立設された枠体である。上方枠体部１２ｂは、外周枠部１２ｂ１と段差形成部１２ｂ２とからなっている。

外周枠部１２ｂ１は、支持部材１２の最外周側に位置している。外周枠部１２ｂ１の縦断面（例えば、ｙ軸方向に長手方向を有する外周枠部１２ｂ１をｘ−ｚ平面に平行な平面に沿って切断した断面）の形状は長方形（又は正方形）である。

段差形成部１２ｂ２は、平面部１２ａの四つの角部のうちの一つの角部において、外周枠部１２ｂ１の内周面から支持部材１２の中央に向けて延設された部分である。段差形成部１２ｂ２の下面は平面部１２ａと連接している。段差形成部１２ｂ２の平面視における形状は略正方形である。段差形成部１２ｂ２の高さ（ｚ軸方向の長さ）は、外周枠部１２ｂ１の高さと同一である。段差形成部１２ｂ２には、貫通孔ＴＨが形成されている。貫通孔ＴＨは、段差形成部１２ｂ２の下方に位置する平面部１２ａにも貫通している。

下方枠体部１２ｃは、平面部１２ａの周囲（４つの辺の近傍領域、即ち、外周近傍領域）において下方に向けて立設された枠体である。下方枠体部１２ｃは、平面部１２ａの厚さ方向の中心線ＣＬに対して上方枠体部１２ｂと対称形状を有している。従って、下方枠体部１２ｃは、外周枠部１２ｂ１、及び段差形成部１２ｂ２とそれぞれ同一形状の外周枠部１２ｃ１、及び段差形成部１２ｃ２を備えている。但し、段差形成部１２ｃ２は、段差形成部１２ｂ２に対して平面部１２ａの平面視における対角線上であって段差形成部１２ｂ２に対向するように配置・形成されている。

図４は、薄板体１１及び薄板体１１を支持（挟持）した状態における一対の支持部材１２を、図２においてｘ軸と平行な２−２線を含むとともにｘ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面図である。上述したように、燃料電池１０は、薄板体１１と支持部材１２とが交互に積層されることにより形成されている。

ここで、この一対の支持部材１２のうち、薄板体１１に対してその下方・上方に隣接するものをそれぞれ、便宜上、下方支持部材１２１及び上方支持部材１２２と称呼する。図４に示したように、下方支持部材１２１及び上方支持部材１２２は、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂの上に上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃが対向するように互いに同軸的に配置される。

薄板体１１は、その外周部全周が、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂと上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃとの間に挟持される。このとき、薄板体１１は、下方支持部材１２１の平面部１２ａの上面に空気極層１１ｃが対向するように配置され、上方支持部材１２２の平面部１２ａの下面に燃料極層１１ｂが対向するように配置される。

薄板体１１の外周部下面（即ち、空気極層１１ｃの外周部下面）は、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂの上面（具体的には、外周枠部１２ｂ１及び段差形成部１２ｂ２の上面）と当接し、且つ、この上方枠体部１２ｂに対してガラス等により接合・固定されている。同様に、薄板体１１の外周部上面（即ち、燃料極層１１ｂの外周部上面）は、上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃの下面（具体的には、外周枠部１２ｃ１及び段差形成部１２ｃ２の下面）と当接し、且つ、この下方枠体部１２ｃに対してガラス等により接合・固定されている。

換言すると、薄板体１１は、その外周部全周の上下面において、上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃ、及び下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂに接合・固定されている。なお、係る接合・固定は、薄板体１１が支持部材１１に対して、完全に相対移動不能になされてもよいし、所定の温度以上でのみ或る程度相対移動可能になされてもよい。

以上により、図４に示したように、上方支持部材１２２の平面部１２ａの下面と、上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃ（外周枠部１２ｃ１及び段差形成部１２ｃ２）の内側壁面と、薄板体１１の燃料極層１１ｂの上面と、により、内部にて水素を含む燃料ガスが流通する第１空間２１が形成される。燃料ガスは、図４の実線の矢印により示したように、下方支持部材１２１の貫通孔ＴＨ及び薄板体１１のセル貫通孔１１ｄ（前記「流入部」に対応）を通して第１空間２１に流入する。第１空間２１に流入した燃料ガスは、上方支持部材１２２の貫通孔ＴＨ（前記「流出部」に対応）を介して第１空間２１から流出する。

