TWI811328B - 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

本發明提供零件數目少，容易製作的電化學元件層積體。係複數電化學元件(A)被層積配置的電化學元件層積體，各電化學元件(A)具備具有內部流道(A1)的板狀支撐體(10)。板狀支撐體(10)，具備：跨板狀支撐體(10)的內側的內部流道(A1)與外側可使氣體透過地氣體通流容許部，以及包覆氣體通流容許部的電化學反應部(3)，以及形成使燃料氣體由板狀支撐體(10)的外方流通至內部流道(A1)的供給路徑(4)之第一貫通部(41)。關於鄰接的第1及第2電化學元件(A)，以板狀支撐體(10)彼此對向的型態，導電連接第1電化學元件(A)之被配置電化學反應部(3)之外面，與第2電化學元件(A)之與被配置電化學反應部(3)之側為不同的外面，於兩外面彼此之鄰接間，被形成使空氣沿著兩外面通流之通流部。

Description

電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統
本發明係關於電化學元件層積體、電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統。
從前，構成燃料電池(電化學發電胞)或電解胞等的電化學裝置之電化學元件層積體，如專利文獻1所示，為具備氣體透過區域同時覆蓋前述氣體透過區域形成電化學反應部而成的金屬基板，或包含作為間隔件或隔板發揮機能的金屬基板等的多數基板氣密地層積之構成。接著，沿著具備電化學反應部的金屬基板(電化學元件)的兩面劃定空氣(氧化性成分氣體)之空氣流道與燃料氣體(還原性成分氣體)的燃料氣體流道，使空氣與燃料流通於分別的流道。亦即，使複數個電化學元件作為電化學元件層積體形成為一體者。藉此，於前述電化學反應部由空氣與燃 料氣體之反應生成電力等電化學輸出。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2017-508254號公報
然而，這樣的電化學元件層積體，層積多數基板形成空氣流道與燃料氣體流道，所以有使多數金屬基板確實地密閉固定之必要。因此，要製作這樣的電化學元件、電化學元件層積體，為了要可信賴性高地確實固定，必須要龐大的工序數目與細心之注意。因此，供製作這樣的電化學元件層積體之製作費大幅膨脹，同時製作的電化學元件層積體的可信賴性(金屬基板間的氣密性或導電連接的確實性等)降低。
亦即，本發明有鑑於前述實際情形，目的在於提供零件數目少，容易製作之電化學元件層積體，此外，提供於製作該電化學元件層積體時處理容易的構造之電化學元件。此外，更進一步的目的為廉價地提供利用電化學元件層積體之電化學模組、電化學裝置或能源系統。
供達成前述目的之複數電化學元件被層積配置之電化學元件層積體的特徵構成，為：各電化學元件，具備內部具有內部流道的導電性板狀支撐體；板狀支撐體，具備：跨該板狀支撐體的內側的前述內部流道與外側可使氣體透過之氣體通流容許部，在覆蓋前述氣體通流容許部的全部或一部分的狀態，依記載順序至少具有膜狀電極層與膜狀電解質層與膜狀對極電極層之電化學反應部，跨前述板狀支撐體的表面貫通方向外方與前述內部流道形成使還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的一方之第一氣體流通的供給路徑之第一貫通部；在前述複數電化學元件，至少第1電化學元件與第2電化學元件相互鄰接層積，在構成前述第1電化學元件的前述板狀支撐體，與構成前述第2電化學元件的前述板狀支撐體為對向的型態，且構成前述第1電化學元件的前述板狀支撐體之前述電化學反應部被配置的外面，以及構成前述第2電化學元件的前述板狀支撐體之前述電化學反應部被配置之側為不同的外面被導電連接的型態，且於這兩外面彼此之鄰接間，被形成沿著該兩外面還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的另一方之第二氣體通流的通流部這點。
亦即，電化學元件，具備具有內部流道的板狀支撐體，所以在區劃內部流道與外部的狀態下，可以分配而流通第一氣體與第二氣體。在此，把電化學元件作為「把燃料等之化學能變換為電能」的燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，第一氣體為藉由電化學反應消耗的氫氣等還原性成分氣體及空氣等氧化性成分氣體之中的一方，第二氣體為另一方。把電化學元件作為「把電能變換為燃料等之化學能」的電解胞發揮機能的場合，第一氣體為藉由電化學反應生成的氫氣等還原性成分氣體及氧等氧化性成分氣體之中的一方，第二氣體為另一方。此外，板狀支撐體，具備：跨板狀支撐體的內側的內部流道與外側可使氣體透過之氣體通流容許部，在覆蓋氣體通流容許部的全部或一部分的狀態，依記載順序具有膜狀電極層與膜狀電解質層與膜狀對極電極層之電化學反應部，所以把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，第一氣體與第二氣體，由來自板狀支撐體的外方側的路徑，與由內部流道通過板狀支撐體的氣體通流容許部的路徑，到達電化學反應部，可以藉著於電極層及對極電極層相互反應，產生例如生成電氣等之電化學反應。使電化學元件作為電解胞發揮機能的場合，藉由對電化學反應部供給電，藉由水等的電解反應產生第一氣體與第二氣體，可以由板狀支撐體的外方側路徑，以及由板狀支撐體的氣體通流容許部通過內部流道的路徑排出。
於前述構成，板狀支撐體有必要把電化學輸出電氣地取出，或供給電而為導電性，作為這樣的導電性材料可舉出金屬、導電性陶瓷。其中，採用金屬，可以使堅固的構成容易地加工形成這點為較佳。
於前述構成，內部流道，在板狀支撐體的對向面間被區劃形成即可，但沒有在電化學元件被密閉形成的必要，只要作為電化學元件層積體層積形成時可形成氣密的流道之構成即可。
此外，於前述構成，氣體通流容許部，對板狀支撐體，設跨表背的多數貫通孔亦可，設為多孔質構造亦可。形成為貫通孔的話，可於支撐體更容易地選擇設置氣體通流容許部，而且可更為提高支撐體的強度。亦即，可以更容易實現強度及耐久性更為優異的電化學元件。此外，設為多孔質構造的話，可以更容易形成氣體通流容許部，而且平坦的形成氣體透過構件的表面變得容易，可以提高電化學反應部的形成之生產率。亦即，可以更容易進行電化學元件的製造。
在此，於板狀支撐體，由於具備形成在板狀支撐體的表面貫通方向外方與內部流道間流通第一氣體的供給路徑之第一貫通部，所以可通過第一貫通部使第一氣體通流至內部流道。在此場合，第一貫通部成為開口於第二氣體通流的空間側，但藉由在與沿著板狀支撐體的外面通流的第二氣體區劃之狀態下使第一氣體通流，可以適切地把第一氣體與第二氣體誘導至電化學反應部或者由電化學反應部排出。此外，因為是透過第一貫通部使第一氣體流通至內部流道的構成，所以經由第一貫通部對鄰接的板狀支撐體的內部流道也可以使第一氣體流通，所以僅藉著使其為層積板狀支撐體使第一貫通部彼此連通的構成，可以使第一氣體對被層積的所有的板狀支撐體的內部流道流通。這與對各板狀支撐體個別地形成供給路徑的構成相比為極簡便的構成，組裝電化學元件層積體為容易，可以信賴性高地廉價地製作。
又，板狀支撐體的表面貫通方向，是貫通板狀支撐體的方向，第一貫通部以貫通板狀支撐體的型態形成。但，於挾著板狀支撐體的內部流道之對向面不一定要在同軸心貫通形成，只要透過內部流道使板狀支撐體連通地貫通即可，只要是層積配置複數電化學元件時，跨鄰接的電化學元件彼此形成使第一氣體流通的供給路徑的型態即可。
亦即，前述電化學元件，能夠以可以於板狀支撐體設氣體通流容許部同時形成電化學反應部之簡單構成的板狀支撐體來處理的狀態，單獨進行電化學反應部之電化學反應。此外，此電化學元件為簡單的構成，所以組合多數使用時，處理上的便利性也高。進而，組合多數使用的場合，可以採用僅把相同構造者於第一貫通部連通接續之簡便的構造，所以組裝容易，可信賴性高，可廉價地製作。
電化學元件層積體，為複數電化學元件被層積配置。構成地1電化學元件的板狀支撐體，與構成第2電化學元件的板狀支撐體為對向的型態，所以第1及第2電化學元件彼此為整齊排列的狀態。此外，因為是構成第1電化學元件的板狀支撐體之電化學反應部被配置的外面，與構成第2電化學元件的板狀支撐體之與電化學反應部被配置之側不同的外面被導電連接的型態，所以整齊排列被層積的電化學元件，成為設於各電化學元件的電化學反應部串聯地被層積而被導電連接的狀態。進而，因為是在這兩外面彼此的鄰接間，沿著該兩外面被形成第二氣體通流的通流部的型態，所以可對於電化學反應部之電極層及對極電極層之一方，使第一氣體由第一貫通部透過內部流道、氣體通流容許部流通，同時對電極層及對極電極層之另一方透過通流部使第二氣體流通。亦即，整齊排列被層積的各電化學元件的電化學反應部，分別的電化學反應部於同方向串聯地被連接，同時對應於分別的電極層、對極電極層之第一氣體或第二氣體被流通，使電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，匯集來自前述複數電化學元件的電化學輸出，例如使作為電化學輸出的電力大幅放大而取出，此外把電化學元件作為電解胞發揮機能的場合，匯集由前述複數電化學元件發生的氫氣等還原性成分氣體及氧等氧化性成分氣體而大量取出。
於前述構成，各電化學元件，由導電性的板狀支撐體與電化學反應部所構成，能夠以相互成為一體的方式構成，因此以必要最小限度的極少的構件生成電化學輸出的方式構成，為製作容易且可信賴性高的電化學元件層積體，於製作電化學元件層積體時，為處理容易的構造。
此外，電化學元件層積體，於前述通流部內，具備把分別被形成於前述兩外面的第一貫通部區劃為前述通流部的作為環狀密封部之第一環狀密封部； 藉由前述第一貫通部及前述第一環狀密封部，可以為在與前述內部流道之間被形成流通前述第一氣體的前述供給路徑的型態。
亦即，藉由設第一環狀密封部，可以使電化學元件層積體之相互被層積的電化學元件之第一貫通部彼此與通流部區劃而連通連接。因此，僅藉由使鄰接的電化學元件的第一貫通部彼此緊密地連接之極簡單的構成，可以使分別的電化學元件連接為藉由第一氣體、第二氣體而適切地動作的型態，成為製作容易且可信賴性高的電化學元件層積體，於製作電化學元件層積體時，成為處理容易的構造。
又，環狀密封部，只要使貫通部彼此連通可以防止氣體洩漏的構成即可，不論其形狀。總之，環狀密封部，只要是具有以內部連通為貫通部的開口部之無端狀的構成，密封鄰接的電化學元件彼此之間的構成即可。環狀密封部例如為環狀。環狀亦可為圓形、橢圓形、方形、多角形狀等一切形狀。
此外，前述板狀支撐體，可以具備使通流於前述內部流道的前述第一氣體與前述板狀支撐體之表面貫通方向外方流通的形成排出路徑之第二貫通部；於前述通流部內，具備把分別被形成於前述兩外面的第二貫通部區劃為前述通流部的作為環狀密封部之第二環狀密封部；藉由前述第二貫通部及前述第二環狀密封部，被形成通流於內部流道的前述第一氣體流通之前述排出路徑。
亦即，例如，把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，由第一貫通部進入內部流道的第一氣體，通過內部流道，透過氣體通流容許部流通至電化學反應部，同時餘部通留至形成排出路徑的第二貫通部。排出路徑為第二貫通部以與第二氣體區劃的狀態形成，所以第一氣體，為能夠在與第二氣體區別的狀態下由排出路徑回收的狀態。此排出路徑與第一貫通部之供給路徑同樣以環狀密封部構成，所以僅藉由使鄰接的電化學元件的第二貫通部彼此緊密地連接之極簡單的構成，可以在區劃通流部的狀態下連通連接，可使分別的電化學元件連接為藉由第一氣體、第二氣體而適切地動作的型態，成為製作容易且可信賴性高的電化學元件層積體，於製作電化學元件層積體時，成為處理容易的構造。
又，環狀密封部，可為使鄰接的電化學元件彼此電氣絕緣之絕緣密封部。
於前述構成，使被層積而鄰接的電化學元件之電化學反應部串聯地連接，於回收作為電化學輸出之電力或者對電解施加必要的電壓，有必要使電化學元件之電化學反應部以外的部分絕緣。在此，第一、第二環狀密封部，使鄰接的電化學元件彼此被形成於電氣絕緣的絕緣密封部的話，形成供給部或排出部的同時發揮絕緣機能，所以沒有必要與環狀密封部分開設絕緣用的構件，能夠以簡便的構成來構成電化學元件層積體。藉此，成為製作容易且可信賴性高的電化學元件層積體，於製作電化學元件層積體時，成為處理容易的構造。
此外，供達成前述目的之用於電化學元件層積體的電化學元件之特徵構成，為具備前述板狀支撐體，前述板狀支撐體，具備前述氣體通流容許部，與前述電化學反應部，與前述第一貫通部這點。
