(57)【要約】【課題】  本発明では、燃料電池排ガスによる防爆と排ガスの安全処理を図り、燃料電池構成を簡単化し、体積当りの発電密度を向上できる固体酸化物型燃料電池を提供する。【解決手段】  固体酸化物燃料電池セルは、固体酸化物基板１、一面に形成された多孔質カソード電極層２、反対側面に形成された多孔質アノード電極層３で形成される。平板状の複数の固体酸化物燃料電池セルＣ１〜Ｃ５が積層されて、筒状壁体１１内に集電層１２、１３を介して垂直に収納される。筒状壁体の上部に備えられた供給装置１８から、混合ガスが各物燃料電池セルの上端に供給される。各燃料電池セルから排出された排ガスは、各燃料電池セルの下端において燃焼され、火炎が生成される。該火炎によって、各燃料電池セルが加熱される。【選択図】      図２
2006253090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物基板と、該基板の一面に形成された多孔質のカソード電極層と、該面と対向する反対側の面に形成された多孔質のアノード電極層とを有する固体酸化物燃料電池セルと、
前記各面を垂直にして前記固体酸化物燃料電池セルを囲んで収納する収納部を有する筒状壁体と、
前記収納部の上側から前記固体酸化物燃料電池セルに空気及び燃料を供給する供給装置と、
前記固体酸化物燃料電池セルの下端から排出される排ガスを前記収納部の下側で燃焼し、前記固体酸化物燃料電池セルを加熱する燃焼装置と、
を備えた固体酸化物型燃料電池。
【請求項２】
平板状に形成された複数の前記固体酸化物燃料電池セルが、前記収納部内に積層されて収納されることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項３】
前記固体酸化物燃料電池セルの前記カソード電極層又は前記アノード電極層と、隣接する前記固体酸化物燃料電池セルの前記アノード電極層又は前記カソード電極層とが直接接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項４】
前記固体酸化物燃料電池セルは、セパレート層を介在して積層され、
前記供給装置は、前記カソード電極層の各々の上端から前記空気を供給し、前記アノード電極層の各々の上端から前記燃料を供給することを特徴とする請求項２又は３に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項５】
前記セパレート層は、導電性又は電気絶縁性の板体であることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項６】
前記供給装置は、前記固体酸化物燃料電池セルの上端から、前記空気及び前記燃料の混合ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項７】
前記固体酸化物燃料電池セルは、ガス透過性の導電体層を介在して積層されることを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項８】
前記導電体層は、金属又は導電性セラミックによる多孔体であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項９】
前記導電体層は、垂直方向に形成された溝を有することを特徴とする請求項８に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１０】
前記導電体層は、垂直方向に直交する波形状に形成された板体であることを特徴とする請求項８に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１１】
前記導電体層は、金属又はカーボンによる織物体であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１２】
前記複数の固体酸化物燃料電池セルがセル群に分けられて前記筒状壁体内で積層され、
分けられた前記セル群の間には、電気絶縁性の介在層が挿入され、前記各セル群の出力が並列に接続されることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１３】
前記複数の固体酸化物燃料電池セルが、電気絶縁性の多孔体層を介して垂直方向にセル群に分けられて前記筒状壁体内で積層され、
前記各セル群の出力が並列に接続されることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１４】
前記固体酸化物燃料電池セルは、垂直軸を中心にした巻体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１５】
