(57)【要約】【課題】内部マニホールド構造のインターコネクタが、より小型で低コストに形成できるようにする。【解決手段】小面積電極側インターコネクタ１００は、小面積電極となる空気極１４３の側に配置された第１インターコネクタ板１０１と、第１インターコネクタ板１０１の上に積層された第２インターコネクタ板１０２と、第２インターコネクタ板１０２の上に形成された第３インターコネクタ板１０３とを備える。第３インターコネクタ板１０３は、第１の電極開口部１１３と同じ領域に、絞り加工により形成されて空気極１４３の側に突出した段差部による流路領域１３３を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、前記電解質層の一方の面に形成された燃料極と、前記電解質層の他方の面に形成された空気極とから構成されて積み重ねられた複数の単セルからなるスタック構造の固体酸化物形燃料電池の隣り合う前記単セルの間に配置されて金属材料から構成された固体酸化物形燃料電池用のインターコネクタであって、
前記インターコネクタの、空気極もしくは燃料極のうち前記電解質層より小さい面積に形成された小面積電極の側に配置された小面積電極側インターコネクタは、
前記小面積電極の側に配置された第１インターコネクタ板と、
前記第１インターコネクタ板の上に積層された第２インターコネクタ板と、
前記第２インターコネクタ板の上に形成された第３インターコネクタ板と
を備え、
前記第１インターコネクタ板は、前記小面積電極の領域が開口した第１の電極開口部，前記第１の電極開口部の周囲に配置された第１マニホールド孔，第２マニホールド孔，第３マニホールド孔，第４マニホールド孔を備え、
前記第２インターコネクタ板は、前記第１の電極開口部と同じ領域から前記第１マニホールド孔および第２マニホールド孔と同じ領域にかけて形成された第２の電極開口部，前記第３マニホールド孔および第４マニホールド孔と同じ領域に形成された第５マニホールド孔および第６マニホールド孔を備え、
前記第３インターコネクタ板は、前記第１の電極開口部と同じ領域に、絞り加工により形成された前記小面積電極の側に突出した段差部による流路領域，第１マニホールド孔，第２マニホールド孔，第３マニホールド孔，第４マニホールド孔と同じ領域に形成された第７マニホールド孔，第８マニホールド孔，第９マニホールド孔，第１０マニホールド孔を備え、
前記第１の電極開口部は、前記電解質層より小さく前記小面積電極より大きい面積に形成され、
前記第１の電極開口部の周囲の前記第１インターコネクタ板は、前記小面積電極の周囲の前記電解質層に当接し、
前記第３インターコネクタ板に形成された前記段差部の絞り深さは、前記第１インターコネクタ板および前記第２インターコネクタ板の板厚の和とされ、前記段差部の凸部は、前記小面積電極に接する状態とされている
ことを特徴とするインターコネクタ。
【請求項２】
請求項１記載のインターコネクタにおいて、
前記第１マニホールド孔および前記第３マニホールド孔は、前記第１の電極開口部を挟む２つの領域の一方に配置され、
前記第２マニホールド孔および前記第４マニホールド孔は、前記第１の電極開口部を挟む２つの領域の他方に配置されている
ことを特徴とするインターコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池で用いられるインターコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固体酸化物からなる平板状の電解質層と、電解質層の一方の面に形成した空気極と、電解質層の他方の面に形成した燃料極とで単セルを形成した固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells：ＳＯＦＣ）が知られている。このような燃料電池では、燃料極に燃料ガスを供給し、空気極に酸化剤ガスを供給して酸化還元反応を行わせることにより、水の電気分解の逆の反応を利用して発電している。固体酸化物形燃料電池は、高いエネルギー変換効率を有するとともに、二酸化炭素の排出を抑えた発電が行えるため、多くの研究機関で開発が盛んに行われている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池を実際に動作させる際には、実用上十分な発電量を得るために単セルを積み重ねてスタック化して直列接続している。このようなスタック構造では、燃料極側を還元雰囲気に、空気極側を酸化雰囲気に保つとともに、十分な発電効率を得るために電解質のイオン伝導性を確保して容易に電気化学反応が起こる８００−１０００℃程度の高温に燃料電池本体を保つ必要がある。これを実現するために、隣り合う単セル間で互いに異なる雰囲気に晒される燃料極と空気極との間を、ガス不透過でかつ電気伝導性のある部品で電気的に接続し、各電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを適正に分配および供給する目的で、各単セル間に金属で作られたインターコネクタ（セパレータ）が配置される。また、単セルとインターコネクタとの間には、これらの電気的な接続を確実にするために金属からなる集電部材が配設されている。
