TW202121726A - 電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統 - Google Patents

電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統 Download PDF

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Abstract

以提供可提升發電效率的電化學元件為目的。 電化學元件係為，板狀支持體係具有：讓第1氣體流通的內部流路(A1)、和氣體流通容許部、和至少由膜狀之電極層和膜狀之電解質層和膜狀之對極電極層以被覆著氣體流通容許部之全部或部分的狀態而被依序層積的電化學反應部；內部流路(A1)係具有：使第1氣體朝所定之流通方向進行流通的複數副流路(A11)、和於第1氣體的流通方向上被設在較複數副流路(A11)為上游側的分配部(A12)；板狀支持體，係於流通方向上的分配部(A12)與複數副流路(A11)之間具有：供給結構體(140)，係使第1氣體暫時儲留在分配部(A12)，並限制從分配部(A12)往複數副流路(A11)的第1氣體之供給。

Description

電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統
本發明係有關於電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統。
專利文獻1中係揭露，由燃料電池胞、與多孔質材所構成的分隔片所交互層積而成的燃料電池堆。燃料電池胞係具備：電解質膜、氧化劑極、燃料極而被構成。在電解質膜之一方形成有氧化劑極，在他方之面形成有燃料極。在面朝氧化劑極的分隔片係有氧化劑氣體流路是沿著平面方向而被形成，氧化劑氣體係在該當氧化劑氣體流通路中流通。同樣地，在面朝燃料極的分隔片係有燃料氣體流路是沿著平面方向而被形成，燃料氣體係在該當燃料氣體流通路中流通。如此所被形成的層積體，係藉由含氫的燃料氣體與含氧的氧化劑氣體之電化學反應而進行發電。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-188224號公報
[發明所欲解決之課題]
在專利文獻1所記載之燃料電池胞中，電解質膜、氧化劑極、燃料極是被依序層積，氧化劑氣體及燃料氣體是沿著其平面方向而流通。可是，在專利文獻1的燃料電池胞中，並未考慮到各副流路中的燃料氣體的流動分布。例如，關於在各副流路中流通的燃料氣體之流動，若是觀看流通方向的某一位置，則在與該當某一位置交叉的交叉方向上，在各副流路中流通的燃料氣體之流速，有時候並非一定。亦即，於該當某一位置的交叉方向上，在一個副流路中流通的燃料氣體的流速，是比在另一副流路中流通的燃料氣體的流速還快。因此，燃料氣體的流速較慢的地點上，即使燃料氣體有被充分地供給至電極層，在燃料氣體的流速較快的地點上，仍會有燃料氣體未被充分供給至電極層的情況。結果，燃料電池胞中的電化學反應未被充分進行，導致發電效率降低。
於是，本發明係有鑑於上述的課題而研發，其目的在於，提供可提升發電效率的技術。 [用以解決課題之手段]
［構成］ 本發明所述之電化學元件的特徵構成重點在於： 具備：導電性之板狀支持體，在其內側具有，讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方的第1氣體流通的內部流路； 前記板狀支持體係具有： 氣體流通容許部，係跨越前記內部流路與前記板狀支持體之外側而可讓氣體透通；和 電化學反應部，係至少由膜狀之電極層和膜狀之電解質層和膜狀之對極電極層，以被覆著前記氣體流通容許部之全部或部分的狀態，依序朝所定之層積方向被層積而被形成； 前記內部流路係具有：複數副流路，係使前記第1氣體朝所定之流通方向進行流通；和分配部，係於前記第1氣體的前記流通方向上被設在較前記複數副流路為上游側； 前記板狀支持體，係於前記流通方向上的前記分配部與前記複數副流路之間，具有：供給結構體，係使前記第1氣體暫時儲留在前記分配部，並限制從前記分配部往前記複數副流路的前記第1氣體之供給。
若依據上記特徵構成，則板狀支持體，係在內部具有讓第1氣體流通的內部流路。內部流路，係沿著第1氣體之流通方向而從上游側起具有分配部及複數副流路。板狀支持體，係在流通方向上的分配部與複數副流路之間，具有供給結構體。供給結構體，係使第1氣體被暫時儲留於分配部中，同時，從分配部往複數副流路將第1氣體予以分配。藉由設置如此的供給結構體，就可從分配部往各副流路大略均勻地供給第1氣體。因此，可提升電化學元件的反應效率。
若更具體說明，則上記構成的供給結構體，係被設在分配部與複數副流路之間，會成為從分配部往複數副流路的第1氣體之流動的障壁。因此，從分配部往複數副流路流通之際的第1氣體的壓力損失會變高，已被導入至分配部的第1氣體係充滿分配部而遍佈，而被暫時儲留。因此，分配部內全體會呈現大略均勻的壓力(均壓)。亦即，分配部與複數副流路之每一者的差壓係大略相同。然後，由於是從分配部往複數副流路供給第1氣體，因此第1氣體是對各副流路以大略均壓的狀態而被供給。藉此，於各副流路間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)會是大略均勻。 又，第1氣體係從分配部分流至複數副流路。藉由如此分流至複數流路所致之整流作用，第1氣體，係相較於在未被形成有複數流路的內部流路中流動的情況，其流動分布(流速、流量及壓力等)係呈大略一定。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記供給結構體係具有：供給通過部，係使前記第1氣體從前記分配部往前記複數副流路通過；和供給阻止部，係阻止前記第1氣體從前記分配部往前記複數副流路之通過。
在上記構成的供給結構體中，供給阻止部，係成為從分配部往複數副流路的第1氣體之流動的障壁，會阻止從分配部往複數副流路的第1氣體之通過。另一方面，供給通過部係從分配部往複數副流路引導第1氣體。因此，已被導入至分配部的第1氣體，係不會立刻流往複數副流路，會以供給阻止部作為障壁而壓力損失會變高，會充滿分配部而遍佈，而被暫時儲留。在其之後，從分配部經由供給通過部而往複數副流路供給第1氣體。因此，第1氣體，係從分配部往各副流路以大略均壓的狀態而被供給，於各副流路間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)會是大略均勻。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記板狀支持體係具有：複數副流路形成部，係形成前記複數副流路之每一者；和複數分隔部，係被設在相鄰的副流路形成部之間，將相鄰的副流路之每一者予以分隔； 於前記流通方向上，對於前記供給通過部，係有前記複數分隔部之中任一分隔部是被對應而配置。
第1氣體係從分配部經由供給通過部而被引導至複數副流路。若依據上記構成，則於流通方向上對於供給通過部係有任一分隔部是被對應而配置，因此從分配部往供給通過部所被擠出的第1氣體，係沿著流通方向而前進因而碰撞到分隔部。藉由與分隔部之碰撞，第1氣體係往與流通方向交叉的交叉方向前進。亦即，從分配部經由供給通過部而流通過來的第1氣體，並非立刻被導入至複數副流路，而是在副流路的前方與分隔部碰撞而往交叉方向前進。其後，第1氣體係順著來自分配部之擠壓，而被導入至複數副流路形成部所形成的複數副流路。藉由如此而使從供給通過部被擠出的第1氣體，被暫時儲留在供給結構體與複數副流路之間，於各副流路間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 於前記流通方向上，對於前記供給阻止部，係有前記複數副流路形成部所形成之複數副流路之中的至少1個副流路是被對應而配置。
從分配部往供給通過部所被擠出的第1氣體，係沿著流通方向而前進因而碰撞到分隔部。藉由與分隔部的碰撞而往與流通方向交叉之交叉方向前進的第1氣體，係因為供給阻止部而不會回到分配部，在供給結構體與複數副流路之間被暫時儲留，並被導入至複數副流路。藉此，於各副流路間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記供給阻止部與前記分配部及前記供給通過部，係於前記層積方向上位置為不同。
例如，於板狀支持體中，供給阻止部係比分配部及供給通過部還往層積方向之上方凸出而被形成。另一方面，分配部及供給通過部係比供給阻止部還往層積方向之下方凹陷而被形成。藉此，已被導入至分配部的第1氣體，係藉由朝層積方向之上方凸出的供給阻止部而被阻止了從分配部之排出，而被暫時儲留在由凹部所成的分配部中。其後，分配部內的第1氣體，係經由由凹部所成之供給通過部而被導入至複數副流路。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記分隔部與前記副流路形成部，係於前記層積方向上位置為不同。
例如，於板狀支持體中，分隔部係比副流路形成部還往層積方向之上方凸出而被形成。因此，從分配部往供給通過部所被擠出的第1氣體，係沿著流通方向而前進因而碰撞到朝層積方向之上方凸出的分隔部。藉由該碰撞而往交叉方向前進的第1氣體，係因為朝層積方向之上方凸出的供給阻止部而不會回到分配部，在供給結構體與複數副流路之間被暫時儲留，並被導入至複數副流路。藉此，於各副流路間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記內部流路係具有：匯流部，係於前記第1氣體的前記流通方向上被設在較前記複數副流路為下游側； 前記板狀支持體，係於前記流通方向上的前記複數副流路與前記匯流部之間，具有：排出結構體，係限制從前記複數副流路往前記匯流部的前記第1氣體之排出。
若依據上記構成，則不只設置了用以從分配部往複數副流路將第1氣體以大略均勻的流動分布進行供給所需之供給結構體，還在用以從複數副流路使第1氣體匯流至匯流部的部分設置有排出結構體。由於複數副流路是被供給結構體與排出結構體所夾，因此可使複數副流路內的第1氣體之流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻，同時可提升電化學反應的反應效率。
若更具體說明，則上記構成的排出結構體，係被設在複數副流路與匯流部之間，會成為從副流路往匯流部的第1氣體之流動的障壁。因此，從複數副流路往匯流部進行流通之際的第1氣體的壓力損失會變高。因此，已被導入至複數副流路的第1氣體，係難以從複數副流路立刻被導入至匯流部，會充滿複數副流路而遍佈。藉此，於各副流路間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。又，由於第1氣體會充滿複數副流路而遍佈，因此於複數副流路內可使電化學反應被充分進行。藉由這些，可提升電化學反應的反應效率。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記排出結構體係具有：排出通過部，係使前記第1氣體從前記複數副流路往前記匯流部通過；和排出阻止部，係阻止前記第1氣體從前記複數副流路往前記匯流部之通過。
於上記構成的排出結構體中，排出阻止部，係成為複數從副流路往匯流部的第1氣體之流動的障壁，會阻止從複數副流路往匯流部的第1氣體之通過。另一方面，排出通過部係從複數副流路往匯流部引導第1氣體。因此，已被導入至複數副流路的第1氣體，係不會立刻流往匯流部，會以排出阻止部作為障壁而壓力損失會變高，會充滿複數副流路而遍佈。在其之後，從複數副流路經由排出通過部而往匯流部供給第1氣體。藉此，於各副流路間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)會是大略均勻。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 前記板狀支持體係具有：複數副流路形成部，係構成前記複數副流路之每一者；和複數分隔部，係被設在相鄰的副流路形成部之間，將相鄰的副流路之每一者予以分隔； 於前記流通方向上，對於前記排出阻止部，係有前記複數副流路形成部所形成之複數副流路之中的至少1個副流路是被對應而配置。
若依據上記構成，則從複數副流路所被擠出的第1氣體，係沿著流通方向而前進因而碰撞到排出阻止部。藉由與排出阻止部之碰撞，第1氣體係往與流通方向交叉的交叉方向前進。亦即，從複數副流路流通過來的第1氣體，不會立刻被導入至匯流部，而是在匯流部的前方與排出阻止部發生碰撞而往交叉方向前進。其後，第1氣體係順著從複數副流路的擠出，通過排出通過部而被導入至匯流部。藉由如此而使從複數副流路所被擠出的第1氣體，被暫時儲留在複數副流路與匯流部之間，於各副流路間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 於前記流通方向上，對於前記排出通過部，係有前記複數分隔部之中任一分隔部是被對應而配置。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 由上記的電化學元件，隔著用來使前記第1氣體流通所需之環狀密封部，而朝前記所定之層積方向被複數層積。
若依據上記構成，則由於複數電化學元件是隔著環狀密封部而朝所定之層積方向被層積，因此可以抑制第1氣體於複數電化學元件間發生洩漏。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 對前記內部流路，係經由前記環狀密封部而被導入前記第1氣體； 在前記層積方向上所相鄰的電化學元件間係被形成有：讓屬於前記還原性成分氣體及前記氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