前記巻体は、積層された複数の固体酸化物燃料電池セルで形成されることを特徴とする請求項１４に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１６】
前記巻体の複数が、前記収納部に並行して配置されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１７】
前記供給装置は、前記固体酸化物燃料電池セルの上端から、前記空気及び前記燃料の混合ガスを供給することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１８】
前記収納部の下端面には、電気絶縁性の多孔体層が形成され、
前記排ガスが、前記燃焼装置には、前記電気絶縁層を介して前記燃焼装置に供給されることを特徴とする請求項６乃至１７のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１９】
前記筒状壁体の外側には、断熱材層が設けられることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項２０】
前記断熱材層の外側には、冷却器又は熱交換器が設けられることを特徴とする請求項１９に記載の固体酸化物型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池に関し、特に、固体酸化物基板にカソード層とアノード層を形成して、密閉を必要としない簡単な構造によって、小型化を図り、さらに、発電効率を向上し、簡単に熱利用を図ることができる固体酸化物型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、火力発電などに替わる低公害の発電手段として、或いは、ガソリンなどを燃料とするエンジンに取って代わる電動自動車の電気エネルギー源として、燃料電池が開発され、実用化されるに至っている。さらには、パーソナルコンピュータなどの電源としても注目されている。そして、この燃料電池に対しては、高効率化、低コスト化を目指して多くの研究がなされている。
【０００３】
この燃料電池には、種々の発電形式があるが、この中に、固体電解質を用いた形式の燃料電池がある。この固体電解質による燃料電池の一例として挙げると、イットリア（Ｙ２Ｏ３）が添加された安定化ジルコニアからなる焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質として固体酸化物基板を用いたものがある。
【０００４】
その固体酸化物型燃料電池の構成が、図８に示されている。この固体酸化物型燃料電池では、平板状の固体酸化物基板１の一面に、カソード電極層２が、そして、その反対面に、アノード電極層３が形成され、固体酸化物基板、カソード電極層及びアノード電極層によって、一つの固体酸化物燃料電池セルＣが構成される。このカソード電極層２の側に、酸素又は酸素含有気体が供給され、さらに、アノード電極層３の側には、メタン等の燃料ガスが供給されるようになっている。
【０００５】
この固体酸化物燃料電池セルＣ内では、カソード電極層２に供給された酸素（Ｏ２）が、カソード電極層２と固体酸化物基板１のとの境界面で酸素イオン（Ｏ２−）にイオン化され、この酸素イオンが、固体酸化物基板１によってアノード電極層３に伝導され、アノード電極層３に供給された、例えば、メタン（ＣＨ４）ガスと反応し、そこで、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）が生成される。この反応において、酸素イオンが、電子を放出するため、カソード電極層２とアノード電極層３との間に電位差が生じる。そこで、カソード電極層とアノード電極層とにリード線Ｌ１、Ｌ２を取り付ければ、アノード電極層３の電子が、リード線を介してカソード層２の側に流れ、燃料電池として発電することができる。なお、この燃料電池の駆動温度は、約１０００℃である。
【０００６】
しかし、この形式の燃料電池では、カソード層側に、酸素又は酸素含有ガス供給チャンバーを、そして、アノード層側に、燃料ガス供給チャンバーを夫々分離したセパレート型チャンバーを用意しなければならず、しかも、高温下で、酸化性雰囲気と還元性雰囲気とに晒されるため、燃料電池セルとしての耐久性を向上することが困難であった。
【０００７】