【０００４】
単セルと、この単セルを収容するインターコネクタと、単セルとインターコネクタとの間に配設される集電部材とを備えた単セルスタックを積み重ね、インターコネクタを介してマニホールドから供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを各単セルに供給する。この状態で、スタックの一端および他端のインターコネクタを端子とする電池の電気回路を構成することにより、固体酸化物形燃料電池は、所定のレベルの電圧を生成することができる。
【０００５】
上述した固体酸化物形燃料電池で用いられるインターコネクタには、セラミックの作製工程で生じる単セルの微妙な形状の差異によることなく燃料ガスを単セルの反応界面まで均一に供給するために、集電部材や接触する面に複数個の溝や柱状の突起物が形成されている。この面に導かれた燃料ガスは、形成されている溝や突起物の配置に沿ってインターコネクタと集電部材との間を流れていくことにより、面内に一様に広がる。このように一様に広がった後、燃料ガスや酸化剤ガスは、集電部材を透過して単セルに到達する。これにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスは、単セルの燃料極または空気極に対して均一に供給されることとなる。
【０００６】
これまでに、発明者らは、金属板に精密加工により溝や突起物を形成したインターコネクタと、燃料極側ガスと空気極側ガスを隔てるための金属箔とで構成した平板燃料極支持型固体酸化物形燃料電池を開発している（特許文献１参照）。
【０００７】
この技術では、固体酸化物形燃料電池のスタックは、単セル（インターコネクタ）の中心部より、燃料極（アノード）に燃料を供給し、空気極（カソード）に酸化剤を供給する中心吹き出し構造となっている。この構造によれば、酸素分圧差の大きい面を最大化しやすく高出力を得やすいという特徴がある。また、平面視で単セル外周部に用いられるガラスシール材が不純物として供給ガスに混入し、電極を劣化させる影響も最小化できる。
【０００８】
しかしながら、実用サイズの単セルで上述した中心供給流路を構成するには、一定以上の強度（厚み）をもった金属板よりインターコネクタを構成することになるため、重量が大きく、単セルを積み重ねた方向の厚さが大きくなりやすい。
【０００９】
ところで、固体酸化物形燃料電池は、近年小型化と軽量化が望まれている。上述したような中心供給の構造ではインターコネクタが厚く、重量が増加するため、近年の傾向には適合しない構造となっている。これに対し、スタックの構成を単セルの外周からガスを供給する方法（サイドフロー）とすることで、インターコネクタを薄くすることができ、重量の増加も抑制できるため、小型化および軽量化には適している。ただし、このサイドフローの構成においても、中心吹き出し構造の場合と同様に、電極面内の酸素分圧差の大きい領域を維持し、かつガラスシール材などの電極への影響を最小化した構造とすることが望ましい。
【００１０】
また、インターコネクタのガス流路に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するには、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給する配管を、使用する単セルと同数分岐し、また、分岐した配管とインターコネクタのガス流路溝とを接続する配管部品が必要となる。この部品は、マニホールドと呼ばれ、上述したように燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給配管を直接溝に連結するタイプを外部マニホールドと呼ぶ。
【００１１】
また、マニホールドには、構造をより簡単にした内部マニホールドと呼ぶ形式のものがある。内部マニホールドは、ガス流路を形成したインターコネクタに貫通した孔を設け、ガス流路の出入り口をこの孔に連結し、この孔から反応ガスを供給し、生成ガスを排出するものである。特許文献１によれば、この内部マニホールド構造を簡単に実施できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１１７７３７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】http://magnex.co.jp/products/