亦即，具備板狀支撐體，所以藉著層積板狀支撐體，可以形成前述電化學元件層積體。接著，此板狀支撐體具備氣體通流容許部、電化學反應部、與第一貫通部，所以例如把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，被層積的各電化學元件彼此分別在電化學反應部產生電化學輸出，匯集來自複數電化學元件的電化學輸出，把作為電化學輸出的電力大幅放大而取出。
為達成前述目的之相關於本發明的電化學元件的特徵構成，為具備內部具有內部流道的導電性板狀支撐體；前述板狀支撐體，於該板狀支撐體，具備：跨該板狀支撐體的內側的前述內部流道與外側可使氣體透過之氣體通流容許部，在覆蓋前述氣體通流容許部的全部或一部分的狀態，依記載順序至少具有膜狀電極層與膜狀電解質層與膜狀對極電極層之電化學反應部，跨前述板狀支撐體的表面貫通方向外方與前述內部流道形成使還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的一方之第一氣體流通的供給路徑之第一貫通部；前述第一貫通部及前述內部流道，以與沿著前述板狀支撐體的外面通流的還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的另一方之第二氣體在被區劃的狀態使前述第一氣體通流的構成這點。
根據前述構成的話，電化學元件，具備內部具有內部流道的導電性的板狀支撐體，所以此板狀支撐體，在區劃內部流道與外部的狀態下，可以分配而流通第一氣體與第二氣體。在此，第一氣體為氫氣等還原性成分及空氣等氧化性成分氣體之中的一方，第二氣體為另一方。此外，板狀支撐體，具備：跨板狀支撐體的內側的內部流道與外側可使氣體透過之氣體通流容許部，在覆蓋氣體通流容許部的全部或一部分的狀態，依記載順序具有膜狀電極層與膜狀電解質層與膜狀對極電極層之電化學反應部，所以例如把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，第一氣體與第二氣體，由來自板狀支撐體的外方側的路徑，與由內部流道通過板狀支撐體的氣體通流容許部的路徑，到達電化學反應部，可以藉著於電極層及對極電極層相互反應，產生例如生成電氣等之電化學反應。
於前述構成，板狀支撐體有必要把電化學輸出電氣地取出，或供給電而為導電性，作為這樣的導電性材料可舉出金屬、導電性陶瓷。其中，採金屬的話，可以容易地實現支撐體的強度及導電性之確保，與氣體通流容許部以外的部分之支撐體的內側與外側之氣體通流防止。此外，可以提高板狀支撐體的熱傳導率，板狀支撐體內部的溫度分布變小，可以避免應力分布的發生導致之破壞。亦即，可以實現強度，可信賴性，耐久性及性能更為優異的電化學元件所以較佳。
於前述構成，內部流道，在板狀支撐體的對向面間被區劃形成，但沒有在電化學元件被密閉形成的必要，只要作為電化學元件層積體層積形成時可形成氣密的流道之構成即可。
此外，於前述構成，氣體通流容許部，對板狀支撐體，設跨表背的多數貫通孔亦可，設為多孔質構造亦可。
在此，於板狀支撐體，由於具備形成由板狀支撐體的表面貫通方向外方至內部流道流通第一氣體的供給路徑之第一貫通部，所以可通過第一貫通部使第一氣體通流至內部流道。在此場合，第一貫通部成為開口於第二氣體通流的空間側，但第一貫通部及內部流道，但藉由在與沿著板狀支撐體的外面通流的第二氣體區劃之狀態下使第一氣體通流的構成，可以適切地把第一氣體與第二氣體誘導至電化學反應部。
又，板狀支撐體的表面貫通方向，是貫通板狀支撐體的方向，貫通部以貫通板狀支撐體的型態形成。但，於挾著板狀支撐體的內部流道之對向面不一定要在同軸心貫通形成，只要透過內部流道使板狀支撐體連通地貫通即可，只要是層積配置複數電化學元件時，跨鄰接的電化學元件彼此形成使第一氣體流通的供給路徑的型態即可。
亦即，前述電化學元件，能夠以可以於板狀支撐體設氣體通流容許部同時形成電化學反應部之簡單構成的板狀支撐體來處理的狀態，單獨進行電化學反應部之電化學反應。此外，此電化學元件為簡單的構成，所以組合多數使用時，處理上的便利性也高。進而，組合多數使用的場合，可以採用僅把相同構造者於第一貫通部連通接續之簡便的構造，所以組裝容易，可信賴性高，可廉價地製作。
此外，前述板狀支撐體，具備使前述內部流道沿著前述板狀支撐體的內面通流的前述第一氣體與前述板狀支撐體之表面貫通方向外方流通的第二貫通部；前述第二貫通部，為在與前述第二氣體區劃的狀態下使前述第一氣體通流的構成， 前述內部流道，可以具有由前述第一貫通部通至前述第二貫通部的複數副流道者。
根據前述構成的話，例如，把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，成為由第一貫通部流通至電化學元件，進入內部流道的第一氣體，朝向第二貫通部通流的構成，以與第二氣體區劃的狀態流通。此時，第一氣體為沿著板狀支撐體的內面移動，但第一氣體於內部流道藉著流過複數流道，沿著複數流道之各個而分別流通。在板狀支撐體的中央部與周邊部第一氣體的通流阻力不同，有在第一氣體通流的速度產生差異的可能性。有這種速度差的話，達到電化學反應部的第一氣體的量也產生差異，所以電化學輸出的產生效率也產生差異，而有局部變成高溫，產生急速劣化的部位的問題發生之疑慮。但，藉由如此根據分為複數副流道而流通之整流作用，與第一氣體流過未被形成複數副流道之內部流道的場合相比，與氣體流動方向交叉之氣流交叉方向之任意的複數地點之流速大致變成一定。總之，於包含氣流交叉方向的中央部及兩端部的任意複數地點，氣體的流速大致為一定。從而，於包含氣流交叉方向的中央部及兩端部的任意複數地點，可使流通至電化學反應部的氣體的量大致為一定。藉此，於電化學反應部，氣體不足的部分，與氣體過剩流通的部分之差變小，於電化學元件全體使進行發電，可提高電化學元件的發電效率，可跨電化學反應部的寬廣區域形成均一的反應場，可以抑制前述問題的發生。
進而，前述板狀支撐體的內部之前述第一貫通部與前述內部流道之間，具備使流通於前述第一貫通部的前述第一氣體分配連通於前述副流道之各個的分配部亦可。
根據這樣的構成，可以更為促進藉由分配部均等地分配於內部流道的各副流道而形成均一的第一氣體之流通
此外，前述電極層與前述電解質層之間，被配置膜狀的中間層亦可。此外，述對極電極層與前述電解質層之間，被配置膜狀的反應防止層亦可。
根據前述構成，電極層與電解質層之間被配置膜狀的中間層的場合，電極的構成材料與電解質層的構成材料之反應被有效地抑制，可以實現性能之長期安定性優異的電化學元件。此外，對極電極與電解質層之間被配置膜狀的反應防止層的場合，可以實現性能與可信賴性、耐久性均優異的電化學元件。
此外，前述內部流道，具有使前述第一氣體通流於特定的通流方向之複數副流道，與於前述第一氣體的前述通流方向設於比前述複數副流道更上游側之分配部；前述板狀支撐體，於前述通流方向之前述分配部與前述複數副流道之間，具有使前述第一氣體暫時貯留於前述分配部，限制由前述分配部往前述複數副流道之前述第一氣體的供給之供給構造體亦可。
根據前述構成，板狀支撐體，於內部具有第一氣體通流的內部流道。內部流道，沿著第一氣體的通流方向由上游側具有分配部及複數副流道。板狀支撐體，於通流方向之分配部與複數副流道之間具有供給構造體。供給構造體，使第一氣體於分配部暫時貯留，同時由分配部分配第一氣體到複數副流道。藉著設這樣的供給構造體，可以由分配部大致均一地供給第一氣體到各副流道。從而，可以提高電化學元件的反應效率。
更具體說明的話，前述構成的供給構造體，設於分配部與複數副流道之間，成為第一氣體由分配部往複數副流道流動的障壁。從而，由分配部通流至複數副流道時之第一氣體的壓力損失變高，被導入分配部的第一氣體以充滿分配部的方式到處行進，暫時地被貯留。因此，分配部內全體成為大致均一的壓力(均壓)。總之，分配部與複數副流道分別之差壓約略為相同。而且，第一氣體由分配部供給到複數副流道，所以第一氣體於各副流道以大至均壓的狀態供給。藉此，於各副流道間，沿著通流方向的第一氣體的氣流分布(流速、流量及壓力等)大致為均一。 此外，第一氣體，由分配部分開流至複數副流道。藉由如此根據分為複數流道而流通之整流作用，第一氣體，與流過未被形成複數流道之內部流道的場合相比，氣流分布(流速、流量及壓力等)大致成為一定。
此外，前述內部流道，具有於前述第一氣體的前述通流方向設於比前述複數副流道更下游側之合流部；前述板狀支撐體，於前述通流方向之前述複數副流道與前述合流部之間，具有限制由前述複數副流道往前述合流部之前述第一氣體的排出之排出構造體亦可。
根據前述構成，不僅供使第一氣體由分配部到複數副流道以大致均一的氣流分布供給之供給構造體，還於從複數副流道使第一氣體合流於合流部的部分設排出構造體。複數副流道為供給構造體與排出構造體所夾，所以可使在複數副流道內的第一氣體的氣流分布(流速、流量及壓力等)大致均一，同時提高電化學反應的反應效率。 更具體說明的話，前述構成的排出構造體，設於複數副流道與合流部之間，成為由副流道往合流部之第一氣體的流動的障壁。從而，由複數副流道通流至合流部時的第一氣體的壓力損失變高。因此，被導入複數副流道的第一氣體，難以由複數副流道立即被導入合流部，而以充滿複數副流道的方式到處行進。藉此，於各副流道間，可以使沿著通流方向的第一氣體的氣流分布(流速、流量及壓力等)大致為均一。此外，第一氣體以充滿複數副流道的方式到處行進，所以於複數副流道內電化學反應充分進行。藉此，可以提高電化學反應的反應效率。
此外，本發明之電化學模組之特徵構成，為具備：內裝電化學元件層積體之筐體，使前述第一氣體由前述筐體的外部透過前述供給路徑流通至前述內部流道的第一氣體供給部，以及跨前述筐體的外部與前述通流部使前述第二氣體流通的第二氣體供給部這點。
根據前述構成，例如把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，第一氣體供給部，使第一氣體由筐體的外部透過供給路徑流通至內部流道，所以可使第一氣體流通至電化學元件層積體之各電化學反應部。此外，藉由第二氣體供給部，使第二氣體由框體外部流通至通流部，所以可透過通流部使第二氣體流通至電化學反應部。如此一來，在電化學反應部，藉由第一氣體與第二氣體的反應，可以生成電化學輸出。於前述構成，進而具備得到這些輸出的輸出部的場合，在輸出部為可以統合各電化學元件的輸出而取出大的輸出。
進一步的本發明之電化學模組之特徵構成，為於前述筐體內，具備使流通於前述第二氣體供給部的前述第二氣體分配流通至前述通流部之分配室這點。在此，所謂「供給部」，在使電化學元件作為「把燃料等的化學能變換為電能」的燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，擔負供給前述第一氣體或前述第二氣體的機能，但在使電化學元件作為「把電能變換為燃料等化學能」的電解胞而發揮機能的場合，擔負排出含有前述第一氣體或第二氣體的氣體之機能。
根據前述構成，第二氣體藉由分配室對通流部均等地分配，所以第二氣體均等地到處行進至各電化學元件，於分別的電化學元件可以均等地生成電化學輸出。
如前所述，電化學模組可以藉由內裝電化學元件層積體的筐體、筐體內的第一、第二氣體供給部及分配室而簡單地構成。因此，電化學模組的組裝為容易，可信賴性高，可謀求低成本化。進而，獲得由電化學元件層積體之輸出時，在設輸出部的場合，可由輸出部取出大的輸出。
此外，於前述筐體內，前述分配室，相對前述電化學元件層積體為位於該電化學元件層積體的側方的空間，前述通流部，可為被形成開口於前述空間側而與該空間連通的構成。
亦即，例如把電化學元件作為燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，為在位於筐體內的電化學元件層積體之流通部之成為入口或出口之側(側方)的空間一度使第二氣體滯留，再使承受第二氣體的供給壓而滯留的第二氣體進入各通流部的型態，所以對各電化學元件間的通流部可以均等地使第二氣體流通。
此外，本發明的電化學裝置之特徵構成，為至少具有前述電化學元件或者前述電化學模組與燃料變換器，對前述電化學元件或前述電化學模組流通來自燃料變換器的還原性成分氣體，或者使還原性成分氣體由前述電化學元件或者前述電化學模組流通至燃料變換器之燃料供給部這點。此外，具有由前述電化學元件或前述電化學模組取出電力，或者使電力流通至電化學模組之電力變換器亦可。