また、下方支持部材１２１の平面部１２ａの上面と、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂ（外周枠部１２ｂ１及び段差形成部１２ｂ２）の内側壁面と、薄板体１１の空気極層１１ｃの下面と、により、内部にて酸素を含むガス（本例では、空気）が流通する第２空間２２が形成される。空気は、図４の破線の矢印により示したように、上方支持部材１２２の貫通孔ＴＨ及び薄板体１１のセル貫通孔１１ｄ（前記「流入部」に対応）を通して第２空間２２に流入する。第２空間２２に流入した空気は、下方支持部材１２１の貫通孔ＴＨ（前記「流出部」に対応）を介して第２空間２２から流出する。

また、図４に示すように、第１、第２空間２１，２２内には、集電用の金属メッシュが介装されている。金属メッシュとしては、例えば、エンボス構造（片側エンボス構造、又は、両側エンボス構造）の金属メッシュが採用される。これにより、燃料電池１０では、積層方向において電気的接続が形成されている。金属メッシュとしては、通常の平織りメッシュに加え、エキスパンドメタル、パンチングメタル等が使用され得る。金属メッシュには、金型加工等により突起等の様々な形状を付与することができる。

薄板体１１（及び支持部材１２）の平面形状（＝正方形）の１辺の長さＡは、本例では、５ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下である。薄板体１１の厚さｔは、全体に渡って均一であり、本例では、２０μｍ以上且つ５００μｍ以下である。なお、電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ、及び空気極層１１ｃの厚さはそれぞれ、例えば、１μｍ以上且つ５０μｍ以下、５μｍ以上且つ５００μｍ以下、及び、５μｍ以上且つ２００μｍ以下である。

以上のように構成された燃料電池１０では、図５に示したように、第１、第２空間２１，２２内にて、燃料ガス及び空気の流通経路が隔壁１２ａ１により規制されることで、燃料ガス及び空気がそれぞれ主として蛇行しながら流通する。これにより、以下に示す化学反応式（１）及び（２）に基づく発電を行う。
（１／２）・Ｏ_２＋２^ｅ−→Ｏ^２− （於：空気極層１１ｃ） …（１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２^ｅ− （於：燃料極層１１ｂ） …（２）

以上のように構成された燃料電池１０は、上記（１）及び（２）式に従った化学反応を利用して発電を行う。しかしながら、燃料電池１０は、固体電解質層１１ａの酸素伝導度を利用して発電するので、燃料電池１０としての作動温度は最低６００℃以上であることが一般的である。このため、燃料電池１０は、常温から作動温度（例えば８００℃）まで外部の加熱機構（例えば、抵抗加熱ヒータ方式の加熱機構、或いは、燃料ガスを燃焼して得られる熱を利用する加熱機構等）により昇温される。

（隔壁１２ａ１）
次に、隔壁１２ａ１について説明する。図６は、支持部材１２及び支持部材１２を挟んだ一対の薄板体１１を、図２又は図５においてｙ軸と平行な３−３線を含むとともにｙ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面の模式図である。３−３線は、支持部材１２の平面形状（＝正方形）の中心（＝薄板体１１の平面形状（＝正方形）の中心）を通る線である。図７は、図６に示したものにおいて上側の薄板体１１を省略したものの平面図である。

図６に示した支持部材１２は、下側の薄板体１１から見れば上方支持部材１２２であり、上側の薄板体１１から見れば下方支持部材１２１である。以下、第２空間２２内を流通する空気の流れについてのみ説明するが、第１空間２１内を流通する燃料ガスの流れについて全く同様である。また、説明の便宜上、薄板体１１は変形していないものとする。