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
さらに、インターコネクタに形成された溝や突起物は、金属平板に切削加工やエッチング処理を施すことによって作製されている。固体酸化物形燃料電池は、近年小型化や低コスト化が望まれており、これを実現するには、インターコネクタを形成するもととなる金属平板はより薄いものを用いるのが望ましい。また、加工方法については、製造効率の向上や低コスト化を図るために、切削加工やエッチング処理よりも、例えばプレス加工やパンチング加工などの加工方法を用いるのが望ましい（非特許文献１参照）。
【００１５】
しかしながら、上述した内部マニホールド構造のインターコネクタを、プレス加工などにより成形する場合、ガス流路などを構成する段差部を高い強度とすることが容易ではなく、スタック構造に組み立てる際に、積み重ねる方向に加えられる荷重に耐えられず、変形する場合が発生する。ガス流路となる段差部では、インタコネクタを配置する電極構造体の表面に段差部の凸部を接触させることになる。従って、段差部には、上述した組み立てによる荷重が加わることになり、薄くされた金属板からプレス加工などにより成形された段差部は、加えられた荷重に耐えることができずに変形するという問題が発生する。このように、従来では、内部マニホールド構造のインターコネクタが、より小型で低コストに形成することが容易ではないという問題があった。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、内部マニホールド構造のインターコネクタが、より小型で低コストに形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係るインターコネクタは、電解質層と、電解質層の一方の面に形成された燃料極と、電解質層の他方の面に形成された空気極とから構成されて積み重ねられた複数の単セルからなるスタック構造の固体酸化物形燃料電池の隣り合う単セルの間に配置されて金属材料から構成された固体酸化物形燃料電池用のインターコネクタであって、インターコネクタの、空気極もしくは燃料極のうち電解質層より小さい面積に形成された小面積電極の側に配置された小面積電極側インターコネクタは、小面積電極の側に配置された第１インターコネクタ板と、第１インターコネクタ板の上に積層された第２インターコネクタ板と、第２インターコネクタ板の上に形成された第３インターコネクタ板とを備え、第１インターコネクタ板は、小面積電極の領域が開口した第１の電極開口部，第１の電極開口部の周囲に配置された第１マニホールド孔，第２マニホールド孔，第３マニホールド孔，第４マニホールド孔を備え、第２インターコネクタ板は、第１の電極開口部と同じ領域から第１マニホールド孔および第２マニホールド孔と同じ領域にかけて形成された第２の電極開口部，第３マニホールド孔および第４マニホールド孔と同じ領域に形成された第５マニホールド孔および第６マニホールド孔を備え、第３インターコネクタ板は、第１の電極開口部と同じ領域に、絞り加工により形成された小面積電極の側に突出した段差部による流路領域，第１マニホールド孔，第２マニホールド孔，第３マニホールド孔，第４マニホールド孔と同じ領域に形成された第７マニホールド孔，第８マニホールド孔，第９マニホールド孔，第１０マニホールド孔を備え、第１の電極開口部は、電解質層より小さく小面積電極より大きい面積に形成され、第１の電極開口部の周囲の第１インターコネクタ板は、小面積電極の周囲の電解質層に当接し、第３インターコネクタ板に形成された段差部の絞り深さは、第１インターコネクタ板および第２インターコネクタ板の板厚の和とされ、段差部の凸部は、小面積電極に接する状態とされている。
【００１８】