根據前述特徵構成，在作為「把燃料等的化學能變換為電能」的燃料電池(電化學發電胞)發揮機能的場合，可以供給含有還原性成分的氣體，在使電化學元件作為「把電能變換為燃料等化學能」的電解胞而發揮機能的場合，可以把含有還原性成分的氣體導引至燃料變換器。 總之，具有電化學模組與燃料變換器，對電化學模組具有使含有還原性成分的燃料氣體流通之燃料供給部，所以把電化學反應部作為燃料電池使其動作的場合，可成為使用都市瓦斯等既有的原燃料供給基礎設施供給的天然氣等藉由改質氣等燃料變換器生成氫的構成，可以實現可由耐久性/可信賴性及性能均優異的電化學模組取出電力，可實現耐久性/可信賴性及性能均優異的電化學裝置。此外，變得容易構築把從電化學模組流通的未利用的燃料氣體再循環利用的系統，可以實現高效率的電化學裝置。使電化學反應部作為電解胞動作的場合，對電極層流通以含有水蒸氣或二氧化碳的氣體，在電極層與對極電極層間施加電壓。藉著如此，於電極層電子e- 與水分子H2 O或二氧化碳分子CO2 反應，成為氫分子H2 或一氧化碳CO氧離子O2- 。氧離子O2- 通過電解質層往對極電極層移動。於對極電極層，氧離子O2- 放出電子成為氧分子O2 。藉由以上的反應，水分子H2 O電解為氫H2 與氧O2 ，含有二氧化碳分子CO2 的氣體流通的場合電解為一氧化碳CO與氧O2 。 可以設置在含有水蒸氣與二氧化碳分子CO2 的氣體流通的場合由藉著前述電解在電化學反應部生成的氫及一氧化碳等合成碳化氫等種種化合物之燃料變換器。藉由燃料供給部，使此燃料變換器生成的碳化氫等流通至電化學反應部，可以取出至本系統/裝置外而另行作為燃料或化學原料來利用。
此外，電力變換器，取出電化學反應部發電之電力，或者使電力流通至電化學反應部。藉此，如前所述的電化學反應部，作為燃料電池或者作為電解胞發生作用。從而，根據前述構成，可以提供把燃料等的化學能變換為電能，或者把電能變換為燃料等化學能的效率可以提高之電化學元件等。
此外，本發明之能源系統的特徵構成，為具有電化學裝置，與再利用由電化學裝置或者燃料變換器排出的熱之排熱利用部這點。
根據前述的特徵構成，因為具有電化學裝置，與再利用由電化學裝置排出的熱之排熱利用部，所以可實現耐久性/可信賴性及性能優異，而且能源效率也優異的能源系統。此外，與利用由電化學裝置流通的未利用的燃料氣體之燃燒熱而發電的發電系統組合，也可以實現能源效率優異的混成系統。
亦即，可以藉由處理容易的構造之電化學元件來實現零件數目少，容易製作之電化學元件層積體。此外，可以廉價地提供利用電化學元件層積體之電化學模組、電化學裝置或能源系統。
以下，說明本發明之電化學元件層積體、電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統。又，以下記載適宜的實施例，但這些實施例分別為更具體地例示本發明之用而記載者，在不逸脫本發明的要旨的範圍可進行種種變更，本發明不限定於以下之記載。
以下，參照圖1～10同時說明本發明之電化學元件層積體、電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統。又，在表示層的位置關係等的時候，會把例如由電極層來看把電解質層之側稱為「上」「上側」，把第一板狀體之側稱為「下」「下側」等。
(電化學元件) 如圖1～圖9所示，電化學元件A，具備具有被形成在導電性的第一板狀體1與導電性的第二板狀體2之對向面間的內部流道A1的板狀支撐體10；板狀支撐體10，於構成該板狀支撐體10的第一板狀體1及第二板狀體2之至少一部分，具有：跨該板狀支撐體10的內側的內部流道A1與外側而可使氣體透過之氣體通流容許部1A，在覆蓋氣體通流容許部1A的全部或一部分的狀態，依記載順序具有膜狀電極層31與膜狀電解質層32與膜狀對極電極層33之電化學反應部3(參照圖5～圖9)。 此外，於板狀支撐體10，於一端部側具備形成由表面貫通方向外方至內部流道A1使例如燃料氣體等還原性成分氣體及例如空氣等氧化性氣體之中的一方之第一氣體流通的供給路徑4之第一貫通部41，於另一端部側具備使通流於內部流道A1的第一氣體往板狀支撐體的表面貫通方向外方流通的排出路徑5之第二貫通部51(參照圖1、圖3、圖8、圖9，另外，供給路徑4等與排出路徑5等也可理解為以對稱形狀之同樣的構造)。
(板狀支撐體) 第一板狀體1，擔負著支撐具有電極層31與電解質層32與對極電極層33之電化學反應部3而保持電化學元件A的強度之功能。作為第一板狀體1的材料，使用電子傳導性、耐熱性、耐氧化性及耐腐蝕性優異的材料。例如，使用肥粒鐵系不銹鋼、沃斯田鐵系不銹鋼、鎳基合金等。特別是適合使用含鉻合金。在本實施型態，第一板狀體1，使用含Cr18質量%以上25質量%以下的Fe-Cr系合金，含Mn0.05質量%以上的Fe-Cr系合金，含Ti0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Zr0.15質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金、含Ti及Zr而Ti與Zr的合計含量為0.15質量%以上1.0質量%以下之Fe-Cr系合金，含Cu0.10質量%以上1.0質量%以下的Fe-Cr系合金為特別適宜。
第二板狀體2，在與第一板狀體1重合的狀態，使周緣部1a熔接一體化而構成板狀支撐體10(參照圖2～圖9)。第二板狀體2，對第一板狀體1分割為複數亦可，相反地第一板狀體1對第二板狀體2被分割為複數的狀態亦可。此外，一體化時，可以替代熔接，而採用接著，嵌合等其他手段，只要可使內部流道與外部區劃形成，在周緣部1a以外的部分一體化亦可。
第一板狀體1全體為板狀。接著，具有設置多數貫通表側之面與背側之面而設的複數貫通孔11而成的氣體通流容許部1A(參照圖5～圖9)。又，例如，貫通孔11可以藉由雷射加工等，設於第一板狀體1。貫通孔11，具有使氣體由第一板狀體1的背側之面往表側之面透過的機能。氣體通流容許部1A，以設於比第一板狀體1之被設置電極層31的區域還小之區域為佳。
於第一板狀體1，於其表面，設有作為擴散抑制層的金屬氧化物層12(稍後敘述，參照圖10)。亦即，在第一板狀體1與後述的電極層31之間，被形成擴散抑制層。金屬氧化物層12，不僅設在露出於第一板狀體1的外部之面，也設在與電極層31之接觸面(界面)。此外，也可以設在貫通孔11的內側之面。藉由此金屬氧化物層12，可以抑制第一板狀體1與電極層31之間的元素相互擴散。例如，作為第一板狀體1使用含鉻的肥粒鐵系不銹鋼的場合，金屬氧化物層12主要為鉻氧化物。接著，以鉻氧化物為主成分的金屬氧化物層12，抑制第一板狀體1的鉻原子等往電極層31或電解質層32擴散。金屬氧化物層12的厚度，只要是可以兼顧防擴散性能夠高與電阻夠低之厚度即可。
金屬氧化物層12可藉由種種手法來形成，但使第一板狀體1的表面氧化成為金屬氧化物的手法適宜使用。此外，於第一板狀體1的表面，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、冷噴塗法等方法)、濺鍍法或PLD法等PVD法、CVD法等來形成金屬氧化物層12亦可，藉由電鍍與氧化處理來形成亦可。進而，金屬氧化物層12包含導電性高的尖晶石相等亦可。
作為第一板狀體1使用肥粒鐵系不銹鋼的場合，與電極層31或電解質層32的材料之YSZ(釔安定氧化鋯)或GDC(釓摻雜氧化鈰，亦稱為CGO)等熱膨脹係數相近。亦即，低溫與高溫之溫度循環反覆進行的場合，電化學元件A也不容易受到損傷。因而，可以實現長期耐久性優異的電化學元件A所以較佳。又，第一板狀體1，具有貫通表側之面與背側之面而設的複數貫通孔11。又，例如，貫通孔11可以藉由機械方式、化學方式或者光學方式之穿孔加工等，而設於第一板狀體1。貫通孔11，具有使氣體由第一板狀體1的背側之面往表側之面透過的機能。為了使第一板狀體1具有氣體透過性，可以使用多孔質金屬。例如，第一板狀體1，也可以使用燒結金屬或發泡金屬等。
第二板狀體2，於對向於第一板狀體1的氣體通流容許部1A的區域，被形成形成具備由一端部側朝向另一端部側的複數副流道A11、A11………之內部流道A1的波板狀(參照圖1、圖5)。此外，第二板狀體2，表背兩面都被形成波板狀，區劃形成內部流道A1之面的相反面，導電連接於鄰接的電化學元件A的電化學反應部3，波形形狀的第二板狀體2被形成於與第一板狀體1接觸的部分之附近的通路，作為通流部A2發揮機能。此副流道A11沿著被形成為長方形狀的板狀支撐體10的長邊有複數設為平行，構成由設於一端部的供給路徑4到設於另一端部的排出路徑5之內部流道A1。此外，第一貫通部41與內部流道A1之連接處所，由與第一板狀體1之接觸部分往下方膨出，具備使由第一貫通部41流通的第一氣體分配至副流道A11之各個的分配部A12(參照圖1)，第二貫通部51與內部流道A1之連接處所，由與第一板狀體1之接觸部分往下方膨出，具備集約流通於副流道A11之各個的第一氣體而導引至第二貫通部51的合流部A13(參照圖1、圖3、圖4、圖6～圖9，又，供給路徑4等與排出路徑5等也可理解為以對稱形狀之同樣的構造)。此外，針對第二板狀體的材料，以耐熱性之金屬為佳，由減低與第一板狀體之熱膨脹差，或確保熔接等的接合性之可信賴性的觀點來看，與第一板狀體1為相同材料的話，為更佳。
(電化學反應部) (電極層) 電極層31，如圖5～10所示，在第一板狀體1的表側之面且被設置貫通孔11的區域更大的區域，以薄層的狀態設置。薄層的場合，可以使其厚度為例如1μm～100μm程度，較佳為5μm～50μm。使成為這樣的厚度，可以減低昂貴的電極層材料的使用量而謀求降低成本，同時可以確保充分的電極性能。被設置貫通孔11的區域的全體為電極層31所覆蓋。總之，貫通孔11被形成於第一板狀體1之被形成電極層31的區域的內側。換句話說，所有的貫穿孔11面對電極層31設置。
電極層31具有氣體透過性，所以內部及表面具有複數細孔。 亦即，電極層31，形成為多孔質之層。電極層31，例如以其緻密度為30%以上而未滿80%的方式形成。細孔的尺寸，可以適當選擇在進行電化學反應時適於使反應圓滑地進行之尺寸。又，所謂緻密度，是構成層的材料的空間占比，能夠以(1-空孔率)表示，此外，與相對密度同等。
作為電極層31的材料，例如可以使用NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2 、Cu-CeO2 等複合材。在這些例中，GDC、YSZ、CeO2 可以稱為複合材的骨材。又，電極層31，以藉由低溫燒成法(例如不在比1100℃更高的高溫域進行燒成處理而使用在低溫域之燒成處理的濕式法)或是噴塗法(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、冷噴塗法等方法)PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來形成為較佳。藉由這些可以在低溫域使用的製程，不在例如比1100℃更高的高溫域之燒成，可以得到良好的電極層31。因此，不會損傷第一板狀體1，此外，可以抑制第一板狀體1與電極層31之元素相互擴散，可實現耐久性優異的電化學元件A所以較佳。進而，使用低溫燒成法的話，原料的操作變得容易所以更佳。
(中間層) 中間層34，能夠在覆蓋電極層31的狀態下，以薄層的狀態形成於電極層31之上。薄層的場合，可以使其厚度為例如1μm～100μm程度，較佳為2μm～50μm程度，更佳為4μm～25μm程度。使成為這樣的厚度，可以減低昂貴的中間層34的材料的使用量而謀求降低成本，同時可以確保充分的性能。作為中間層34的材料，例如，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)等。特別適合使用氧化鈰系之陶瓷。
中間層34，以藉由低溫燒成法(例如不在比1100℃更高的高溫域進行燒成處理而使用在低溫域之燒成處理的濕式法)或是噴塗法(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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來形成為較佳。藉由這些可以在低溫域使用的成膜製程，不在例如比1100℃更高的高溫域之燒成，可以得到中間層34。因此，不會損傷第一板狀體1，可以抑制第一板狀體1與電極層31之元素相互擴散，可實現耐久性優異的電化學元件A。此外，使用低溫燒成法的話，原料的操作變得容易所以更佳。
作為中間層34，以具有氧離子(氧化物離子)傳導性為佳。此外，具有氧離子(氧化物離子)與電子之混合傳導性為更佳。具有這些性質的中間層，適於適用在電化學元件A。
此外，於電極層31，以金屬陶瓷(cermet)材的骨材含有比、緻密度、及強度由電極層31的下側朝上側連續增加的方式構成亦可。在此場合，電極層31不具有可以明確區別為層的區域亦可。但是在此場合，與鄰接於電極層31之第一板狀體1的部位(下方部位)相比，也可以使鄰接於電解質層32的部位(上方部位)之金屬陶瓷材的骨材含有比、緻密度、強度等提高。