図６、図７に示すように、空気は、流入部ＩＮ（具体的には、図６の上側の薄板体１１のセル貫通孔１１ｄ）から第２空間２２に導入され、流出部（具体的には、図６の支持部材１２（下方支持部材１２１）の貫通孔ＴＨ）を介して第２空間２２から流出する。ここで、隔壁１２ａ１が設けられていないものとすると、空気は、流通経路がなるべく短くなるように、図７に示した細い矢印（＝後述する第２の流れＦ２と同等）に沿って流通しようとする。この場合、第２空間２２内の隅々まで空気が行き渡らないことから上述した「流通面積」が比較的小さくなり、薄板体１１にて発電反応が効率的に発生し得ない。

そこで、本例では、流通経路を規制して「流通面積」を拡大するために、上述した隔壁１２ａ１が設けられている。これにより、第２空間２２内にて隔壁１２ａ１に沿って平面視にて蛇行する空気の流れ（図６、図７に示した太い矢印を参照。以下、「第１の流れＦ１」と称呼する。）が発生する。この第１の流れＦ１の発生により、「流通面積」が拡大することで薄板体１１の発電反応が促進される（上記「流通規制部の形成による反応促進効果」）。

以下、図８に示すように、薄板体１１の平面方向に垂直な方向（図８において上下方向）について、支持部材１２の平面部１２ａの上面と同上面に対向する薄板体１１の下面との距離（前記「第１距離」に対応）を、「第２空間２２の高さＴ１」と称呼し、薄板体１１の下面と隔壁１２ａ１の先端との距離（前記「第２距離」に対応）を、「ギャップＴ２」と称呼し、値Ｔ２／Ｔ１を「ギャップ割合」と称呼するものとする。

ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１＝０の場合（即ち、ギャップＴ２＝０の場合）、少なくとも平面視にて隔壁１２ａ１が存在する領域では空気が薄板体１１に接触し得ず、同領域は「流通面積」の一部となり得ない。これにより、隔壁１２ａ１を設けたことによる「流通規制部の形成による反応促進効果」が十分に発揮され得ない。

これに対し、本例では、図６、図８に示したように、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１＞０（即ち、ギャップＴ２＞０）となっている。これにより、第１の流れＦ１とは別に、第２の流れＦ２が発生する（図６、図７に示した細い矢印を参照）。第２の流れＦ２は、隔壁１２ａ１を乗り越えてギャップを経由しながらなるべく短い流通経路に沿って流通する流れである。

この第２の流れＦ２の発生により、平面視にて隔壁１２ａ１が存在する領域も「流通面積」の一部となる。また、第２の流れＦ２は、ギャップを経由して形成されるから、第２空間２２内において特に薄板体１１の下面に近い領域に形成される。これにより、第２の流れＦ２は、薄板体１１の空気極層１１ｃ（多孔質電極層）中への空気（酸素）の供給を支援する流れとなり得る。この結果、第１の流れＦ１に加えて第２の流れＦ２の発生により、薄板体１１の発電反応がより促進される（上記「ギャップ確保による反応促進効果」）。

以下、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１（＞０）、及びギャップＴ２（＞０）の最適範囲について説明する。一般に、「流通規制部の形成による反応促進効果」は第１の流れＦ１の流速が大きいほどより大きくなり、「ギャップ確保による反応促進効果」は第２の流れＦ２の流速が大きいほどより大きくなる傾向がある。

係る観点のもと、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１は、２％以上且つ５０％以下であることが好ましい。これは以下の理由に基づく。即ち、図９に示すように、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％未満、又は５０％より大きい場合、第２の流れＦ２の流速が著しく小さくなり、「ギャップ確保による反応促進効果」が十分に発揮され得ないことが判明した。加えて、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が５０％より大きい場合、第２空間２２内を流通する空気の流れのうちで第１の流れＦ１の割合が著しく減少する。この結果、第１の流れＦ１の流速が著しく小さくなり、「流通規制部の形成による反応促進効果」が十分に発揮され得ないことが判明した。以下、このことを示す実験結果について表１を参照しながら説明する。