上記インターコネクタにおいて、第１マニホールド孔および第３マニホールド孔は、第１の電極開口部を挟む２つの領域の一方に配置され、第２マニホールド孔および第４マニホールド孔は、第１の電極開口部を挟む２つの領域の他方に配置されているようにすればよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したことにより、本発明によれば、内部マニホールド構造のインターコネクタが、より小型で低コストに形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるインターコネクタの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１におけるインターコネクタの構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２におけるインターコネクタの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１，図２を用いて説明する。 図１は、本発明の実施の形態１におけるインターコネクタの構成を示す断面図であり、図２は、本発明の実施の形態１におけるインターコネクタの構成を示す斜視図である。
【００２３】
このインターコネクタは、燃料極１４１，電解質層１４２，空気極１４３からなる複数の単セル１０４を積み重ねたスタック構造の固体酸化物燃料電池で用いられる。単セル１０４は、電解質層１４２の一方の面に形成された燃料極１４１と、電解質層１４２の他方の面に形成された空気極１４３とから構成されている。図１，図２では、１つの単セル１０４の部分を示している。また、実施の形態１では、平面視矩形の単セル１０４としている。このインターコネクタは、スタック構造の固体酸化物形燃料電池の隣り合う単セル１０４の間に配置されて金属材料から構成されている。
【００２４】
また、図１，図２では、インターコネクタの一部を示し、空気極１４３もしくは燃料極１４１のうち電解質層１４２より小さい面積に形成された小面積電極の側に配置された小面積電極側インターコネクタ１００について示している。図１，図２に示す例では、燃料極支持型の単セル１０４であり、空気極１４３が小面積電極の場合を示している。なお、ここでは、燃料極１４１および空気極１４３は、表面に形成される集電層や金属メッシュなどの集電体などを含んだ電極構造体を示している。
【００２５】
小面積電極側インターコネクタ１００は、小面積電極となる空気極１４３の側に配置された第１インターコネクタ板１０１と、第１インターコネクタ板１０１の上に積層された第２インターコネクタ板１０２と、第２インターコネクタ板１０２の上に形成された第３インターコネクタ板１０３とを備える。図２では、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３，および単セル１０４を、各々離間させた状態で示しているが、実際には、図１に示すように積層して用いられる。
【００２６】
第１インターコネクタ板１０１は、空気極１４３の領域が開口した第１の電極開口部１１３，第１の電極開口部１１３の周囲に配置された第１マニホールド孔１１１ａ，第２マニホールド孔１１１ｂ，第３マニホールド孔１１２ａ，第４マニホールド孔１１２ｂを備える。単セル１０４は平面視矩形であり、第１の電極開口部１１３は、開口形状が平面視で矩形である。
【００２７】
第２インターコネクタ板１０２は、第１の電極開口部１１３と同じ領域から第１マニホールド孔１１１ａおよび第２マニホールド孔１１１ｂと同じ領域にかけて形成された第２の電極開口部１２１，第３マニホールド孔１１２ａおよび第４マニホールド孔１１２ｂと同じ領域に形成された第５マニホールド孔１２２ａおよび第６マニホールド孔１２２ｂを備える。第２の電極開口部１２１は、一端に領域１２１ａを備え、他端に領域１２１ｂを備える。単セル１０４は平面視矩形であり、第２の電極開口部１２１の第１の電極開口部１１３に対応する領域は、開口形状が平面視で矩形である。
【００２８】
第３インターコネクタ板１０３は、まず、第１の電極開口部１１３と同じ領域に、絞り加工により形成されて空気極１４３の側に突出した段差部による流路領域１３３を備える。また、第３インターコネクタ板１０３は、第１マニホールド孔１１１ａ，第２マニホールド孔１１１ｂ，第３マニホールド孔１１２ａ，第４マニホールド孔１１２ｂと同じ領域に形成された第７マニホールド孔１３１ａ，第８マニホールド孔１３１ｂ，第９マニホールド孔１３２ａ，第１０マニホールド孔１３２ｂを備える。
【００２９】
例えば、第１マニホールド孔１１１ａおよび第３マニホールド孔１１２ａは、第１の電極開口部１１３を挟む２つの領域の一方に配置され、第２マニホールド孔１１１ｂおよび第４マニホールド孔１１２ｂは、第１の電極開口部１１３を挟む２つの領域の他方に配置されている。第１の電極開口部１１３を挟む２つの領域の一方には、第２の電極開口部１２１の領域１２１ａが配置され、第１の電極開口部１１３を挟む２つの領域の他方には、第２の電極開口部１２１の領域１２１ｂが配置されている。
【００３０】
また、第１の電極開口部１１３は、電解質層１４２より小さく空気極１４３より大きい面積に形成され、第１の電極開口部１１３の周囲の第１インターコネクタ板１０１は、空気極１４３の周囲の電解質層１４２に当接している。
