TWI811329B - 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

目的在於提供可提高發電效率的電化學元件。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，於構成該板狀支撐體的金屬支撐體(32)之至少一部分，具有：跨該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(P2)，在覆蓋氣體通流容許部(P2)的全部或一部分的狀態，依記載順序至少具有膜狀電極層(44)與膜狀電解質層(46)與膜狀對極電極層(48)之電化學反應部(43)；板狀支撐體，於內部流道內形成複數之流道。

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、電化學模組、電化學裝置及能源系統。
於專利文獻1，揭示具備具有內部空間的長尺寸筒狀支撐體，以及於筒狀支撐體的一面側沿著長邊方向設置的進行發電的電化學反應部之電化學元件。筒狀支撐體的長邊方向的一端部，被連接於流通含氫的改質氣體的氣體歧管，於筒狀支撐體的內部空間有改質氣體流通。改質氣體，使筒狀支撐體的內部空間由長邊方向的一端部朝向另一端部流動。此外，於筒狀支撐體，設有由內部空間通至電化學反應部的貫通孔。因此，於電化學反應部，透過貫通孔由筒狀支撐體的內部空間流通改質氣體。電化學反應部，由面對筒狀支撐體之側起，依序被層積電極層、電解質層及對極電極層，改質氣體流通至電極層。另一方面，空氣由送風機流通至對極電極層。藉此，電化學反應部使改質氣體與空氣發生電化學反應進行發電。 這樣的專利文獻1的電化學元件，電化學反應部被支撐於筒狀支撐體，所以可提高電化學元件全體的機械強度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-195029號公報
[發明所欲解決之課題]
但是，把專利文獻1的電化學元件作為以改質氣體為燃料的根據電化學反應之發電元件使其發生機能的場合，使筒狀支撐體的內部空間由長邊方向的一端部朝向另一端部使改質氣體通過，但於長邊方向的任意之複數地點，與長邊方向正交的短邊方向之各位置之改質氣體的流速並非一定。例如，在內部空間之短邊方向的中央部，改質氣體的流速比兩端部更快。因此，在改質氣體流速緩慢的短邊方向的兩端部，即使在長邊方向的一端部側改質氣體充分流通至電極層，由長邊方向的一端部越朝向另一端部改質氣體的濃度越為減少，在長邊方向的另一端部側有流通至電極層的改質氣體不足的場合。在此場合，在長邊方向的另一端部側的電極層，成為燃料缺乏的狀態，有電極層氧化劣化而使電極性能或機械強度降低之虞。
另一方面，在短邊方向的中央部，由長邊方向的一端部越朝向另一端部改質氣體的濃度越為減少，與短邊方向的兩端部相比改質氣體的流速較快單位時間流通的改質氣體較多，所以在電極層未被利用的未反應之改質氣體於長邊方向的另一端部被排出。
從而，為了抑制在短邊方向的兩端部之電極層的氧化劣化，考慮抑制電化學反應使改質氣體可以流通至長邊方向的另一端部側。在此場合，不僅於短邊方向的兩端部，於中央部電化學反應也被抑制，所以在電極層未被利用而在長邊方向的另一端部被排出的未反應的改質氣體之量會增加。因此，可以抑制電極層的氧化劣化，但燃料利用率降低而使電化學元件的電化學反應的反應效率降低。
在此，本發明係有鑑於前述課題而完成之發明，目的在於提供可以提高把燃料等的化學能變換為電能，或者把電能變換為燃料等的化學能的效率之電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統。 [供解決課題之手段]
相關於本發明之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，於該板狀支撐體之至少一部分，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；前述板狀支撐體，於前述內部流道內形成複數之流道這點。
根據本特徵構成，板狀支撐體，於內部流道內形成複數流道。因此，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。藉由如此根據分為複數流道而流通之整流作用，與氣體流過未被形成複數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電化學反應，可以提高電化學元件的反應效率。
相關於本發明之電化學元件之進一步的特徵構成，為前述板狀支撐體，包含第一板狀體，與至少於前述內部流道形成複數流道之第二板狀體這點。
根據本特徵構成，例如於第一板狀體，藉著與至少於前述內部流道形成複數流道之第二板狀體組合可以容易地形成複數流道。
相關於本發明之電化學元件之進一步的特徵構成，為前述板狀支撐體，具有形成前述內部流道的內部流道形成體，以及被收容於前述內部流道，形成前述複數流道的複數流道形成體這點。
根據本特徵構成的話，藉由內部流道形成體形成內部流道，於此內部流道被收容複數流道形成體。藉由此複數流道形成體於內部流道形成複數的流道。氣體藉由根據沿著複數流道流通之整流作用，流通於各流道的氣體的流速，於氣流交叉方向之任意的複數地點大致成為一定。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，可以提高電化學元件的反應效率。
相關於本發明的電化學元件之進一步的特徵構成，為前述板狀支撐體之至少一部分以成為波狀的方式構成這點。
根據本特徵構成，藉著板狀支撐體之至少一部分構成為波狀，可以容易地形成複數流道。
相關於本發明之電化學元件之進一步的特徵構成，為前述複數流道形成體之至少一部分以成為波狀的方式構成這點。
根據本特徵構成，藉著使複數流道形成體之至少一部分構成為波狀，可以容易地形成複數流道。
相關於本發明的電化學元件之進一步的特徵構成，為前述板狀支撐體，至少由第一板狀體及第二板狀體形成，藉由前述第一板狀體與前述第二板狀體接觸之接觸部，以及前述第一板狀體不與前述第二板狀體接觸之非接觸部，於前述內部流道內形成前述複數之流道這點。
根據本特徵構成，藉由第一板狀體與第二板狀體之接觸部及非接觸部，於內部流道內形成複數流道。總之，藉著非接觸部存在使複數流道之中至少一部分連通，氣體可以超越流道而流通，同時氣體沿著複數流道各個分別流通。從而，藉由流過複數流道之各個的氣體之整流作用，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。
相關於本發明的電化學元件之進一步的特徵構成，為前述板狀支撐體，被形成為延伸於長邊方向的板狀，前述複數流道沿著前述長邊方向延伸這點。
藉著使氣體流通於延伸於長邊方向的複數流道，確保供與電化學反應部反應之流道長，可以提高電化學元件的反應效率。
相關於本發明的電化學元件之進一步的特徵構成，為前述氣體通流容許部，為設有貫通前述板狀支撐體之至少一部分的複數貫通孔之孔區域這點。
根據本特徵構成，氣體通流容許部，為設有貫通板狀支撐體之至少一部分的複數貫通孔之孔區域，所以可於板狀支撐體之至少一部分更容易地選擇設置氣體通流容許部，而且可以更為提高板狀支撐體的強度。亦即，可以更容易實現強度及耐久性優異的電化學元件。
相關於本發明的電化學元件之進一步的特徵構成，為前述板狀支撐體，至少由第一板狀體及第二板狀體形成，前述第一板狀體沿著板狀面一體地形成，或者被分割而形成一連串這點。
根據本特徵構成，藉由一體地形成或者被分割而形成一連串的第一板狀體支撐第二板狀體，所以第二板狀體的機械強度提高。結果，被支撐於包含第二板狀體的板狀支撐體之電化學元件的彎曲強度提高。
相關於本發明的電化學元件之進一步的特徵構成，為進而具備與前述複數流道統括連通而使前述氣體流通的歧管這點。
根據本特徵構成，於流道的氣體流通的入口具備歧管的場合，於複數流道，由氣體貯留的的歧管統括使氣體流通。從而，於複數流道氣體流通的入口之壓力差變小，氣流交叉方向之任意地點之複數流道間的氣體流速可以大致為一定。此外，於流道的氣體流通的出口具備歧管的場合，可以效率佳地收集根據電化學反應之排出氣體或生成氣體。
相關於本發明之電化學模組的特徵構成，為 具有複數個前述電化學元件，以一電化學元件與其他電化學元件被電氣連接的型態，而且以使前述板狀支撐體彼此對向的型態，並列配置複數之前述電化學元件這點。
相關於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；前述電化學元件或者前述電化學模組與前述燃料變換器之間使含有還原性成分的氣體流通這點。在此，「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，擔負供給含有還原性成分的氣體的機能，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，擔負排出含有還原性成分的氣體的機能。 總之，具有電化學模組與燃料變換器，在電化學模組與燃料變換器之間具有使含有還原性成分的氣體流通的燃料供給部，所以可以使用天然氣等既有的原燃料供給基礎設施，實現具備耐久性/可信賴性及性能均優異的電化學模組之電化學裝置。此外，變得容易構築把從電化學模組排出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。
相關於本發明的電化學裝置的特徵構成，為至少具有前述電化學元件或者前述電化學模組，以及由前述電化學元件或者前述電化學模組取出電力之電力變換器這點。