(電解質層) 如圖5～圖10所示，電解質層32，是在覆蓋電極層31及中間層34的狀態下，以薄層的狀態形成於前述中間層之上。此外，也能夠以厚度10μm以下的薄膜狀態形成。詳言之，電解質層32，係跨設於中間層34之上與第一板狀體1之上。如此構成，藉由把電解質層32接合於第一板狀體1，可作為電化學元件全體為牢固性優異者。
此外，電解質層32，如圖13所示，設置於第一板狀體1的表側之面且比被設置貫通孔11的區域更大的區域。總之，貫通孔11被形成於第一板狀體1之被形成電解質層32的區域的內側。
此外，於電解質層32的周圍，可以抑制來自電極層31及前述中間層(未圖示)之氣體的洩漏。進一步說明，在電化學元件A作為SOFC的構成要素使用的場合，在SOFC動作時，氣體由第一板狀體1的背側通過貫通孔11往電極層31供給。在電解質層32接於第一板狀體1的部位，不設置密合墊等其他構件，就可以抑制氣體的洩漏。又，在本實施型態藉由電解質層32全部覆蓋電極層31的周圍，但在電極層31及前述中間層的上部設電解質層32，在周圍設密合墊等的構成亦可。
作為電解質層32的材料，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)型氧化物膜等傳導氫離子的電解質材料。特別適合使用氧化鋯系之陶瓷。電解質層32採用氧化鋯系陶瓷的話，能夠讓使用電化學元件A的SOFC的工作溫度，與氧化鈰系陶瓷或種種氫離子傳導性材料相比可以提高。例如把電化學元件A使用於SOFC的場合，作為電解質層32的材料使用如YSZ那樣在650℃程度以上的高溫域也可以發揮高的電解質性能的材料，系統的原燃料使用都市瓦斯或天然氣(LPG)等碳化氫系原燃料，使原燃料藉由水蒸氣改質等作為SOFC的陽極氣體的系統構成的話，可以構築把在SOFC的電池堆生成的熱用於原燃料氣體的改質之高效率的SOFC系統。
電解質層32，以藉由低溫燒成法(例如不在超越1100℃的高溫域進行燒成處理而使用在低溫域之燒成處理的濕式法)或是噴塗法(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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD(化學氣相沉積)法等來形成為較佳。藉由這些可以在低溫域使用的成膜製程，不使用例如超過1100℃的高溫域之燒成，可以得到緻密且氣密性及氣體障壁性高的電解質層32。因此，抑制第一板狀體1的損傷，此外，可以抑制第一板狀體1與電極層31之元素相互擴散，可實現性能/耐久性優異的電化學元件A。特別是使用低溫燒成法或噴塗法等的話，可以實現低成本的元件所以較佳。進而，使用噴塗法的話，在低溫域容易得到緻密且氣密性及氣體障壁性高的電解質層所以更佳。
電解質層32遮蔽陽極氣體或陰極氣體之氣體洩漏，且呈現高的離子傳導性，所以被構成為緻密。電解質層32的緻密度以90%以上為佳，95%以上為更佳，98%以上又更佳。電解質層32為均勻的層的場合，其緻密度以95%以上為佳，98%以上為更佳。此外，電解質層32，被構成為複數之層狀的場合，其中至少一部分含有致密度98%以上之層(緻密電解質層)為佳，包含99%以上之層(緻密電解質層)更佳。如此緻密電解質層包含於電解質層之一部分的話，即使電解質層被構成為複數層狀的場合，也容易形成緻密且氣密性及氣體障壁性高的電解質層。
(反應防止層) 反應防止層35，可以在電解質層32之上以薄層的狀態形成。薄層的場合，可以使其厚度為例如1μm～100μm程度，較佳為2μm～50μm程度，更佳為3μm～15μm程度。使成為這樣的厚度，可以減低昂貴的反應防止層材料的使用量而謀求降低成本，同時可以確保充分的性能。作為前述反應防止層之材料，只要是可以防止電解質層32的成分與對極電極層33的成分之間的反應之材料即可，例如使用氧化鈰系材料等。此外，作為反應防止層35的材料，適切地使用由Sm、Gd及Y構成的群所選擇的元素之中至少含有1種的材料。又，由Sm、Gd及Y構成的群所選擇的元素之中至少含有1種，這些元素的含有率合計為1.0質量%以上10質量%以下為佳。藉由把反應防止層35導入電解質層32與對極電極層33之間，有效果的抑制對極電極層33的構成材料與電解質層32的構成材料之反應，可以提高電化學元件A的性能的長期安定性。反應防止層35的形成，適當使用可以在1100℃以下的處理溫度下形成的方法來進行的話，可以抑制第一板狀體1的損傷，此外可以抑制第一板狀體1與電極層31之元素相互擴散，可實現性能/耐久性優異的電化學元件E，所以較佳。例如，可以適宜使用藉由低溫燒成法(例如不在超越1100℃的高溫域進行燒成處理而使用在低溫域之燒成處理的濕式法)，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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。特別是使用低溫燒成法或噴塗法等的話，可以實現低成本的元件所以較佳。進而，使用低溫燒成法的話，原料的操作變得容易所以更佳。
(對極電極層) 如圖5～圖10所示，能夠在電解質層32或者反應防止層35之上以薄層的狀態形成對極電極層33。薄層的場合，可以使其厚度為例如1μm～100μm程度，較佳為5μm～50μm。使成為這樣的厚度，可以減低昂貴的對極電極層材料的使用量而謀求降低成本，同時可以確保充分的電極性能。作為對極電極層33的材料，例如可以使用LSCF、LSM等複合氧化物，氧化鈰系氧化物及這些的混合物。特別是對極電極層33以含有由La、Sr、Sm、Mn、Co及Fe構成的群所選擇的2種以上的元素之鈣鈦礦(perovskite)型氧化物為佳。使用以上的材料構成的對極電極層33，作為陰極發揮機能。
又，對極電極層33的形成，適當使用可以在1100℃以下的處理溫度下形成的方法來進行的話，可以抑制第一板狀體1的損傷，此外可以抑制第一板狀體1與電極層31之元素相互擴散，可實現性能/耐久性優異的電化學元件A，所以較佳。例如，可以適宜使用藉由低溫燒成法(例如不在超越1100℃的高溫域進行燒成處理而使用在低溫域之燒成處理的濕式法)，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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。特別是使用低溫燒成法或噴塗法等的話，可以實現低成本的元件所以較佳。進而，使用低溫燒成法的話，原料的操作變得容易所以更佳。
藉著構成這樣的電化學反應部3，例如，由第一板狀體1的背側之面通過貫通孔11把含有做為第一氣體之氫的燃料氣體往電極層31流通，往成為電極層31的對極的對極電極層33流通作為第二氣體之空氣，維持於例如，500℃以上900℃以下的運作溫度。如此進行的話，在電解質層32使用傳導氧離子的電解質材料的場合，於對極電極層33包含於空氣的氧O2 與電子e- 反應生成氧離子O2- 。該氧離子O2- 通過電解質層32往電極層31移動。於電極層31，包含於被流通的燃料氣體的氫H2 與氧離子O2- 反應，生成水H2 O與電子e- 。於電解質層32使用傳導氫離子的電解質材料的場合，於電極層31包含於流通的燃料氣體的氫H2 放出電子e- 而生成氫離子H+ 。該氫離子H+ 通過電解質層32往對極電極層33移動。於對極電極層33包含於空氣的氧O2 與氫離子H+ 、電子e- 反應生成水H2 O。藉由以上的反應，在電極層31與對極電極層33之間作為電化學輸出發生起電力。在此場合，電極層31作為燃料電池的燃料極(陽極)發揮機能，對極電極層33作為空氣極(陰極)發揮機能。
此外，在圖5～圖9省略，但如圖10所示，在本實施型態，電化學反應部3於電極層31與電解質層32之間具備中間層34。進而，於電解質層32與對極電極層33之間設有反應防止層35。
(電化學反應部之製造方法) 其次說明電化學反應部3之製造方法。又，於圖5～圖9，為省略下列中間層34及反應防止層35的記載，但在此主要使用圖10說明。
(電極層形成步驟) 在電極層形成步驟，在第一板狀體1的表側之面之比被設置貫通孔11的區域更寬的區域，電極層31以薄膜的狀態形成。第一板狀體1的貫通孔11可藉由雷射加工等來設置。電極層31的形成，如前所述，可以使用低溫燒成法(在1100℃以下的低溫域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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制第一板狀體1的劣化，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。
以低溫燒成法進行電極層形成步驟的場合，具體而言如以下之例那樣進行。首先，混合電極層31的材料粉末與溶媒(分散媒)製作材料糊，塗布於第一板狀體1的表側之面，在800℃～1100℃進行燒成。
(擴散抑制層形成步驟) 前述之電極層形成步驟之燒成步驟時，在第一板狀體1的表面被形成金屬氧化物層12(擴散抑制層)。又，於前述燒成步驟，包含使燒成氛圍為氧分壓低的氛圍條件之燒成步驟的話，元素之相互擴散抑制效果很高，形成電阻值低的優質的金屬氧化物層12(擴散抑制層)所以較佳。使電極層形成步驟，包含不進行燒成的方法的塗布方法的場合亦可，包含另外的擴散抑制層形成步驟亦可。任一場合，都以在可抑制第一板狀體1的損傷的1100℃以下的處理溫度下實施為佳。
(中間層形成步驟) 在中間層形成步驟，是在覆蓋電極層31的狀態下，中間層34以薄層的狀態形成於電極層31之上。中間層34的形成，如前所述，可以使用低溫燒成法(在1100℃以下的低溫域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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制第一板狀體1的劣化，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。
以低溫燒成法進行中間層形成步驟的場合，具體而言如以下之例那樣進行。 首先，混合中間層34的材料粉末與溶媒(分散媒)製作材料糊，塗布於第一板狀體1的表側之面。接著，把中間層34壓縮成形(中間層平滑化步驟)，在1100℃以下燒成(中間層燒成步驟)。中間層34的壓延，例如可以藉由CIP (Cold Isostatic Pressing 、冷間靜水壓加壓)成形、輥加壓成形、RIP(Rubber Isostatic Pressing、橡膠等靜壓)成形等來進行。此外，中間層34的燒成，以在800℃以上1100℃以下之溫度進行為適宜。因為在這樣的溫度的話，可以抑制第一板狀體1的損傷/劣化，形成強度高的中間層34的緣故。此外，使中間層34的燒成在1050℃以下進行為更佳，在1000℃以下進行又更佳。這是因為越使中間層34的燒成溫度降低，越能抑制第一板狀體1的損傷/劣化，而形成電化學元件A的緣故。此外，中間層平滑化步驟與中間層燒成步驟的順序亦可替換。 又，中間層平滑化步驟，也可以藉由施以包裹成形或整平處理、表面的切削/研磨處理等來進行。
(電解質層形成步驟) 在電解質層形成步驟，是在覆蓋電極層31及中間層34的狀態下，電解質層32以薄層的狀態形成於中間層34之上。此外，以厚度10μm以下的薄膜狀態形成亦可。電解質層32的形成，如前所述，可以使用低溫燒成法(在1100℃以下的低溫域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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制第一板狀體1的劣化，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。
為了在1100℃以下的溫度域形成緻密集氣體障壁性能高的，優質的電解質層32，以噴塗法進行電解質層形成步驟為佳。在此場合，使電解質層32的材料朝向第一板狀體1的中間層34噴射，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，反應防止層35以薄層的狀態形成於電解質層32之上。反應防止層35的形成，如前所述，可以使用低溫燒成法(在1100℃以下的低溫域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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制第一板狀體1的劣化，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。又，為了使反應防止層35的上側之面平坦，例如於反應防止層35形成後施以整平處理或切削/研磨處理表面，於濕式形成後燒成前，施以壓製加工亦可。