【００３１】
また、第３インターコネクタ板１０３に形成された段差部の絞り深さは、第１インターコネクタ板１０１および第２インターコネクタ板１０２の板厚の和とされ、段差部の凸部は、小面積電極である空気極１４３に接する状態とされている。言い換えると、第１インターコネクタ板１０１の板厚は、空気極１４３の厚さ以下となっていればよい。なお、各マニホールド孔は、打ち抜き加工により形成すればよい。
【００３２】
例えば、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３は、ステンレス鋼から構成されている。第１インターコネクタ板１０１は、板厚１０μｍ程度とされ、第２インターコネクタ板１０２は、板厚０．１〜０．５ｍｍ程度とされ、第３インターコネクタ板１０３は、板厚０．３ｍｍ程度とされている。上述した各板厚の関係は、例えば、第１インターコネクタ板１０１の板厚により調整すればよい。
【００３３】
また、第３インターコネクタ板１０３の流路領域１３３に形成されている段差部の絞り深さは、例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度とされている。段差部からなる流路領域１３３の平面視の形状は、空気極１４３の電極面への酸化ガスの流れを均一化させるために、直線およびターン部からなる蛇行形状とすればよい。
【００３４】
一般に、未焼成の状態の複数の単セル１０４を、インターコネクタを挟んで積み重ねてスタック構造とし、これを燃料電池システム構造体に組み込み、動作時と同様の温度状態（７５０〜９００℃の雰囲気）として単セル１０４を焼成して固体酸化物形燃料電池としている。本実施の形態においても、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３を積層して構成した小面積電極側インターコネクタ１００を含むインターコネクタを、未焼成の各単セル１０４の間に所定の状態で配置してスタック構造とし、上述同様に熱処理すればよい。熱処理により、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，および第３インターコネクタ板１０３は、各々の接触部分が拡散接合して一体となる。
【００３５】
実施の形態１では、小面積電極側インターコネクタ１００を小面積電極となる空気極１４３の上に配置している。この場合、第１マニホールド孔１１１ａ−領域１２１ａ−第７マニホールド孔１３１ａによる連通口が空気（酸化ガス）供給マニホールドとなり、第２マニホールド孔１１１ｂ−領域１２１ｂ−第８マニホールド孔１３１ｂによる連通口が、空気回収マニホールドとなる。第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３を積層した状態で、第１マニホールド孔１１１ａおよび第７マニホールド孔１３１ａは、平面視で第２の電極開口部１２１の一端の領域１２１ａに重なる状態に配置される。また、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３を積層した状態で、第２マニホールド孔１１１ｂおよび第８マニホールド孔１３１ｂは、平面視で第２の電極開口部１２１の他端の領域１２１ｂに重なる状態に配置される
【００３６】
第１マニホールド孔１１１ａ−領域１２１ａ−第７マニホールド孔１３１ａによる連通口に供給された空気は、第２インターコネクタ板１０２の領域１２１ａの部分で第２の電極開口部１２１による平面方向に流れ、流路領域１３３による流路を流れて空気極１４３に供給された後で領域１２１ｂに到達し、第２マニホールド孔１１１ｂ−領域１２１ｂ−第８マニホールド孔１３１ｂによる連通口に回収される。
【００３７】
また、第３マニホールド孔１１２ａ−第５マニホールド孔１２２ａ−第９マニホールド孔１３２ａによる連通口が燃料ガス供給マニホールドとなり、第４マニホールド孔１１２ｂ−第６マニホールド孔１２２ｂ−第１０マニホールド孔１３２ｂによる連通口が、燃料ガス回収マニホールドとなる。第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３を積層した状態で、第３マニホールド孔１１２ａ，第５マニホールド孔１２２ａ，および第９マニホールド孔１３２ａは、平面視で同じ領域に配置される。同様に、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，第３インターコネクタ板１０３を積層した状態で、第４マニホールド孔１１２ｂ，第６マニホールド孔１２２ｂ，および第１０マニホールド孔１３２ｂは、平面視で同じ領域に配置される。