根據前述特徵構成，可以把從耐久性/可信賴性及性能均優異的電化學模組所得到的電力輸出，藉由電力變換器升壓，或是把直流電變換為交流電，所以使得以電化學模組得到的電力輸出變得容易利用，所以較佳。
相關於本發明的電化學裝置的特徵構成，為具有前述電化學元件或者前述電化學模組，燃料變換器，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使電力流通至前述電化學模組的電力變換器這點。
相關於本發明的電化學裝置之特徵構成，為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。
根據前述構成，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，在電化學模組與燃料變換器之間具有使含有還原性成分的氣體流通之燃料供給部，所以把電化學模組作為燃料電池使其動作的場合，可成為使用天然氣等既有的原燃料供給基礎設施供給的天然氣等藉由改質器等燃料變換器生成氫的構成，可以實現具備耐久性/可信賴性及性能均優異的電化學模組之電化學裝置。此外，變得容易構築把從電化學模組排出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。
使電化學元件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與氧離子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模組生成的氫及一氧化碳等合成碳化氫等種種化合物的燃料變換器。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模組，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。
相關於本發明之能源系統的特徵構成，為具有前述電化學裝置，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或者燃料變換器排出的熱之排熱利用部，所以可以實現耐久性/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排出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。
＜實施型態＞ 以下，根據圖式說明相關於實施型態之能源系統、電化學裝置、電化學模組及電化學元件。
＜能源系統、電化學裝置＞ 圖1顯示能源系統及電化學裝置的概要。 能源系統，為具有電化學裝置，與作為再利用由電化學裝置排出的熱之排熱利用部的熱交換器23。 電化學裝置，具有電化學模組M、脫硫器1與改質器(改質器等燃料變換器，以下記載為改質器)4，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，與由電化學模組M取出電力之反相器(電力變換器之一例)8。
詳言之，電化學裝置，具有：脫硫器1、改質水槽2、氣化器3、改質器4、送風機5、燃燒部6、反相器8、控制部9、收納容器10及電化學模組M。
脫硫器1，除去(脫硫)天然氣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1，可以抑制硫黃化合物對改質器4或電化學元件E的影響。氣化器3，由改質水槽2所流通的改質水來生成水蒸氣。改質器4，使用以氣化器3生成的水蒸氣，把以脫硫器1脫硫的原燃料進行水蒸氣改質，生成含氫的改質氣體(氣體)。
電化學模組M，使用由改質器4流通的改質氣體，與由送風機5流通的空氣(氣體)，使生成電化學反應而發電。燃燒部6，使由電化學模組M排出的反應廢氣與空氣混合，燃燒掉反應廢氣中的可燃成分。
電化學模組M具有複數電化學元件E與氣體歧管17。複數電化學元件E以相互電氣連接的狀態並列配置，電化學元件E之一方的端部(下端部)被固定於氣體歧管17。電化學元件E，使通過氣體歧管17流通的改質氣體，與由送風機5流通的空氣生成電化學反應而發電。
反相器8，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9控制電化學裝置及能源系統的運轉。
氣化器3、改質器4、電化學模組M及燃燒部6被收容於收納容器10內。而改質器4，使用藉由在燃燒部6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11的動作而通過原燃料供給路徑12流通至脫硫器1。改質水槽2的改質水，藉由改質水泵13的動作而通過改質水供給路徑14流通至氣化器3。接著，原燃料供給路徑12在比脫硫器1更下游側的部位，合流於改質水供給路徑14，在收納容器10外合流的改質水與原燃料被流通至收納容器10內所具備的氣化器3。
改質水以氣化器3氣化成為水蒸氣。包含以氣化器3生成的水蒸氣之原燃料，通過含水蒸氣原燃料供給路徑15流通至改質器4。原燃料以改質器4進行水蒸氣改質，生成以氫氣為主成分的改質氣體。以改質器4生成的改質氣體，通過改質氣體供給路徑16流通至電化學模組M的氣體歧管17。
被流通到氣體歧管17的改質氣體，對複數電化學元件E分配，由電化學元件E與氣體歧管17之接續部亦即下端(一端部)ED流通至電化學元件E。改質氣體中的主要的氫(還原性成分)在電化學元件E使用於電化學反應。包含未用於反應的殘餘的氫氣的反應廢氣，由電化學元件E的上端(另一端部)EU往燃燒部6排出。
反應廢氣以燃燒部6燃燒，成為燃燒廢氣由燃燒廢氣排出口20往收納容器10的外部排出。於燃燒廢氣排出口20被配置燃燒觸媒部21(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。由燃燒廢氣排出口20排出的燃燒廢氣，藉由燃燒廢氣排出路徑22送至熱交換器23。
熱交換器23，使燃燒部6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23，作為再利用由電化學裝置排出的熱之排熱利用部進行運作。
＜電化學模組M＞ 其次，使用圖2說明電化學模組M。電化學模組M，具有複數個電化學元件E，以一電化學元件E的電化學反應部43之筒狀支撐體31為相反側之面，與其他電化學元件E的筒狀支撐體31被電氣連接的型態，而且以使複數筒狀支撐體31彼此相互對向的型態，並列配置複數之電化學元件E。
此外，電化學模組M，具有使含有還原性成分的改質氣體流通於複數電化學元件E的筒狀支撐體31的內部之氣體歧管17，電化學元件E的端部之中筒狀支撐體31的軸方向的下端ED被連接於氣體歧管17。
而電化學模組M，中介著送風機5，具有由筒狀支撐體31的外部對電化學反應部43流通含有氧化性成分的空氣之氣體供給空間S。
又，電化學元件E被安裝於其他構件(在本實施型態為氣體歧管17)時，筒狀支撐體31的軸方向端部之中的下端ED被固定於該其他構件，電化學元件E懸臂式地被支撐於其他構件。
詳如圖2A及圖2B所示，電化學模組M，具有電化學元件E、氣體歧管17、集電構件26、終端構件27及電流導出部28。
電化學元件E為中空的筒，在具有內部空間的筒狀支撐體31表面(後述的圖4之金屬支撐體32(第二板狀體)的上面32a)具備電化學反應部43而構成，全體為長尺寸的平板或平棒的形狀。此外，電化學元件E於其內部空間之後述的改質氣體通流部36(內部流道)，具備把改質氣體通流部36分割為複數分割流道A的分割體(第一板狀體，複數流道形成體)70。複數之分割流道A，沿著電化學元件E的下端ED與上端EU之間，相互大致平行地延伸。又，電化學元件E，以下端ED與上端EU之間成為長邊方向的方式構成，分割流道A沿著此長邊方向延伸。電化學元件E的短邊方向，為與分割流道A延伸的長邊方向大致正交的方向。
接著，電化學元件E的長邊方向的下端ED，對於氣體歧管17藉由玻璃密封材等接著構件氣密地固定。藉此，以改質氣體於電化學元件E與氣體歧管17之接續部不會漏出，而且空氣不流入的方式，可以連通筒狀支撐體31的內部空間之改質氣體通流部36與氣體歧管17的內部空間(省略圖示)。又，筒狀支撐體31與氣體歧管17之間為電氣絕緣。
氣體歧管17，例如被形成為具有一內部空間的直方體狀，作為由改質器4流通改質氣體的緩衝器發揮機能。從而，氣體歧管17內的改質氣體，對於複數電化學元件E之各個，大致均一地分配同程度的壓力、同程度的流量、同程度的流速等。進而，氣體歧管17內的改質氣體，對於電化學元件E的複數分割流道A之各個，大致均一地分配同程度的壓力、同程度的流量、同程度的流速等。
電化學元件E的電化學反應部43，全體構成為膜狀。電化學反應部43的表背面之中，於與筒狀支撐體31相反側之面，藉由接著材29接著集電構件26。接著在使其他電化學元件E的背面39與集電構件26接觸的狀態或者藉由熔接等而接合的狀態，並列配置複數之電化學元件E。
於集電構件26，使用具有導電性、氣體透過性、在電化學元件E的並列配置方向具有彈性的構件。例如，於集電構件26，使用用了金屬箔的延展金屬或金屬網目、毡樣構件。於接著材29，使用具有導電性、氣體透過性的材料。例如於接著材29，使用陶瓷系接著材。藉此使集電構件26及接著材29具有氣體透過性/氣體通流性，由送風機5流通的空氣透過或通流過集電構件26及接著材29而流通至電化學反應部43。
此外，集電構件26於電化學元件E的並列配置方向具有彈性，所以被懸臂式地支撐於氣體歧管17的筒裝支撐體31於並列配置方向也可以位移，電化學模組M對振動或溫度變化等外擾的之穩固性提高。
被並列配置的複數電化學元件E，被挾持於一對終端構件27。終端構件27，為具有導電性可彈性變形的構件，其下端被固定於氣體歧管17。於終端構件27，沿著電化學元件E的並列配置的方向朝向外側延伸的電流導出部28被連接著。電流導出部28被連接於反相器8，把藉由電化學元件E的發電而生的電流往反相器8送。