若依據上記特徵構成，則各電化學元件，係在板狀支持體的內部被形成有讓第1氣體流通的內部流路；在相鄰的電化學元件間係被形成有讓第2氣體流通的流通部。因此，各電化學元件，係藉由從內部流路所被供給之第1氣體與從流通部所被供給之第2氣體而會進行電化學反應。 更具體而言，在使電化學元件成為「把燃料等之化學能轉換成電能」的燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，則第1氣體係為藉由電化學反應而被消耗的氫氣等之還原性成分氣體及空氣等之氧化性成分氣體之其中一方，而第2氣體則為另一方。
在使電化學元件成為「把電能轉換成燃料等之化學能」的電解胞而發揮機能的情況下，則第1氣體係為藉由電化學反應而被生成的氫氣等之還原性成分氣體及氧等之氧化性成分氣體之其中一方，而第2氣體則為另一方。 又，板狀支持體係具備：氣體流通容許部，係跨越板狀支持體的內側也就是內部流路與外側而可讓氣體透通；和在被覆氣體流通容許部的全部或部分的狀態下，具有電極層和電解質層和對極電極層的電化學反應部。因此，在使電化學元件成為燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，第1氣體與第2氣體，係從來自於基板之外方側的路徑、和從內部流路通往板狀支持體的氣體流通容許部的路徑，抵達電化學反應部，藉由在電極層及對極電極層中彼此發生反應，而可引發例如產生電等的電化學反應。 在使電化學元件成為電解胞而發揮機能的情況下，藉由對電化學反應部供電，而藉由水等的電解反應而產生第1氣體與第2氣體，可從板狀支持體之外方側的路徑、與從板狀支持體的氣體流通容許部通往內部流路的路徑而排出。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 在前記複數電化學元件中，第1電化學元件與第2電化學元件是彼此相鄰而被層積； 對前記板狀支持體的內部流路，係經由前記環狀密封部而被導入前記第1氣體； 在構成前記第1電化學元件的前記板狀支持體、與構成前記第2電化學元件的前記板狀支持體是呈對向的形態下，且構成前記第1電化學元件的前記板狀支持體中的電化學反應部所被配置的外面、與構成前記第2電化學元件的前記板狀支持體中的與前記電化學反應部所被配置側不同的另一外面是被電性連接，且在這兩外面彼此的相鄰之間係被形成有：沿著該當兩外面而讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
若依據上記特徵構成，則電化學元件，係具有板狀支持體之內部的內部流路，對內部流路係經由環狀密封部而流通第1氣體。內部流路，係具有分配部及複數副流路。因此，經由環狀密封部而被導入至內部流路的第1氣體，係被導入至分配部，其後被導入至複數副流路。此情況下，可從分配部往複數副流路均等地分配第1氣體，可使各電化學元件中均等地產生電化學輸出。另一方面，對於被與內部流路區隔的流通部係流通第2氣體。因此，可將第1氣體與第2氣體予以分配而使其流通。
［構成］ 本發明所述之電化學元件的更進一步的特徵構成重點在於： 各電化學元件的板狀支持體係具有：第1貫通部，其係形成讓前記第1氣體流通的供給路； 各電化學元件的第1貫通部，係與介隔在相鄰的電化學元件之間的環狀密封部的環狀孔連通。
若依據上記特徵構成，則第1氣體係經由各電化學元件的第1貫通部及環狀密封部而被供給至由複數電化學元件層積所成的層積體。更具體而言，第1氣體，係經由板狀支持體的第1貫通部、及被設在層積方向上相鄰的電化學元件間的環狀密封部，而被導入至內部流路。然後，已被導入至內部流路的第1氣體，係被導入至分配部，其後被導入至複數副流路。
［構成］ 本發明所述之電化學模組的特徵構成重點在於： 於前記流通部內，具備用來把分別被形成在前記兩外面的前記第1貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第1環狀密封部； 藉由前記第1貫通部及前記第1環狀密封部而形成了，與前記內部流路之間讓前記第1氣體流通的前記供給路。
藉由設置第1環狀密封部，可使層積體中被相互層積的電化學元件的第1貫通部彼此與流通部做區隔而連通連接。因此，只需將相鄰的電化學元件的第1貫通部彼此緊密連接的極為簡單的構成，就可使各個電化學元件連接成可藉由第1氣體、第2氣體而適切動作的形態，可成為容易製作且信賴性高的電化學模組，在製作電化學模組時，可為容易操作的結構。 此外環狀密封部，係只要能夠使貫通部彼此連通並防止氣體之洩漏的構成即可，其形狀在所不問。亦即，環狀密封部，係只要是在內部具有連通至貫通部之開口部的無端狀之構成，且將相鄰的電化學元件彼此之間予以密封的構成即可。環狀密封部係為例如環狀。環狀中亦可包含有圓形、橢圓形、方形、多角形狀等任意的形狀。
［構成］ 本發明所述之電化學模組的更進一步的特徵構成重點在於： 前記板狀支持體係具備：第2貫通部，其係用以形成，使前記內部流路中流通的前記第1氣體往前記板狀支持體之表面貫通方向外方流通的排出路； 於前記流通部內，具備用來把分別被形成在前記兩外面的前記第2貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第2環狀密封部； 藉由前記第2貫通部及前記第2環狀密封部而形成了，讓在前記內部流路中流通的前記第1氣體流通的前記排出路。
亦即，例如，在使電化學元件成為燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，從第1貫通部進入到內部流路的第1氣體，係通過內部流路，經由氣體流通容許部而往電化學反應部流通，同時，剩餘部分則是往形成排出路的第2貫通部流通。由於排出路係為，第2貫通部是以被與第2氣體做區隔的狀態而被形成，因此第1氣體係成為，可以被與第2氣體區別的狀態而從排出路回收的狀態。該排出路係與第1貫通部中的供給路同樣地以密封部而被構成，因此只需將相鄰的電化學元件的第2貫通部彼此緊密連接的極為簡單的構成，就可將流通部以已區隔的狀態做連通連接，可使各個電化學元件連接成可藉由第1氣體、第2氣體而適切動作的形態，可成為容易製作且具信賴性的電化學模組，在製作電化學模組時，可為容易操作的結構。
［構成］ 本發明所述之電化學裝置的特徵構成重點在於：至少具有：上記的電化學元件或電化學模組；和往前記電化學元件或前記電化學模組流通含有還原性成分之氣體的燃料轉換器、或是將前記電化學元件或前記電化學模組中所生成的含有還原性成分之氣體加以轉換的燃料轉換器。
若依據上記的特徵構成，則具有電化學元件或電化學模組、和往電化學元件或電化學模組流通含有還原性成分之氣體的燃料轉換器。因此，使電化學模組作為燃料電池而動作的情況下，若是設計成，藉由改質器等之燃料轉換器，從使用都市瓦斯等既存的原燃料供給基礎設施所被供給的天然氣等來生成氫，並使其流通至燃料電池的構成，則可實現具備有耐久性/信賴性及性能佳的電化學模組的電化學裝置。又，由於可容易地建構出將從電化學模組所排出的未利用之燃料氣體做循環利用的系統，因此可實現高效率的電化學裝置。
甚至，若依據上記的特徵構成，則具有電化學元件或電化學模組和將電化學元件或電化學模組中所生成的含有還原性成分之氣體予以轉換的燃料轉換器。因此，使電化學模組作為電解胞而動作的情況下，則例如，可以做成將藉由水的電解反應所生成的氫以燃料轉換器使其與一氧化碳或二氧化碳反應而轉換成甲烷等的電化學裝置，但若設計成如此的構成，則可實現具備有耐久性/信賴性及性能佳的電化學模組的電化學裝置。
［構成］ 本發明所述之電化學裝置的特徵構成重點在於： 具有上記的電化學元件或上記的電化學模組、和從前記電化學元件或前記電化學模組取出電力或是流通電力的電力轉換器。
若依據上記的特徵構成，則電力轉換器，係將電化學模組所發電的電力加以取出，或是往電化學模組流通電力。藉此，如上述，電化學模組係可作為燃料電池而作用，或是作為電解胞而作用。因此，若依據上記構成，則可提供能夠提升把燃料等之化學能轉換成電能，或是把電能轉換成燃料等之化學能之效率的電化學元件等。 此外，例如，作為電力轉換器是使用變流器的情況，從耐久性/信賴性及性能佳的電化學模組所獲得的電力輸出，可藉由變流器進行升壓、或將直流轉換成交流等等，因此，電化學模組所獲得的電力輸出會變得較容易利用為理想。
［構成］ 本發明所述之能源系統的特徵構成重點在於： 具有上記的電化學元件或上記的電化學裝置；和排熱利用部，係將從前記電化學元件、前記電化學裝置或是燃料轉換器所被排出的熱予以再利用。
若依據上記的特徵構成，則因為具有電化學元件或電化學裝置；和將從電化學元件、電化學裝置或是燃料轉換器所排出的熱予以再利用的排熱利用部，因此可以實現耐久性/信賴性及性能佳，且能源效率亦佳的能源系統。此外，也可與利用從電化學元件、電化學裝置或是燃料轉換器所排出的未利用之燃料氣體的燃燒熱來進行發電的發電系統做組合，以實現能源效率佳的混成系統。
〔實施形態〕
以下說明本發明的實施形態所述之電化學模組M及電化學模組M的組裝方法。此外，在表示層的位置關係等之際，例如從電極層來看將電解質層之側稱為「上」、「上側」，將第1板狀體之側稱為「下」、「下側」等。又，本發明係由於無論將電化學模組M垂直或是水平方向設置都能獲得同樣，因此將「上」、「下」分別改讀成「左」、「右」也無妨。
(1)電化學模組M的全體構成 以下說明電化學模組M的全體構成。如圖1所示，電化學模組M係具備：電化學元件層積體(層積體)S、和內裝有電化學元件層積體S的大略直方體狀之容器(框體、第1夾持體、第2夾持體)200。電化學元件A(圖4)係為進行發電的元件，於圖1的剖面視點下，是被形成為從紙面前方沿著紙面縱深方向而延伸的板狀。然後，電化學元件層積體S，係由複數平板狀之電化學元件A於圖1的剖面視點下朝上下之層積方向(後述的+Z方向及-Z方向(Z方向))被層積而構成。在本實施形態中，作為電化學元件A是舉出SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)為例來做說明。
又，電化學模組M，係從容器200之外部起，具備：將第1氣體供給至電化學元件層積體S的第1氣體供給部61、和將電化學元件層積體S中反應後的第1氣體予以排出的第1氣體排出部62。
容器200中係如圖1～圖3所示設有第2氣體供給部71，從容器200之外部往電化學元件層積體S供給第2氣體。於電化學元件層積體S中反應後的第2氣體，係從被設在容器200的第2氣體排出部72被排出至外部。 此處，第1氣體係為例如燃料氣體等之還原性成分氣體，第2氣體係為空氣等之氧化性成分氣體。
又，電化學模組M係於圖1的剖面視點下，在電化學元件層積體S之兩側面具備附開口板構件240。附開口板構件240，係對應於電化學元件層積體S之兩側面，係為沿著電化學元件A之層積方向而延伸的板狀構件，為了防止電化學模組M中的電性短路(short)，而以雲母等之絕緣材料為理想。附開口板構件240中係被形成有，沿著電化學元件層積體S之平面方向而貫通的複數開口240a。
因此，電化學元件層積體S，係從第1氣體供給部61接受燃料氣體之供給，從第2氣體供給部71經由附開口板構件240的開口240a而接受空氣之供給，使燃料氣體及空氣中的氧產生電化學反應而發電。電化學反應後的燃料氣體係從第1氣體排出部62被排出至外部。又，電化學反應後的空氣，係經由附開口板構件240的開口240a而被引導至第2氣體排出部72，從第2氣體排出部72被排出至外部。
此外，雖然此處是相鄰於電化學元件層積體S之兩側面而設置附開口板構件240，但這並非必須，亦可只設置任一方，亦可雙方都被省略。
又，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之上部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：上部絕緣體210T、上部板件(第1夾持體)230T。同樣地，電化學模組M，係在電化學元件層積體S之下部，從電化學元件層積體S側往外側依序具備：下部絕緣體210B、下部板件(第2夾持體)230B。 關於電化學元件層積體S係在後面詳述。
(2)絕緣體、板件及容器 以下針對絕緣體(上部及下部絕緣體210T及210B)210、板件(上部及下部板件230T及230B)230、容器200做更進一步說明。
上部絕緣體210T係為板狀構件，是以覆蓋電化學元件層積體S之上部平面(第1平面)的方式而被配置。上部絕緣體210T，係由例如硬質雲母所形成，使電化學元件層積體S與外部電性絕緣。
上部板件230T係為板狀構件，被配置在上部絕緣體210T之上部，是由在高溫中的彎曲強度較高的陶瓷系材料，例如99氧化鋁所形成。
上部板件230T，係連同下部板件230B，一起從容器200承受所定之緊箍壓力，而夾住電化學元件層積體S、一對上部及下部絕緣體210T及210B。此處，所謂緊箍壓力係為例如每1mm2 等之每單位面積的壓力。
下部絕緣體210B，係以覆蓋電化學元件層積體S之下部平面(第2平面)的方式而被配置。下部板件230B係被配置在下部絕緣體210B之下部。下部絕緣體210B及下部板件230B，係分別與上部絕緣體210T及上部板件230T相同。
內裝有電化學元件層積體S的容器200，係如圖1～圖3所示，係為大略直方體狀之容器。容器200係含有：下方有開口的箱狀之上蓋(第1夾持體)201、與上方有開口的下蓋(第2夾持體)203。在上蓋201的與下蓋203對向之端面係被設置有連結部202，在下蓋203的與上蓋201對向之端面係被設置有連結部205。連結部202與連結部205藉由例如熔接，而使上蓋201與下蓋203被連結，在內部形成直方體狀之空間。
在本實施形態中，如圖1所示，下蓋203之上下方向(電化學元件A之層積方向)之深度，係比上蓋201之深度還深。但是，上蓋201及下蓋203係只要能夠成為一體而在內部形成空間即可，深度的關係並非限定於此。例如，上蓋201之深度亦可比下蓋203還深。
如圖1～圖3所示，於容器200之上下方向之中央部，下蓋203的對向之一對側壁上分別被形成有第2氣體供給部71及第2氣體排出部72。
此外，此處是在下蓋203被形成有第2氣體供給部71及第2氣體排出部72。可是，第2氣體供給部71及第2氣體排出部72的形成位置並非限定於此，亦可被形成在容器200的任意位置。第2氣體供給部71及第2氣體排出部72係亦可被形成在例如上蓋201。