【００３８】
これらの燃料ガス系のマニホールドとなる孔部と、空気（酸化ガス）系のマニホールドとなる孔部とは、まず、第１インターコネクタ板１０１，第３インターコネクタ板１０３において、完全に分離している。また、第２インターコネクタ板１０２の部分では、燃料ガス系のマニホールドとなる孔部と第２の電極開口部１２１とは完全に分離している。従って、小面積電極側インターコネクタ１００において、燃料ガスと空気（酸化ガス）とが混じり合うことはない。
【００３９】
上述した実施の形態１によれば、第３インターコネクタ板１０３に形成される流路領域１３３は、第１インターコネクタ板１０１の第１の電極開口部１１３および第２インターコネクタ板１０２の第２の電極開口部１２１に配置している。これにより、第１インターコネクタ板１０１および第２インターコネクタ板１０２の板厚と、流路領域１３３を構成する段差部の凸部の高さ（段差部の絞り深さ）とを適宜に設定すれば、流路領域１３３の凸部が空気極１４３（小面積電極）の表面に適切に接触し、かつ、スタック形成時の荷重が、凸部には余り加わらない状態とすることができる。スタック形成時の荷重は、主に、第１インターコネクタ板１０１，第２インターコネクタ板１０２，および第３インターコネクタ板１０３の接合部分に加わる。
【００４０】
この結果、実施の形態１によれば、より薄い金属板から構成し、絞り加工や打ち抜き加工などの低コストなプレス加工により形成した段差部による流路であっても、スタック形成時に変形することが抑制できるようになる。このように、実施の形態１によれば、内部マニホールド構造のインターコネクタが、より小型で低コストに形成できるようになる。
【００４１】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。 図３は、本発明の実施の形態２におけるインターコネクタの構成を示す斜視図である。
【００４２】
このインターコネクタは、燃料極２４１，電解質層２４２，空気極２４３からなる複数の単セル２０４を積み重ねたスタック構造の固体酸化物燃料電池で用いられる。単セル２０４は、電解質層２４２の一方の面に形成された燃料極２４１と、電解質層２４２の他方の面に形成された空気極２４３とから構成されている。図２では、１つの単セル２０４の部分を示している。また、実施の形態２では、平面視円形の単セル２０４としている。このインターコネクタは、スタック構造の固体酸化物形燃料電池の隣り合う単セル２０４の間に配置されて金属材料から構成されている。
【００４３】
また、図３では、インターコネクタの一部を示し、空気極２４３もしくは燃料極２４１のうち電解質層２４２より小さい面積に形成された小面積電極の側に配置された小面積電極側インターコネクタ２００について示している。図３に示す例では、燃料極支持型の単セル２０４であり、空気極２４３が小面積電極の場合を示している。なお、ここでは、燃料極２４１および空気極２４３は、表面に形成される集電層や金属メッシュなどの集電体などを含んだ電極構造体を示している。
【００４４】
小面積電極側インターコネクタ２００は、小面積電極となる空気極２４３の側に配置された第１インターコネクタ板２０１と、第１インターコネクタ板２０１の上に積層された第２インターコネクタ板２０２と、第２インターコネクタ板２０２の上に形成された第３インターコネクタ板２０３とを備える。図３では、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３，および単セル２０４を、各々離間させた状態で示しているが、実際には、積層して用いられる。
【００４５】
第１インターコネクタ板２０１は、空気極２４３の領域が開口した第１の電極開口部２１３，第１の電極開口部２１３の周囲に配置された第１マニホールド孔２１１ａ，第２マニホールド孔２１１ｂ，第３マニホールド孔２１２ａ，第４マニホールド孔２１２ｂを備える。第２の電極開口部２２１は、一端に領域２２１ａを備え、他端に領域２２１ｂを備える。単セル２０４は平面視円形であり、第１の電極開口部２１３は、開口形状が平面視で円形である。
【００４６】
第２インターコネクタ板２０２は、第１の電極開口部２１３と同じ領域から第１マニホールド孔２１１ａおよび第２マニホールド孔２１１ｂと同じ領域にかけて形成された第２の電極開口部２２１，第３マニホールド孔２１２ａおよび第４マニホールド孔２１２ｂと同じ領域に形成された第５マニホールド孔２２２ａおよび第６マニホールド孔２２２ｂを備える。単セル２０４は平面視円形であり、第２の電極開口部２２１の第１の電極開口部２１３に対応する領域は、開口形状が平面視で円形である。