如圖2A及圖2B所示，被並列配置的電化學元件E，於電化學反應部43的側方具有在電化學反應部43之反應所用的空氣(反應氣體，含有氧化性成分的空氣)流通的氣體供給空間S。接著，複數電化學元件E具有的氣體供給空間S，在筒狀支撐體31的側方相互連通，為連在一起的空間。在此所謂電化學反應部43的側方，是正交於筒狀支撐體31的軸方向與電化學反應部43的並列配置方向雙方之方向。
用圖2A及圖2B詳細說明的話，電化學元件E1具有氣體供給空間S1，電化學元件E2具有氣體供給空間S2，電化學元件E3具有氣體供給空間S3。接著氣體供給空間S1與氣體供給空間S2，中介著電化學元件E2的筒狀支撐體31的側方連通。此外氣體供給空間S2與氣體供給空間S3，中介著電化學元件E3的筒狀支撐體31的側方連通。又，在圖2A及圖2B，氣體供給空間S的箭頭指出電化學反應部43的圖中上側，電化學反應部43的圖中下側之側方也存在著氣體供給空間S。
亦即，被並列配置的複數電化學元件E之中鄰接的2個電化學元件(E1、E2)，且關於電化學反應部43被連接於另一方的電化學元件E2的第1電化學元件E1，與筒狀支撐體31被連接於第1電化學元件E1的第2電化學元件E2，第1電化學元件E1的氣體供給空間S1與第2電化學元件E2的氣體供給空間S2，中介著第2電化學元件E2的筒狀支撐體31的側方連通。
如此氣體供給空間S相互連通著，所以由送風機5流通至收納容器10內部的空氣，到達氣體供給空間S，往電化學反應部43流通。此外，改質氣體由氣體歧管17流通至筒狀支撐體31的內部空間之改質氣體通流部36。改質氣體通流部36，藉由分割體70分割為複數之分割流道A，所以透過各分割流道A改質氣體往電化學反應部43流通。藉此在電化學反應部43進行反應。
＜電化學元件E＞ 於圖3～5顯示電化學元件E的概略構成。電化學元件E具有導電性，具有內部被形成改質氣體通流部36的筒狀支撐體31，以及被設於筒狀支撐體31一方之面，藉由電化學反應進行發電的電化學反應部43。流過改質氣體通流部36的改質氣體，透過筒狀支撐體31之後述的貫通孔38流通至電化學反應部43。電化學反應部43被支撐於筒狀支撐體31，提高電化學元件E全體的機械強度。
＜筒狀支撐體31＞ 筒狀支撐體31(板狀支撐體)，全體為平板或平棒狀，具有長方形的金屬支撐體32、正交於長邊方向的剖面為U字型的U字形構件33(第一板狀體，內部流道形成體)、及蓋部34。金屬支撐體32的長邊與U字形構件33的長邊(對應於U字形的2個頂點之邊)被接合，一方端部在蓋部34塞住。藉此，被構成具有內部空間而全體為平板或平棒狀的筒狀支撐體31。金屬支撐體32，對筒狀支撐體31的中心軸平行配置。
筒狀支撐體31的內部空間，作為改質氣體通流部36發揮機能。於蓋部34被形成反應排放氣體排出口37。對向於被設蓋部34的端部的相反側的端部開口，作為改質氣體流入口35發揮機能。
於內部空間之改質氣體通流部36被配置把改質氣體通流部36分割為複數分割流道A的分割體70。分割體70，如圖7所示，例如為一連串之波板，厚度大致為一定。接著，波板，於一方向反覆形成複數相同形狀的山及谷，與一方向正交的正交方向上延伸形成各山及各谷。圖7之分割體70的場合，以鄰接的山之頂部71間的寬幅大致為一定的方式形成山及谷。例如寬幅d1、d2大致為一定。又，於波板的形狀，山及谷的形狀包含三角形狀、四角形狀及正弦曲線等。例如，波板為波形板(corrugated plate)亦可。
這樣的分割體70，山及谷延伸的方向沿著筒狀支撐體31的中心軸亦即以沿著長邊方向的方式配置於改質氣體通流部36。分割體70的山之頂部71，與金屬支撐體32的下面32b相接，谷的底部73，與面對U字形構件33的改質氣體通流部36的底面33a相接。藉此，於改質氣體通流部36，藉由金屬支撐體32的下面32b與分割體70包圍的空間，形成延伸於筒狀支撐體31的長邊方向的複數分割流道A。此外，於改質氣體通流部36，藉由U字形構件33的底面33a與分割體70包圍的空間，形成延伸於筒狀支撐體31的長邊方向的複數分割流道B。分割流道A與分割流道B，如圖4所示交互形成。
用圖8說明複數分割流道A之改質氣體的流速。改質氣體由氣體歧管17透過位於電化學元件E的下端ED的改質氣體流入口35流通至複數分割流道A。流通至複數分割流道A的改質氣體，沿著筒狀支撐體31的軸方向亦即長邊方向(氣體的流動方向)，由下端ED朝向上端EU流通於各分割流道A內。改質氣體，藉由沿著複數分割流道A流通之整流作用，與流過未被分割的改質氣體通流部36的場合相比，與長邊方向正交之短邊方向(氣流交叉方向)之任意的複數地點之流速大致成一定。
在圖8，顯示筒狀支撐體31的長邊方向的任意複數地點之流速V1～V4。V4顯示在筒狀支撐體31的短邊方向的中央部之改質氣體的流速大小。V3、V2、V1依序為短邊方向的中央部起朝向端部的流速大小。如此圖8所示，於包含筒狀支撐體31的短邊方向的中央部及兩端部的任意複數地點，改質氣體的流速大致為一定。從而，於包含短邊方向的中央部及兩端部的任意複數地點，可以使由分割流道A透過筒狀支撐體31的貫通孔38流通至電化學反應部43的改質氣體的量大致一定。藉此，於短邊方向的中央部及兩端部之任一地點，於電化學元件E全體使進行電化學反應，可以提高發電效率。
又，如前所述，被收容於氣體歧管17的一內部空間之改質氣體，對於電化學元件E的複數分割流道A之各個，大致均一地分配同程度的壓力、同程度的流量、同程度的流速等。如此，於被導入改質氣體的複數分割流道A的各入口，藉由使幾乎不產生改質氣體的壓力差、流量差及流速差，也可以使在分割流道A之改質氣體的流速大致一定。
作為金屬支撐體32、U字形構件33及蓋部34的材料，使用導電性、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。亦即筒狀支撐體31牢固地構成。特別是適宜使用肥粒鐵系不銹鋼。又，為了構成後述的氣體通流禁止部P1，金屬支撐體32、U字形構件33及蓋部34有必要以不使氣體透過的材料形成。
於筒狀支撐體31的材料使用肥粒鐵系不銹鋼的場合，與在電化學反應部43用於材料的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E也不容易受到損傷。因而，以可以實現長期耐久性優異的電化學元件E為佳。
又，作為筒狀支撐體31的材料，以使用熱傳導率高於3Wm-1 K-1 的材料為佳，高於10Wm-1 K-1 的材料進而又更佳。例如不銹鋼的話，熱傳導率為15～30Wm-1 K-1 程度，所以作為筒狀支撐體31的材料為適宜。
此外，作為筒狀支撐體31的材料，以不發生脆性破壞的高韌性材料為進而更佳。與陶瓷材料等相比，金屬材料為高韌性，適宜作為筒狀支撐體31。
於金屬支撐體32，貫通金屬支撐體32的表面與背面設有複數貫通孔38。通過此貫通孔38在筒狀支撐體31的內側與外側之間氣體可以通流。亦即，設有複數貫通孔38的孔區域P2，作為氣體通流容許部P2發揮機能。另一方面，金屬支撐體32或U字形構件33之未被設有貫通孔38的區域，在筒狀支撐體31的內側與外側之間氣體無法通流。亦即，該區域作為氣體通流禁止部P1發揮機能。
＜電化學反應部43＞ 如圖4及圖5所示，電化學反應部43，具有被形成於金屬支撐體32上的電極層44、被形成於電極層44上的中間層45、與被形成於中間層45上的電解質層46。接著，電化學反應部43，進而具有被形成於電解質層46上的反應防止層47，與被形成於反應防止層47之上的對極電極層48。總之，對極電極層48被形成於電解質層46之上，反應防止層47被形成於電解質層46與對極電極層48之間。電極層44為多孔質，電解質層46為緻密。又，於電化學元件E，不設置覆蓋電化學反應部43的側方的全部或一部分的構件，電化學反應部43的側方為開放。
(金屬支撐體32) 金屬支持體32支撐電極層44、中間層45及電解質層46等，保持電化學元件E的強度。總之，金屬支撐體32，擔負作為支撐電化學元件E的支撐體的任務。
作為金屬支撐體32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，金屬支撐體32，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。
金屬支撐體32全體為板狀。接著，金屬支撐體32，設有電極層44之面為表側面，具有由表側面往背側面貫通的複數貫通空間。貫通空間，具有使氣體由金屬支撐體32的背側面往表側面透過的機能。又，彎曲板狀的金屬支撐體32，例如使變形為箱狀、圓筒狀等形狀而使用亦為可能。
於金屬支撐體32的表面，設有作為擴散抑制層的金屬氧化物層(未圖示)。亦即，在金屬支撐體32與後述的電極層44之間，被形成擴散抑制層。金屬氧化物層，不僅設在露出於金屬支撐體32的外部之面，也設在與電極層44之接觸面(界面)。此外，也可以設在貫通空間的內側之面。藉由此金屬氧化物層，可以抑制金屬支撐體32與電極層44之間的元素相互擴散。例如，作為金屬支撐體32使用含鉻的肥粒鐵系不銹鋼的場合，金屬氧化物層主要為鉻氧化物。接著，以鉻氧化物為主成分的金屬氧化物層，抑制金屬支撐體32的鉻原子等往電極層44或電解質層46擴散。金屬氧化物層的厚度，只要是可以兼顧防擴散性能夠高與電阻夠低之厚度即可。 金屬氧化物層可藉由種種手法來形成，但使金屬支撐體32的表面氧化成為金屬氧化物的手法適宜使用。此外，於金屬支撐體32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亦可，藉由電鍍與氧化處理來形成亦可。進而，金屬氧化物層包含導電性高的尖晶石相等亦可。