上蓋201，係如圖1、圖2所示，具有比上蓋201之外緣小了一圈的開口201c。然後，於圖1的剖面視點下，相鄰於開口201c，面對電化學元件層積體S的內方側之端部係分歧成第1端部201a及第2端部201b。然後，第1端部201a係朝著容器200之內方而在平面方向上延伸所定長度，第2端部201b係從第1端部201a分歧而朝容器200之下方延伸所定長度。第1端部201a與第2端部201b，係於剖面視點下呈大略90°，構成了L字狀之角部。該L字之角部，係在圖2所示的上蓋201的上面視點的外緣之內方側，沿著外緣而被形成。藉此，藉由第1端部201a之末端，而如圖1、圖2所示般地如前述，比上蓋201之外緣小了一圈的開口201c，係被形成在上蓋201的上面。
下蓋203，係和上蓋201同樣地，於圖1所示的剖面視點下，具有構成大略呈90°之L字狀之角部的第1端部203a及第2端部203b。然後，藉由第1端部203a之末端，如圖1所示，形成了比下蓋203之外緣小了一圈的開口203c。
如圖1所示，在上蓋201的第1端部201a及第2端部201b所形成的L字之角部，係被鑲嵌有一對附開口板構件240之上端、上部絕緣體210T、上部板件230T。具體而言，沿著電化學元件層積體S之平面方向的上部板件230T，其外周端部的上面是接觸於第1端部201a的下面(L字之角部之內面之一部分)而被支持。又，沿著電化學元件層積體S之側面的附開口板構件240，其上端之外面，是接觸於第2端部201b之內方側面(L字之角部之內面之一部分)而被支持。上部絕緣體210T，係透過上部板件230T及附開口板構件240，而被由第1端部201a及第2端部203b所成之L字之角部所支持。
同樣地，在下蓋203之平面方向上呈對向的一對L字之角部，係鑲嵌有一對附開口板構件240之下端、下部絕緣體210B、下部板件230B。 然後，電化學元件層積體S，其上面是透過上部板件230T及上部絕緣體210T而被上蓋201所支持。又，電化學元件層積體S，其下面是透過下部板件230B及下部絕緣體210B而被下蓋203所支持。
藉由如此構成，上蓋201及下蓋203，係在將電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、上部及下部板件230T及230B等，從上部及下部予以夾住的狀態下，連結部202連結部205是被例如熔接而被連結。該連結之際，上蓋201及下蓋203，係對電化學元件層積體S等施加所定之緊箍壓力而被連結。亦即，上蓋201及下蓋203已被連結的狀態下，對電化學元件層積體S、上部及下部絕緣體210T及210B、上部及下部板件230T及230B，係施加有所定之緊箍壓力。
此外，如圖3所示般地在下蓋203之側面係被形成有開口203e。因此，從開口203e，係有電化學元件層積體S之側面之一部分會外露。然後，前述的開口201c、203c、開口203e是被形成在容器200，藉此，可使容器200輕量化，可削減容器200所必須的材料。此外，電化學元件層積體S之側面、與上蓋201或是下蓋203或雙方有可能因為接觸而發生電性短路(short)的情況下，則由雲母等之材料所構成的側面絕緣體245，是被設置在電化學元件層積體S與上蓋201或是下蓋203之側面之間。
容器200的下蓋203與上蓋201，係藉由兩者的結合，而對電化學元件層積體S施加緊箍壓力。作為如此的容器200之材料係可舉出例如：肥粒鐵系不鏽鋼、麻田散鐵系不鏽鋼、或這些與陶瓷的複合體等。這些材料係熱膨脹率小於沃斯田鐵系不鏽鋼，肥粒鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係為，SUS430約為11×10-6 /℃。 又，麻田散鐵系不鏽鋼的熱膨脹率係為SUS403及SUS420J1約為10.4×10-6 /℃，SUS410及SUS440C約為 10.1×10-6 /℃。又，容器200係選擇耐腐蝕性佳的材料為理想。
電化學元件層積體S之材料，係與容器200相同材料為理想。換言之，電化學元件層積體S及容器200之材料，係為與容器200同程度的熱膨脹率為理想。此情況下，電化學元件層積體S的基板、容器200，例如在電化學元件A呈現高溫的發電時，會同程度地熱膨脹。因此，例如，可使電化學元件A的基板與容器200的熱膨脹差抑制成較小，可抑制基板發生破損等。
(3)電化學模組M的組裝方法 接著說明，上記的電化學模組M的組裝方法。 將複數電化學元件A予以層積而準備電化學元件層積體S。電化學元件層積體S的構成及製造方法係於後述。
又，準備用來收容電化學元件層積體S所需之容器200。容器200係不限定於此，但可使用例如脫臘鑄造法而製造。使用脫臘鑄造法的情況，例如，藉由蜜蠟或松脂等所成之熱可塑性物質來製造容器200之外形所對應之空洞的模型。將該模型以矽砂或石灰粉末等所成之耐火材料予以被覆。其後，將已被耐火材料所被覆的模型予以加熱，由熱可塑性物質所構成的模型就會溶出。藉此，在耐火材料內部，仿照容器200之形狀的模型所對應之空洞就被形成。對該空洞注入容器200之材料並使其固化後，摘除耐火材料。藉此，藉由脫臘鑄造法，就製造出具有上蓋201及下蓋203的容器200。此外，上蓋201及下蓋203亦可被個別地製造。
接著，例如，一對附開口板構件240係被配置在電化學元件層積體S之兩側面，絕緣體210及板件230，係在電化學元件層積體S的上部平面及下部平面，以依序配置的狀態，而被收容在下蓋203內。將該下蓋203與上蓋201予以覆蓋，進行位置調整以對電化學元件層積體S施加所定之緊箍壓力，將下蓋203與上蓋201進行熔接等而予以結合。藉此，就組裝成電化學模組M。
如上述，使用脫臘鑄造法來製造容器200的情況下，係可達成薄片化、精密化及量產化所致之低成本化。 又，藉由形成箱狀之容器200，在本實施形態中，就可設置從第2氣體供給部71往電化學元件層積體S所供給的空氣之流形(Manifolds)之空間。
(4)電化學模組M的具體構成 接著，使用圖1、圖4及圖5等，來說明電化學模組M的具體構成。圖1的電化學元件層積體S的細節係被示於圖1。 此處，如圖4～圖21等所示，電化學元件層積體S之層積方向係為+Z方向及-Z方向(Z方向)。又，於第1板狀體1及第2板狀體2之間第1氣體從第1氣體供給部61側往第1氣體排出部62側進行流通的方向，同樣地於第1板狀體1及第2板狀體2之間第2氣體從第2氣體供給部71側往第2氣體排出部72側進行流通的方向，係為與+Z方向及-Z方向(Z方向)交叉的+X方向及-X方向(X方向)。又，與+Z方向及-Z方向(Z方向)及+X方向及-X方向(X方向)交叉的方向，係為+Y方向及-Y方向(Y方向)。然後，XZ平面與XY平面與YZ平面係彼此大略正交。
如圖1及圖4所示，電化學模組M係具備：內裝有電化學元件層積體S的容器200(上蓋201及下蓋203)；和從容器200之外部透過供給路4而往內部流路A1供給第1氣體的第1氣體供給部61；和將反應後的第1氣體予以排出的第1氣體排出部62；和從容器200之外部往流通部A2供給第2氣體的第2氣體供給部71；和將反應後的第2氣體予以排出的第2氣體排出部72；和獲得電化學反應部3中的伴隨電化學反應之輸出的輸出部8；容器200內係具備有：將從第2氣體供給部71所被供給之第2氣體分配供給至流通部A2的分配室9。
分配室9係為位於相對於電化學元件層積體S而往該當電化學元件層積體S供給第2氣體側的空間。 流通部A2，係朝空間側被形成有開口而與該當空間連通。
電化學元件層積體S，係對容器200，以夾持著一對集電體81、82的狀態而被內裝，在該集電體81、82係有輸出部8被延設，可對容器200外部之電力供給目標自由供給電力地而被連接，並且集電體81、82係對容器200而至少一方是被電性絕緣，且第1氣體是對容器200呈氣密地而被收容。
藉此電化學模組M係從第1氣體供給部61供給燃料氣體(有時候也稱為第1氣體)，並且從第2氣體供給部71供給空氣(有時候也稱為第2氣體)，而燃料氣體就會如圖1、圖4及圖5等的虛線箭頭所示般地進入，空氣就會如實線箭頭所示般地進入。
從第1氣體供給部61所被供給之燃料氣體，係藉由電化學元件層積體S之最上部的電化學元件A的第1貫通部41而被引導至供給路4，藉由被第1環狀密封部42所區隔的供給路4，而往所有的電化學元件A的內部流路A1流通。又從第2氣體供給部71所被供給之空氣，係暫時流入至分配室9之後，往各電化學元件A間所被形成之流通部A2流通。在本實施形態中，燃料氣體在內部流路A1中沿著板狀支持體10之平面而流通的流通方向，係為從+X方向往-X方向的方向。同樣地，空氣在流通部A2中沿著板狀支持體10之平面而流通的流通方向，係為從+X方向往 -X方向的方向。
順便一提，若以第2板狀體2(板狀支持體10之一部分)為基準，則浪板狀之第2板狀體2部分是以從第1板狀體1(板狀支持體10之一部分)膨出的部分而在第1板狀體1與第2板狀體2之間形成了內部流路A1，並且接觸至相鄰的電化學元件A的電化學反應部3而可做電性連接。另一方面，浪板狀之第2板狀體2與第1板狀體1接觸的部分是與第1板狀體1做電性連接，在與第2板狀體2相鄰的電化學元件A的電化學反應部3之間形成流通部A2。
在圖21等的一部分中，包含內部流路A1的呈現剖面的電化學元件A、與包含流通部A2的呈現剖面的電化學元件A是為了方便起見而有並列表示的部分，但從第1氣體供給部61所被供給之燃料氣體，係抵達分配部A12(參照圖5～圖8等)，透過分配部A12而沿著一端部側之寬度方向而擴展流通，抵達內部流路A1之中的各副流路A11(參照圖5～圖9等)。此情況下，可從分配部A12往複數副流路A11均等地分配第1氣體，可使各電化學元件中均等地產生電化學輸出。
此處，如圖5等所示，內部流路A1係具有：分配部A12、複數副流路A11、後述之匯流部A13。又，內部流路A1係具有：分配部A12與複數副流路A11之間的供給緩衝部144、和複數副流路A11與匯流部A13之間的排出緩衝部154。 該內部流路A1，係藉由第1板狀體1與第2板狀體2呈對向的空間，而被形成。在本實施形態中，第1板狀體1係為平板狀，且被形成有後述的氣體流通容許部1A。第2板狀體2，係相對於層積方向而具有朝上方向凸出的部分、和朝下方向凹陷的部分。因此，藉由第1板狀體1與第2板狀體2是呈對向而被組合，第2板狀體2的朝上方向凸出的部分係與第1板狀體1抵接。然後，藉由第2板狀體2的朝下方向凹陷的部分與第1板狀體1，形成了分配部A12、供給緩衝部144、複數副流路A11、排出緩衝部154及匯流部A13等之各部係被分隔的空間。
雖然後面會詳述，但在沿著燃料氣體之流通方向的方向(+X方向及-X方向(X方向))上，在分配部A12與複數副流路A11之間設有供給結構體140。供給結構體140，係使燃料氣體暫時儲留在分配部A12，而限制從分配部A12往複數副流路A11的燃料氣體之供給。 又，在沿著燃料氣體之流通方向的方向上，在複數副流路A11與匯流部A13之間設有排出結構體150。排出結構體150，係限制從複數副流路A11往匯流部A13的燃料氣體之排出。
燃料氣體，係在第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等中流通，而被供給至各電化學元件A的分配部A12。被供給至分配部A12的燃料氣體，係藉由供給結構體140而被暫時儲留在分配部A12。其後，燃料氣體係從分配部A12被導入至複數副流路A11。 進入到各副流路A11的燃料氣體，係在各副流路A11中流通，同時，經由氣體流通容許部1A而進入到電極層31、電解質層32。又，燃料氣體，係連同已電化學反應完畢之燃料氣體，一起還往副流路A11前進。抵達了複數副流路A11之流通方向之末端的燃料氣體，係以藉由排出結構體150而被部分性限制了往匯流部A13之流通的狀態下，往匯流部A13前進。前進至匯流部A13的燃料氣體，係在匯流部A13、第2貫通部51、第2環狀密封部52等中流通。然後，連同來自其他電化學元件A的已電化學反應完畢之燃料氣體，一起藉由第1氣體排出部62而被排出至容器200外。
另一方面，從第2氣體供給部71所被供給之空氣，係透過分配室9而進入至流通部A2，而可進入至對極電極層33、電解質層32。又，空氣係連同已電化學反應完畢之空氣，進一步沿著電化學反應部3而往流通部A2前進而藉由第2氣體排出部72而被排出至容器200外。
隨著該燃料氣體及空氣之流動而在電化學反應部3中所產生的電力，係藉由相鄰的電化學元件A的電化學反應部3與第2板狀體2之接觸而在集電體81、82彼此之間被串聯連接，成為合成輸出係由輸出部8而被取出的形態。 關於電化學元件層積體S的構成係在後面詳述。
(5)電化學元件層積體S的具體構成 接著，說明電化學元件層積體S的具體構成。電化學元件層積體S，係由複數電化學元件A所層積而被形成。 使用圖4～圖22等來說明電化學元件A。
(電化學元件) 如圖5～圖22等所示，電化學元件A係具備：具有被形成在導電性之第1板狀體1與導電性之第2板狀體2之對向面間的內部流路A1的板狀支持體10。 板狀支持體10係具備：於構成該當板狀支持體10的第1板狀體1及第2板狀體2之至少一部分中，跨越該當板狀支持體10之內側也就是內部流路A1與外側而可讓氣體透通的氣體流通容許部1A；和將氣體流通容許部1A之全部或部分做被覆的狀態下，依序具有膜狀之電極層31與膜狀之電解質層32與膜狀之對極電極層33的電化學反應部3(參照圖9～圖13、圖17～圖21等)。
又，在板狀支持體10，從表面貫通方向外方往內部流路A1供給例如燃料氣體等之還原性成分氣體及例如空氣等之氧化性成分氣體之其中一方也就是第1氣體的形成供給路4的第1貫通部41係具備在一端部側(參照圖5、圖14～圖20等)，使通過了內部流路A1的第1氣體往板狀支持體之表面貫通方向外方排出的形成排出路5的第2貫通部51係具備在他端部側(參照圖5～圖13等，此外，供給路4等與排出路5等係呈對稱形而為相同結構，這點也請理解)。