(對極電極層形成步驟) 在對極電極層形成步驟，對極電極層33以薄層的狀態形成於反應防止層35之上。對極電極層33的形成，如前所述，可以使用低溫燒成法(在1100℃以下的低溫域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、冷噴塗法等方法)、PVD法(濺鍍法或脈衝雷射沉積法等)，CVD法等來進行。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制第一板狀體1的劣化，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。
如以上所述進行，可以製造電化學反應部3。
又，於電化學反應部3，中間層34與反應防止層35，也可以是不具備任一方或者雙方的形態。亦即，電極層31與電解質層32接觸而形成的形態，或者電解質層32與對極電極層33接觸而形成的形態亦為可能。此場合在前述之製造方法，中間層形成步驟、反應防止層形成步驟被省略。又，追加形成其他層的步驟，或層積複數同種之層等也是可能的，在任一場合下，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。
(電化學元件層積體) 如圖11所示，電化學元件層積體S，具有複數電化學元件A，關於鄰接的電化學元件A，以構成一個電化學元件A的板狀支撐體10，與構成另一電化學元件A的板狀支撐體10對向的型態，且構成一個電化學元件A的板狀支撐體10之被配置電化學反應部3的第一板狀體1與其他的第二板狀體2之外面，與構成另一個電化學元件A的板狀支撐體10之第一板狀體1的外面為導電連接的型態，且於這兩外面彼此之鄰接間，沿著該兩外面被形成使第二氣體通流的通流部A2的型態下，複數之電化學元件A被層積配置。 為了使導電連接，除了單純使電氣傳導性表面部彼此接觸以外，可以採用對接觸面施加面壓，或使中介高電氣傳導性材料而降低接觸電阻的方法。具體而言，長方形狀的各電化學元件在排整齊一端部的第一貫通部41與另一端部的第二貫通部51的狀態下，藉由使分別的電化學元件的電化學反應部以成為朝上的狀態整齊排列，於各第一貫通部41、第二貫通部51彼此之間中介著第一環狀密封部、第二環狀密封部地被層積，成為前述構成。
於板狀支撐體10，在長方形狀的板狀支撐體10的長邊方向一端部側具備形成使還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的一方之第一氣體由表面貫通方向外方流通至內部流道A1的供給路徑4之第一貫通部41，於通流部A2內，具備使分別被形成於板狀支撐體10的兩外面的第一貫通部41與通流部A2區劃的作為環狀密封部之第一環狀密封部42，藉由第一貫通部41及第一環狀密封部42，形成使第一氣體流通至內部流道A1的供給路徑4。又，第一板狀體1之第一環狀密封部42之抵接的部位的周圍設有與第一板狀體1之前述內部流道A1之相反側面設環狀的膨出部a而使在沿著第一環狀密封部42的第一板狀體1之面的方向之定位為容易。
此外，前述板狀支撐體10，於另一端部側具備使通流於內部流道A1的第一氣體往板狀支撐體10之表面貫通方向外方流通的形成排出路徑5之第二貫通部51；第二貫通部51，係在與第二氣體區劃的狀態下使第一氣體通流的構成，於通流部A2內，具備使分別被形成於板狀支撐體10的兩外面的第二貫通部51與通流部A2區劃之作為環狀密封部之第二環狀密封部52；藉由第二貫通部51及第二環狀密封部52，被形成使通流於內部流道A1的第一氣體流通之排出路徑5。
第一、第二環狀密封部42,52，由氧化鋁等絕緣性陶瓷材料或包覆此之金屬，或者雲母纖維、玻璃等材料所構成，作為使鄰接的電化學元件彼此電氣絕緣的絕緣密封部發揮機能。
(電化學模組) 如圖11所示，電化學模組M，具備：內裝電化學元件層積體S之由絕緣體構成的框體B、由筐體B的外部透過供給路徑4使第一氣體流通至內部流道A1的第一氣體供給部61、使反應後的第一氣體流通之第一氣體排出部62、使第二氣體由筐體B的外部流通至通流部A2的第二氣體供給部71、使反應後的第二氣體流通的第二氣體排出部72、以及得到伴隨著電化學反應部3之電化學反應的輸出之輸出部8；筐體B內，具備使由第二氣體供給部71流通的第二氣體分配流通至通流部A2的分配室9。 分配室9，相對電化學元件層積體S為位於該電化學元件層積體S的流通部的入口或出口之側(側方)的空間，通流部A2，被形成開口於空間側而與該空間連通。
電化學元件層積體S，對筐體B，以被挾持於一對集電體81,82的狀態被內裝，於此及電體81,82被延伸設置輸出部8，以被自由供給電力地連接於筐體B外部的電力供給對象，同時集電體81,82對筐體B氣密地收容電化學元件層積體S，且集電體81,82作為對各電化學元件A的緩衝材發揮機能的方式設置。
藉此，電化學模組M，藉著由第一氣體供給部61流通燃料氣體，同時由第二氣體供給部71流通空氣，如圖11虛線箭頭所示地燃料氣體進入，如實線箭頭所示地空氣進入。由第一氣體供給部61流通的燃料氣體，由電化學元件層積體S的最上部的電化學元件A之第一貫通部41被誘導至供給路徑4，由藉第一環狀密封部42區劃的供給路徑4，通流至所有的電化學元件A的內部流道A1。此外，由第二氣體供給部71流通的空氣，暫時流入分配室9，然後通流至被形成於各電化學元件A間的通流部A2。 也就是說，以第二板狀體2為基準的話，波板狀的第二板狀體2部分在由第一板狀體1膨出的部分於第一板狀體1與第二板狀體2之間被形成內部流道A1，同時接觸於鄰接的電化學元件A的電化學反應部3使可以導電連接。另一方面，波板狀的第二板狀體2與第一板狀體1接觸的部分與第一板狀體1導電連接，在第二板狀體2與鄰接的電化學元件A的電化學反應部3之間形成通流部A2。 於圖10的一部份，有簡單排列顯示包含內部流道A1的剖面出現之電化學元件A，以及包含通流部A2的剖面出現的電化學元件A的部分，但由第一氣體供給部61流通的燃料氣體，到達分配部A12(參照圖1,4,7)，透過分配部A12沿著一端部側的寬幅方向擴展流動，內部流道A1之中到達各副流道A11(參照圖1,圖3,圖7)。如此一來，進入內部流道A1的燃料氣體可以透過氣體通流容許部1A進入電極層31。此外，燃料氣體，與完成電化學反應的燃料氣體一起，進而進入內部流道A1，透過合流部A13、第二貫通部51，前進到藉由第二環狀密封部52形成的排出路徑5，與來自其他電化學元件A的完成電化學反應的燃料氣體一起由第一氣體排出部62流通到筐體B外。另一方面，由第二氣體供給部71流通的空氣，透過分配室9進入通流部A2，可以進入對極電極層33。此外，空氣與完成電化學反應的空氣一起，進而沿著電化學反應部3進入通流部A2由第二氣體排出部72流通到框體B外。
依照此燃料氣體及空氣的流向，在電化學反應部3產生的電力，藉由鄰接的電化學元件A的電化學反應部3與第二板狀體2之接觸在集電體81,82彼此間被串聯連接，成為合成輸出由輸出部8取出之型態。
使用以上說明的電化學模組M，可以構築電化學裝置100及能源系統Z。
＜能源系統、電化學裝置＞ 圖12顯示能源系統Z及電化學裝置100的概要。 能源系統Z，為具有電化學裝置100，與作為再利用由電化學裝置100流通的熱之排熱利用部的熱交換器200。 電化學裝置100，具有電化學模組M、脫硫器101與燃料變換器的一種之改質器102，具有對電化學模組M流通含有還原性成分的燃料氣體之燃料供給部103，與作為由電化學模組M取出電力的輸出部8之電力變換器的一種之反相器104。
詳言之，電化學裝置100，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、反相器104、控制部110、及電化學模組M。
脫硫器101，除去(脫硫)都市瓦斯等的碳化氫系原燃料所含有的硫黃化合物成分。原燃料中含有硫黃化合物的場合，藉由具備脫硫器101，可以抑制硫黃化合物對改質器102或電化學元件A的不良影響。氣化器106，由改質水槽105所流通的改質水來生成水蒸氣。改質器102，使用以氣化器106產生的水蒸氣，把以脫硫器101脫硫的原燃料進行水蒸氣改質，產生含氫的改質氣體。
電化學模組M，使用由改質器102流通的改質氣體，與由送風機107流通的空氣，使生成電化學反應而發電。燃燒部108，使由電化學模組M流通的反應廢氣與空氣混合，燃燒掉反應廢氣中的可燃成分。
反相器104，調整電化學模組M之輸出電力，使其成為與由商用系統(省略圖示)所接受的電力相同的電壓以及相同的頻率。控制部110控制電化學裝置100及能源系統Z的運轉。
改質器102，使用藉由在燃燒部108之反應廢氣的燃燒所發生的燃燒熱進行原燃料的改質處理。
原燃料，藉由升壓泵111的動作而通過原燃料供給路徑112流通至脫硫器101。改質水槽105的改質水，藉由改質水泵113的動作而通過改質水供給路徑114流通至氣化器106。接著，原燃料供給路徑112在比脫硫器101更下游側的部位，合流於改質水供給路徑114，在筐體B外合流的改質水與原燃料被流通至氣化器106。
改質水以氣化器106氣化成為水蒸氣。包含以氣化器106生成的水蒸氣之原燃料，通過含水蒸汽原燃料供給路徑115流通至改質器102。原燃料以改質器102進行水蒸氣改質，產生以氫氣為主成分的改質氣體(具有還原性成分的第一氣體)。以改質器102生成的改質氣體，通過燃料供給部103流通至電化學模組M。
反應廢氣以燃燒部108燃燒，成為燃燒廢氣由燃燒廢氣排出路徑116往熱交換器200送出。於燃燒廢氣排出路徑116被配置燃燒觸媒部117(例如鉑系觸媒)，燃燒除去包含於燃燒廢氣的一氧化碳或氫等還原性成分。
熱交換器200，使燃燒部108之燃燒所生成的燃燒廢氣，與流通的冷水進行熱交換，生成溫水。亦即，熱交換器200，作為再利用由電化學裝置100排出的熱之排熱利用部進行運作。
又，替代排熱利用部，而設置利用由電化學模組M(不燃燒地)流通的反應廢氣之反應廢氣利用部亦可。此外，由第一氣體排出部62往筐體B外流通的反應廢氣之至少一部分合流於圖12中的100, 101, 103, 106, 112, 113, 115之任一部位而回收再循環亦可。反應廢氣，含有在電化學元件A未用於反應的殘餘的氫氣。在反應廢氣利用部，利用殘餘的氫氣，進行根據燃燒之熱利用，或是根據燃料電池等地發電，達成能源的有效利用。
圖32顯示把電化學反應部3作為電解胞使其工作的場合之能源系統Z及電化學裝置100之一例。在本系統，被供給的水與二氧化碳於電化學反應部3被電解，生成氫及一氧化碳等。進而於燃料變換器25被合成碳化氫等。藉由使圖32中的熱交換器24，作為藉由使在燃料變換器25引起的反應所產生的反應熱與水熱交換而氣化的排熱利用部進行動作，同時使圖32中的熱交換器23，作為使藉由電化學元件A產生的排熱與水蒸氣及二氧化碳熱交換而進行預熱的排熱利用部進行動作的構成，可以提高能源效率。 此外，電力變換器104(轉換器)，使電力流通至電化學元件A。藉此，如前所述電化學元件A作為電解胞發生作用。 從而，根據前述構成，可以提供把電能變換為燃料等的化學能的效率可以提高之電化學裝置100及能源系統Z等。
(其他實施型態) (1)在前述之實施型態，把電化學元件A使用於作為電化學裝置100之固體氧化物型燃料電池，但電化學元件A，也可利用於固體氧化物型電解胞，或利用固體氧化物之氧感測器等。此外，電化學元件A，不限於作為電化學元件層積體S或電化學模組M組合複數而使用，也可以單獨使用。
(2)在前述實施型態，作為電極層31的材料，例如使用NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2 、Cu-CeO2 等複合材，作為對極電極層33的材料使用例如LSCF、LSM等複合氧化物。如此構成的電化學元件A，對電極層31流通氫氣作為燃料極(陽極)，對對極電極層33流通空氣作為空氣極(陰極)，可以作為固體氧化物型燃料電池胞使用。變更此構成，以能夠把電極層31作為空氣極，把對極電極層33作為燃料極的方式，來構成電化學元件A亦為可能。亦即，作為電極層31的材料使用例如LSCF、LSM等複合氧化物，作為對極電極層33的材料使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2 、Cu-CeO2 等複合材。若是如此構成的電化學元件A的話，對電極層31流通空氣作為空氣極，對對極電極層33流通氫氣作為燃料極，可以把電化學元件A作為固體氧化物型燃料電池胞使用。