作為金屬支撐體32使用肥粒鐵系不銹鋼材的場合，與作為電極層44或電解質層46的材料使用的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E也不容易受到損傷。因而，以可以實現長期耐久性優異的電化學元件E為佳。
(電極層) 電極層44，如圖4所示，在金屬支撐體32的表側之面且被設置貫通空間的區域更大的區域，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。被設置貫通空間的區域的全體為電極層44所覆蓋。總之，貫通空間被形成於金屬支撐體32之被形成電極層44的區域之內側。換句話說，所有的貫通空間面對電極層44設置。
作為電極層44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44，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44。因此，不會損傷金屬支撐體32，此外，可以抑制金屬支撐體32與電極層44之元素相互擴散，可實現耐久性優異的電化學元件所以較佳。進而，使用低溫燒成法的話，原材料的操作變得容易所以更佳。
電極層44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44，形成為多孔質之層。電極層44，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。
(中間層) 中間層45(插入層)，如圖4所示，能夠在覆蓋電極層44的狀態下，以薄層的狀態形成於電極層44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45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45，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、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45。因此，不損傷金屬支撐體32，可以抑制金屬支撐體32與電極層44之元素相互擴散，可實現耐久性優異的電化學元件E。此外，使用低溫燒成法的話，原材料的操作變得容易所以更佳。
作為中間層45，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45，適合適用電化學元件E。
(電解質層) 電解質層46，如圖4所示，是在覆蓋電極層44及中間層45的狀態下，以薄層的狀態形成於中間層45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46，如圖4所示，係跨設於中間層45之上與金屬支撐體32之上。如此構成，藉由把電解質層46接合於金屬支撐體32，可以作為電化學元件全體在具有優異的牢固性。
此外，電解質層46，如圖4所示，設置於金屬支撐體32的表側之面且比被設置貫通空間的區域更大的區域。總之，貫通空間被形成於金屬支撐體32之被形成電解質層46的區域之內側。
此外，於電解質層46的周圍，可以抑制來自電極層44及中間層45之氣體的洩漏。進一步說明，在電化學元件E作為SOFC的構成要素使用的場合，在SOFC動作時，氣體由金屬支撐體32的背側通過貫通空間往電極層44流通。在電解質層46接於金屬支撐體32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46全部覆蓋電極層44的周圍，但在電極層44及中間層45的上部設電解質層46，在周圍設密合墊等的構成亦可。
作為電解質層46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46採用氧化鋯系陶瓷的話，能夠讓使用電化學元件E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E使用於SOFC的場合，作為電解質層46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，系統的原燃料使用天然氣或液化石油氣(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46，以藉由低溫燒成法(例如不超越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、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46。因此，可以抑制金屬支撐體32的損傷，此外，可以抑制金屬支撐體32與電極層44之元素相互擴散，可實現性能/耐久性優異的電化學元件E。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46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46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46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46，被構成為複數之層狀的場合，其中至少一部分含有緻密度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47，可以在電解質層46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。作為反應防止層47之材料，只要是可以防止電解質層46的成分與對極電極層48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47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47導入電解質層46與對極電極層48之間，有效果的抑制對極電極層48的構成材料與電解質層46的構成材料之反應，可以提高電化學元件E的性能的長期安定性。反應防止層47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，可以抑制金屬支撐體32的損傷，此外可以抑制金屬支撐體32與電極層44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、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，原材料的操作變得容易所以更佳。
(對極電極層) 對極電極層48，能夠在電解質層46或者反應防止層47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48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48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48，作為陰極發揮機能。
又，對極電極層48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，可以抑制金屬支撐體32的損傷，此外可以抑制金屬支撐體32與電極層44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、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，原材料的操作變得容易所以更佳。
(固體氧化物型燃料電池) 藉著如以上所述構成電化學元件E，在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，可以把電化學元件E作為固體氧化物型燃料電池之發電胞來使用。例如，由金屬支撐體32的背側之面通過貫通空間把含氫的燃料氣體往電極層44流通，往成為電極層44的對極的對極電極層48流通空氣，例如在500℃以上900℃以下的溫度使其工作。如此進行的話，在電解質層46使用傳導氧離子的電解質材料的場合，於對極電極層48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46往電極層44移動。於電極層44，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46使用傳導氫離子的電解質材料的場合，於電極層44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46往對極電極層48移動。於對極電極層48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44與對極電極層48之間發生起電力。在此場合，電極層44作為SOFC的燃料極(陽極)發揮機能，對極電極層48作為空氣極(陰極)發揮機能。
(電化學元件之製造方法) 其次說明電化學元件E之製造方法。