表１は、高さＴ１を４００μｍに固定してギャップＴ２（従って、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１）を種々変更しながら、高さＴ１とギャップＴ２との各組み合わせについて燃料電池１０の出力密度（ｍＷ／ｃｍ^２）をそれぞれ測定する実験を行った結果を示している。主な実験条件は以下のとおりである。
・スタック数：１個（１枚の薄板体１１とこれを挟む一対の支持部材１２）
・スタックの平面視形状：１辺が３０ｍｍの正方形
・薄板体の各層の厚さ：電界質層１１ａが３μｍ、燃料極層１１ｂが１００μｍ、空気極層１１ｃが５μｍ
・発電温度：８００℃
・ガス供給流量：水素ガス、空気共に、３００ｓｃｃｍ
・隔壁１２ａ１の平面視の概略形状：図２、図５、図６に示すとおり

表１に示すように、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％未満、又は５０％より大きい場合、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％以上且つ５０％以下の場合に比して、出力密度の著しい低下が確認できる（特に、水準１，６，７を参照）。係る出力密度の低下は、上述した「流通規制部の形成による反応促進効果」や「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得ないことによるものと考えられる。なお、表１では、高さＴ１が４００μｍに固定された場合の結果のみが示されているが、少なくとも高さＴ１が５０μｍ〜１０００μｍの範囲では、同様の傾向があることが確認できている。

以上より、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％以上且つ５０％以下であると、第１の流れＦ１に基づく「流通規制部の形成による反応促進効果」が安定して発揮され得ることに加え、第２の流れＦ２に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得る。従って、薄板体１１の発電反応が効果的に促進され得る。

加えて、ギャップＴ２は、２０μｍ以上であることが好ましい。ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１の大きさにかかわらず、ギャップＴ２が２０μｍ未満では、第２の流れＴ２の流速が著しく小さくなる。この結果、「ギャップ確保による反応促進効果」が十分に発揮され得ないことが判明した。以下、このことを示す実験結果について表２を参照しながら説明する。

表２は、高さＴ１及びギャップＴ２の組み合わせ（従って、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１）を種々変更しながら、各組み合わせについて燃料電池１０の出力密度（ｍＷ／ｃｍ^２）をそれぞれ測定する実験を行った結果を示している。主な実験条件は上述のとおりである。

表２に示すように、ギャップＴ２が２０μｍ未満では、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％以上且つ５０％以下の範囲内であっても（ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１の大きさにかかわらず）、出力密度の著しい低下が確認できる（特に、水準２，６，１０を参照）。係る出力密度の低下は、上述した「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得ないことによるものと考えられる。

以上より、薄板体１１の発電反応を効果的に促進するためには、ギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％以上５０％以下であることに加え、ギャップＴ２が２０μｍ以上であることが好ましい。

次に、隔壁１２ａ１の最小曲率半径について説明する。本例では、第２空間２２の高さＴ１は、５０μｍ以上１０００μｍ以下である。この場合、隔壁１２ａ１の外表面における最小曲率半径は２０μｍ以上であることが好ましい。即ち、本例では、縦断面形状が長方形の隔壁１２ａ１の根元部と先端部においてＲ面取りが施されていて、図８に示した隔壁１２ａ１の縦断面（ｙ−ｚ平面に平行な平面に沿って切断した断面）における半径Ｒ１，Ｒ２のうちで小さい方が２０μｍ以上であることが好ましい。

このように、隔壁１２ａ１の根元部にＲ面取りを施すことで同根元部にて空気の淀みが発生し難くなる。また、隔壁１２ａ１の先端部にＲ面取りを施すことで同先端部にて空気の渦が発生し難くなる。加えて、高さＴ１が５０μｍ以上１０００μｍ以下の場合において上記最小曲率半径を２０μｍ以上にすれば、上述の「空気の淀み」及び上述の「空気の渦」の発生を効果的に抑制できることが判明した。以下、このことを示す実験結果について表３を参照しながら説明する。