(3)在前述實施型態，於第一板狀體1與電解質層32之間配置電極層31，由電解質層32來看與第一板狀體1相反側配置了對極電極層33。使電極層31與對極電極層33相反配置的構成亦為可能。總之，於第一板狀體1與電解質層32之間配置對極電極層33，由電解質層32來看與第一板狀體1相反側配置了電極層31的構成亦為可能。在此場合，有針對氣體往電化學元件A的流通進行變更的必要。 亦即，針對電極層31與對極電極層33的順序或第一氣體、第二氣體之任一為還原性成分氣體及氧化性成分氣體之一方或者另一方，只要對電極層31與對極電極層33使第一氣體、第二氣體以適切地進行反應的型態流通而配置的話，可採用種種型態。
(4)此外，在前述實施型態，覆蓋氣體通流容許部1A把電化學反應部3設於第一板狀體1之與第二板狀體2相反側，但設於第一板狀體1之第二板狀體2側亦可。亦即，即使是電化學反應部3被配置於內部流道A1的構成，本發明也成立。
(5)在前述實施型態，為使第一貫通部41、第2貫通部在長方形狀的板狀支撐體的兩端部設置一對的型態，但不限於設在兩端部的型態，此外，亦可為設2對以上的型態。此外，第一貫通部41、第二貫通部51沒有必要成對設置。從而，第一貫通部41、第二貫通部51分別可以設1個以上。 進而，板狀支撐體不限於長方形狀，可以採用正方形狀、圓形狀等種種型態。
(6)第一、第二環狀密封部42,52，只要使第一、第二貫通部41，51彼此連通可以防止氣體洩漏的構成即可，不論其形狀。總之，第一、第二環狀密封部42,52，只要是具有以內部連通為貫通部的開口部之無端狀的構成，密封鄰接的電化學元件A彼此之間的構成即可。第一、第二環狀密封部42,52例如為環狀。環狀亦可為圓形、橢圓形、方形、多角形狀等一切形狀。
(7)在前述，板狀支撐體10，藉由第一板狀體1及第二板狀體2構成。在此，第一板狀體1與第二板狀體2，由分別的板狀體構成亦可，如圖13所示由一個板狀體構成亦可。圖13的場合，藉著一個板狀體被折彎，使第一板狀體1與第二板狀體2重合。接著，藉著周緣部1a被熔接等使第一板狀體1與第二板狀體2一體化。又，第一板狀體1與第二板狀體2由一連串沒有接縫的板狀體構成亦可，藉著一連串版狀體被折彎如圖13那樣成形亦可。 此外，稍後會敘述，但第二板狀體2由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。同樣地，第一板狀體1由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。
(8)前述第二板狀體2，與第一板狀體1一起形成內部流道A1。內部流道A1，具有分配部A12，複數之副流道A11、合流部A13。被供給至分配部A12的第一氣體，如圖1所示，被分配供給至複數副流道A11各個，在複數副流道A11的出口於合流部A13合流。從而，第一氣體，沿著由分配部A12朝向合流部A13的氣體流動方向流動。 複數之副流道A11，藉著使第二板狀體2之中由分配部A12起合流部A13以外的部分形成為波板狀而構成。接著，如圖5所示，複數副流道A11，於在交叉於第一氣體的氣體流動方向之氣流交叉方向之剖面視圖被構成為波板狀。這樣的複數副流道A11，波板沿著圖1所示的氣體流動方向延伸而被形成。複數副流道A11，在分配部A12與合流部A13之間由一連串的波狀的板狀體形成亦可，由2個以上波狀的板狀體構成亦可。複數副流道A11，例如由沿著沿氣體流動方向的方向分離的2個以上波狀的板狀體構成亦可，由沿著沿氣流交叉方向的方向分離之2個以上波狀的板狀體構成亦可。
此外，複數之副流道A11，如圖5所示藉著同一形狀的山及谷反覆被形成而構成波形。但是，第二板狀體2於被形成複數副流道A11的區域具有板狀部分亦可。例如，複數之副流道A11，亦可藉著板狀部分與突狀部分交互形成而構成。接著，可以使突狀部分為第一氣體等流體通流的部分。
(9)於前述之第二板狀體2相當於複數副流道A11的部分，沒有必要全面被形成波板狀，至少一部分被形成為波板狀亦可。第二板狀體2，例如於分配部A12與合流部A13之間，氣體流動方向的一部分為平板狀，其餘為波板狀亦可。此外，第二板狀體2，於氣流交叉方向的一部分為平板狀，其餘為波板狀亦可。
(10)於前述內部流道A1，可以設可提高發電效率的構造體。針對這樣的構成說明如下。與前述實施型態重複的部分使記載簡略化或省略。
(1)電化學模組M之具體構成 其次，使用圖14～圖31說明電化學模組M的具體構成。此外，電化學模組M包含圖11所示之電化學元件層積體S。 在此，如圖14～圖31等所示，電化學元件層積體S的層積方向為+Z方向及-Z方向(Z方向)。此外，於第一板狀體1及第二板狀體2之間第一氣體由第一氣體供給部61側通流至第一氣體排出部62側的方向，同樣地於第一板狀體1及第二板狀體2之間第二氣體由第二氣體供給部71側通流至第二氣體排出部72側的方向，為交叉於+Z方向及-Z方向(Z方向)之+X方向及-X方向(X方向)。此外，交叉於+Z方向及-Z方向(Z方向)與+X方向及-X方向(X方向)的方向為+Y方向及-Y方向(Y方向)。接著，XZ平面與XY平面與YZ平面互為大致正交。
如圖1及圖11等所示，電化學模組M，具備：透過供給路徑4使第一氣體供給至內部流道A1的第一氣體供給部61、使反應後的第一氣體排出之第一氣體排出部62、使第二氣體由外部供給至通流部A2的第二氣體供給部71、使反應後的第二氣體排出的第二氣體排出部72、以及得到伴隨著電化學反應部3之電化學反應的輸出之輸出部8；筐體B內，具備使由第二氣體供給部71供給的第二氣體分配供給至通流部A2的分配室9。
藉此，電化學模組M，藉著由第一氣體供給部61供給燃料氣體(亦有稱為第一氣體的場合)，同時由第二氣體供給部71供給空氣(亦有稱為第二氣體的場合)，如圖11、圖14等的虛線箭頭所示地燃料氣體進入，如實線箭頭所示地空氣進入。
由第一氣體供給部61供給的燃料氣體，由電化學元件層積體S的最上部的電化學元件A之第一貫通部41被誘導至供給路徑4，由藉第一環狀密封部42區劃的供給路徑4，通流至所有的電化學元件A的內部流道A1。此外，由第二氣體供給部71供給的空氣，暫時流入分配室9，然後通流至被形成於各電化學元件A間的通流部A2。在本實施型態，燃料氣體沿著板狀支撐體10的平面通流於內部流道A1的通流方向為由+X方向朝向-X方向的方向。同樣地，空氣沿著板狀支撐體10的平面通流於通流部A2的通流方向為由+X方向朝向-X方向的方向。
也就是說，以第二板狀體2(板狀支撐體10的一部份)為基準的話，波板狀的第二板狀體2部分在由第一板狀體1(板狀支撐體10的一部份)膨出的部分於第一板狀體1與第二板狀體2之間被形成內部流道A1，同時接觸於鄰接的電化學元件A的電化學反應部3使可以導電連接。另一方面，波板狀的第二板狀體2與第一板狀體1接觸的部分與第一板狀體1導電連接，在第二板狀體2與鄰接的電化學元件A的電化學反應部3之間形成通流部A2。
於圖30等的一部份，有簡單排列顯示包含內部流道A1的剖面出現之電化學元件A，以及包含通流部A2的剖面出現的電化學元件A的部分，但由第一氣體供給部61供給的燃料氣體，到達分配部A12(參照圖14～圖17等)，透過分配部A23沿著一端部側的寬幅方向擴展流動，內部流道A1之中到達各副流道A11(參照圖14～圖17等)。
在此，如圖14等所示，內部流道A1，具有分配部A12，複數之副流道A11、與後述之合流部A13。此外，內部流道A1，具有分配部A12與複數副流道A11之間的供給緩衝部144，複數副流道A11與合流部A13之間的排出緩衝部154。 此內部流道A1，藉由第一板狀體1及第二板狀體2對向的空間形成。在本實施型態，第一板狀體1為平板狀，被形成後述的氣體通流容許部1A。第二板狀體2，具有對層積方向往上方向突出的部分，及往下方下凹陷的部分。從而，藉著第一板狀體1與第二板狀體2對向組合，第二板狀體2之往上方向突出的部分與第一板狀體1抵接。接著，藉由第二板狀體2的凹往下方向的部分與第一板狀體1，形成分配部A12、供給緩衝部144、複數副流道A11、排出緩衝部154及合流部A13等各部被隔開的空間。
稍後會詳述，但於沿著燃料氣體的通流方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))，在分配部A12與複數副流道A11之間設有供給構造體140。供給構造體140，於分配部A12暫時貯留燃料氣體，限制由分配部A12往複數副流道A11的燃料氣體的供給。 此外，於沿著燃料氣體的通流方向之方向，在複數副流道A11與合流部A13之間設有排出構造體150。排出構造體150，限制由複數副流道A11往合流部A13之燃料氣體的排出。
燃料氣體，通流於第一氣體供給部61、第一環狀密封部42、第一貫通部41等，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，藉由供給構造體140暫時被貯留於分配部A12。其後，燃料氣體，由分配部A12被導入複數副流道A11。 進入各副流道A11的燃料氣體，通流於各副流道A11，同時透過氣體通流容許部1A進入電極層31、電解質層32。此外，燃料氣體，與完成電化學反應的燃料氣體一起，進而行進於副流道A11。到達至複數副流道A11的通流方向終端的燃料氣體，藉由排出構造體150以往合流部A13的通流部分被限制的狀態，前進至合流部A13。前進到合流部A13的燃料氣體，通流於合流部A13、第二貫通部51、第二環狀密封部52等。接著，與來自其他電化學元件A的完成電化學反應的燃料氣體一起，由第一氣體排出部62往外排出。
另一方面，由第二氣體供給部71供給的空氣，透過分配室9進入通流部A2，可以進入對極電極33、電解質層32。此外，空氣，與完成電化學反應的空氣一起，進而沿著電化學反應部3進入通流部A2由第二氣體排出部72往外排出。
依照此燃料氣體及空氣的流向，在電化學反應部3產生的電力，藉由鄰接的電化學元件A的電化學反應部3與第二板狀體2之接觸在集電體81,82彼此間被串聯連接，成為合成輸出由輸出部8取出之型態。 針對電化學元件層積體S的構成於稍後詳述。
(II)內部流道及第二板狀體的構成 進而說明第一板狀體1與第二板狀體2對向形成的內部流道A1之構成。 在本實施型態，在平板狀的第一板狀體1，與沿著層積方向往上方(+Z方向)突出的方式或者是沿著層積方向往下方(-Z方向)凹陷的方式被形成凹凸的第二板狀體2相互對向而被組合的內面被形成內部流道A1。於內部流道A1，包含分配部A12、供給緩衝部144、複數副流道A11、排出緩衝部154及合流部A13。此外，於內部流道A1，也包含第一氣體通過的供給通過部141(供給構造體140的一部分)及排出通過部151(排出構造體150的一部分)。
又，被設有第一氣體供給部61、第一環狀密封部42、第一貫通部41等的供給路徑4側，與設有第二氣體排出部62、第二環狀密封部52、第二貫通部51等的排出路徑5側為對稱的構造。於圖15～圖17、圖19～圖22等，顯示設有第二氣體排出部62、第二環狀密封部52、第二貫通部51等的排出路徑5側的剖面圖。另一方面，於圖23～圖29等，顯示設有第一氣體排出部61、第一環狀密封部42、第一貫通部41等的排出路徑4側的剖面圖。接著，在圖15～圖17、圖19～圖22等之排出路徑5側的剖面圖，第一氣體由複數副流道A11經過合流部A13通流往被排出至第二貫通部51等的方向。另一方面，在圖23～圖29等之供給路徑4側的剖面圖，第一氣體經過第一貫通部41等由分配部A12通流往被供給至複數副流道A11的方向。
分配部A12，對應於各電化學元件A而設置。分配部A12，設於供給路徑4側，係對各電化學元件A供給第一氣體之用的緩衝部。此外，分配部A12，於第一氣體的通流方向(由+X方向朝向-X方向的方向)，設於內部流道A1之中複數副流道A11的上游側。如圖14、圖31等所示，於分配部A12，於與通流方向之交叉方向(+Y方向及-Y方向(Y方向))及通流方向(+X方向及-X方向(X方向))的大致中央部，被形成貫通第二板狀體2的第一貫通部41。第一氣體，通流於第一氣體供給部61、第一環狀密封部42、第一貫通部41等，被供給至各電化學元件A的分配部A12。
第一板狀體1與第二板狀體2，如圖15～圖29等所示，第一板狀體1之緣部與第二板狀體2之緣部於周緣部1a藉著被熔接而一體化。分配部A12，藉著以比周緣部1a更凹往層積方向下方(-Z方向)的方式加工第二板狀體2而被形成。進一步說，分配部A12，於供給阻止部142(供給構造體140的一部分)於層積方向以位置不同的方式被形成。總之，如圖26等所示，於層積方向，分配部A12的上面位於比供給阻止部142的上面更為下方。接著，供給阻止部142的上面抵接於第一板狀體1的下面。藉此，被導入分配部A12的第一氣體，藉由突出於層積方向的上方的供給阻止部142使由分配部A12的排出被限制，暫時地貯留於被形成為凹狀的分配部A12。