【００４７】
第３インターコネクタ板２０３は、まず、第１の電極開口部２１３と同じ領域に絞り加工により形成され、空気極２４３の側に突出した段差部による流路領域２３３を備える。実施の形態２では、流路領域２３３は、平面視円形の複数の突起部からなる段差部で構成されている。また、第３インターコネクタ板２０３は、第１マニホールド孔２１１ａ，第２マニホールド孔２１１ｂ，第３マニホールド孔２１２ａ，第４マニホールド孔２１２ｂと同じ領域に形成された第７マニホールド孔２３１ａ，第８マニホールド孔２３１ｂ，第９マニホールド孔２３２ａ，第１０マニホールド孔２３２ｂを備える。
【００４８】
例えば、第１マニホールド孔２１１ａおよび第３マニホールド孔２１２ａは、第１の電極開口部２１３を挟む２つの領域の一方に配置され、第２マニホールド孔２１１ｂおよび第４マニホールド孔２１２ｂは、第１の電極開口部２１３を挟む２つの領域の他方に配置されている。第１の電極開口部２１３を挟む２つの領域の一方には、第２の電極開口部２２１の領域２２１ａが配置され、第１の電極開口部２１３を挟む２つの領域の他方には、第２の電極開口部２２１の領域２２１ｂが配置されている。
【００４９】
また、第１の電極開口部２１３は、電解質層２４２より小さく空気極２４３より大きい面積に形成され、第１の電極開口部２１３の周囲の第１インターコネクタ板２０１は、空気極２４３の周囲の電解質層２４２に当接している。
【００５０】
また、第３インターコネクタ板２０３に形成された段差部の絞り深さは、第１インターコネクタ板２０１および第２インターコネクタ板２０２の板厚の和とされ、段差部の凸部は、小面積電極である空気極２４３に接する状態とされている。言い換えると、第１インターコネクタ板２０１の板厚は、空気極２４３の厚さ以下となっていればよい。なお、各マニホールド孔は、打ち抜き加工により形成すればよい。
【００５１】
例えば、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３は、ステンレス鋼から構成されている。第１インターコネクタ板２０１は、板厚１０μｍ程度とされ、第２インターコネクタ板２０２は、板厚０．１〜０．５ｍｍ程度とされ、第３インターコネクタ板２０３は、板厚０．３ｍｍ程度とされている。
【００５２】
また、第３インターコネクタ板２０３の流路領域２３３に形成されている段差部の絞り深さは、例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度とされている。段差部からなる流路領域２３３の平面視の形状は、空気極２４３の電極面への酸化ガスの流れを均一化させるために、直線およびターン部からなる蛇行形状とすればよい。
【００５３】
前述したように、一般には、未焼成の状態の複数の単セル２０４を、インターコネクタを挟んで積み重ねたスタック構造とし、これを燃料電池システム構造体に組み込み、動作時と同様の温度状態（７５０〜９００℃の雰囲気）として単セル２０４を焼成して固体酸化物形燃料電池としている。本実施の形態においても、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３を積層して構成した小面積電極側インターコネクタ２００を含むインターコネクタを、未焼成の各単セル２０４の間に所定の状態で配置してスタック構造とし、上述同様に熱処理すればよい。熱処理により、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，および第３インターコネクタ板２０３は、各々の接触部分が拡散接合して一体となる。
【００５４】
実施の形態２では、小面積電極側インターコネクタ２００を小面積電極となる空気極２４３の上に配置している。この場合、第１マニホールド孔２１１ａ−領域２２１ａ−第７マニホールド孔２３１ａによる連通口が空気（酸化ガス）供給マニホールドとなり、第２マニホールド孔２１１ｂ−領域２２１ｂ−第８マニホールド孔２３１ｂによる連通口が、空気回収マニホールドとなる。第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３を積層した状態で、第１マニホールド孔２１１ａおよび第７マニホールド孔２３１ａは、平面視で第２の電極開口部２２１の一端の領域２２１ａに重なる状態に配置される。また、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３を積層した状態で、第２マニホールド孔２１１ｂおよび第８マニホールド孔２３１ｂは、平面視で第２の電極開口部２２１の他端の領域２２１ｂに重なる状態に配置される。