表３は、高さＴ１及びギャップＴ２の所定の組み合わせに対してＲ面取りの半径（＝Ｒ１＝Ｒ２）を種々変更しながら、各組み合わせについて燃料電池１０の出力密度（ｍＷ／ｃｍ^２）をそれぞれ測定する実験を行った結果を示している。主な実験条件は上述のとおりである。なお、半径（＝Ｒ１＝Ｒ２）＝０（ピン角）の形状は機械加工により作製し、半径（＝Ｒ１＝Ｒ２）＞０の形状は、エッチング条件を調整することでエッチングにより作製した。

表３に示すように、Ｒ面取りの半径（＝Ｒ１＝Ｒ２）が２０μｍ未満では、出力密度の著しい低下が確認できる（特に、水準１，２，６，７を参照）。係る出力密度の低下は、上述した「空気の淀み」及び「空気の渦」が顕著に発生したことによるものと考えられる。

以上より、上述の「空気の淀み」及び「空気の渦」の発生を効果的に抑制するためには、隔壁１２ａ１の外表面における最小曲率半径は２０μｍ以上であることが好ましい。この結果、第２の流れＦ２に対応する空気がスムーズに隔壁１２ａ１を乗り越えることができる。この結果、空気が隔壁１２ａ１を乗り越えることに起因する第２の流れＦ２の流速の低下が抑制されて、第２の流れＦ２に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」がより効果的に発揮され得ることが判明した。

本例のように、固体酸化物型燃料電池の作動温度のような高温下では、空気の粘度が非常に増大して空気が隔壁１２ａ１を乗り越え難くなる傾向がある。従って、このように隔壁１２ａ１の最小曲率半径の下限値を規定することは、高温で使用される固体酸化物型燃料電池等に対して特に有効である。

以上、薄板体１１は変形していない場合について説明した。しかしながら、実際には、薄板体１１が極めて薄い。加えて、薄板体１１を構成する上記３層の熱膨張率の相違等に起因して、常温から作動温度まで薄板体１１を昇温させると、薄板体１１の中央部は上下方向（平面方向と垂直方向）に容易に変形する。

例えば、図１０では、薄板体１１の中央部が下方向に変形し（反り）、薄板体１１の中央部が（下方支持部材１２１の）隔壁１２ａ１の先端に接触している場合の例が示されている。このように、薄板体１１の中央部が上下方向に変形すると、薄板体１１の平面視における位置に応じて第２空間２２の高さＴ１、及びギャップＴ２も変化する。

本例では、第２空間２２の高さＴ１、及びギャップＴ２とは、燃料電池１０が作動温度まで昇温されて使用状態にある場合（薄板体１１の変形が考慮される）において、平面視にて隔壁１２ａ１に対応する位置における値を意味している。また、本例のように、隔壁１２ａ１が複数設けられている場合、少なくとも１つの隔壁１２ａ１に対応するギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％以上５０％以下であればよく、また、少なくとも１つの隔壁１２ａ１に対応するギャップＴ２が２０μｍ以上であればよい。

次に、燃料電池１０の製造方法の一例について簡単に説明する。先ず、薄板体１１は、例えば、電解質支持型（支持基板が電解質層）の場合、グリーンシート法により作成したセラミックスシート（ＹＳＺのテープ）の上面にシート（燃料極層１１ｂとなる層）を印刷法により形成してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の下面にシート（空気極層１１ｃとなる層）を同じく印刷法により形成してから１２００℃・１時間にて焼成することにより形成される。

また、燃料極支持型（支持基板が燃料極層）の場合、薄板体１１は、シート（燃料極層１１ｂとなる層）の下面にグリーンシート法により作成したセラミックスシート（ＹＳＺのテープ）を積層してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の下面にシート（空気極層１１ｃとなる層）を印刷法により形成してから８５０℃・１時間にて焼成することにより形成される。この場合、薄板体１１は、シート（燃料極層１１ｂとなる層）の下面にセラミックスシートを印刷法により形成してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の下面にシート（空気極層１１ｃとなる層）を印刷法により形成してから８５０℃・１時間にて焼成することにより形成されてもよい。