(電極層形成步驟) 在電極層形成步驟，在金屬支撐體32的表側之面之比被設置貫通空間的區域更寬的區域，電極層44以薄膜的狀態形成。金屬支撐體32的貫通孔可藉由雷射加工等來設置。電極層44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、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，為了抑制金屬支撐體32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44的材料粉末與溶媒(分散媒)作成材料糊，塗布於金屬支撐體32的表側之面。接著，把電極層44壓縮成形(電極層平滑化步驟)，在1100℃以下燒成(電極層燒成步驟)。電極層44的壓縮成形，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，電極層的燒成，以在800℃以上1100℃以下之溫度進行為適宜。此外，電極層平滑化步驟與電極層燒成步驟的順序亦可替換。 又，在形成具有中間層45的電化學元件的場合，省略電極層平滑化步驟或電極層燒成步驟，或是使電極層平滑化步驟或電極層燒成步驟包含於後述之中間層平滑化步驟或中間層燒成步驟亦可。 又，電極層平滑化步驟，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。
(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，在金屬支撐體32的表面被形成金屬氧化物層(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(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，都以在可抑制金屬支撐體32的損傷的1100℃以下的處理溫度下實施為佳。此外，後述之中間層形成步驟之燒成步驟時，在金屬支撐體32的表面被形成金屬氧化物層(擴散抑制層)亦可。
(中間層形成步驟) 在中間層形成步驟，是在覆蓋電極層44的狀態下，中間層45以薄層的狀態形成於電極層44之上。中間層45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、脈衝雷射沉積法等)，CVD法等方法。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制金屬支撐體32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45的材料粉末與溶媒(分散媒)作成材料糊，塗布於金屬支撐體32的表側之面。接著，把中間層45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45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45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，可以抑制金屬支撐體32的損傷/劣化，形成強度高的中間層45的緣故。此外，使中間層45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45的燒成溫度降低，越能抑制金屬支撐體32的損傷/劣化，而形成電化學元件E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44及中間層45的狀態下，電解質層46以薄層的狀態形成於中間層45之上。此外，以厚度10μm以下的薄膜狀態形成亦可。電解質層46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、脈衝雷射沉積法等)，CVD法等方法。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制金屬支撐體32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且氣密性及氣體障壁性能高的，優質的電解質層46，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46的材料朝向金屬支撐體32上的中間層45噴射，形成電解質層46。
(反應防止層形成步驟) 在反應防止層形成步驟，反應防止層47以薄層的狀態形成於電解質層46之上。反應防止層47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、脈衝雷射沉積法等)，CVD法等方法。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制金屬支撐體32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47的上側之面平坦，例如於反應防止層47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48以薄層的狀態形成於反應防止層47之上。對極電極層48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、脈衝雷射沉積法等)，CVD法等方法。無論使用哪一種方法的場合，為了抑制金屬支撐體32的劣化，都以在1100℃以下的溫度進行為佳。
如以上所述進行，可以製造電化學元件E。
又，於電化學元件E，中間層45(插入層)與反應防止層47，也可以是不具備任一方或者雙方的型態。亦即，電極層44與電解質層46接觸而形成的型態，或者電解質層46與對極電極層48接觸而形成的型態亦為可能。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。
接著，如以上所述構成電化學元件E，被構成為電化學模組M，在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，可以如以下那樣動作，進行發電。
電化學元件E，如圖2及圖6所示，複數電化學元件E在透過集電構件26及接著材29電氣連接的狀態，並列配置於氣體歧管17。接著被設置蓋部34及反應排放氣體排出口37的上端EU與相反側的下端ED(圖5之紙面中下方的端部)，對氣體歧管17固定。氣體歧管17對改質氣體流入口35使改質氣體流通。又，電化學元件E維持在700℃程度的工作溫度。 但是，在圖5，分割體70由下端ED延伸到被設置反應排放氣體排出口37的上端EU為止。但，分割體70，以不阻礙氣體由反應排放氣體排出口37排出的程度，以與反應排放氣體排出口37不接觸的方式，形成為延伸到離開反應排放氣體排出口37的位置為佳。
流通至改質氣體流入口35的改質氣體，通過被形成於改質氣體通流部36的複數分割流道A朝向反應排放氣體排出口37流動。在其途中，改質氣體的一部分通過貫通孔38由筒狀支撐體31的內側往外側流出，到達電化學反應部43的電極層44。在此，流通於複數分割流道A的改質氣體，如前述圖8所示，於包含筒狀支撐體31的短邊方向的中央部及兩端部的任意複數地點，改質氣體的流速大致為一定。從而，於筒狀支撐體31的短邊方向的任意複數地點，可以使由分割流道A透過筒狀支撐體31的貫通孔38流通至電化學反應部43的改質氣體的量大致一定。 另一方面，由送風機5流通至收納容器10的空氣，到達電化學元件E的氣體供給空間S。接著，空氣由氣體供給空間S，通過集電構件26及接著材29，或者由電化學反應部43的側方直接到達電化學反應部43的對極電極層48。
如此進行的話，對極電極層48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46往電極層44移動。於電極層44，包含於被流通的改質氣體的氫H2 與氧離子O2- 反應，生成水H2 O與電子e- 。此外，包含於被流通的改質氣體的一氧化碳CO與氧離子O2- 反應，生成二氧化碳CO2 與電子e- 。藉由以上的反應，在電極層44與對極電極層48之間發生起電力。
集電構件26中介著接著材29被連接於一電化學反應部43的對極電極層48，該集電構件26接觸於其他筒狀支撐體31的背面39。如此進行使複數電化學元件E串聯連接，所以發生於電化學元件E的起電力相加的電壓，產生於電流導出部28。
到達改質氣體通流部36的終端的改質氣體，與在電化學反應部43未被消耗的殘餘之氫氣一起，作為反應排放氣體由反應排放氣體排出口37排出至電化學元件E的外部。由反應排放氣體排出口37排出的反應排放氣體，與由送風機5流通至收納容器10的空氣混合，在反應排放氣體排出口37的附近之燃燒部6燃燒，加熱改質器4。
根據前述構成的話，改質氣體，藉由沿著複數分割流道A流動之整流作用，於筒狀支撐體31的短邊方向的任意複數地點，流速大致為一定，流通至電化學反應部43的改質氣體的量大致為一定。藉此，使改質氣體的不足部分，與過剩流通的部分之差變小，於電化學元件E全體使進行電化學反應，可以提高燃料利用率提高電化學元件E的發電效率。
例如，改質氣體流過改質氣體通流部36，在筒狀支撐體31的短邊方向兩端部與中央部改質氣體流速不同的場合，改質氣體越往長邊方向行進，由流速慢的兩端部往電極層44之改質氣體的流通就越為不足，氣體中的改質氣體濃度降低，使電極層44氧化劣化。另一方面，在短邊方向的中央部，在電極層44沒有被利用的改質氣體由電化學元件E上端EU的反應排放氣體排出口37排出。總之，維持濃度高的原樣的改質氣體由反應排放氣體排出口37排出。因此，為了抑制在流速慢的兩端部之電極層44的氧化劣化，抑制電化學反應抑制在電極層44消耗的改質氣體的量的話，於流速快的中央部在電極層44未被利用的改質氣體的量會更為增加。結果，電化學元件E的電化學反應的反應效率降低，發電效率降低。