此外，分配部A12，於俯視，如圖14等所示於+Y方向及-Y方向(Y方向)較長。接著，分配部A12的Y方向的長度，對應於在Y方向隔著間隔平行並排配置的複數副流道A11的區域之Y方向的長度。
第一氣體通流的複數副流道A11，如圖14～圖31等所示，沿著通流方向，亦即沿著+X方向及-X方向(X方向)延伸著。接著，複數副流道A11，如前所述，於Y方向隔著間隔平行並排配置著。第二板狀體2，如圖14～圖31等所示，設於形成複數副流道A11各個的複數副流道形成部160，與鄰接的副流道形成部160之間，具有隔開鄰接的副流道A11各個的複數隔開部161。如圖30等所示，副流道形成部160被形成為具有抵面的凹狀，隔開部161的上面位於比副流道形成部160的底面更靠層積方向的上方。接著，隔開部161的上面抵接於第一板狀體1的下面。藉此，各副流道A11被分離，第一氣體沿著通流方向分別通流於各副流道A11內。
又，副流道A11，在圖14等，從供給構造體140的附近到排出構造體150的附近，沿著通流方向延伸。但是不限於此，副流道A11，僅被形成於從供給構造體140的附近到排出構造體150的附近為止的一部分亦可。總之，形成副流道A11的副流道形成部160，僅被配置於從供給構造體140的附近到排出構造體150的附近為止的一部分亦可。
如圖30,圖31所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與通流方向交叉的交叉方向)，隔開板161的長度L3比副流道形成部160的長度L4更小(L3＜L4)。L3＜L4的場合，如圖30等所示，可以減少隔開部161的上面與第一板狀體1的下面之抵接面積。總之，可以擴大面對被形成氣體通流容許部1A的第一板狀體1之副流道A11的空間，可以使由副流道A11朝向電化學反應部3的第一氣體的量增多。
第二板狀體2，如圖14、圖23～圖31等所示，於沿著燃料氣體的通流方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))，在分配部A12與複數副流道A11之間具有供給構造體140。供給構造體140，於分配部A12暫時貯留第一氣體，同時限制由分配部A12往複數副流道A11的第一氣體的供給。
供給構造體140，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，使第一氣體由分配部A12通過至複數副流道A11。供給阻止部142，阻止第一氣體之由分配部A12往複數副流道A11之通過。如圖25等所示，供給阻止部142的上面位於比供給通過部141的上面更靠層積方向上方，抵接於第一板狀體1的下面。從而，分配部A12內的第一氣體，藉由供給阻止部142阻止往通流方向之通流，另一方面透過供給通過部通流至通流方向，往複數副流道A11流動。
在本實施型態，各供給阻止部142，例如圖14,圖31等所示被形成為大致長方形狀。接著，長方形狀的各供給阻止部142，以長邊沿著+Y方向及-Y方向(Y方向)的方式沿著Y方向配置。於鄰接的供給阻止部142之間設有供給通過部141。總之，供給通過部141，設於鄰接的供給阻止部142的短邊對向的區間。
如圖31所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與通流方向交叉的交叉方向)，供給阻止部142的長度L2比供給通過部141的長度L1更大(L2＞L1)。此外，供給通過部141的長度L1，比隔開部161的長度L3更小為佳(L1＜L3)。藉此，可以使由分配部A12透過供給通過部141被壓出的第一氣體衝突於隔開部161的+X方向側的端部，可以暫時地使貯留於後述之供給緩衝部144。 L1與L2的關係，例如，藉由單位時間對分配部A12供給的第一氣體之量、單位時間應供給至複數副流道A11的第一氣體之量、供給阻止部142的數目、隔開部161的Y方向的長度L3、副流道A11的Y方向長度L4等來決定。
如前所述，各副流道A11藉由各隔開部161隔開。於通流方向(+X方向及-X方向(X方向))，於供給通過部141，複數之隔開部161之中任一隔開部161被對應配置。 此外，於通流方向，於供給阻止部142，複數副流道A11之中至少1副流道A11被對應配置。
在此，第一氣體，由分配部A12經供給通過部141被導至複數副流道A11。根據前述構成，於通流方向於供給通過部141任一隔開部161被對應配置，所以由分配部A12被壓出至供給通過部141的第一氣體，沿著通流方向行進而衝突於突出於層積方向上方的隔開部161。藉由與隔開部161的衝突，第一氣體往與通流方向交叉的交叉方向前進。總之，由分配部A12經供給通過部141通流而來的第一氣體，不是立即被導入複數副流道A11，而是在副流道A11之前與隔開部161衝突而前進於交叉方向。進而，前進於交叉方向的第一氣體，藉由突出於層積方向上方的供給阻止部142而不回到分配部A12，暫時被貯留於供給構造體140與複數副流道A11之間。其後，第一氣體，沿著由分配部A12之壓出，被導入被形成複數副流道形成部160的複數副流道A11。 又，第一氣體在供給構造體140與複數副流道A11之間暫時被貯留的區域，為供給緩衝部144。
在本實施型態，於通流方向，對應於1個供給通流部141被配置1個隔開部161。但是，不限於此，對應於1個供給通流部141被配置複數個隔開部161亦可。此外，不是對應於1個供給通流部141配置隔開部161，而是對應於另1個供給通流部141被配置隔開部161亦可。
此外，於通流方向，對應於第一貫通部41設有供給阻止部142。藉此，可以抑制由第一貫通部41導入分配部A12的第一氣體立即朝向複數副流道A11。藉此，可以把第一氣體暫時地貯留於分配部A12。
供給阻止部142的數目，不限於此，例如為2個以上。此外，因應於複數副流道A11的數目設定供給阻止部142的數目為佳。 此外，供給阻止部142，在前述，在通流方向的交叉方向上被配置為一列。但，只要可以把第一氣體暫時貯留於分配部A12，大致均一地供給第一氣體至複數副流道A11的話，不限定於此配置。例如，複數的供給阻止部142，由交叉方向偏移設置亦可。此外，複數的供給阻止部142沿著交叉方向，或者由交叉方向偏移設置亦可。 此外，在前述，供給阻止部142為長方形狀。但，只要可以由分配部A12均一地供給氣體至複數副流道A11的話，供給阻止部142的形狀不限定於此。例如，供給阻止部142亦可形成為正方形狀、圓形狀、橢圓形狀、三角形狀等種種形狀。
此外，不限於此，但如圖14、圖31等前述實施型態所示，複數供給阻止部142之中的2個，分別設於對應於分配部A12的+Y方向端部及-Y方向端部的位置為佳。第一氣體，以擴展於分配部A12之從第一貫通部41到分配部A12的空間的方式到處行進於分配部A12，衝突於分配部A12的端面。從而，有衝突於分配部A12的端面之第一氣體，在端面改變方向而朝向複數副流道A11流動的場合。從而，藉著在對應於分配部A12的端部的位置設供給阻止部142，可以抑制由分配部A12到複數副流道A11第一氣體立即流出。藉此，如後述，可以由分配部A12大致均一地供給第一氣體到各副流道A11。
其次，說明合流部A13及排出構造體150。合流部A13及排出構造體150，分別為與分配部A12及供給構造體140同樣的構成。 合流部A13，設於排出路徑5側，係排出流通於複數副流道A11的第一氣體之用的緩衝部。合流部A13，於第一氣體的通流方向，設於內部流道A1之中複數副流道A11的下游側。如圖14、圖31等所示，於合流部A13，於通流方向及其交叉方向的大致中央部，被形成貫通第二板狀體2的第二貫通部51。通過複數副流道A11的第一氣體，被導入合流部A13，透過第二貫通部51、第二環狀密封部52、第二氣體排出部62等排出至外部。
此外，合流部A13，於排出阻止部152(排出構造體150的一部分)於層積方向以位置不同的方式被形成。總之，如圖19等所示，於層積方向，合流部A13的上面位於比排出阻止部152的上面更為下方。接著，排出阻止部152的上面抵接於第一板狀體1的下面。藉此，由複數副流道A11朝向合流部A13的第一氣體，藉由突出於層積方向的上方的排出阻止部152使往合流部A13的排出被限制，暫時地貯留於複數副流道A11。
此外，合流部A13，於俯視，如圖14等所示於+Y方向及-Y方向(Y方向)較長。接著，合流部A13的Y方向的長度，對應於在Y方向隔著間隔平行並排配置的複數副流道A11的區域之Y方向的長度。
第二板狀體2，如圖14、圖18～圖22，圖31等所示，於沿著燃料氣體的通流方向之方向(+X方向及-X方向(X方向))，在複數副流道A11與合流部A13之間具有排出構造體150。排出構造體150，限制由複數副流道A11往合流部A13之第一氣體的排出。
排出構造體150，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，使第一氣體由複數副流道A11通過至合流部A13。排出阻止部152，阻止第一氣體之由複數副流道A11往合流部A13之通過。如圖19等所示，排出阻止部152的上面位於比排出通過部151的上面更靠層積方向上方，抵接於第一板狀體1的下面。從而，複數副流道A11內的第一氣體，藉由排出阻止部152阻止往通流方向之通流，另一方面透過排出通過部151通流至通流方向，往合流部A13流動。
在本實施型態，排出阻止部152，與供給阻止部142同樣，例如圖14,圖31等所示被形成為大致長方形狀。接著，長方形狀的各排出阻止部152，以長邊沿著+Y方向及-Y方向(Y方向)的方式沿著Y方向配置。於鄰接的排出阻止部152之間設有排出通過部151。總之，排出通過部151，設於鄰接的排出阻止部152的短邊對向的區間。
如圖31所示，於+Y方向及-Y方向(Y方向，與通流方向交叉的交叉方向)，排出阻止部152的長度L12比排出通過部151的長度L11更大(L12＞L11)。此外，排出阻止部152的長度L12，比副流道形成部160的長度L4更大為佳(L12＞L4)。藉此，可以使由複數副流道A11朝向合流部A13的第一氣體衝突於排出阻止部152，可以暫時地使貯留於後述之排出緩衝部154。 L11與L12的關係，例如，藉由單位時間對複數副流道A11供給的第一氣體之量、單位時間應由合流部A13排出的第一氣體之量、排出阻止部152的數目、隔開部161的Y方向的長度L3、副流道A11的Y方向長度L4等來決定。
於通流方向，於排出阻止部152，複數副流道A11之中至少1副流道A11被對應配置。 此外，於通流方向，於排出通過部151，複數之隔開部161之中任一隔開部161被對應配置。
根據前述構成，由複數副流道A11被壓出的第一氣體，沿著通流方向行進而衝突於突出於層積方向上方的排出阻止部152。藉由與排出阻止部152的衝突，第一氣體往與通流方向交叉的交叉方向前進。總之，由複數副流道A11通流而來的第一氣體，不是立即被導入合流部A13，而是在合流部A13之前與排出阻止部152衝突而前進於交叉方向。其後，第一氣體，沿著由複數副流道A11之壓出，通過排出通過部151被導入合流部A13。 又，第一氣體在複數副流道A11與排出構造體150之間暫時被貯留的區域，為排出緩衝部154。
此外，於通流方向，對應於第二貫通部51設有排出阻止部152。藉此，可抑制流通於複數副流道A11的第一氣體立即被導入合流部A13，由第二貫通部51排出。藉此，可以把第一氣體暫時地貯留於複數副流道A11。
排出通過部151及排出阻止部152的形狀、大小、配置、數目等，與供給通過部141及供給阻止部142相同。例如，於圖31，+Y方向及-Y方向(Y方向，與通流方向交叉的交叉方向)之排出阻止部152的長度L12及排出通過部151的長度L11，與前述供給阻止部142的長度L1及供給通過部141的長度L2相同。 但，排出通過部151及排出阻止部152的形狀、大小、配置、數目等，與供給通過部141及供給阻止部142不同亦可。例如，使排出通過部151的大小比供給通過部141更大亦可。藉此，比起由分配部A12供給第一氣體至複數副流道A11時的供給壓，使由複數副流道A11往合流部A13之排出壓縮小亦可。由分配部A12到複數副流道A11以某個程度的供給壓供給第一氣體使在複數副流道A11間之氣流分部為一定，同時於排出第一氣體時可以平順地導入合流部A13。