(板狀支持體) (a)板狀支持體的構成 (a1)第1板狀體、第2板狀體之全體的構成及材料 第1板狀體1係擔任將具有電極層31與電解質層32與對極電極層33的電化學反應部3加以支持以確保電化學元件A之強度的角色。作為第1板狀體1的材料，係使用電子傳導性、耐熱性、耐氧化性及耐腐蝕性佳的材料。例如可採用肥粒鐵系不鏽鋼、沃斯田鐵系不鏽鋼、鎳基合金等。 尤其是，含鉻的合金係可被合適地使用。在本實施形態中，第1板狀體1係使用含Cr為18質量%以上25質量%以下的Fe-Cr系合金，但若為含Mn為0.05質量%以上的Fe-Cr系合金、含Ti為0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Zr為0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Ti及Zr且Ti與Zr之合計的含有量為0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Cu為0.10質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金，則尤其理想。
第2板狀體2，係在與第1板狀體1重合的狀態下，將周緣部1a予以熔接一體化而構成板狀支持體10(參照圖6～圖20等)。第2板狀體2，係亦可對第1板狀體1而被複數分割，亦可反之，是第1板狀體1對第2板狀體2而被複數分割的狀態。又，在進行一體化之際，亦可取代熔接而改為採用黏貼、嵌合等其他手段，只要能夠將內部流路與外部做區隔而形成即可，亦可在周緣部1a以外之部分做一體化。
第1板狀體1係具有：貫通表側的面與裏側的面而被設置的複數貫通孔11所被多數設置而成的氣體流通容許部1A(參照圖9～圖13、圖17～圖20等)。此外，例如，貫通孔11係可藉由雷射加工等，而設在第1板狀體1。貫通孔11，係具有讓氣體從第1板狀體1之裏側的面往表側的面透通的機能。氣體流通容許部1A，係被設在比第1板狀體1中的電極層31所被設置之領域還小的領域為理想。
在第1板狀體1係在其表面設置有，作為擴散抑制層的金屬氧化物層12(後述，參照圖21等)。亦即，在第1板狀體1與後述的電極層31之間，形成有擴散抑制層。金屬氧化物層12，係不只朝第1板狀體1之外部外露的面，就連與電極層31的接觸面(界面)上，也有被設置。又，在貫通孔11之內側的面也可設置。藉由該金屬氧化物層12，可抑制第1板狀體1與電極層31之間的元素相互擴散。例如，作為第1板狀體1是使用含鉻的肥粒鐵系不鏽鋼的情況下，則金屬氧化物層12主要係為鉻氧化物。然後，第1板狀體1的鉻原子等往電極層31或電解質層32擴散的這件事情，是被以鉻氧化物為主成分的金屬氧化物層12所抑制。金屬氧化物層12之厚度，係只要能夠兼顧高擴散防止性能與低電阻的厚度即可。 金屬氧化物層12係可藉由各種手法而被形成，但使第1板狀體1的表面氧化而變成金屬氧化物的手法係可被合適地利用。又，亦可在第1板狀體1之表面，將金屬氧化物層12藉由噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、濺鍍法或PLD法等之PVD法、CVD法等來加以形成，亦可藉由電鍍與氧化處理來形成之。甚至，金屬氧化物層12亦可含有高導電性的尖晶石相等。
作為第1板狀體1是使用肥粒鐵系不鏽鋼材的情況下，則熱膨脹係數係與電極層31或電解質層32的材料也就是YSZ(釔安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰，亦稱為CGO)等相近。因此，即使在重複低溫與高溫之溫度循環的情況下，電化學元件A仍難以受損。因此，可實現長期耐久性佳的電化學元件A而為理想。此外，第1板狀體1係具有，貫通表側的面與裏側的面而被設置的複數貫通孔11。此外，例如，貫通孔11係可藉由機械性、化學性或者光學性的穿孔加工等，而設在第1板狀體1。貫通孔11，係具有讓氣體從第1板狀體1之裏側的面往表側的面透通的機能。為了使第1板狀體1帶有氣體透通性，亦可使用多孔質金屬。例如，第1板狀體1係亦可使用燒結金屬或發泡金屬等。
又，第2板狀體2，係表裏兩面都是被形成為浪板狀，將內部流路A1予以區隔形成的面的相反面，係電性連接至相鄰的電化學元件A的電化學反應部3。 然後，波浪形狀的第2板狀體2與第1板狀體1接觸的部分之附近所被形成的通路，係成為流通部A2而發揮機能。
更進一步說明，該副流路A11係沿著被形成為長方形狀之板狀支持體10之長邊而被複數平行設置，構成了從被設在一端部之供給路4往被設在他端部之排出路5的內部流路A1。又，第1貫通部41與內部流路A1的連接地點係具備：從與第1板狀體1之接觸部分往下方膨出，用來將從第1貫通部41所被供給之第1氣體分配至副流路A11之每一者的分配部A12(參照圖5、圖14～圖20等)；第2貫通部51與內部流路A1的連接地點係具備：從與第1板狀體1之接觸部分往下方膨出，將通過了副流路A11之每一者的第1氣體予以集中而引導至第2貫通部51的匯流部A13(參照圖5～圖13等；此外，供給路4等與排出路5等係呈對稱形而為相同結構，這點也請理解)。 又，關於第2板狀體2的材料，係為耐熱性之金屬為理想，從降低與第1板狀體1之熱膨脹差、或確保熔接等之接合性的信賴性的觀點來看，若為與第1板狀體1相同的材料，則更理想。
如以上的由第1板狀體1及第2板狀體2所成之板狀支持體10，係有電極層31、電解質層32及對極電極層33等，被形成在其上面。亦即，電極層31、電解質層32及對極電極層33等係會被板狀支持體10所支持，可實現強度高，信賴性/耐久性佳的電化學元件A。又，金屬性的板狀支持體10係加工性佳而為理想。甚至，即使在板狀支持體10使用廉價的金屬仍可做成高強度的板狀支持體10，因此可將昂貴的電極層31或電解質層32等設成薄層，可抑制材料成本或加工成本而實現低成本的電化學元件A而為理想。
(a2)內部流路及第2板狀體的構成 關於第1板狀體1與第2板狀體2是呈對向而被形成的內部流路A1之構成，做更進一步說明。 在本實施形態中，平板狀之第1板狀體1，與沿著層積方向而往上方(+Z方向)凸出、或是沿著層積方向而往下方(-Z方向)凹陷般地被形成有凹凸的第2板狀體2，是在彼此對向而被組合的內面，被形成有內部流路A1。內部流路A1中係含有：分配部A12、供給緩衝部144、複數副流路A11、排出緩衝部154及匯流部A13。又，內部流路A1中係還含有：讓第1氣體通過的供給通過部141(供給結構體140之一部分)及排出通過部151(排出結構體150之一部分)。
此外，第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等所被設置的供給路4側，與第1氣體排出部62、第2環狀密封部52、第2貫通部51等所被設置的排出路5側，係為對稱的結構。於圖6～圖8、圖10～圖13等中係圖示了，第1氣體排出部62、第2環狀密封部52、第2貫通部51等所被設置的排出路5側的剖面圖。另一方面，於圖14～圖20等中係圖示了，第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等所被設置的供給路4側的剖面圖。然後，在圖6～圖8、圖10～圖13等的排出路5側的剖面圖中，第1氣體係從複數副流路A11經由匯流部A13而往第2貫通部51等排出的方向流通。另一方面，在圖14～圖20等的供給路4側的剖面圖中，第1氣體係經由第1貫通部41等而從分配部A12被供給至複數副流路A11的方向流通。
分配部A12，係對應於各電化學元件A而被設置。分配部A12係被設在供給路4側，係為用來對各電化學元件A供給第1氣體所需之緩衝部。又，分配部A12，係在第1氣體之流通方向(從+X方向往-X方向的方向)上，在內部流路A1之中被設在複數副流路A11之上游側。如圖5、圖22等所示，在分配部A12中，在與流通方向之交叉方向(+Y方向及-Y方向(Y方向))及流通方向(+X方向及-X方向(X方向))的大略中央部，形成有貫通第2板狀體2的第1貫通部41。第1氣體，係在第1氣體供給部61、第1環狀密封部42、第1貫通部41等中流通，而被供給至各電化學元件A的分配部A12。
第1板狀體1與第2板狀體2，係如圖6～圖20等所示，藉由第1板狀體1之緣部與第2板狀體2之緣部於周緣部1a被熔接而被一體化。分配部A12，係藉由比周緣部1a還往層積方向之下方(-Z方向)凹陷的方式，將第2板狀體2進行加工而被形成。進一步來說，分配部A12，係於供給阻止部142(供給結構體140之一部分)中以層積方向上位置不同的方式而被形成。 亦即，如圖17等所示，於層積方向上，分配部A12的上面位於比供給阻止部142的上面還要下方。然後，供給阻止部142的上面係抵接於第1板狀體1的下面。藉此，已被導入至分配部A12的第1氣體，係藉由朝層積方向之上方凸出的供給阻止部142而被限制來自分配部A12之排出，而被暫時儲留在被形成為凹狀的分配部A12中。
又，分配部A12，係於上面視點下，如圖5等所示般地在+Y方向及-Y方向(Y方向)上較長。然後，分配部A12的Y方向之長度係對應於，在Y方向上保持間隔而被平行排列配置的複數副流路A11之領域的Y方向之長度。
讓第1氣體流通的複數副流路A11，係如圖5～圖22等所示，沿著流通方向，亦即沿著+X方向及-X方向(X方向)而延伸。然後，複數副流路A11，係如前述，於Y方向上保持間隔而被平行排列配置。第2板狀體2，係如圖5～圖22等所示，被設在形成複數副流路A11之每一者的複數副流路形成部160、與相鄰的副流路形成部160之間，具有將相鄰的副流路A11之每一者予以分隔的複數分隔部161。如圖21等所示，副流路形成部160係被形成為具有底面的凹狀，分隔部161的上面係位於比副流路形成部160之底面還往層積方向之上方的位置。然後，分隔部161的上面係抵接於第1板狀體1的下面。藉此，各副流路A11係被分離，各副流路A11內分別有第1氣體會沿著流通方向而流通。
此外，副流路A11，係在圖5等中，從供給結構體140之附近到排出結構體150之附近為止，沿著流通方向而延伸。可是並非限定於此，副流路A11係亦可只被形成在，從供給結構體140之附近到排出結構體150之附近為止的一部分。亦即，形成副流路A11的副流路形成部160係亦可只被配置在，從供給結構體140之附近到排出結構體150之附近為止的一部分。
如圖21、圖22所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上，分隔部161的長度L3係小於副流路形成部160的長度L4(L3＜L4)。L3＜L4的情況下，如圖21等所示，可縮小分隔部161的上面與第1板狀體1的下面的抵接面積。亦即，可以加大副流路A11面對氣體流通容許部1A所被形成之第1板狀體1的空間，可使從副流路A11往電化學反應部3的第1氣體的量變多。
第2板狀體2，係如圖5、圖14～圖22等所示，在沿著流通方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))上，在分配部A12與複數副流路A11之間具有供給結構體140。供給結構體140，係使第1氣體暫時儲留在分配部A12，同時限制從分配部A12往複數副流路A11的第1氣體之供給。
供給結構體140係具有複數供給通過部141及複數供給阻止部142。供給通過部141係使第1氣體從分配部A12往複數副流路A11流通。供給阻止部142，係阻止第1氣體從分配部A12往複數副流路A11的流通。如圖16等所示，供給阻止部142的上面係位於比供給通過部141的上面還往層積方向之上方的位置，並抵接於第1板狀體1的下面。因此，分配部A12內的第1氣體，係藉由供給阻止部142而被阻止往流通方向之流通，而另一方面，會經由供給通過部141往流通方向而流通，通往複數副流路A11。
在本實施形態中，各供給阻止部142，係例如圖5、圖22等所示般地，是被形成為大略長方形狀。然後，長方形狀之各供給阻止部142係為，其長邊是沿著+Y方向及-Y方向(Y方向)般地沿著Y方向而被配置。在相鄰的供給阻止部142之間，設有供給通過部141。亦即，供給通過部141，係被設在相鄰的供給阻止部142的短邊所對向的區間。
如圖22所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上，供給阻止部142的長度L2係大於供給通過部141的長度L1(L2＞L1)。又，供給通過部141的長度L1，係小於分隔部161的長度L3為理想(L1＜L3)。藉此，可使從分配部A12經由供給通過部141而被擠出的第1氣體碰撞到分隔部161的+X方向側之端部，而可使其被暫時儲留在後述的供給緩衝部144。 L1與L2的關係是根據例如：對分配部A12在單位時間內所被供給的第1氣體的量、對複數副流路A11在單位時間內所應供給的第1氣體的量、供給阻止部142的數量、分隔部161的Y方向之長度L3、副流路A11的Y方向之長度L4等而決定。
如上述，各副流路A11係藉由各分隔部161而被分隔。於流通方向(+X方向及-X方向(X方向))上，對於供給通過部141，係有複數分隔部161之中的任一分隔部161是被對應而配置。 又，於流通方向上，對於供給阻止部142，係有複數副流路A11之中的至少1個副流路A11是被對應而配置。
此處，第1氣體，係從分配部A12經由供給通過部141而被引導至複數副流路A11。若依據上記構成，則於流通方向上對於供給通過部141係有任一分隔部161是被對應而配置，因此從分配部A12往供給通過部141所被擠出的第1氣體，係沿著流通方向而前進，藉此而碰撞到朝層積方向之上方凸出的分隔部161。藉由與分隔部161之碰撞，第1氣體係往與流通方向交叉的交叉方向前進。亦即，從分配部A12經由供給通過部141而流通過來的第1氣體，並非立刻被導入至複數副流路A11，而是在副流路A11的前方與分隔部161碰撞而往交叉方向前進。然後，往交叉方向前進的第1氣體，係由於朝層積方向之上方凸出的供給阻止部142而不會回到分配部A12，在供給結構體140與複數副流路A11之間被暫時儲留。其後，第1氣體係順著來自分配部A12之擠壓，而被導入至複數副流路形成部160所形成的複數副流路A11。 此外，第1氣體在供給結構體140與複數副流路A11之間所被暫時儲留的領域，係為供給緩衝部144。