一方、固体酸化物基板の対向した面に、カソード電極層とアノード電極層とを設けて、燃料電池セルを形成し、この燃料電池セルを、燃料ガス、例えば、メタンガスと、酸素ガスとが混合された混合ガス中に置いて、カソード電極層とアノード電極層との間に起電力を発生させる形式の固体酸化物型燃料電池とすることができる。この形式の燃料電池では、カソード電極層とアノード電極層との間に起電力を発生する原理は、上述したセパレート型チャンバー形式の燃料電池の場合と同様であるが、燃料電池セル全体を実質的に同一雰囲気にすることができるため、混合ガスが供給されるシングル型チャンバーとすることができ、燃料電池セルの耐久性を向上できる。
【０００８】
しかし、このシングル型チャンバーの燃料電池においても、約１０００℃の高温下で駆動しなければならないので、混合ガスの爆発の危険性がある。この危険性を回避するために、酸素濃度を発火限界よりも低い濃度にすると、メタン等の燃料の炭化が進み、電池性能が低下するという問題が生じた。そのため、混合ガスの爆発を防止しつつ、燃料の炭化の進行を防止し得る酸素濃度の混合ガスを使用できるシングル型チャンバーの燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００９】
この提案されたシングル型チャンバーの燃料電池の構成を、図９に示した。図９に示された固体酸化物型燃料電池は、固体酸化物基板を含む複数の固体酸化物燃料電池セルが、混合ガスの流れに対して平行に積層された構造になっている。この燃料電池セルは、緻密構造の固体酸化物基板１と、固体酸化物基板１の両面に形成された多孔質層のカソード電極層２とアノード電極層３とで構成され、同じ構成の複数の燃料電池セルＣ１乃至Ｃ４が、セラミック製の容器４内に積層される。そして、これらの燃料電池セルは、充填物７、８を介して端板９、１０によって、容器４内に密封される。容器４の外周には、燃料電池セルを熱するための加熱ヒータが設けられる。
【００１０】
容器４には、メタン等の燃料Ｆと空気Ｇｏとを含む混合ガスの供給配管５や排ガスＧｅの排出配管６が設けられる。容器４内の燃料電池セルを除く部分であって、混合ガスや排ガスが流動する容器４内の空間部に、充填物７、８が充填され、適宜の間隔とすることにより、燃料電池として駆動されたとき、発火限界内の混合ガスが存在しても発火することがなくなる。
【００１１】
次に、容器の燃料電池用セルを除く空間部の防爆を図ると共に、燃料電池セルから排出される排ガスを燃焼部で燃焼することによって、排ガスの安全な処理を図り、その結果、混合ガス中の酸素濃度を増加（燃料濃度を低下）でき、燃料電池用セルの発電効率を向上し、混合ガス中の燃料の炭化による電池性能の更なる低下を防止した固体酸化物型燃料電池が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【００１２】
特許文献２には、図９に示された固体酸化物型燃料電池自体を垂直に設置し、その上部に位置することになる排出配管６と端板１０を取り去り、容器４を密封型から開放型に変更することが開示されている。供給配管５から供給される混合ガスの組成は、多層燃料電池用セルのカソード電極層及びアノード電極層を流れるに従って酸素量が減少し、水（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）が増加する。しかし、多層された燃料電池用セルの面積や反応効率により、未反応の燃料ガスが、燃料電池セルから排出される排ガスＧｅの中に含まれている。このため、充填層８から排出される排ガス中の燃料ガス成分の濃度は、燃焼範囲内（発火限界内）にあり、充分に燃焼可能である。
【００１３】
そこで、この開放型に変更された固体酸化物方燃料電池において、燃料電池セルから排出される排ガスを、端板１０を取り去って形成された容器４の上部空間で燃焼することによって、燃料電池排ガスによる防爆を図りつつ、排ガスの安全な処理を図れる。充填層８の排ガス出口の直近で着火すると、排ガスＧｅは容器４の上部空間で燃焼するが、充填層８の充填物間の間隙が、酸素濃度（燃料ガス濃度）が発火限界内の混合ガスが存在していても発火し得ない距離に形成されているので、充填層８内に燃焼が進行しない。
【００１４】
なお、燃料電池の空間部に充填する充填物としては、燃料電池の駆動条件で安定している金属又はセラミックから成る粉粒体、多孔体又は細管を用いることができる。この粉粒体、多孔体又は細管としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕから成る群から選ばれた一種又は二種以上を含む合金によって形成された粉粒体、多孔体又は細管、或いは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒから成る群から選ばれた一種又は二種以上含むセラミックによって形成された粉粒体、多孔体又は細管を用いることができる。また、その粒径が、５０〜１０００μｍの粉粒体が好ましく、多孔体としては、開気孔率が５０％以上の多孔体が好ましい。細管としては、内径１００〜２００μｍの細管を使用でき、長い細管を空間部に混合ガス又は排ガスの流動方向に並べて充填してもよく、短管状の細管を空間部にランダムに充填できる。