(b)供給構造體及排出構造體之作用 (b1)供給構造體之作用 其次，說明供給構造體140之作用。 前述構成之供給構造體140之供給阻止部142，設於分配部A12與複數副流道A11之間，成為第一氣體由分配部A12往複數副流道A11流動的障壁。從而，由分配部A12通流至複數副流道A11時之第一氣體的壓力損失變高，被導入分配部A12的第一氣體以充滿分配部A12的方式到處行進，暫時地被貯留。因此，分配部A12內全體成為大致均一的壓力(均壓)。總之，分配部A12與複數副流道A11分別之差壓約略為相同。而且，第一氣體由分配部A12透過供給通過部141供給到複數副流道A11，所以第一氣體於各副流道A11以大至均壓的狀態供給。藉此，於各副流道A11間，沿著通流方向的第一氣體的氣流分布(流速、流量及壓力等)大致為均一。 此外，第一氣體，由分配部A12分開流至複數副流道A11。藉由如此根據分為複數流道而流通之整流作用，第一氣體，與流過未被形成複數流道之內部流道的場合相比，氣流分布(流速、流量及壓力等)大致成為一定。
如以上所述，於各副流道A11間，沿著通流方向的第一氣體的氣流分布大致為均一。例如，於各副流道A11間觀察通流方向的某一位置的場合，在交叉於該一位置的交叉方向，各副流道A11的第一氣體的流速、流量及壓力等大致為一定。藉此，於電化學反應部3，第一氣體不足的部分，與第一氣體過剩流通的部分之差變小，可以提高於電化學元件A全體之第一氣體的利用率，提高電化學反應的反應效率。
又，不採用前述分配部A12、複數副流道A11及供給構造體140等構成的場合，各副流道A11之第一氣體的氣流分布不同，有在某個副流道A11第一氣體的流速快，而在其他副流道A11第一氣體的流速慢的場合。在第一氣體的流速慢的副流道A11，第一氣體藉由電化學反應而消耗，第一氣體不足。因此，有第一氣體的濃度降低，電化學反應部3的電極層氧化劣化，電極性能或機械強度降低之虞。另一方面，在第一氣體的流速快的副流道A11，第一氣體於電化學反應被消耗之前被排出。總之，第一氣體為氫等燃料氣體的場合，維持為濃度高之第一氣體被排出，燃料利用率低下。在此，對於第一氣體流速慢的副流道A11之第一氣體的不足，也考慮使供給至各副流道A11的第一氣體的供給量增加。但是，在此場合，在第一氣體的流速快的副流道A11，第一氣體於電化學反應被消耗之前被排出的第一氣體的量更為增加，燃料利用率更為降低。由於這些情形，在各副流道A11之第一氣體的氣流分布不同的場合，電化學反應的反應效率降低，發電效率降低。 (b2)排出構造體之作用 其次，說明排出構造體150之作用。 根據前述構成，不僅供使第一氣體由分配部A12到複數副流道A11以大致均一的氣流分布供給之供給構造體140，還於從複數副流道A11使第一氣體合流於合流部A13的部分設排出構造體150。複數副流道A11為供給構造體140與排出構造體150所夾，所以可使在複數副流道A11內的第一氣體的氣流分布(流速、流量及壓力等)大致均一，同時提高電化學反應的反應效率。 更具體說明的話，前述構成的排出構造體150之排出阻止部152，設於複數副流道A11與合流部A13之間，成為由副流道A11往合流部A13之第一氣體的流動的障壁。從而，由複數副流道A11通流至合流部A13時的第一氣體的壓力損失變高。因此，被導入複數副流道A11的第一氣體，難以由複數副流道A11立即被導入合流部A13，而以充滿複數副流道A11的方式到處行進。藉此，於各副流道A11間，可以使沿著通流方向的第一氣體的氣流分布(流速、流量及壓力等)大致為均一。此外，第一氣體以充滿複數副流道A11的方式到處行進，所以於複數副流道A11內電化學反應充分進行。藉此，可以提高電化學反應的反應效率。
(11)於前述實施型態，電化學裝置，具備具複數電化學元件A的電化學模組M。但是，前述實施型態之電化學裝置亦可適用於具備1個電化學元件的構成。
又，在前述實施型態揭示的構成，在不產生矛盾的前提下，可以與其他實施型態揭示的構成組合適用。此外，於本說明書揭示的實施型態僅為例示，本發明之實施型態並不以此為限，在不逸脫本發明的目的的範圍內可以適當改變。 [產業上利用可能性]
本發明可利用作為電化學元件及固體氧化物型燃料電池胞。
1‧‧‧第一板狀體 1A‧‧‧氣體通流容許部 2‧‧‧第二板狀體 3‧‧‧電化學反應部 4‧‧‧供給路徑 5‧‧‧排出路徑 8‧‧‧輸出部 9‧‧‧分配室 10‧‧‧板狀支撐體 31‧‧‧電極層 32‧‧‧電解質層 33‧‧‧對極電極層 41‧‧‧第一貫通部 42‧‧‧第一環狀密封部 51‧‧‧第二貫通部 52‧‧‧第二環狀密封部 61‧‧‧第一氣體供給部 71‧‧‧第二氣體供給部 100‧‧‧電化學裝置 102‧‧‧改質器 103‧‧‧燃料供給部 104‧‧‧反相器 140‧‧‧供給構造體 141‧‧‧供給通過部 142‧‧‧供給阻止部 144‧‧‧供給緩衝部 150‧‧‧排出構造體 151‧‧‧排出通過部 152‧‧‧排出阻止部 154‧‧‧排出緩衝部 160‧‧‧副流道形成部 161‧‧‧隔開部 A‧‧‧電化學元件 A1‧‧‧內部流道 A11‧‧‧副流道 A12‧‧‧分配部 A13‧‧‧合流部 A2‧‧‧通流部 B‧‧‧筐體 M‧‧‧電化學模組 S‧‧‧電化學元件層積體 Z‧‧‧能源系統
圖1係電化學元件之概略圖。 圖2係圖1之II-II剖面圖。 圖3係圖1之III-III剖面圖。 圖4係圖1之IV-IV剖面圖。 圖5係圖1之V-V剖面圖。 圖6係圖1之VI-VI剖面圖。 圖7係圖1之VII-VII剖面圖。 圖8係圖1之VIII-VIII剖面圖。 圖9係圖1之IX-IX剖面圖。 圖10係電化學反應部之重要部位擴大圖。 圖11係電化學模組之概略圖。 圖12係能源系統之概略圖。 圖13係關於其他型態的電化學模組的說明圖。 圖14係其他電化學元件之概略圖。 圖15係圖14之XV-XV剖面圖。 圖16係圖14之XVI-XVI剖面圖。 圖17係圖14之XVII-XVII剖面圖。 圖18係圖14之XVIII-XVIII剖面圖。 圖19係圖14之XIX-XIX剖面圖。 圖20係圖14之XX-XX剖面圖。 圖21係圖14之XXI-XXI剖面圖。 圖22係圖14之XXII-XXII剖面圖。 圖23係圖14之XXIII-XXIII剖面圖。 圖24係圖14之XXIV-XXIV剖面圖。 圖25係圖14之XXV-XXV剖面圖。 圖26係圖14之XXVI-XXVI剖面圖。 圖27係圖14之XXVII-XXVII剖面圖。 圖28係圖14之XXVIII-XXVIII剖面圖。 圖29係圖14之XXIX-XXIX剖面圖。 圖30係電化學反應部之重要部位擴大圖。 圖31係供給構造體及排出構造體之說明圖。 圖32係其他能源系統之概略圖。
1:第一板狀體
2:第二板狀體
3:電化學反應部
4:供給路徑
5:排出路徑
10:板狀支撐體
32:電解質層
33:對極電極層
41:第一貫通部
42:第一環狀密封部
51:第二貫通部
52:第二環狀密封部
a:膨出部
A:電化學元件
A1:內部流道
A11:副流道
A12:分配部
A13:合流部

Claims (17)

  1. 一種電化學模組，具備：複數電化學元件被層積配置之電化學元件層積體；內裝前述電化學元件層積體之筐體；及跨前述筐體的外部與前述通流部流通前述第二氣體的第二氣體供給部；各電化學元件，具備內部具有內部流道的導電性板狀支撐體；前述板狀支撐體，具備：跨該板狀支撐體的內側的前述內部流道與外側可透過氣體之氣體通流容許部，在覆蓋前述氣體通流容許部的全部或一部分的狀態下，依記載順序至少具有膜狀電極層與膜狀電解質層與膜狀對極電極層之電化學反應部，跨前述板狀支撐體的表面貫通方向外方與前述內部流道形成還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的一方之第一氣體流通的供給路徑之第一貫通部；在前述複數電化學元件，至少第1電化學元件與第2電化學元件相互鄰接而被層積，以構成前述第1電化學元件的前述板狀支撐體，與構成前述第2電化學元件的前述板狀支撐體對向的型態，且構成前述第1電化學元件的前述板狀支撐體之前述電化學反應部被配置的外面，以及與構成前述第2電化學元件的前述板狀支撐體之前述電化學反應部被配置之側不同的外面被導電連接，且於此等之兩外面彼此之鄰接間，被形成 沿著該兩外面還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的另一方之第二氣體通流的通流部；於前述筐體內，具備將流通於前述第二氣體供給部的前述第二氣體分配流通至前述通流部之分配室。
  2. 如申請專利範圍第1項之電化學模組，具備：將前述第一氣體由前述筐體的外部透過前述供給路徑流通至前述內部流道的第一氣體供給部。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電化學模組，其中於前述筐體內，前述分配室，為相對前述電化學元件層積體位於該電化學元件層積體的側方的空間，前述通流部，被形成開口於前述空間側而與該空間連通。
  4. 如申請專利範圍第1項之電化學模組，其中於前述通流部內，具備作為將分別被形成於前述兩外面的第一貫通部與前述通流部區劃的環狀密封部之第一環狀密封部；藉由前述第一貫通部及前述第一環狀密封部，於與前述內部流道之間被形成流通前述第一氣體的前述供給路徑。
  5. 如申請專利範圍第1項之電化學模組，其中 前述板狀支撐體，具備形成使通流於前述內部流道的前述第一氣體與前述板狀支撐體之表面貫通方向外方流通的排出路徑之第二貫通部；於前述通流部內，具備作為將分別被形成於前述兩外面的第二貫通部與前述通流部區劃的環狀密封部之第二環狀密封部；藉由前述第二貫通部及前述第二環狀密封部，被形成通流於內部流道的前述第一氣體流通之前述排出路徑。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之電化學模組，其中前述環狀密封部，為將鄰接的電化學元件彼此電氣絕緣之絕緣密封部。
  7. 一種電化學元件，其特徵係用於申請專利範圍第1~6項之任一項之電化學模組中包含的前述電化學元件層積體之電化學元件，具備前述板狀支撐體，前述板狀支撐體，具備前述氣體通流容許部，與前述電化學反應部，與前述第一貫通部。
  8. 如申請專利範圍第7項之電化學元件，其中，前述第一貫通部及前述內部流道，為在與沿著前述板狀支撐體的外面通流的還原性成分氣體及氧化性成分氣體之中的另一方之第二氣體被區劃的狀態下使前述第一氣體 通流的構成。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之電化學元件，其中前述板狀支撐體，具備通流於前述內部流道的前述第一氣體與前述板狀支撐體之表面貫通方向外方流通的第二貫通部；前述內部流道，具有由前述第一貫通部通到前述第二貫通部的複數副流道。
  10. 如申請專利範圍第9項之電化學元件，其中於前述板狀支撐體的內部之前述第一貫通部與前述內部流道之間，具備將流通於前述第一貫通部的前述第一氣體分配連通於前述副流道之各者的分配部。
  11. 如申請專利範圍第7或8項之電化學元件，其中於前述電極層與前述電解質層之間，被配置膜狀的中間層。
  12. 如申請專利範圍第7或8項之電化學元件，其中於前述對極電極層與前述電解質層之間，被配置膜狀的反應防止層。
  13. 如申請專利範圍第7或8項之電化學元件，其中前述內部流道，具有使前述第一氣體通流於特定的通 流方向之複數副流道，與於前述第一氣體的前述通流方向設於比前述複數副流道更靠上游側之分配部；前述板狀支撐體，於前述通流方向之前述分配部與前述複數副流道之間，具有使前述第一氣體暫時貯留於前述分配部，限制由前述分配部往前述複數副流道之前述第一氣體的供給之供給構造體。
  14. 如申請專利範圍第7或8項之電化學元件，其中前述內部流道，具有於前述第一氣體的特定通流方向設於比前述複數副流道更靠下游側之合流部；前述板狀支撐體，於前述通流方向之前述複數副流道與前述合流部之間，具有限制由前述複數副流道往前述合流部之前述第一氣體的排出之排出構造體。
  15. 一種電化學裝置，其特徵為至少具有申請專利範圍第7~14項之任一項之電化學元件或者申請專利範圍第1~6項之任一項之電化學模組與燃料變換器；具有對前述電化學元件或者前述電化學模組流通來自燃料變換器的還原性成分氣體，或者將還原性成分氣體由前述電化學元件或者前述電化學模組流通至燃料變換器之燃料供給部。
  16. 一種電化學裝置，其特徵為至少具有申請專利範圍第7~14項之任一項之電化學 元件或者申請專利範圍第1~6項之任一項之電化學模組，以及由前述電化學元件或者前述電化學模組取出電力，或者將電力流通至前述電化學元件或者前述電化學模組之電力變換器。
  17. 一種能源系統，其特徵為具有申請專利範圍第15或16項之電化學裝置，與再利用由電化學裝置或燃料變換器排出的熱之排熱利用部。
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