【００５５】
第１マニホールド孔２１１ａ−領域２２１ａ−第７マニホールド孔２３１ａによる連通口に供給された空気は、第２インターコネクタ板２０２の領域２２１ａの部分で第２の電極開口部２２１による平面方向に流れ、流路領域２３３による流路を流れて空気極２４３に供給され、この後で領域２２１ｂに到達し、第２マニホールド孔２１１ｂ−領域２２１ｂ−第８マニホールド孔２３１ｂによる連通口に回収される。
【００５６】
また、第３マニホールド孔２１２ａ−第５マニホールド孔２２２ａ−第９マニホールド孔２３２ａによる連通口が燃料ガス供給マニホールドとなり、第４マニホールド孔２１２ｂ−第６マニホールド孔２２２ｂ−第１０マニホールド孔２３２ｂによる連通口が、燃料ガス回収マニホールドとなる。第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３を積層した状態で、第３マニホールド孔２１２ａ，第５マニホールド孔２２２ａ，および第９マニホールド孔２３２ａは、平面視で同じ領域に配置される。同様に、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，第３インターコネクタ板２０３を積層した状態で、第４マニホールド孔２１２ｂ，第６マニホールド孔２２２ｂ，および第１０マニホールド孔２３２ｂは、平面視で同じ領域に配置される。
【００５７】
これらの燃料ガス系のマニホールドとなる孔部と、空気（酸化ガス）系のマニホールドとなる孔部とは、まず、第１インターコネクタ板２０１，第３インターコネクタ板２０３において、完全に分離している。また、第２インターコネクタ板２０２の部分では、燃料ガス系のマニホールドとなる孔部と第２の電極開口部２２１とは完全に分離している。従って、小面積電極側インターコネクタ２００において、燃料ガスと空気（酸化ガス）とが混じり合うことはない。
【００５８】
上述した実施の形態２によれば、第３インターコネクタ板２０３に形成される流路領域２３３は、第１インターコネクタ板２０１の第１の電極開口部２１３および第２インターコネクタ板２０２の第２の電極開口部２２１に配置している。これにより、第１インターコネクタ板２０１および第２インターコネクタ板２０２の板厚と、流路領域２３３を構成する段差部の凸部の高さ（段差部の絞り深さ）とを適宜に設定すれば、流路領域２３３の凸部が空気極２４３（小面積電極）の表面に適切に接触し、かつ、スタック形成時の荷重が、凸部には余り加わらない状態とすることができる。スタック形成時の荷重は、主に、第１インターコネクタ板２０１，第２インターコネクタ板２０２，および第３インターコネクタ板２０３の接合部分に加わる。
【００５９】
この結果、実施の形態２においても、より薄い金属板から構成し、絞り加工や打ち抜き加工などの低コストなプレス加工により形成した段差部による流路であっても、スタック形成時に変形することが抑制できるようになる。このように、実施の形態２においても、内部マニホールド構造のインターコネクタが、より小型で低コストに形成できるようになる。
【００６０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、小面積電極側インターコネクタが配置される小面積電極が空気極に場合について説明したが、これに限るものではなく、小面積電極が燃料極であってもよい。この場合、インターコネクタ板に形成される電極開口部には、燃料極が配置されることになり、流路形成部による流路には、燃料ガスが流れることになる。
【００６１】
また、例えば、電解質支持構造の場合、空気極および燃料極の両者を、電解質層より小さい面積の小面積電極とすることができ、この場合、空気極および燃料極の両方に、小面積電極側インターコネクタを配置してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０１…第１インターコネクタ板、１０２…第２インターコネクタ板、１０３…第３インターコネクタ板、１０４…単セル、１１１ａ…第１マニホールド孔、１１１ｂ…第２マニホールド孔、１１２ａ…第３マニホールド孔、１１２ｂ…第４マニホールド孔、１２１…第２の電極開口部、１２１ａ，１２１ｂ…領域、１２２ａ…第５マニホールド孔、１２２ｂ…第６マニホールド孔、１３１ａ…第７マニホールド孔、１３１ｂ…第８マニホールド孔、１３２ａ…第９マニホールド孔、１３２ｂ…第１０マニホールド孔、１３３…流路領域、１４１…燃料極、１４２…電解質層、１４３…空気極。
【図１】
2014086275.tif 000003
【図２】
2014086275.tif 000004
【図３】
2014086275.tif 000005