【００１５】
ところで、この固体酸化物型燃料電池では、燃焼部に設けた加熱コイル等の熱回収手段によって、排ガスの燃焼によって発生する熱の一部を回収して、エネルギー利用効率を高めるは可能ではあるが、容器の外周に加熱ヒータを備えて、固体酸化物燃料電池セルを加熱している。そこで、この加熱ヒータの代わりに、排ガスＧｅの燃焼装置で、固体酸化物燃料電池セルを加熱することが、特許文献２において提案されている。
【００１６】
その固体酸化物型燃料電池の構成が、図１０に示されている。図１０に示された固体酸化物型燃料電池では、図８に示された固体酸化物燃料電池セルＣと同様の構成を有する複数の燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５が、垂直に積層されて筒状容器４内に収容されている。図１０に示された固体酸化物型燃料電池は、全体的に、図９に示された固体酸化物型燃料電池と同様の構成を有するが、この燃料電池セル自体が垂直に配置されている。
【００１７】
図９に示された固体酸化物型燃料電池では、排出配管６が端板１０に取り付けられていたが、図１０の固体酸化物型燃料電池では、排出配管６１、６２が、充填層８の上部の筒状容器４から外側に延びている。図１０の図示例では、排出配管は、２本であるが、その数は、適宜複数とし、筒状容器４の外周に均等配置されている。
【００１８】
そして、各排出配管６１、６２の先端部は、筒状容器４の側壁に向けられ、そこに、燃焼装置が設けられている。燃料電池セルから排出された排ガスＧｅは、充填層８を通過して、排出配管６１、６２によってその先端部に導かれ、燃焼する。排ガスＧｅの燃焼を、筒状容器４の収容部を加熱する加熱手段として用いている。これによって、燃料電池用セルの近傍を燃料電池の駆動温度に容易に加熱可能である。
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−９２１２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、図１０に示された固体酸化物型燃料電池では、固体酸化物燃料電池セルから排出される排ガスを筒状容器の外周に導いて燃焼させており、この燃焼によって燃料電池セル自体を加熱することができるが、その排ガスの燃焼が、筒状容器の外側で行われることから、特別な排出配管と燃焼装置を必要とし、さらに、筒状容器を密閉型にしなければならず、充填層の配置が不可欠なものとなっている。そのため、この固体酸化物型燃料電池は、装置としての構成が複雑になり、しかも、その体積も嵩むものとなっている。
【００２１】
そこで、本発明では、燃料電池排ガスによる防爆を図りつつ、排ガスの安全な処理を図れ、しかも、排ガスの燃焼によって、燃料電池セルを燃料電池の駆動温度に容易に加熱でき、固体酸化物型燃料電池の構成を簡単化でき、体積当りの発電密度を向上できる固体酸化物型燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
以上の課題を解決するために、本発明の固体酸化物型燃料電池では、固体酸化物基板と、該基板の一面に形成された多孔質のカソード電極層と、該面と対向する反対側の面に形成された多孔質のアノード電極層とを有する固体酸化物燃料電池セルと、前記各面を垂直にして前記固体酸化物燃料電池セルを囲んで収納する収納部を有する筒状壁体と、前記収納部の上側から前記固体酸化物燃料電池セルに空気及び燃料を供給する供給装置と、前記固体酸化物燃料電池セルの下端から排出される排ガスを前記収納部の下側で燃焼し、前記固体酸化物燃料電池セルを加熱する燃焼装置と、を備えた。
【００２３】
そして、平板状に形成された複数の前記固体酸化物燃料電池セルが、前記収納部内に積層されて収納され、前記固体酸化物燃料電池セルの前記カソード電極層又は前記アノード電極層と、隣接する前記固体酸化物燃料電池セルの前記アノード電極層又は前記カソード電極層とが直接接するようにした。
【００２４】
また、前記固体酸化物燃料電池セルは、セパレート層を介在して積層され、前記供給装置は、前記カソード電極層の各々の上端から前記空気を供給し、前記アノード電極層の各々の上端から前記燃料を供給することとし、前記セパレート層を、導電性又は電気絶縁性の板体とした。
【００２５】
また、前記供給装置は、前記固体酸化物燃料電池セルの上端から、前記空気及び前記燃料の混合ガスを供給することとした。