また、支持部材１２において隔壁１２ａ１を除いたものは切削等により形成され得る。隔壁１２ａ１は、エッチング等により平面部１２ａの平面上に形成される。

次いで、各支持部材１２の外周部において薄板体１１を挟持する部分（即ち、下方枠体部１２ｃの下面、及び上方枠体部１２ｂの上面）に所定のシール材（例えば、ホウ酸珪ガラス等）を印刷法によりそれぞれ塗布する。次いで、支持部材１２と薄板体１１とを交互に積層し、熱処理（８００℃／１ｈｒ）を施してスタック構造を一体化する。その後、スタックの外周部に対し、所定のシール材（ホウ酸珪系結晶化ガラス等）を塗布して熱処理（例えば８５０℃／１ｈｒ）して補強する。これにより、燃料電池１０が完成する。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る固体酸化物型燃料電池１０は、薄板体１１と支持部材１２とが交互に積層されたスタック構造を有する。隣接する薄板体１１と支持部材１２との間には燃料ガス又は空気が流通する空間２１，２２が形成される。空間２１，２２内には、支持部材１２に設けられた隔壁１２ａ１が突出している。これにより、隔壁１２ａ１による規制に沿ったガスの「第１の流れＦ１」が形成される。隔壁１２ａ１の高さは空間の高さＴ１よりも低く、隔壁１２ａ１の先端にはギャップＴ２（＞０）が形成される。これにより、この隔壁１２ａ１を乗り越えてギャップを経由するガスの「第２の流れＦ２」が発生する。

ここで、「ギャップＴ２／空間の高さＴ１」は２％以上５０％以下に設定され、ギャップＴ２は２０μｍ以上に設定される。これにより、第１の流れＦ１に基づく「流通規制部の形成による反応促進効果」が安定して発揮され得ることに加え、第２の流れＦ２に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得る。従って、薄板体１１の発電反応が効果的に促進され得る。

なお、本発明は上記実施形態及び変形例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、支持部材１２の平面部１２ａの上面及び下面に隔壁１２ａ１が設けられているが、平面部１２ａの上面及び下面の何れか一方にのみ隔壁１２ａ１が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、「流通規制部」として複数の棒状の隔壁１２ａ１が図２等に示すように配置・形成されているが、図１１に示すように、「流通規制部」として複数の棒状の隔壁１２ａ１が配置・形成されていてもよい。加えて、図１２に示すように、「流通規制部」として複数の突起１２ａ１が配置・形成されていてもよい。これらによっても、流通面積が拡大されて、「流通規制部の形成による反応促進効果」が発揮され得る。

また、上記実施形態では、縦断面形状が長方形の隔壁１２ａ１の根元部と先端部においてＲ面取りが施されているが（図８を参照）、図１３に示すように、縦断面形状が先端に近づくほど幅が小さくなる台形（テーパー形状）の隔壁１２ａ１の根元部と先端部においてＲ面取りが施されていてもよい。これによれば、第２の流れＦ２に対応する空気がより一層スムーズに隔壁１２ａ１を乗り越えることができ、第２の流れＦ２の流速の低下が抑制されて、第２の流れＦ２に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」がより効果的に発揮され得ることが確認できた。

また、上記実施形態では、「流通規制部」として複数の棒状の隔壁１２ａ１が採用されているが、隔壁１２ａ１が省略されるとともに、「流路規制部」として、第１、第２空間２１，２２内に内装されている上述した金属メッシュそのものが採用されてもよい。金属メッシュの内装により、ガスの流通経路が規制されるから、実質的に有効な流通面積が拡大され得る。即ち、係る金属メッシュも「流通規制部」として機能し得る。

この場合、図１４に示すように、金属メッシュにおける支持部材１２の平面部１２ａ側に突出する複数の突出部（突起部、平面部１２ａと接触すべき部分）については、それらの全てが平面部１２ａと接触するように、金属メッシュが配置・構成される。これらの突出部の先端は、導電性のペースト等を用いて平面部１２ａとそれぞれ接合されている。