根據前述本實施型態的話，如前所述，於筒狀支撐體31的短邊方向的任意複數地點改質氣體的流速大致為一定，所以沒有必要配合流速慢的地點抑制電化學反應，可以提高電化學元件E的發電效率。總之，增多在電極層44利用的改質氣體之量可以提高改質氣體的利用率。發電效率，比例於電化學模組M的胞電壓與改質氣體的利用率之積。從而，藉著提高改質氣體的利用率，可以提高發電效率。
又，在本實施型態，電化學反應部43，被形成於金屬支撐體32的大致全面。但是，電化學反應部43，對應於延伸於長邊方向的複數分割流道A之各個，沿著長邊方向被分割形成亦可。例如，對應於一分割流道A一個電化學反應部43在長邊方向延伸形成，對應於其他分割流道A，由一電化學反應部43分離的其他電化學反應部43在長邊方向延伸形成亦可。但是，將電化學反應部43形成於金屬支撐體32的大致全面的場合，與其對各分割流道A分別形成電化學反應部43，不如可簡單地形成電化學反應部43。
其次，參照圖9說明電化學元件E之製造程序。 首先，於金屬支撐體32形成複數貫通孔38(♯1)。貫通孔38之形成，例如可以藉由雷射加工等來進行。藉此，於金屬支撐體32選擇性地設置氣體通流容許部P2(孔區域P2)與氣體通流禁止部P1。
其次，覆蓋金屬支撐體32的孔區域P2全體，設電化學反應部43(♯2)。電化學反應部43，依照電極層44、中間層45、電解質層46、反應防止層47、對極電極層48的順序設置。這些全部以膜的狀態形成於金屬支撐體32上。電化學反應部43的形成，可以適當使用根據印刷或噴霧等之濕式法、氣溶膠沉積法、熔射法、濺鍍法、脈衝雷射沉積法等來進行。
其次，U字形構件33接合於金屬支撐體32，於藉由U字形構件33與金屬支撐體32形成的改質氣體通流部36插入分割體70(♯3)。
最後，把預先形成反應排放氣體排出口37的蓋部34，接合於U字形構件33及金屬支撐體32(♯4)。於各構件的接合，可以使用熔接等適宜的方法。
[其他實施型態] (1)在前述實施型態之電化學元件E，電化學反應部43被配置於改質氣體通流部36之具有內部空間的筒狀支撐體31。但是，電化學反應部43不是被支撐於筒狀支撐體31的型態亦可。
例如，如圖10所示，於筒狀支撐體31省略U字形構件33，僅具有金屬支撐體32(第二板狀體)亦可。於一電化學元件E1，在金屬支撐體32的上面32a配置電化學反應部43。此外，於金屬支撐體32的下面32b被配置具有複數分割流道A及B的分割體70(第一板狀體)，分割體70的山之頂部71與金屬支撐體32的下面32b接觸著。金屬支撐體(第二板狀體)32與分割體(第一板狀體)70構成板狀支撐體。 在此，於分割流道A以使改質氣體由氣體歧管17流通的方式，連接分割流道A與氣體歧管17。從而，在分割流道A，改質氣體由下端ED朝向上端EU流動。分割流道A與電極層44中介著金屬支撐體32對向著，使流過分割流道A的改質氣體透過金屬支撐體32的貫通孔38流通至電極層44。另一方面，於分割流道B，空氣由送風機5流通，空氣由下端ED朝向上端EU流動。此外，於一電化學元件E1，電化學反應部43的表背面之中，於與金屬支撐體32相反側之面，藉由接著材29接著集電構件26。
接著在使一電化學元件E1的集電構件26與其他電化學元件E2的分割體70接觸的狀態或者藉由熔接等接合的狀態，並列配置複數之電化學元件E。在此場合，一電化學元件E1的集電構件26，與其他電化學元件E2的分割體70的分割流道B接觸著。集電構件26及接著材29具有氣體透過性，流過其他電化學元件E2的分割體70的分割流道B的空氣，流通至一電化學元件E1的對極電極層48。 藉由這樣的構成，電化學反應部43使改質氣體與空氣流通而發生電化學反應，進行發電。 於圖10顯示電化學元件E1與其他電化學元件E2中介著集電構件26而接觸之例，省略集電構件26亦可。在此場合，也是於分割流道B空氣由送風機5(圖1)流通，空氣由下端ED朝向上端EU流動。
在前述內容，於各分割體70，因為山的頂部71與金屬支撐體32的下面32b接觸著，所以複數流道完全被分割形成分割流道A。但是，分割體70與金屬支撐體32一起形成封閉空間的話，各分割流道沒有必要完全被分割。例如，左端部之分割體70的山的頂部71及右端部之分割體70的山的頂部71，與金屬支撐體32的下面32b接觸形成空間，其他的分割體70的山及谷形成可相互連通至該空間內的複數流道亦可。
又，分割體70，沿著電化學元件E的長邊方向延伸，藉此，分割體70的山及谷沿著電化學元件E的長邊方向延伸。
(2)在前述實施型態，分割體70使用波板。但是分割體70的形狀不限於此，例如圖11所示，為剖面視圖的形狀為具有梯形(台形)狀之分割流道A的分割體70亦可。圖11的分割體70的場合，於剖面視圖，山及谷交互形成，山的頂面74及谷的底面75為交互的平行直線狀，山的頂面74與谷的底面75藉由斜面76連接。
這樣的分割體70被配置於改質氣體通流部36的場合，山的頂面74與金屬支撐體32的下面32b相接，谷的底面75與U字形構件33的面對改質氣體通流部36的底面33a相接。藉此，於改質氣體通流部36，藉由金屬支撐體32的下面32b與分割體70包圍的空間，形成延伸於筒狀支撐體31的長邊方向的複數分割流道A。此外，於改質氣體通流部36，藉由U字形構件33的底面33a與分割體70包圍的空間，形成延伸於筒狀支撐體31的長邊方向的複數分割流道B。分割流道A與分割流道B，如圖11所示交互形成。 在此，例如分割流道A的寬幅d3及分隔流道B的寬幅d4大致為相同亦可，寬幅d3比寬幅d4更大亦可。寬幅d3大的場合，流通於分割流道A內的改質氣體的量多，可以增大發電效率，為較佳。
此外，例如圖12所示，具有剖面視圖的形狀為上方開口的U字形的分割流道A之分割體70亦可。圖12的分割體70的場合，與剖面視圖，被形成對底壁77延伸往上方的複數縱壁78。鄰接的縱壁78間之間形成分割流道A。這樣的分割體70被配置於改質氣體通流部36的場合，底壁77與U字形構件33的面對改質氣體通流部36的底面33a相接，縱壁78的頂部78a，與金屬支撐體32的下面32b相接。藉此，於改質氣體通流部36，藉由金屬支撐體32的下面32b與分割體70包圍的空間，形成延伸於筒狀支撐體31的長邊方向的複數分割流道A。 其他，亦可為具有剖面視圖的形狀為長方形狀、正方形狀及三角形狀等的流道之分割體70。
(3)在前述實施型態，如圖6及圖7所示，分割體70的山之頂部71，與金屬支撐體32的下面32b相接，谷的底部73，與面對U字形構件33的改質氣體通流部36的底面33a相接。總之，所有的分割流道A相互分離。 但是，沿著複數分割流道A根據改質氣體流動之整流作用若能確保到某個程度的話，於分割體70的山的頂部71與金屬支撐體32的下面32b之間，至少一部分被形成間隙亦可。在此場合，藉由分割體70的山及谷形成複數分割流道A而於間隙至少一部分分割流道A彼此連通，並非各個完全分離。
例如，於所有的分割流道A，分割體70的山的頂部71，與金屬支撐體32的下面32b之間被形成間隙亦可。此外，於氣流交叉方向的兩端之分割流道A，分割體70的山的頂部71與金屬支撐體32的下面32b接觸而於其他的兩端以外的分割流道A，分割體70的山的頂部71與金屬支撐體32的下面32b之間被形成間隙亦可。
如前述構成那樣分割流道A連通的場合，改質氣體也於改質氣體通流部36藉著流過複數分割流道A，沿著複數分割流道A之各個而被導引流通。從而，藉由根據流過複數分割流道A之整流作用，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43的氣體的量大致為一定，可以提高電化學元件E的電化學反應的反應效率提高發電效率。
(4)在前述實施型態，分割體70於筒狀支撐體31的長邊方向大致以同一形狀延伸。但是，分割體70，以在長邊方向的任意處改變形狀的方式形成亦可。 例如使改質氣體流通於分割流道A及B的場合，如圖13及圖14所示，分割體70，於長邊方向由例如2個不同形狀的分割流道連接形成。在圖13，紙面近側的分割體70a與紙面遠側的分割體70b，其分別的分割體70a的山及谷的剖面視圖之相位大致差了180°。藉此，分割體70a之例如分割流道B1、B2、B3、B4，對應於分割體70b之例如分割流道A1a、A2a、A3a、A4a而配置。從而，沿著分割體70a的分割流道B1流動的改質氣體，被送進分割體70b的分割流道A1a，沿著分割流道A1a流動。同樣地，沿著分割體70a的分割流道B2、B3、B4流動的改質氣體，被送進分割體70b的分割流道A2a、A3a、A4a，沿著分割流道A2a、A3a、A4a流動。
另一方面，分割體70a之例如分割流道A1、A2、A3、A4，對應於分割體70b之例如分割流道B1a、B2a、B3a、B4a而配置。從而，沿著分割體70a的分割流道A1、A2、A3、A4流動的改質氣體，被送進分割體70b的分割流道B1a、B2a、B3a、B4a，沿著分割流道B1a、B2a、B3a、B4a流動。
藉著如此構成分割流道A、B、Aa、Ba，可以使在分割體70a流通於與金屬支撐體32分離的分割流道B的改質氣體，於分割體70b流通至面對金屬支撐體32的分割流道Aa。藉此，可以使因流通於分割體70a的分割流道B而未流通至電化學反應部43的改質氣體，流至分割體70b的分割流道Aa，由分割流道Aa透過金屬支撐體32流通至電化學反應部43。因此，增多在電極層44利用的改質氣體之量可以提高改質氣體的利用率，提高發電效率。總之，於電極層44，在下端ED的改質氣體流入口35側的端部，與電化學元件E的上端EU的反應排放氣體排出口37側的端部，成為可以適度調整改質氣體濃度，可以防止前述課題之在反應排放氣體排出口37側的端部之改質氣體不足導致反應效率降低。