【００２６】
前記固体酸化物燃料電池セルは、ガス透過性の導電体層を介在して積層されることとし、前記導電体層は、金属又は導電性セラミックによる多孔体であり、又は、垂直方向に形成された溝を有することとした。或いは、前記導電体層を、垂直方向に直交する波形状に形成された板体とし、又は、金属又はカーボンによる織物体で形成されることとした。
【００２７】
また、前記複数の固体酸化物燃料電池セルがセル群に分けられて前記筒状壁体内で積層され、分けられた前記セル群の間には、電気絶縁性の介在層が挿入され、前記各セル群の出力が並列に接続されることとした。
【００２８】
前記複数の固体酸化物燃料電池セルが、電気絶縁性の多孔体層を介して垂直方向にセル群に分けられて前記筒状壁体内で積層され、前記各セル群の出力が並列に接続されることとした。
【００２９】
前記固体酸化物燃料電池セルは、垂直軸を中心にした巻体に形成されることとした。そして、該巻体は、積層された複数の固体酸化物燃料電池セルで形成され、前記巻体の複数が、前記収納部に並行して配置されることとし、前記供給装置が、前記固体酸化物燃料電池セルの上端から、前記空気及び前記燃料の混合ガスを供給することとした。
【００３０】
前記収納部の下端面には、電気絶縁性の多孔体層が形成され、前記排ガスが、前記燃焼装置には、前記電気絶縁層を介して前記燃焼装置に供給されることとした。
【００３１】
また、本発明の固体酸化物型燃料電池における前記筒状壁体の外側には、断熱材層が設けられ、さらには、前記断熱材層の外側には、冷却器又は熱交換器が設けられることとした。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明による固体酸化物型燃料電池は、固体酸化物燃料電池セルの各面を垂直にして、該固体酸化物燃料電池セルを囲んで収納する収納部を有する筒状壁体と、該収納部の上側から前記固体酸化物燃料電池セルに空気及び燃料を供給する供給装置と、該固体酸化物燃料電池セルの下端から排出される排ガスを前記収納部の下側で燃焼し、前記固体酸化物燃料電池セルを加熱する燃焼装置とを備えているので、燃料電池排ガスによる防爆を図りつつ、排ガスの安全な処理を図れ、しかも、排ガスの燃焼によって、燃料電池セルの近傍を燃料電池の駆動温度に容易に加熱することができる。
【００３３】
そのため、排ガスの燃焼により、固体酸化物燃料電池セルを加熱するという簡単な構造で、固体酸化物型燃料電池の発電開始を行うことができるようになる。さらに、固体酸化物型燃料電池の構成を簡単化することができ、体積当りの発電密度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の固体酸化物型燃料電池の実施形態について、実施例１乃至６に分けて、図１乃至図７を参照しながら説明する。なお、これらの実施例を説明する前に、その実施例に共通して使用される固体酸化物燃料電池セルについて詳述する。
【００３５】
各実施例に使用される固体酸化物燃料電池セルは、基本的には、図８に示された固体酸化物燃料電池セルＣの構成であり、固体酸化物基板１、カソード電極層２及びアノード電極層３を有している。本実施例の固体酸化物型燃料電池として、その固体酸化物燃料電池セルＣの複数が積層されている。
【００３６】
固体酸化物基板１は、例えば、矩形形状の平板であり、カソード電極層２とアノード電極層３とが、固体酸化物基板１を介して対向するように、その平面のほぼ全面に形成されている。そして、カソード電極層２には、リード線Ｌ１が接続され、アノード電極層３には、リード線Ｌ２が接続されており、リード線Ｌ１とＬ２とで、燃料電池出力が取り出される。なお、固体酸化物基板１は、板状に形成されていればよく、矩形形状に限られず、装置に組み込む際に適した大きさに変形でき、任意の形状とすることができる。
【００３７】
固体酸化物基板１には、例えば、公知のものを採用でき、次に示す材料を使用できる。
ａ）  ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、これらにＣｅ、Ａｌ等をドープしたジルコニア系セラミックス
ｂ）  ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ＳＧＣ（ガドリアドープドセリア）等のセリア系セラミックス
ｃ）  ＬＳＧＭ（ランタンガレート）、酸化ビスマス系セラミックス
【００３８】
また、アノード電極層３には、例えば、公知のものを採用でき、次に示す材料を使用できる。
ｄ）  ニッケルと、イットリア安定化ジルコニア系、スカンジア安定化ジルコニア系、又は、セリア系（ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＹＤＣ等）セラミックとのサーメット