また、金属メッシュにおける薄板体１１側に突出する複数の突出部（突起部、薄板体１１と接触すべき部分）については、それらの一部が薄板体１１と接触し、残りの突出部（図１４に破線で示した丸印を参照）が薄板体１１と接触しないように、金属メッシュが配置・構成される。上記一部の突出部の先端は、導電性のペースト等を用いて薄板体１１とそれぞれ接合されている。ここで、上記残りの突出部の先端と薄板体１１との距離は、上述の「ギャップＴ２」に対応する。

このように金属メッシュが配置・構成されると、薄板体１１側に突出する上記一部の突出部が薄板体１１と接触することで、支持部材１２と薄板体１１との間の電気的接続が確保され得る。加えて、薄板体１１側に突出する上記残りの突出部の少なくとも１つに対応するギャップ割合Ｔ２／Ｔ１が２％以上５０％以下であれば、上述のように、第１の流れＦ１に基づく「流通規制部の形成による反応促進効果」が安定して発揮され得ることに加え、第２の流れＦ２に基づく「ギャップ確保による反応促進効果」が効果的に発揮され得る。

更には、薄板体１１側に突出する上記残りの突出部の少なくとも１つに対応するギャップＴ２が、２０μｍ以上であると、上述のように、「ギャップ確保による反応促進効果」が十分に発揮され得る。

また、上記実施形態では、燃料極層１１ｂは、白金、白金−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、ルテニウム、ルテニウム−ジルコニアサーメット等から構成することができる。

また、空気極層１１ｃは、例えば、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物（例えば、上述のランタンマンガナイトのほか、ランタンコバルタイト）から構成することができる。ランタンコバルタイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト（ランタンマンガナイトの場合）、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白金、ルテニウム、白金−ジルコニアサーメット、パラジウム−ジルコニアサーメット、ルテニウム−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、パラジウム−酸化セリウムサーメット、ルテニウム−酸化セリウムサーメットであってもよい。

また、上記実施形態においては、薄板体１１及び支持部材１２の平面形状は正方形であるが、長方形、円形、楕円形等であってもよい。

加えて、上記実施形態においては、反応装置として固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が採用されているが、本発明に関連する技術としては、セラミックリアクタ、例えば、排ガス浄化リアクタが採用され得る。

本発明の実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の破断斜視図である。 図１に示した燃料電池の部分分解斜視図である。 図２に示した１−１線を含むとともにｙ−ｚ平面と平行な平面に沿って支持部材を切断した支持部材の断面図である。 図１に示した薄板体及び薄板体を支持した状態における一対の支持部材を、図２に示した２−２線を含むとともにｘ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面図である。 図１に示した燃料電池における燃料ガスと空気の流通を説明する図である。 図１に示した支持部材及び支持部材を挟んだ一対の薄板体を、図２又は図５に示した３−３線を含むとともにｙ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面の模式図である。 図６に示したものにおいて上側の薄板体を省略したものの平面図である。 図６に示した隔壁の１つの周りを拡大して示した模式図である。 ギャップ／空間の高さと、第２の流れの流速との関係を示したグラフである。 薄板体の中央部が変形した場合を示した図６に対応する模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係る流通規制部を備えた支持部材の斜視図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る流通規制部を備えた支持部材の斜視図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る隔壁の１つの周りを拡大して示した模式図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る、金属メッシュそのものを流通規制部として使用した場合における図６に対応する図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１１…薄板体、１１ａ…ジルコニア固体電解質層、１１ｂ…燃料極層、１１ｃ…空気極層、１１ｄ…セル貫通孔、１２…支持部材、１２ａ…平面部、１２ａ１…隔壁、１２ｂ…上方枠体部、１２ｃ…下方枠体部、２１…第１空間、２２…第２空間、１２１…下方支持部材、１２２…上方支持部材

Claims (6)