在本實施形態中，於流通方向上，是對應於1個供給通過部141而被配置有1個分隔部161。可是，並非限定於此，亦可對應於1個供給通過部141而被配置有複數個分隔部161。又，亦可對應於1個供給通過部141而沒有分隔部161被配置，且對應另1個供給通過部141而被配置有分隔部161。
又，於流通方向上，對應於第1貫通部41而被設有供給阻止部142。藉此，可抑制從第1貫通部41被導入至分配部A12的第1氣體立即前往複數副流路A11。因此，可在分配部A12中暫時儲留第1氣體。
供給阻止部142的數量係不限定於此，但為例如2個以上。又，隨著複數副流路A11的數量來設定供給阻止部142的數量為理想。 又，供給阻止部142在上記中係朝流通方向之交叉方向而配置成一列。 可是，只要能夠將第1氣體暫時儲留於分配部A12，能夠對複數副流路A11大略均勻地供給第1氣體的話，就不限定於該配置。例如，複數供給阻止部142亦可從交叉方向錯開而被配置。又，複數供給阻止部142亦可沿著交叉方向，或是從交叉方向錯開而被配置。 又，在上記中，供給阻止部142係為長方形狀。可是，只要能夠從分配部A12往複數副流路A11均勻地供給氣體的話，則供給阻止部142的形狀並非限定於此。例如，供給阻止部142係亦可被型成為正方形狀、圓形狀、橢圓形狀、三角形狀等種種的形狀。
又，雖然不限定於此，但如圖5、圖22等之上記實施形態所示，複數供給阻止部142之中的2個，係分別被設置在在對應於分配部A12的+Y方向之端部及-Y方向之端部的位置上為理想。第1氣體，係從分配部A12的第1貫通部41而在分配部A12的空間中擴散的方式而佈滿分配部A12，碰撞到分配部A12之端面。因此，碰撞到分配部A12之端面的第1氣體，係有時候會在端面改變方向而朝複數副流路A11流動。因此，藉由在對應於分配部A12之端部的位置上設置供給阻止部142，就可抑制第1氣體從分配部A12立刻往複數副流路A11流出。藉此，如後述，可從分配部A12往各副流路A11大略均勻地供給第1氣體。
接著說明匯流部A13及排出結構體150。匯流部A13及排出結構體150，係分別與分配部A12及供給結構體140為相同構成。 匯流部A13係被設在排出路5側，是用來將流通過複數副流路A11的第1氣體予以排出所需之緩衝部。匯流部A13，係在第1氣體的流通方向上，在內部流路A1之中被設在複數副流路A11的下游側。如圖5、圖22等所示，在匯流部A13中，在流通方向及其交叉方向的大略中央部，形成有貫通第2板狀體2的第2貫通部51。通過了複數副流路A11的第1氣體，係被導入至匯流部A13，經由第2貫通部51、第2環狀密封部52、第1氣體排出部62等而被排出至外部。
又，匯流部A13係被形成為，於排出阻止部152(排出結構體150之一部分)中在層積方向上位置係為不同。亦即，如圖10等所示，於層積方向上，匯流部A13的上面位於比排出阻止部152的上面還要下方。然後，排出阻止部152的上面係抵接於第1板狀體1的下面。藉此，從複數副流路A11流往匯流部A13的第1氣體，係藉由朝層積方向之上方凸出的排出阻止部152而被限制了往匯流部A13的排出，而被暫時儲留在複數副流路A11。
又，匯流部A13，係於上面視點下，如圖5等所示般地在+Y方向及-Y方向(Y方向)上較長。然後，匯流部A13的Y方向之長度係對應於，在Y方向上保持間隔而被平行排列配置的複數副流路A11之領域的Y方向之長度。
第2板狀體2，係如圖5、圖9～圖13、圖22等所示，在沿著流通方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))上，在複數副流路A11與匯流部A13之間具有排出結構體150。排出結構體150，係限制從複數副流路A11往匯流部A13的第1氣體之排出。
排出結構體150係具有複數排出通過部151及複數排出阻止部152。排出通過部151係使第1氣體從複數副流路A11往匯流部A13通過。排出阻止部152，係阻止第1氣體從複數副流路A11往匯流部A13的通過。如圖10等所示，排出阻止部152的上面係位於比排出通過部151的上面還往層積方向之上方的位置，並抵接於第1板狀體1的下面。因此，複數副流路A11內的第1氣體，係藉由排出阻止部152而被阻止往流通方向之流通，而另一方面，會經由排出通過部151往流通方向而流通，通往匯流部A13。
在本實施形態中，排出阻止部152，係與供給阻止部142同樣地，例如圖5、圖22等所示般地，是被形成為大略長方形狀。然後，長方形狀之各排出阻止部152係為，其長邊是沿著+Y方向及-Y方向(Y方向)般地沿著Y方向而被配置。在相鄰的排出阻止部152之間，設有排出通過部151。亦即，排出通過部151，係被設在相鄰的排出阻止部152的短邊所對向的區間。
如圖22所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上，排出阻止部152的長度L12係大於排出通過部151的長度L11(L12＞L11)。又，排出阻止部152的長度L12係大於副流路形成部160的長度L4為理想(L12＞L3)。藉此，可使從複數副流路A11流往匯流部A13的第1氣體碰撞到排出阻止部152，可使其暫時儲留在後述的排出緩衝部154。 L11與L12的關係是根據例如：對複數副流路A11在單位時間內所供給的第1氣體的量、從匯流部A13在單位時間內所應排出的第1氣體的量、排出阻止部152的數量、分隔部161的Y方向之長度L3、副流路A11的Y方向之長度L4等而決定。
於流通方向上，對於排出阻止部152，係有複數副流路A11之中的至少1個副流路A11是被對應而配置。 又，於流通方向上，對於排出通過部151，係有複數分隔部161之中的任一分隔部161是被對應而配置。
若依據上記構成，則從複數副流路A11被擠出的第1氣體，係沿著流通方向前進而碰撞到朝層積方向之上方凸出的排出阻止部152。藉由與排出阻止部152之碰撞，第1氣體係往與流通方向交叉的交叉方向前進。亦即，從複數副流路A11流通過來的第1氣體，不會立刻被導入至匯流部A13，而是在匯流部A13的前方與排出阻止部152發生碰撞而往交叉方向前進。其後，第1氣體係順著從複數副流路A11的擠出，通過排出通過部151而被導入至匯流部A13。 此外，第1氣體在複數副流路A11與排出結構體150之間所被暫時儲留的領域，係為排出緩衝部154。
又，於流通方向上，對應於第2貫通部51而被設有排出阻止部152。藉此可抑制，在複數副流路A11中流通的第1氣體被立刻被導入至匯流部A13，從第2貫通部51被排出。因此，可在複數副流路A11中暫時儲留第1氣體。
排出通過部151及排出阻止部152的形狀、大小、配置、數量等，係與供給通過部141及供給阻止部142相同。例如，於圖22中，+Y方向及-Y方向(Y方向，與流通方向交叉的交叉方向)上的排出阻止部152的長度L12及排出通過部151的長度L11，係與上述的供給阻止部142的長度L1及供給通過部141的長度L2相同。 但是，排出通過部151及排出阻止部152的形狀、大小、配置、數量等，係亦可與供給通過部141及供給阻止部142不同。例如，亦可將排出通過部151的大小設成比供給通過部141還大。藉此，相較於從分配部A12往複數副流路A11供給第1氣體之際的供給壓，可使從複數副流路A11往匯流部A13的排出壓為較小。從分配部A12往複數副流路A11以某種程度的供給壓來供給第1氣體而使複數副流路A11間的流動分布成為一定，且在排出第1氣體之際可平順地導入至匯流部A13。
(b)供給結構體及排出結構體的作用 (b1)供給結構體的作用 接著說明供給結構體140的作用。 上記構成的供給結構體140的供給阻止部142，係被設在分配部A12與複數副流路A11之間，成為從分配部A12往複數副流路A11的第1氣體之流動的障壁。因此，從分配部A12往複數副流路A11流通之際的第1氣體的壓力損失會變高，已被導入至分配部A12的第1氣體係充滿分配部A12而遍佈，而被暫時儲留。因此，分配部A12內全體會呈現大略均勻的壓力(均壓)。亦即，分配部A12與複數副流路A11之每一者的差壓係大略相同。然後，由於是從分配部A12經由供給通過部141往複數副流路A11供給第1氣體，因此第1氣體是對各副流路A11以大略均壓的狀態而被供給。藉此，於各副流路A11間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)會是大略均勻。 又，第1氣體係從分配部A12分流至複數副流路A11。藉由如此分流至複數流路所致之整流作用，第1氣體，係相較於在未被形成有複數流路的內部流路中流動的情況，其流動分布(流速、流量及壓力等)係呈大略一定。
如以上所述，於各副流路A11間，沿著流通方向的第1氣體的流動分布會是大略均勻。例如，於各副流路A11間觀看流通方向之某一位置的情況下，在與該當某一位置交叉的交叉方向上，各副流路A11的第1氣體的流速、流量及壓力等係為大略一定。藉此，於電化學反應部3中，第1氣體為不足的部分，與第1氣體流通過剩的部分的差異會變小，可提升電化學元件A全體的第1氣體之利用率而提升電化學反應的反應效率。
此外，在未採用上記的分配部A12、複數副流路A11及供給結構體140等之構成的情況下，各副流路A11中的第1氣體之流動分布會有所不同，會有在某一副流路A11中第1氣體的流速為較快，在另一副流路A11中第1氣體的流速為較慢的情況。在第1氣體的流速較慢的副流路A11中第1氣體會因為電化學反應而被消耗，第1氣體就會不足。因此而會導致第1氣體的濃度降低，電化學反應部3的電極層會氧化劣化，而有降低電極性能或機械性強度之虞。另一方面，在第1氣體的流速較快的副流路A11中，第1氣體於電化學反應中被消耗之前就被排出。亦即，若第1氣體是氫等之燃料氣體的情況下，則濃度尚高的第1氣體就被排出，燃料利用率會降低。此處，也考慮相對於第1氣體的流速較慢的副流路A11中的第1氣體的不足，而把供給至各副流路A11的第1氣體之供給量予以增加。可是，此情況下，在第1氣體的流速較快的副流路A11中，於電化學反應中被消耗之前就被排出的第1氣體的量就會更為增加，導致燃料利用率更為降低。由於這些因素，在各副流路A11中的第1氣體之流動分布為不同的情況下，則會導致電化學反應的反應效率降低，發電效率降低。 (b2)排出結構體的作用 接著說明排出結構體150的作用。 若依據上記構成，則不只設置了用以從分配部A12往複數副流路A11將第1氣體以大略均勻的流動分布進行供給所需之供給結構體140，還在用以從複數副流路A11使第1氣體匯流至匯流部A13的部分設置有排出結構體150。由於複數副流路A11是被供給結構體140與排出結構體150所夾，因此可使複數副流路A11內的第1氣體之流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻，同時可提升電化學反應的反應效率。 若更具體說明，則上記構成的排出結構體150的排出阻止部152，係被設在複數副流路A11與匯流部A13之間，會成為從副流路A11往匯流部A13的第1氣體之流動的障壁。因此，從複數副流路A11往匯流部A13進行流通之際的第1氣體的壓力損失會變高。因此，已被導入至複數副流路A11的第1氣體，係難以從複數副流路A11立刻被導入至匯流部A13，會充滿複數副流路A11而遍佈。藉此，於各副流路A11間，可使沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)變成大略均勻。又，由於第1氣體會充滿複數副流路A11而遍佈，因此於複數副流路A11內可使電化學反應被充分進行。藉由這些，可提升電化學反應的反應效率。
(電化學反應部) (電極層) 電極層31，係如圖9～圖13、圖17～圖20等所示，可在第1板狀體1之表側的面且為比貫通孔11所被設置之領域還大的領域中，以薄層的狀態而設置。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想係可設成5μm～50μm。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的電極層材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的電極性能。 貫通孔11所被設置之領域的全體，係被電極層31所覆蓋。亦即，貫通孔11係被形成在，第1板狀體1中的電極層31所被形成之領域的內側。換言之，所有的貫通孔11都是面朝電極層31而被設置。
電極層31，係為了使其帶有氣體透通性，而在其內部及表面具有複數細孔。 亦即電極層31係以多孔質的層的方式而被形成。電極層31係被形成為例如，其緻密度是30%以上未滿80%。細孔的尺寸係可適宜選用，適合於在進行電化學反應之際可使反應圓滑地進行的尺寸。此外所謂緻密度，係為構成層的材料佔據空間的比率，可表示成(1-空孔率)，又，與相對密度係為同等。
作為電極層31的材料係可使用例如：NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2 、Cu-CeO2 等之複合材。在這些例子中，GDC、YSZ、CeO2 可以稱為複合材的骨材。此外，電極層31，係以低溫燒成法(例如不在高於1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)或噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)、CVD法等來加以形成為理想。藉由這些可在低溫域下使用的製程，就不必使用例如高於1100℃之高溫域下的燒成，就能獲得良好的電極層31。因此，可不傷及第1板狀體1，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件A而為理想。再者，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