此外，在分割體70a，藉著改質氣體由分割流道A流通至電化學反應部43，沿著分割流道A電化學反應部43變成高溫。另一方面，在分割體70b，不使改質氣體從不面對電化學反應部43的分割流道B流通，所以可抑制沿著分割流道B的電化學反應部43的高溫化。同樣地，在分割體70b，沿著分割流道Aa的電化學反應部43變成高溫，而沿著分割流道Ba的電化學反應部43的高溫化被抑制。藉此，於電化學反應部43全體，可以使成為高溫的區域分散，所以可抑制電化學反應部43的劣化。
又，分割體70的長邊方向形狀不同的部分，於長邊方向設於2處以上之複數處亦可。在此場合也與前述同樣地，於波形的分割體70的剖面視圖，長邊方向相互鄰接的一方之波形的相位與另一方波形的相位大致差180°的方式形成。
(5)在前述實施型態，如圖7所示，以鄰接的山之頂部71間的寬幅大致為一定的方式形成山及谷，但是不限於此。例如，於短邊方向的任意複數地點之改質氣體的流速不同的場合，因應於改質氣體的流速而使山的頂部71間的寬幅d1等有所不同亦可。例如，在改質氣體的流速快的分割流道A，增大山的頂部71間的寬幅d1亦可。
(6)在前述實施型態，筒狀支撐體31的改質氣體通流部36被連接於氣體歧管17，改質氣體流通於分割流道A及分割流道B雙方。分割流道B，與電化學反應部43分離，無法使改質氣體流通至電化學反應部43。在此，僅分割流道A連接於氣體歧管17，使改質氣體僅流通至分割流道A亦可。此外，以改質氣體不流至分割流道B的方式塞住分割流道B的開口亦可。藉此，可以減少未流通至電化學反應部43未被利用於發電的改質氣體的量。
(7)在前述實施型態，電化學反應部43，具有電極層44、中間層45、電解質層46、反應防止層47及對極電極層48，依照此順序被層積於金屬支撐體32。但是，層積順序相反亦可。例如，電化學反應部43，依照對極電極層48、反應防止層47、電解質層46、中間層45及電極層44的順序被層積於金屬支撐體32亦可。
(8)在前述實施型態，電化學反應部43，被形成於筒狀支撐體31的表面(圖4之金屬支撐體32(第二板狀體)的上面32a)。但是，電化學反應部43被配置於改質氣體通流部36(內部流道)內，被形成於與筒狀支撐體31的表面相反之面亦可。
(9)在前述實施型態，如圖6等所示於金屬支撐體32設置貫通孔38。但是，替代在金屬支撐體32設貫通孔38，而在U字形構件33設貫通孔亦可。在此場合，例如空氣流至筒狀支撐體31的分割流道B，可以使流通於分割流道B的空氣，透過被形成於U字形構件33的貫通孔，流通至鄰接的電化學元件E的對極電極層48。 或者是於金屬支撐體32及U字形構件33雙方設貫通孔亦可。在此場合，使流通於分割流道A的改質氣體透過金屬支撐體32的貫通孔流通至電極層44，可以使流通於分割流道B的空氣透過被形成於U字形構件33的貫通孔，流通至鄰接的電化學元件E的對極電極層48。
(10)在前述實施型態，分割體70由一連串的波板形成。但是，於筒狀支撐體31的改質氣體通流部36，改質氣體成為複數氣流而流通的話，分割體70沒有必要由一連串的波板形成。例如，使改質氣體為各氣流的被分為各個的在長邊方向延伸的流道做為分割體70被配置於改質氣體通流部36亦可。
(11)在前述實施型態，於金屬支撐體32形成貫通孔38。但是，例如於金屬支撐體32設開口部，於該開口部嵌入氣體透過構件亦可。於金屬支撐體32，使用與前述實施型態相同材料之具有導電性與氣體不透性的金屬或金屬氧化物。於氣體透過構件，使用具有導電性與氣體透過性的材料。例如，使用多孔質金屬或金屬氧化物。金屬支撐體32的氣體透過部被嵌入的區域成為氣體通流容許部P2，形成金屬支撐體32的開口部的框體之區域成為氣體通流禁止部P1。
(12)藉著把前述實施型態之電化學元件E，利用於作為電化學裝置之固體氧化物型燃料電池，可以提高電化學元件E的電化學反應的反應效率，提高發電效率。此外，藉著把前述實施型態的電化學元件E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，可以提高電化學元件E的電化學反應的反應效率。
(13)在前述實施型態，說明了增多在電極層44利用的改質氣體之量提高改質氣體的利用率，可以提高把燃料等的化學能變換為電能的效率之構成。 總之，在前述實施型態，使電化學反應部43作為燃料電池動作，對電極層44流通以氫氣，在對極電極層48流通以氧氣。如此進行的話，於對極電極層48氧分子O2 與電子e- 反應產生氧離子O2- 。該氧離子O2- 通過電解質層46往電極層44移動。於電極層44，氫分子H2 與氧離子O2- 反應，生成水H2 O與電子e- 。藉由以上的反應，在電極層44與對極電極層48之間產生起電力，進行發電。
另一方面，使電化學反應部43作為電解胞動作的場合，對電極層44流通以含有水蒸氣或二氧化碳的氣體，在電極層44與對極電極層48間施加電壓。如此一來，於電極層44電子e- 與水分子H2 O、二氧化碳分子CO2 反應成為氫分子H2 或一氧化碳CO與氧離子O2- 。氧離子O2- 通過電解質層46往對極電極層48移動。於對極電極層48，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43生成的氫及一氧化碳等合成碳化氫等種種化合物等之燃料變換器。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43，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。
在圖17所示的能源系統Z，電化學模組M(電化學裝置100的一部分)具有複數電化學元件E與氣體歧管17以及氣體歧管171。複數電化學元件E以相互電氣連接的狀態並列配置，電化學元件E之一方的端部(下端部)被固定於氣體歧管17，另一方的端部(上端部)被固定於氣體歧管171。於電化學元件E的一方端部(下端部)，複數分割流道A及複數分割流道B之至少任一接受水蒸氣及二氧化碳的供給。接著，在電化學元件E的電化學反應部43發生前述反應。接著，與複數分割流道A及複數分割流道B之至少任一的另一方端部(上端部)統括連通，藉由出口所具備的氣體歧管171可以效率佳地收集在電化學反應部43生成的氫及一氧化碳等。 藉由使圖17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17中的熱交換器23，作為使藉由電化學元件E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93，使電力流通至電化學元件E。藉此，如前所述電化學元件E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。
(14)在前述圖10，板狀支撐體，藉由金屬支撐體(第二板狀體)32與分割體(第一板狀體)70構成。在此，金屬支撐體(第二板狀體)32與分割體(第一板狀體)70，係由分別的板狀體構成亦可，如圖15所示由一個板狀體構成亦可。圖15的場合，藉著一個板狀體被折彎，使金屬支撐體32與分割體70重合。接著，藉著周緣部1a被熔接等使金屬支撐體32與分割體70一體化。又，金屬支撐體32與分割體70由一連串沒有接縫的板狀體構成亦可，藉著一連串板狀體被折彎如圖15那樣成形亦可。 此外，稍後會敘述，但第一板狀體亦即分割體70由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。同樣地，第二板狀體亦即金屬支撐體32由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。
此外，在圖4，筒狀支撐體31(板狀支撐體)，由U字形構件(第一板狀體)33、與金屬支撐體32(第二板狀體)形成。此外，於改質氣體通流部(內部流道)36，具備把改質氣體通流部36分割為複數分割流道A的分割體(第一板狀體，複數流道形成體)70。在此，U字形構件33(第一板狀體)與金屬支撐體32(第二板狀體)，亦可由分別的板狀體構成亦可，如前所述由一個板狀體或一連串的板狀體構成亦可。進而，U字形構件33(第一板狀體)，金屬支撐體32(第二板狀體)，與分割體(第一板狀體，複數流道形成體)70，亦可如前所述由一個板狀體或一連串的板狀體構成。 此外，第一板狀體亦即U字形構件33由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。此外，稍後會敘述，但第一板狀體亦即分割體70，由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。進而，第二板狀體亦即金屬支撐體32由一個構件構成亦可，由2個以上的構件構成亦可。
(15)前述的分割體70，把改質氣體通流部36分割為複數分割流道A。此分割體70，沿著電化學元件E的下端ED與上端EU之間的長邊方向亦即沿著改質氣體的通流方向延伸。分割體70，在下端ED與上端EU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。分割體70，例如由沿著沿長邊方向的方向分離的2個以上波狀的板狀體構成亦可，由沿著沿短邊方向的方向分離的2個以上波狀的板狀體構成亦可。
此外，分割體70，如圖7所示藉著同一形狀的山及谷反覆被形成而構成波形。但是，分割體70具有板狀部分亦可。例如，分割體70，亦可藉著板狀部分與突狀部分交互形成而構成。接著，可以使突狀部分為改質氣體等流體通流的部分。