1. 固体電解質層と、前記固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、前記固体電解質層の下面に形成された空気極層との積層焼成体を含んでなる、１又は複数の薄板体と、
   平面部と、前記平面部の外周部の全周に設けられた同平面部よりも厚さが大きい枠体部と、を有するとともに前記１又は複数の薄板体を支持する複数の支持部材と、
   を備え、前記薄板体と前記支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる固体酸化物型燃料電池であって、
   前記各薄板体について、前記薄板体の外周部が前記薄板体の上方に隣接する前記支持部材である上方支持部材の枠体部と前記薄板体の下方に隣接する前記支持部材である下方支持部材の枠体部との間に挟持されることにより、前記上方支持部材の平面部の下面と前記上方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の上面とで内部にて燃料ガスが流通する第１空間が区画・形成されるとともに、前記下方支持部材の平面部の上面と前記下方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の下面とで内部にて酸素を含むガスが流通する第２空間が区画・形成されていて、前記燃料ガスの前記第１空間に流入する流入部から前記第１空間から流出する流出部までの流通経路を規制するために前記上方支持部材の平面部の下面において同下面から下方へ向けて突出した流通規制部が形成された固体酸化物型燃料電池において、
   前記薄板体の平面方向に垂直な方向について、前記薄板体の上面と前記上方支持部材の平面部の下面との距離である第１距離（Ｔ１）に対する前記薄板体の上面と前記流通規制部の先端との距離である第２距離（Ｔ２）の割合（Ｔ２／Ｔ１）が、２％以上５０％以下であり、
   前記流通規制部は、前記流入部から前記流出部まで前記流通規制部による規制に沿って蛇行する前記燃料ガスの第１の流れ（Ｆ１）と、前記流入部から前記流出部まで前記流通規制部に規制されることなく前記流通規制部の先端と前記薄板体の上面との間を通る前記燃料ガスの第２の流れ（Ｆ２）と、が得られるように構成された、固体酸化物型燃料電池。
2. 固体電解質層と、前記固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、前記固体電解質層の下面に形成された空気極層との積層焼成体を含んでなる、１又は複数の薄板体と、
   平面部と、前記平面部の外周部の全周に設けられた同平面部よりも厚さが大きい枠体部と、を有するとともに前記１又は複数の薄板体を支持する複数の支持部材と、
   を備え、前記薄板体と前記支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる固体酸化物型燃料電池であって、
   前記各薄板体について、前記薄板体の外周部が前記薄板体の上方に隣接する前記支持部材である上方支持部材の枠体部と前記薄板体の下方に隣接する前記支持部材である下方支持部材の枠体部との間に挟持されることにより、前記上方支持部材の平面部の下面と前記上方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の上面とで内部にて燃料ガスが流通する第１空間が区画・形成されるとともに、前記下方支持部材の平面部の上面と前記下方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の下面とで内部にて酸素を含むガスが流通する第２空間が区画・形成されていて、前記酸素を含むガスの前記第２空間に流入する流入部から前記第２空間から流出する流出部までの流通経路を規制するために前記下方支持部材の平面部の上面において同上面から上方へ向けて突出した流通規制部が形成された固体酸化物型燃料電池において、
   前記薄板体の平面方向に垂直な方向について、前記薄板体の下面と前記下方支持部材の平面部の上面との距離である第１距離（Ｔ１）に対する前記薄板体の下面と前記流通規制部の先端との距離である第２距離（Ｔ２）の割合（Ｔ２／Ｔ１）が、２％以上５０％以下であり、
   前記流通規制部は、前記流入部から前記流出部まで前記流通規制部による規制に沿って蛇行する前記酸素を含むガスの第１の流れ（Ｆ１）と、前記流入部から前記流出部まで前記流通規制部に規制されることなく前記流通規制部の先端と前記薄板体の下面との間を通る前記酸素を含むガスの第２の流れ（Ｆ２）と、が得られるように構成された、固体酸化物型燃料電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記第２距離は、２０μｍ以上である固体酸化物型燃料電池。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記各薄板体の厚さは、２０μｍ以上且つ５００μｍ以下である固体酸化物型燃料電池。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記第１距離が５０μｍ以上１０００μｍ以下であり、
   前記平面部の上面又は下面から突出する前記流通規制部の外表面における最小曲率半径は２０μｍ以上である固体酸化物型燃料電池。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記流通規制部として、前記第１空間、及び／又は前記第２空間に内装された、前記支持部材と前記薄板体との間の電気的接続を確保する集電部材が使用された固体酸化物型燃料電池。

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