(中間層) 中間層34，係可在覆蓋著電極層31的狀態下，在電極層31之上以薄層的狀態來加以形成。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想為2μm～50μm左右，更理想為4μm～25μm左右。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的中間層34的材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的性能。作為中間層34的材料係可使用例如：YSZ(釔安定氧化鋯)、SSZ(鈧安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰)、YDC(釔摻雜氧化鈰)、SDC(釤摻雜氧化鈰)等。尤其是氧化鈰系之陶瓷可被合適地使用。
中間層34，係以低溫燒成法(例如不在高於1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)或噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等來加以形成為理想。藉由這些可在低溫域下使用的成膜製程，就不必使用例如高於1100℃之高溫域下的燒成，就能獲得中間層34。因此，可不傷及第1板狀體1，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件A。又，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
作為中間層34，係具有氧離子(氧化物離子)傳導性為理想。又，具有氧離子(氧化物離子)與電子之混合傳導性，則更加理想。具有這些性質的中間層34，係適合於適用至電化學元件A。
(電解質層) 如圖9～圖13、圖17～圖20等所示，電解質層32，係在覆蓋著電極層31及中間層34的狀態下，在前記中間層34之上以薄層的狀態而被形成。又，亦可以厚度為10μm以下之薄膜之狀態來加以形成。詳言之，電解質層32係跨越中間層34之上與第1板狀體1之上而被設置。藉由如此構成，將電解質層32接合至第1板狀體1，就電化學元件全體而言可成為牢固性佳者。
又電解質層32係圖9等所示，是被設在第1板狀體1之表側的面且為比貫通孔11所被設置之領域還大的領域中。亦即，貫通孔11係被形成在，第1板狀體1中的電解質層32所被形成之領域的內側。
又在電解質層32之周圍，係可抑制氣體從電極層31及前記中間層(未圖示)洩漏。進一步說明，將電化學元件A作為SOFC之構成要素來使用的情況下，在SOFC的作動時，氣體是從第1板狀體1之裏側通過貫通孔11而被供給至電極層31。在電解質層32接觸於第1板狀體1的部位中，不必設置墊片等之其他構件，就能抑制氣體的洩漏。 此外，在本實施形態中雖然是藉由電解質層32而將電極層31之周圍全部予以覆蓋，但亦可設計成，在電極層31及前記中間層34之上部設置電解質層32，在周圍設置墊片等的構成。
作為電解質層32的材料係可使用可以使用YSZ(釔安定氧化鋯)、SSZ(鈧安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰)、YDC(釔摻雜氧化鈰)、SDC(釤摻雜氧化鈰)、LSGM(鍶鎂摻雜鎵酸鑭)等傳導氧離子的電解質材料，或鈣鈦礦(perovskite)型氧化物等傳導氫離子的電解質材料。尤其是氧化鋯系之陶瓷可被合適地使用。若電解質層32使用氧化鋯系陶瓷，則可令使用電化學元件A的SOFC的工作溫度，高於使用氧化鈰系陶瓷或各種氫離子傳導性材料的情況。例如將電化學元件A使用於SOFC的情況下，作為電解質層32的材料是使用像是YSZ這類即使在650℃左右以上之高溫域下仍可發揮電解質性能的材料，系統的原燃料則是使用都市瓦斯或LPG等之碳氫系之原燃料，將原燃料藉由水蒸氣改質等而變成SOFC之陽極氣體，若設計成如此的系統構成，則可建構出，把SOFC的電池堆中所產生的熱使用於原燃料氣體之改質的高效率的SOFC系統。
電解質層32，係以低溫燒成法(例如不在超過1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)或噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD(化學氣相成長)法等來加以形成為理想。藉由這些可在低溫域下使用的成膜製程，就不必使用例如超過1100℃之高溫域下的燒成，就能獲得緻密且氣密性及氣體隔絕性高的電解質層32。因此，可抑制第1板狀體1的損傷，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現性能/耐久性佳的電化學元件A。尤其是，若使用低溫燒成法或噴塗法等，就可實現低成本的元件而為理想。甚至，若使用噴塗法，則可在低溫域下容易獲得緻密且氣密性及氣體隔絕性高的電解質層，因此更加理想。
電解質層32係為了遮蔽陽極氣體或陰極氣體的氣體洩漏，並且展現高離子傳導性，而被緻密地構成。電解質層32的緻密度理想為90%以上，較理想為95%以上，更理想為98%以上。電解質層32係為均勻的層的情況下，則其緻密度理想為95%以上，較理想為98%以上。又，電解質層32是被構成為複數層狀的這類情況下，則其中至少一部分是含有緻密度為98%以上的層(緻密電解質層)為理想，含有99%以上的層(緻密電解質層)則較理想。若如此的緻密電解質層是被包含在電解質層之一部分中，則即使電解質層是被構成為複數層狀的情況下，仍可容易形成緻密且氣密性及氣體隔絕性高的電解質層。
(反應防止層) 反應防止層35，係可電解質層32之上以薄層的狀態來加以形成。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想為2μm～50μm左右，更理想為3μm～15μm左右。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的反應防止層材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的性能。作為前記反應防止層的材料，係只要能夠防止電解質層32的成分與對極電極層33的成分之間的反應的材料即可，可使用例如氧化鈰系材料等。又作為反應防止層35的材料，含有從Sm、Gd及Y所成之群組中所被選出的元素之其中至少1者的材料，係可被合適地使用。此外，含有從Sm、Gd及Y所成之群組中所被選出的元素之其中至少1者，且這些元素之含有率的合計為1.0質量%以上10質量%以下即可。藉由將反應防止層35導入至電解質層32與對極電極層33之間，就可有效抑制對極電極層33的構成材料與電解質層32的構成材料之反應，可提升電化學元件A之性能的長期穩定性。反應防止層35的形成，若適宜使用可在1100℃以下之處理溫度下形成的方法來進行，則可抑制第1板狀體1的損傷，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現性能/耐久性佳的電化學元件A，因而理想。例如，可適宜使用低溫燒成法(例如不在超過1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等，來進行之。尤其是，若使用低溫燒成法或噴塗法等，就可實現低成本的元件而為理想。再者，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
(對極電極層) 如圖9～圖13、圖17～圖20等所示，可將對極電極層33，在電解質層32或是反應防止層35之上以薄層的狀態來加以形成。設成薄層的情況下，可將其厚度設成例如1μm～100μm左右，理想係可設成5μm～50μm。若設成如此的厚度，則可減少昂貴的對極電極層材料之使用量而謀求降低成本，同時可確保足夠的電極性能。作為對極電極層33的材料係可使用例如：LSCF、LSM等之複合氧化物、氧化鈰系氧化物及這些的混合物。對極電極層33是含有從La、Sr、Sm、Mn、Co及Fe所成之群組中所被選出之2種類以上之元素的鈣鈦礦型氧化物，則尤其理想。使用以上的材料所被構成的對極電極層33，係作為陰極而發揮機能。
此外，對極電極層33的形成，若適宜使用可在1100℃以下之處理溫度下形成的方法來進行，則可抑制第1板狀體1的損傷，又，可抑制第1板狀體1與電極層31的元素相互擴散，可實現性能/耐久性佳的電化學元件A，因而理想。例如，可適宜使用低溫燒成法(例如不在超過1100℃之高溫域下進行燒成處理而使用低溫域下的燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PDV法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等，來進行之。尤其是，若使用低溫燒成法或噴塗法等，就可實現低成本的元件而為理想。再者，若使用低溫燒成法，則原材料的操作變得容易因此更加理想。
藉由構成如此的電化學反應部3，而使電化學反應部3成為燃料電池(電化學發電胞)而發揮機能的情況下，可將電化學元件A作為固體氧化物形燃料電池的發電胞來使用。例如，從第1板狀體1之裏側的面通過貫通孔11而將身為第1氣體的含氫之燃料氣體供給至電極層31，往作為電極層31之對極的對極電極層33供給身為第2氣體的空氣，並維持在例如700℃左右的作動溫度。如此一來，於對極電極層33中空氣中所含之氧O2 係與電子e- 發生反應而生成氧離子O2- 。該氧離子O2- 會通過電解質層32而往電極層31移動。於電極層31中，係所被供給之燃料氣體中所含之氫H2 係與氧離子O2- 發生反應，生成水H2 O與電子e- 。 在電解質層32中使用會傳導氫離子的電解質材料的情況下，於電極層31中，所被流通之燃料氣體中所含之氫H2 會放出電子e- 而生成氫離子H+ 。該氫離子H+ 會通過電解質層32而往對極電極層33移動。於對極電極層33中，空氣中所含之氧O2 與氫離子H+ 、電子e- 會發生反應而生成水H2 O。 藉由以上的反應，在電極層31與對極電極層33之間就會產生起電力來作為電化學輸出。此情況下，電極層31係作為燃料電池的燃料極(陽極)而發揮機能，對極電極層33係作為空氣極(陰極)而發揮機能。
又，雖然在圖9～圖13、圖17～圖20等中省略，但如圖21所示，在本實施形態中，電化學反應部3係在電極層31與電解質層32之間具備中間層34。再者，在電解質層32與對極電極層33之間係被設有反應防止層35。
(電化學反應部的製造方法) 接著說明電化學反應部3的製造方法。此外，於圖9～圖13、圖17～圖20等中，因為省略了下記中間層34及反應防止層35的描述，所以此處主要使用圖21來做說明。
(電極層形成步驟) 在電極層形成步驟中，係在比第1板狀體1之表側的面的貫通孔11所被設置之領域還廣的領域中，電極層31是以薄膜的狀態而被形成。第1板狀體1的貫通孔11係可藉由雷射加工等而設置。電極層31的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
以低溫燒成法來進行電極層形成步驟的情況下，具體而言是如以下的例子般地進行。 首先將電極層31的材料粉末與溶媒(分散媒)進行混合而作成材料糊，塗布在第1板狀體1之表側的面，以800℃～1100℃進行燒成。
(擴散抑制層形成步驟) 上述的電極層形成步驟中的燒成工程時，在第1板狀體1之表面形成有金屬氧化物層12(擴散抑制層)。此外，在上記燒成工程中，若含有把燒成氛圍設成氧分壓較低之氛圍條件的燒成工程，則元素的相互擴散抑制效果較高，可形成電阻值較低的良質的金屬氧化物層12(擴散抑制層)，因此較為理想。在使電極層形成步驟含有不進行燒成的塗布方法的情況下，亦可使其包含有另外的擴散抑制層形成步驟。無論如何，都是在可抑制第1板狀體1之損傷的1100℃以下之處理溫度下實施為理想。
(中間層形成步驟) 在中間層形成步驟中，是以覆蓋電極層31的形態，在電極層31之上係有中間層34以薄層的狀態而被形成。中間層34的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
以低溫燒成法來進行中間層形成步驟的情況下，具體而言是如以下的例子般地進行。 首先將中間層34的材料粉末與溶媒(分散媒)進行混合而作成材料糊，塗布在第1板狀體1之表側的面。然後將中間層34進行壓縮成形(中間層平滑化工程)，在1100℃以下進行燒成(中間層燒成工程)。中間層34的延壓係可藉由例如：CIP(Cold Isostatic Pressing ，冷間靜水壓加壓)成形、滾筒加壓成形、RIP(Rubber Isostatic Pressing)成形等來進行之。又，中間層34的燒成若在800℃以上1100℃以下之溫度下進行，則較為合適。若設成如此的溫度，則可一面抑制第1板狀體1的損傷/劣化，一面形成強度高的中間層34。又，中間層34的燒成在1050℃以下進行則較為理想，在1000℃以下進行則更加理想。這是因為，中間層34的燒成溫度越低，越能夠一面抑制第1板狀體1的損傷/劣化，一面形成電化學元件A。又，中間層平滑化工程與中間層燒成工程的順序亦可對調。 此外，中間層平滑化工程，係亦可藉由實施包膜成形或整平處理、表面的切削/研磨處理等來進行之。
(電解質層形成步驟) 在電解質層形成步驟中，是在被覆電極層31及中間層34的狀態下，電解質層32係在中間層34之上以薄層的狀態而被形成。又，亦可以厚度為10μm以下之薄膜的狀態而被形成。電解質層32的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
為了在1100℃以下之溫度域下形成緻密且氣密性及氣體隔絕性能高、良質的電解質層32，以噴塗法來進行電解質層形成步驟為理想。此情況下，係將電解質層32的材料朝向第1板狀體1上的中間層34進行噴射，以形成電解質層32。
(反應防止層形成步驟) 在反應防止層形成步驟中，反應防止層35是在電解質層32之上以薄層的狀態而被形成。反應防止層35的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。此外，為了使反應防止層35之上側的面變成平坦，例如亦可在反應防止層35的形成後實施整平處理或將表面實施切削/研磨處理，或是在濕式形成後燒成前，實施壓製加工。