(16)前述分割體70，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。分割體70，例如於下端ED與上端EU之間，長邊方向的一部分為平板狀，其餘為波板狀亦可。此外，分割體70於短邊方向的一部分為平板狀，其餘為波板狀亦可。 圖16之分割體70，一部分構成為波板狀，其餘構成為平板狀。如圖16所示，長邊方向的下端ED側設有平板狀部分PD，長邊方向的上端EU側設有平板狀部分PU。接著，圖16的分割體70，在平板狀部分PD與平板狀部分PU之間，具有波板狀部分W。波板狀部分W，把改質氣體通流部36分割為複數分割流道A。
於圖16的分割體70，於下端ED側的平板狀部分PD，設有由平板狀部分PD突出的至少1個構造體130。圖16的場合設有複數構造體130。鄰接的構造體130之間成為凹狀，形成作為改質氣體可通過的凹狀流道。從而，藉由突出的構造體130成為妨礙改質氣體通流的障壁，於改質氣體的通流產生壓力損失。接著，藉由構造體130產生壓力損失的狀態之改質氣體，通過構造體130間的凹狀流道。 藉由這樣的構成，構造體130，把被導入平板狀部分PD的改質氣體，暫時貯留於平板狀部分PD，同時由平板狀部分PD大致均一地供給至複數分割流道A。從而，流通於各分割流道A內的改質氣體的分布，亦即改質氣體的流速、流量及壓力等大致為一定。藉此，於電化學反應部，改質氣體不足的部分，與改質氣體過剩流通的部分之差變小，於電化學元件全體使進行電化學反應，可以提高改質氣體的利用率，提高電化學元件的反應效率。 又，構造體130，於上端EU側亦可設於平板狀部分PU。
(17)在圖4、圖6、圖8、圖10、圖15，顯示金屬支撐體32與分割體70於複數點接觸，複數之分割流道完全被劃分之例。但是，不一定要金屬支撐體32與分割體70於複數點未接觸而複數流道完全被劃分，只要可以得到流過各流道的氣體的流速，在氣流交叉方向的任意複數地點大致為一定之整流作用即可。
(18)在前述氣體通流容許部P2，筒狀支撐體31(板狀支撐體)的金屬支撐體32(第二板狀體)之至少一部分區域，以於厚度方向貫通金屬支撐體32的複數貫通孔38被配置為矩陣狀的方式形成(圖9等)。 但與此不同，在氣體通流容許部P2，替代於厚度方向貫通金屬支撐體32的前述複數貫通孔38，被形成沿著大致正交於厚度方向的方向延伸的獨立孔亦可。該獨立孔，於延伸方向的至少任一地點於厚度方向上貫通金屬支撐體32。例如，該獨立孔，對應於各分割流道A各個而延伸於大致正交於該厚度方向的方向，且在延伸方向的至少任一地點貫通金屬支撐體32而連通至分割流道A。接著，各獨立孔，與鄰接的獨立孔不連通。 此外，在氣體通流容許部P2，替代前述複數貫通孔38，而於金屬支撐體32的至少一部分區域被形成三次元(網目狀)連續孔亦可。例如，該連續孔，於多孔質性的金屬支撐體32，各孔連續地被連結形成。該連續孔，於連續孔之任一地點貫通著金屬支撐體32。
(19)於圖2，顯示於流道的氣體流通的入口具備氣體歧管17的場合。但是，於流道的氣體流通的出口具備氣體歧管亦可，在此場合，可以效率佳地收集根據電化學反應之排出氣體或生成氣體。
(20)於前述實施型態，電化學裝置，具備具複數電化學元件的電化學模組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，在前述的實施型態(包含其他實施型態，以下亦同)所揭示的構成，在不產生矛盾的前提下，可以與在其他實施型態揭示的構成組合而適用，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。
17‧‧‧氣體歧管 31‧‧‧筒狀支撐體 32‧‧‧金屬支撐體 32a‧‧‧上面 32b‧‧‧下面 33‧‧‧U字形構件 36‧‧‧改質氣體通流部 38‧‧‧貫通孔 43‧‧‧電化學反應部 44‧‧‧電極層 45‧‧‧中間層 46‧‧‧電解質層 47‧‧‧反應防止層 48‧‧‧對極電極層 70‧‧‧分割體 A‧‧‧分割流道 B‧‧‧分割流道 E‧‧‧電化學元件 E3‧‧‧電化學元件 ED‧‧‧下端 EU‧‧‧上端 Ea‧‧‧下端 P1‧‧‧氣體通流禁止部 P2‧‧‧氣體通流容許部
圖1係顯示相關於實施型態之能源系統的全體構成之概略圖。 圖2A係關於實施型態的電化學模組之說明圖。 圖2B係關於實施型態的電化學模組之說明圖。 圖3係關於實施型態之電化學模組之說明圖。 圖4為圖3之IV-IV方向的剖面圖。 圖5為圖3之V-V方向的剖面圖。 圖6為圖2A之VI-VI方向的剖面圖。 圖7係分割體之立體圖。 圖8係顯示在各分割流道A的流速之說明圖。 圖9係顯示電化學元件的製造步驟之說明圖。 圖10係顯示關於其他型態的電化學模組的說明圖。 圖11係其他分割體的立體圖。 圖12係其他分割體的立體圖。 圖13係其他電化學模組的說明圖。。 圖14係其他分割體的立體圖。 圖15係關於其他型態的電化學模組的說明圖。 圖16係其他分割體的說明圖。 圖17係顯示其他能源系統的全體構成之概略圖。
31‧‧‧筒狀支撐體
32‧‧‧金屬支撐體
32a‧‧‧上面
32b‧‧‧下面
33‧‧‧U字形構件
33a‧‧‧底面
36‧‧‧改質氣體通流部
38‧‧‧貫通孔
39‧‧‧背面
43‧‧‧電化學反應部
44‧‧‧電極層
45‧‧‧中間層
46‧‧‧電解質層
47‧‧‧反應防止層
48‧‧‧對極電極層
70‧‧‧分割體
71‧‧‧頂部
73‧‧‧底部
P1‧‧‧氣體通流禁止部
P2‧‧‧氣體通流容許部
A、A1、A2、A3、A4‧‧‧分割流道
B、B1、B2、B3、B4‧‧‧分割流道

Claims (16)

  1. 一種電化學元件，其特徵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，於該板狀支撐體之至少一部分，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；前述板狀支撐體，於前述內部流道內形成氣體在同方向流通的複數之流道。
  2. 如申請專利範圍第1項之電化學元件，其中前述板狀支撐體，包含第一板狀體，與至少於前述內部流道形成複數流道之第二板狀體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中前述板狀支撐體，具有形成前述內部流道的內部流道形成體，以及被收容於前述內部流道，形成前述複數流道的複數流道形成體。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中前述板狀支撐體之至少一部分以成為波狀的方式構 成。
  5. 如申請專利範圍第3項之電化學元件，其中前述複數流道形成體之至少一部分以成為波狀的方式構成。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中前述板狀支撐體，至少藉由第一板狀體及第二板狀體形成，藉由前述第一板狀體與前述第二板狀體接觸之接觸部，以及前述第一板狀體不與前述第二板狀體接觸之非接觸部，於前述內部流道內形成前述複數之流道。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中前述板狀支撐體，被形成為延伸於長邊方向的板狀，前述複數流道沿著前述長邊方向延伸。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中前述氣體通流容許部，為設有貫通前述板狀支撐體之至少一部分的複數貫通孔之孔區域。
  9. 一種電化學元件，其特徵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，於該板狀支撐體之至少一部分，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；前述板狀支撐體，於前述內部流道內形成複數之流道；前述板狀支撐體，至少藉由第一板狀體及第二板狀體形成，前述第一板狀體沿著板狀面一體地形成，或者被分割而形成為一連串。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中進而具備與前述複數流道統括連通而使前述氣體流通的歧管。
  11. 一種電化學模組，其特徵為具有：複數個申請專利範圍第1~10項之任一項之電化學元件，以一電化學元件與其他電化學元件被電氣連接的型態，而且以使前述板狀支撐體彼此對向的型態，並列配置複數之前述電化學元件而成。
  12. 一種電化學裝置，其特徵為至少具有申請專利範圍第1~10項之任一項之電化學元件或者申請專利範圍第11項之電化學模組與燃料變換 器；在前述電化學元件或者前述電化學模組與前述燃料變換器之間流通含有還原性成分的氣體。
  13. 一種電化學裝置，其特徵為至少具有申請專利範圍第1~10項之任一項之電化學元件或者申請專利範圍第11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之反相器。
  14. 一種電化學裝置，其特徵為具有申請專利範圍第1~10項之任一項之電化學元件或者申請專利範圍第11項之電化學模組、燃料變換器，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模組之電力變換器。
  15. 一種電化學裝置，其特徵為具有對申請專利範圍第1~10項之任一項之電化學元件或者申請專利範圍第11項之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. 一種能源系統，其特徵為具有申請專利範圍第12~15項之任一項之電化學裝置，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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