(對極電極層形成步驟) 在對極電極層形成步驟中，對極電極層33是在反應防止層35之上以薄層的狀態而被形成。對極電極層33的形成係如上述，可使用：低溫燒成法(在1100℃以下之低溫域下進行燒成處理的濕式法)、噴塗法(熔射法或氣溶膠沉積法、氣溶膠氣相沉積法、粉末噴射沉積法、微粒噴射沉積法、冷噴塗法等之方法)、PVD法(濺鍍法、脈衝雷射沉積法等)、CVD法等之方法。無論使用何種方法的情況下，為了抑制第1板狀體1之劣化，都是在1100℃以下之溫度下進行為理想。
可如以上所述般地，製造電化學反應部3。
此外於電化學反應部3中亦可設計成，中間層34與反應防止層35是可不具備其中一方、或是雙方的形態。亦即可以設計成，電極層31與電解質層32是接觸而被形成的形態，或是電解質層32與對極電極層33是接觸而被形成的形態。此情況下在上述的製造方法中，中間層形成步驟、反應防止層形成步驟係被省略。此外，亦可追加形成其他層的步驟，或是將同種的層做複數層積等等，但無論何種情況下，都是在1100℃以下之溫度進行為理想。
(電化學元件層積體) 如圖4所示，電化學元件層積體S，係由複數電化學元件A在所定之層積方向上被層積而被構成。關於相鄰的電化學元件A，構成一個電化學元件A(第1電化學元件A)的板狀支持體10、與構成另一個電化學元件A(第2電化學元件A)的板狀支持體10是以呈對向的形態而被配置。 例如，一個電化學元件A(第1電化學元件A)係具備：具有電化學反應部3所被配置之第1板狀體1與第2板狀體2的板狀支持體10。同樣地，第1電化學元件A之下方向(第1方向)及上方向(第2方向)所相鄰之第2電化學元件A之板狀支持體10係具備：具有電化學反應部3所被配置之第1板狀體1與第2板狀體2的板狀支持體10。
第1電化學元件A的第2板狀體2之外面、與上方向所相鄰之第2電化學元件A的第1板狀體1之外面，係被電性連接。又，在第1電化學元件A的第2板狀體2之外面與上方向所相鄰之第2電化學元件A的第1板狀體1之外面之間，沿著該當兩外面而被形成有，讓第2氣體流通的流通部A2。 又，第1電化學元件A的第1板狀體1之外面、與下方向所相鄰之第2電化學元件A的第2板狀體2之外面，係被電性連接。為了使其電性連接，除了使電傳導性表面部彼此單純地接觸以外，亦可採用對接觸面施加面壓、或是使其介隔著高電傳導性的材料而降低接觸電阻的方法等。又，在第1電化學元件A的第1板狀體1之外面與下方向所相鄰之第2電化學元件A的第2板狀體2之外面之間，沿著該當兩外面而被形成有，讓第1氣體流通的副流路A11(內部流路A1之一部分)。
如此的複數電化學元件A係被層積配置。具體而言，長方形狀之各電化學元件是以一端部之第1貫通部41與他端部之第2貫通部51對齊的狀態下，以各個電化學元件的電化學反應部朝上的狀態，被整齊排列而被層積。然後，在各第1貫通部41彼此之間係有第1環狀密封部42介隔，在第2貫通部51彼此之間係有第2環狀密封部52介隔。
在板狀支持體10中，形成用來從表面貫通方向外方往內部流路A1供給還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方也就是第1氣體的供給路4的第1貫通部41，是被具備在長方形狀之板狀支持體10之長邊方向一端部側。於流通部A2內係具備，用來使分別被形成在板狀支持體10之兩外面的第1貫通部41，與流通部A2做區隔的作為環狀密封部的第1環狀密封部42。又，藉由第1貫通部41及第1環狀密封部42，形成了用來將第1氣體供給至內部流路A1的供給路4。此外，在第1板狀體1中的第1環狀密封部42之抵接部位之周圍係在第1板狀體1中的與前記內部流路A1相反側面設有環狀之膨出部a，在沿著第1環狀密封部42的第1板狀體1的面的方向上可使定位變得容易。
又，在板狀支持體10中，形成用來將流通過內部流路A1之第1氣體往板狀支持體10之表面貫通方向外方予以排出的排出路5的第2貫通部51，是被具備在他端部側。第2貫通部51係為，在與第2氣體區隔的狀態下使第1氣體流通的構成。第2貫通部51，係於流通部A2內，具備有：用來把分別被形成在板狀支持體10之兩外面的第2貫通部51與流通部A2做區隔的作為環狀密封部的第2環狀密封部52。藉由第2貫通部51及第2環狀密封部52，形成了用來將流通過內部流路A1之第1氣體予以排出的排出路5。
第1、第2環狀密封部42、52，係由氧化鋁等之陶瓷材料或、雲母、或是被覆這些的金屬等之絕緣性材料所成，係作為使相鄰的電化學元件彼此做電性絕緣的絕緣密封部而發揮機能。
(6)能源系統、電化學裝置 接著，使用圖23來說明能源系統、電化學裝置。 能源系統Z係具有：將從電化學裝置100、電化學裝置100所排出之熱予以再利用的作為排熱利用部的熱交換器190。 電化學裝置100係具有：電化學模組M、燃料供給模組、作為用來從電化學模組M取出電力之輸出部8的變流器(電力轉換器之一例)104。燃料供給模組，係由脫硫器101、氣化器106及改質器102所成，具有用來對電化學模組M供給含有還原性成分之燃料氣體的燃料供給部103。此外，此情況下，改質器102係成為燃料轉換器。
詳言之，電化學裝置100係具有：脫硫器101、改質水槽105、氣化器106、改質器102、送風機107、燃燒部108、變流器104、控制部110、及電化學模組M。
脫硫器101，係將都市瓦斯等之碳氫系之原燃料中所含之硫化合物成分予以去除(脫硫)。原燃料中含有硫化合物的情況下，藉由具備脫硫器101，可以抑制硫化合物對改質器102或是電化學元件A所造成的不良影響。氣化器106，係由從改質水槽105所被供給之改質水，來生成水蒸氣。改質器102，係使用已被氣化器106所生成的水蒸氣，而將已被脫硫器101所脫硫的原燃料，進行水蒸氣改質，生成含氫的改質氣體。
電化學模組M，係使用從改質器102所被供給之改質氣體、和從送風機107所被供給之空氣，來進行電化學反應而發電。燃燒部108，係使從電化學模組M所被排出之反應廢氣與空氣進行混合，而使反應廢氣中的可燃成分進行燃燒。
變流器104，係調整電化學模組M的輸出電力，使其變成與從商用系統(圖示省略)所受電之電力相同的電壓及相同的頻率。控制部110係控制電化學裝置100及能源系統Z的運轉。
改質器102，係使用燃燒部108中藉由反應廢氣之燃燒所產生的燃燒熱，來進行原燃料的改質處理。
原燃料，係藉由升壓泵浦111之作動而通過原燃料供給路112而被供給至脫硫器101。改質水槽105的改質水，係藉由改質水泵浦113之作動而通過改質水供給路114而被供給至氣化器106。然後，原燃料供給路112係在比脫硫器101下游側之部位，與改質水供給路114匯流，於容器200外已被匯流的改質水與原燃料係被供給至氣化器106。
改質水係於氣化器106中被氣化而變成水蒸氣。於氣化器106中所被生成的含水蒸氣之原燃料，係通過含水蒸氣原燃料供給路115而被供給至改質器102。於改質器102中原燃料係被進行水蒸氣改質，生成以氫氣為主成分的改質氣體(具有還原性成分之第1氣體)。於改質器102中所被生成的改質氣體，係通過燃料供給部103而被供給至電化學模組M。
反應廢氣係在燃燒部108中被燃燒，變成燃燒廢氣然後從燃燒廢氣排出路116被送往熱交換器190。在燃燒廢氣排出路116中係被配置有燃燒觸媒部117(例如鉑系觸媒)，燃燒廢氣中所含有的一氧化碳或氫等之還原性成分係被燃燒去除。
熱交換器190，係使燃燒部108中的燃燒所產生的燃燒廢氣、與所被供給之冷水進行熱交換，生成溫水。亦即熱交換器190，係作為將電化學裝置100所被排出之熱予以再利用的排熱利用部而動作。
此外，亦可取代排熱利用部，改為設置將從電化學模組M(未被燃燒)所被排出之反應廢氣予以利用的反應廢氣利用部。又，亦可使藉由第1氣體排出部62而往容器200外流通的反應廢氣之至少一部分，在圖23中的100、101、103、106、112、113、115之任一部位做匯流而循環回收。反應廢氣中係含有，於電化學元件A中未被使用於反應的殘餘之氫氣。在反應廢氣利用部中，可利用殘餘之氫氣，來進行燃燒所致之熱利用、或燃料電池等所致之發電，以進行能源的有效利用。
〔其他實施形態〕 此外上述的實施形態(包含其他實施形態，以下皆同)中所被揭露的構成，係只要不產生矛盾，都可與其他實施形態中所被揭露的構成做組合而適用，又，於本說明書中所被揭露之實施形態係為例示，本發明的實施形態並非限定於此，在不脫離本發明之目的的範圍內，可適宜改變。
(1)在上記實施形態中，是沿著層積方向而使被形成有凹凸形狀的第2板狀體2、與平板狀之第1板狀體1呈對向，藉此而形成了具有分配部A12、複數副流路A11、匯流部A13、供給緩衝區部144、排出緩衝區部154的內部流路A1。可是，只要能夠形成上記的內部流路A1即可，亦可沿著層積方向而使被形成有凹凸形狀的第1板狀體1、與平板狀之第2板狀體2呈對向。又，亦可使被部分性形成有凹凸形狀的第1板狀體1、與被部分性形成有凹凸形狀的第2板狀體2呈對向。
(2)在上記實施形態中，係在第2板狀體2，設有供給結構體140及排出結構體150。可是，在第2板狀體2，係只要設置有供給結構體140及排出結構體150之任一者即可。例如，第2板狀體2係亦可不具有排出結構體150，只具有供給結構體140。即使在只設置供給結構體140的情況下，仍可使從分配部A12供給至複數副流路A11，於各副流路A11中的沿著流通方向的第1氣體的流動分布(流速、流量及壓力等)，變成大略均勻。
(3)在上記的實施形態中，雖然是將電化學元件A使用於作為電化學裝置100的固體氧化物形燃料電池，但電化學元件A係亦可利用於固體氧化物形電解胞、或利用了固體氧化物的氧感測器等。又，電化學元件A，係不限於作為電化學元件層積體S或電化學模組M而被複數組合來使用，亦可單獨地使用。 亦即，在上記的實施形態中係說明了，可以提升把燃料等之化學能轉換成電能之效率的構成。 亦即，在上記的實施形態中，係使電化學元件A及電化學模組M成為燃料電池而動作，往電極層31流通氫氣，並往對極電極層33流通氧氣。如此一來，於對極電極層33中氧分子O2 係與電子e- 發生反應而生成氧離子O2- 。該氧離子O2- 會通過電解質層32而往電極層31移動。於電極層31中，氫分子H2 係與氧離子O2- 發生反應，生成水H2 O與電子e- 。藉由以上的反應，在電極層31與對極電極層33之間就會產生起電力，而進行發電。 另一方面，在使電化學元件A及電化學模組M成為電解胞而動作的情況下，則是往電極層31流通含有水蒸氣或二氧化碳之氣體，並在電極層31與對極電極層33之間施加電壓。如此一來，於電極層31中電子e- 與水分子H2 O、二氧化碳分子CO2 會發生反應而變成氫分子H2 或一氧化碳CO與氧離子O2- 。氧離子O2- 係通過電解質層32而往對極電極層33移動。於對極電極層33中氧離子O2- 會放出電子而變成氧分子O2 。藉由以上的反應，水分子H2 O係被電解成氫H2 和氧O2 ，而在流通含有二氧化碳分子CO2 之氣體的情況下則會被電解成一氧化碳CO和氧O2 。 在含有水蒸氣與二氧化碳分子CO2 的氣體被流通的情況下則可設置，從藉由上記電解而在電化學元件A及電化學模組M中所生成的氫及一氧化碳等來合成碳化氫等之各種化合物等的燃料轉換器25(圖25)。藉由燃料供給部(未圖示)，就可將該燃料轉換器25所生成的碳化氫等取出至本系統/裝置外而另外作為燃料來利用。又，亦可在燃料轉換器25中將氫或一氧化碳轉換成化學原料來利用。
圖25中係圖示了，使電化學反應部3作為電解胞而動作時的能源系統Z及電化學裝置100之一例。在本系統中所被供給的水與二氧化碳係於電化學反應部3中被電解，生成氫及一氧化碳等。然後於燃料轉換器25中，碳化氫等係被合成。使圖25的熱交換器24動作成為令燃料轉換器25中所發生之反應所產生的反應熱與水進行熱交換而氣化的排熱利用部，並且，使圖25中的熱交換器23動作成為令電化學元件A所產生的排熱與水蒸氣及二氧化碳進行熱交換而預熱的排熱利用部，藉由設計成如此構成，就可提高能源效率。 又，電力轉換器93，係往電化學元件A流通電力。藉此，如上述般地，電化學元件A係作為電解胞而作用。 因此，若依據上記構成則可提供，可以提升將電能轉換成燃料等之化學能之效率的電化學裝置100及能源系統Z等。
(4)在上記的實施形態中，作為電極層31的材料係使用了例如NiO- GDC、Ni- GDC、NiO- YSZ、Ni- YSZ、CuO- CeO2 、Cu- CeO2 等之複合材，作為對極電極層33的材料係使用了例如LSCF、LSM等之複合氧化物。如此所被構成的電化學元件A，係往電極層31供給氫氣而作為燃料極(陽極)，往對極電極層33供給空氣而作為空氣極(陰極)，可作為固體氧化物形燃料電池胞來使用。亦可變更此構成，可把電極層31當作空氣極，把對極電極層33當作燃料極，來構成電化學元件A。亦即，作為電極層31的材料係使用例如LSCF、LSM等之複合氧化物，作為對極電極層33的材料是使用例如NiO- GDC、Ni- GDC、NiO- YSZ、Ni- YSZ、CuO- CeO2 、Cu- CeO2 等之複合材。若為如此構成的電化學元件A，則可往電極層31供給空氣而當作空氣極，往對極電極層33供給氫氣而當作燃料極，把電化學元件A當作固體氧化物形燃料電池胞來使用。
(5)在上述的實施形態中，是在第1板狀體1與電解質層32之間配置了電極層31，在從電解質層32來看與第1板狀體1相反側配置了對極電極層33。亦可為電極層31與對極電極層33是顛倒配置的構成。亦即也可為，在第1板狀體1與電解質層32之間配置對極電極層33，在從電解質層32來看與第1板狀體1相反側配置電極層31的構成。此情況下，關於對電化學元件A的氣體之供給，也需要做變更。 亦即，關於電極層31與對極電極層33的順序或第1氣體、第2氣體之中的哪一者是還原性成分氣體及氧化性成分氣體之一方或他方，係只要配置成，使得對於電極層31與對極電極層33把第1氣體、第2氣體以可適切進行反應之形態來做供給的話，則可採用種種的形態。
(6)又，在上述的實施形態中，雖然是覆蓋氣體流通容許部1A而將電化學反應部3，設在第1板狀體1的與第2板狀體2之相反側，但亦可設在第1板狀體1的第2板狀體2側。亦即，即使是電化學反應部3係被配置在內部流路A1的構成，本發明仍成立。
(7)在上記實施形態中，雖然是將第1貫通部41、第2貫通部51在長方形狀之板狀支持體之兩端部設成一對的形態，但不限於設在兩端部的形態，甚至亦可為設有2對以上的形態。又，第1貫通部41、第2貫通部51係並不一定要成對設置。因此，第1貫通部41、第2貫通部51係可分別設置1個以上。 甚至，板狀支持體係不限於長方形狀，亦可採用正方形狀、圓形狀等種種的形態。
(8)在上記中，電化學模組M係被設置了，具有絕緣性的絕緣體210等之機能層。電化學模組M，係亦可除了上記所示的機能層以外，或者取代其而設置另外的機能層。
(9)在上記中，下蓋203與上蓋201係藉由熔接而結合。可是，下蓋203與上蓋201之結合係不限於熔接，例如亦可藉由螺栓等而被結合。
(10)又，在上記中，係在上蓋201是形成有開口201c，在下蓋203是形成有開口203c。可是，開口201c及開口203c係亦可不被形成。但是，可讓第1氣體供給部61及第1氣體排出部62與外部連通的開口，係被形成在上蓋201。由於未設置開口201c及開口203c，因此電化學元件層積體S，係在被收容至由上蓋201及下蓋203所成之容器200內的狀態下，第1氣體係經由第1氣體供給部61及第1氣體排出部62而往電化學元件層積體S流通，第2氣體係經由第2氣體供給部71及第2氣體排出部72而往電化學元件層積體S流通。 此外，此情況下，亦可形成有，連通至第1氣體供給部61而從上蓋201凸出的供給用凸出部。同樣地，亦可形成有，連通至第1氣體排出部62而從上蓋201凸出的排出用凸出部。
(11)在上記中，是藉由容器(第1夾持體、第2夾持體)200而將電化學元件層積體S予以夾持。可是只要能夠夾持電化學元件層積體S的話，就不需要使用容器200。例如，亦可藉由端板(第1夾持體、第2夾持體)等來夾持電化學元件層積體S。
(12)第1、第2環狀密封部42、52，係只要能夠使第1、第2貫通部41、51彼此連通並防止氣體之漏洩的構成即可，其形狀在所不問。亦即，第1、第2環狀密封部42、52，係只要是在內部具有連通至貫通部之開口部的無端狀之構成，且將相鄰的電化學元件A彼此之間予以密封的構成即可。第1、第2環狀密封部42、52係為例如環狀。環狀中亦可包含有圓形、橢圓形、方形、多角形狀等任意的形狀。
(13)在上記中，板狀支持體10係由第1板狀體1及第2板狀體2所構成。此處，第1板狀體1與第2板狀體2，係亦可由個別的板狀體所構成，亦可如圖24所示般地由一個板狀體所構成。在圖24的情況下，藉由使一個板狀體被彎折，而使第1板狀體1與第2板狀體2被重合。然後，藉由周緣部1a被熔接等，而使第1板狀體1與第2板狀體2被一體化。此外，第1板狀體1與第2板狀體2亦可由一連串沒有接縫的板狀體所構成，亦可藉由一連串板狀體被彎折而如圖24般地被成型。 又，雖然會後述，但第2板狀體2亦可由一個構件所構成，亦可由2個以上之構件所構成。同樣地，第1板狀體1亦可由一個構件所構成，亦可由2個以上之構件所構成。
(14)上記的第2板狀體2，係連同第1板狀體1而一起形成了內部流路A1。內部流路A1係具有：分配部A12、複數副流路A11、匯流部A13。已被供給至分配部A12的第1氣體，係如圖5等所示，會被分配供給至複數副流路A11之各者，在複數副流路A11的出口處於匯流部A13中匯流。因此，第1氣體，係沿著從分配部A12往匯流部A13的氣體流動方向而流動。 複數副流路A11，係在第2板狀體2之中，從分配部A12往匯流部A13以外之部分形成為浪板狀，而被構成。然後，如圖9等所示，複數副流路A11，係在與第1氣體之氣體流動方向交叉的流動交叉方向上的剖面視點下，是被構成為浪板狀。如此的複數副流路A11係為，浪板是沿著圖5等所示的氣體流動方向延伸而被形成。複數副流路A11，係亦可在分配部A12與匯流部A13之間由一連串波浪狀之板狀體所形成，亦可由2個以上波浪狀之板狀體所構成。複數副流路A11係例如，亦可由沿著沿氣體流動方向之方向而分離的2個以上之波浪狀之板狀體所構成亦可由沿著沿流動交叉方向之方向而分離的2個以上之波浪狀之板狀體所構成。
又，複數副流路A11，係亦可如圖9等所示般地是由相同形狀的山及谷被反覆形成而構成為波浪形。可是，第2板狀體2係亦可在複數副流路A11所被形成之領域中，具有板狀部分。例如，複數副流路A11，係亦可藉由板狀部分與凸起狀部分是被交互形成，而被構成。然後，可將凸起狀部分當作讓第1氣體等之流體流通的部分。
(15)於上記的第2板狀體2中相當於複數副流路A11的部分，係不需要全面都是被形成為浪板狀，只要至少一部分是被形成為浪板狀即可。第2板狀體2係亦可為例如，在分配部A12與匯流部A13之間，氣體流動方向之一部分係為平板狀，其餘則是浪板狀。又，第2板狀體2係亦可為，流動交叉方向之一部分是平板狀，其餘則是浪板狀。
(16)於上記實施形態中，電化學裝置係具備有：具備複數電化學元件A的電化學模組M。可是，上記實施形態的電化學裝置係亦可適用於具備1個電化學元件的構成。
1:第1板狀體 1A:氣體流通容許部 2:第2板狀體 3:電化學反應部 4:供給路 5:排出路 9:分配室 10:板狀支持體 31:電極層 32:電解質層 33:對極電極層 41:第1貫通部 42:第1環狀密封部 51:第2貫通部 52:第2環狀密封部 61:第1氣體供給部 62:第1氣體排出部 71:第2氣體供給部 72:第2氣體排出部 100:電化學裝置 140:供給結構體 141:供給通過部 142:供給阻止部 144:供給緩衝部 150:排出結構體 151:排出通過部 152:排出阻止部 154:排出緩衝部 160:副流路形成部 161:分隔部 200:容器 201:上蓋 203:下蓋 210:絕緣體 230:板件 A:電化學元件 A1:內部流路 A11:副流路 A12:分配部 A13:匯流部 A2:流通部 M:電化學模組 S:電化學元件層積體 Z:能源系統
[圖1]電化學模組的剖面圖。 [圖2]電化學模組的上面圖。 [圖3]電化學模組的側面圖。 [圖4]電化學模組的概略圖。 [圖5]電化學元件的概略圖。 [圖6]圖5中的VI-VI剖面圖。 [圖7]圖5中的VII-VII面圖。 [圖8]圖5中的VIII-VIII剖面圖。 [圖9]圖5中的IX-IX剖面圖。 [圖10]圖5中的X-X剖面圖。 [圖11]圖5中的XI-XI剖面圖。 [圖12]圖5中的XII-XII剖面圖。 [圖13]圖5中的XIII-XIII剖面圖。 [圖14]圖5中的XIV-XIV剖面圖。 [圖15]圖5中的XV-XV剖面圖。 [圖16]圖5中的XVI-XVI剖面圖。 [圖17]圖5中的XVII-XVII剖面圖。 [圖18]圖5中的XVIII-XVIII剖面圖。 [圖19]圖5中的XIX-XIX剖面圖。 [圖20]圖5中的XX-XX剖面圖。 [圖21]電化學反應部的重點放大圖。 [圖22]供給結構體及排出結構體的說明圖。 [圖23]能源系統的概略圖。 [圖24]另一形態所述之電化學模組的說明圖。 [圖25]另一能源系統的概略圖。
2:第2板狀體
4:供給路
5:排出路
41:第1貫通部
42:第1環狀密封部
51:第2貫通部
52:第2環狀密封部
140:供給結構體
141:供給通過部
142:供給阻止部
144:供給緩衝部
150:排出結構體
151:排出通過部
152:排出阻止部
154:排出緩衝部
160:副流路形成部
161:分隔部
a:膨出部
A1:內部流路
A11:副流路
A12:分配部
A13:匯流部

Claims (19)

  1. 一種電化學元件，其係 具備：導電性之板狀支持體，在其內側具有，讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中一方的第1氣體流通的內部流路； 前記板狀支持體係具有： 氣體流通容許部，係跨越前記內部流路與前記板狀支持體之外側而可讓氣體透通；和 電化學反應部，係至少由膜狀之電極層和膜狀之電解質層和膜狀之對極電極層，以被覆著前記氣體流通容許部之全部或部分的狀態，依序朝所定之層積方向被層積而被形成； 前記內部流路係具有：複數副流路，係使前記第1氣體朝所定之流通方向進行流通；和分配部，係於前記第1氣體的前記流通方向上被設在較前記複數副流路為上游側； 前記板狀支持體，係於前記流通方向上的前記分配部與前記複數副流路之間，具有：供給結構體，係使前記第1氣體暫時儲留在前記分配部，並限制從前記分配部往前記複數副流路的前記第1氣體之供給。
  2. 如請求項1所記載之電化學元件，其中，前記供給結構體係具有：供給通過部，係使前記第1氣體從前記分配部往前記複數副流路通過；和供給阻止部，係阻止前記第1氣體從前記分配部往前記複數副流路之通過。
  3. 如請求項2所記載之電化學元件，其中， 前記板狀支持體係具有：複數副流路形成部，係形成前記複數副流路之每一者；和複數分隔部，係被設在相鄰的副流路形成部之間，將相鄰的副流路之每一者予以分隔； 於前記流通方向上，對於前記供給通過部，係有前記複數分隔部之中任一分隔部是被對應而配置。
  4. 如請求項3所記載之電化學元件，其中，於前記流通方向上，對於前記供給阻止部，係有前記複數副流路形成部所形成之複數副流路之中的至少1個副流路是被對應而配置。
  5. 如請求項3或4所記載之電化學元件，其中，前記供給阻止部與前記分配部及前記供給通過部，係於前記層積方向上位置為不同。
  6. 如請求項5所記載之電化學元件，其中，前記分隔部與前記副流路形成部，係於前記層積方向上位置為不同。
  7. 如請求項1～6之任1項所記載之電化學元件，其中， 前記內部流路係具有：匯流部，係於前記第1氣體的前記流通方向上被設在較前記複數副流路為下游側； 前記板狀支持體，係於前記流通方向上的前記複數副流路與前記匯流部之間，具有：排出結構體，係限制從前記複數副流路往前記匯流部的前記第1氣體之排出。
  8. 如請求項7所記載之電化學元件，其中，前記排出結構體係具有：排出通過部，係使前記第1氣體從前記複數副流路往前記匯流部通過；和排出阻止部，係阻止前記第1氣體從前記複數副流路往前記匯流部之通過。
  9. 如請求項8所記載之電化學元件，其中， 前記板狀支持體係具有：複數副流路形成部，係構成前記複數副流路之每一者；和複數分隔部，係被設在相鄰的副流路形成部之間，將相鄰的副流路之每一者予以分隔； 於前記流通方向上，對於前記排出阻止部，係有前記複數副流路形成部所形成之複數副流路之中的至少1個副流路是被對應而配置。
  10. 如請求項9所記載之電化學元件，其中，於前記流通方向上，對於前記排出通過部，係有前記複數分隔部之中任一分隔部是被對應而配置。
  11. 一種電化學模組，係由如請求項1～10之任1項所記載之電化學元件，隔著用來使前記第1氣體流通所需之環狀密封部，而朝前記所定之層積方向被複數層積。
  12. 如請求項11所記載之電化學模組，其中， 對前記內部流路，係經由前記環狀密封部而被導入前記第1氣體； 在前記層積方向上所相鄰的電化學元件間係被形成有：讓屬於前記還原性成分氣體及前記氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
  13. 如請求項11或12所記載之電化學模組，其中， 在前記複數電化學元件中，第1電化學元件與第2電化學元件是彼此相鄰而被層積； 對前記板狀支持體的內部流路，係經由前記環狀密封部而被導入前記第1氣體； 在構成前記第1電化學元件的前記板狀支持體、與構成前記第2電化學元件的前記板狀支持體是呈對向的形態下，且構成前記第1電化學元件的前記板狀支持體中的電化學反應部所被配置的外面、與構成前記第2電化學元件的前記板狀支持體中的與前記電化學反應部所被配置側不同的另一外面是被電性連接，且在這兩外面彼此的相鄰之間係被形成有：沿著該當兩外面而讓屬於還原性成分氣體及氧化性成分氣體之其中另一方的第2氣體流通的流通部。
  14. 如請求項13所記載之電化學模組，其中， 各電化學元件的板狀支持體係具有：第1貫通部，其係形成讓前記第1氣體流通的供給路； 各電化學元件的第1貫通部，係與介隔在相鄰的電化學元件之間的環狀密封部的環狀孔連通。
  15. 如請求項14所記載之電化學模組，其中， 於前記流通部內，具備用來把分別被形成在前記兩外面的前記第1貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第1環狀密封部； 藉由前記第1貫通部及前記第1環狀密封部而形成了，與前記內部流路之間讓前記第1氣體流通的前記供給路。
  16. 如請求項14或15所記載之電化學模組，其中， 前記板狀支持體係具備：第2貫通部，其係用以形成，使前記內部流路中流通的前記第1氣體往前記板狀支持體之表面貫通方向外方流通的排出路； 於前記流通部內，具備用來把分別被形成在前記兩外面的前記第2貫通部與前記流通部做區隔的作為前記環狀密封部的第2環狀密封部； 藉由前記第2貫通部及前記第2環狀密封部而形成了，讓在前記內部流路中流通的前記第1氣體流通的前記排出路。
  17. 一種電化學裝置，係至少具有： 如請求項1～10之任1項所記載之電化學元件或如請求項11～16之任1項所記載之電化學模組；和 往前記電化學元件或前記電化學模組流通含有還原性成分之氣體的燃料轉換器、或是將前記電化學元件或前記電化學模組中所生成的含有還原性成分之氣體加以轉換的燃料轉換器。
  18. 一種電化學裝置，係具有：如請求項1～10之任1項所記載之電化學元件或如請求項11～16之任1項所記載之電化學模組；和從前記電化學元件或前記電化學模組取出電力或是流通電力的電力轉換器。
  19. 一種能源系統，係具有：如請求項1～10之任1項所記載之電化學元件或如請求項17或18所記載之電化學裝置；和排熱利用部，係將從前記電化學元件、前記電化學裝置或是燃料轉換器所被排出的熱予以再利用。
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