ｅ）  導電性酸化物を主成分（５０重量％以上９９重量％以下）とする焼結体（導電性酸化物とは、例えば、リチウムが固溶された酸化ニッケル等である）
ｆ）  ｄ）、ｅ）に挙げたものに、白金族元素から成る金属、又は、その酸化物が１〜１０重量％程度配合されたもの
等が挙げられ、この中でも、特にｄ）、ｅ）が好ましい。
【００３９】
ｅ）の導電性酸化物を主成分とする焼結体は、優れた耐酸化性を有するのでアノード電極層の酸化に起因して発生する、アノード電極層の電極抵抗の上昇による発電効率の低下、或いは、発電不能、アノード電極層の固体酸化物基板からの剥離といった現象を防止できる。また、導電性酸化物としては、リチウムが固溶された酸化ニッケルが好適である。さらに、上記ｄ）、ｅ）に挙げたものに、白金族元素から成る金属、またはその酸化物を配合することにより、高い発電性能を得ることができる。
【００４０】
カソード電極層２は、公知のものを採用でき、例えば、ストロンチウム（Ｓｒ）等の周期律表第３族元素が添加されたランタンのマンガン（例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト）、ガリウム又はコバルト酸化化合物（例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト）等が挙げられる。
【００４１】
カソード電極層２とアノード電極層３とは、共に多孔質体に形成される。これらの電極層は、多孔質体の開気孔率を、２０％以上、好ましくは、３０〜７０％、特に、４０〜５０％とすることが好ましい。本実施例に使用される固体酸化物燃料電池セルでは、多孔質体に形成されたカソード電極層２とアノード電極層３が垂直に配置され、混合ガスが、その上端から下端に向けて通過でき、各電極層の全面に供給される必要がある。
【００４２】
本実施例では、図９及び図１０の固体酸化物型燃料電池のように、固体酸化物燃料電池セルを挟さみ込む充填層が設けられていないので、燃料電池を駆動した際に、固体酸化物燃料電池セルを通過する混合ガスの酸素濃度が、発火限界内になり、発火する可能性がある。そのため、固体酸化物燃料電池セルの垂直の長さを、発火し得ない距離としている。具体的には、燃料電池セルの長さを、燃料電池を駆動した際に、セル内に存在する発火限界内の混合ガスの消炎距離よりも狭くなるように決められる。
【００４３】
このため、固体酸化物燃料電池セルに供給される混合ガス中の酸素濃度を、メタン等の燃料ガスが発火する発火限界内まで高めても、発火を回避できる。なお、この消炎距離は、混合ガス中の酸素濃度や圧力等に応じて変化することが分かっているため、カソード電極層及びアノード電極層の多孔質体の大きさ、その開気孔率は、燃料電池を駆動した際に存在する混合ガスの消炎距離に応じて決める必要があり、実験的に求めておくことが好ましい。
【００４４】
固体酸化物基板Ｓも多孔質に形成することもできる。固体酸化物基板は、緻密質に形成された場合には、耐熱衝撃性が低く、急激な温度変化によって、ひび割れが生じやすい。また、一般に、固体酸化物基板は、アノード電極層及びカソード電極層よりも厚く形成されるので、固体酸化物基板のひび割れが引き金となり、固体酸化物燃料電池セルの全体にひび割れが発生し、バラバラになることがある。
【００４５】
固体酸化物基板が多孔質に形成されることで、発電時に、急激に温度変化を与えても、さらに、温度差の激しいヒートサイクルに対しても、ひび割れ等がなくなり、耐熱衝撃性が向上する。また、多孔質であっても、その気孔率が１０％未満のときは、耐熱衝撃性に著しい向上が認められなかったが、１０％以上であると良好な耐熱衝撃性が見られ、２０％以上であるとより好適である。これは、固体酸化物基板が多孔質であると、加熱による熱膨張が空隙部分で緩和されるためと考えられる。
【００４６】
固体酸化物燃料電池セルは、例えば、次のように製造される。先ず、固体酸化物基板の材料粉末を所定配合割合で混合し、平板状に成形する。その後、これを焼成して焼結することで固体酸化物層としての基板が作られる。このとき、気孔形成剤等の材料粉末の種類や配合割合、焼成温度、焼成時間、予備焼成等の焼成条件等を調整することによって、様々な気孔率の固体酸化物基板を作ることができる。こうして得られた固体酸化物層としての基板の一面側に、カソード電極層となる形状でペーストを、他面側にアノード電極層となる形状でペーストを夫々塗布した後に、焼成を行うことにより、一枚の固体酸化物燃料電池セルを製造することができる。
【００４７】
また、固体酸化物燃料電池セルは、さらに耐久性を向上することができる。この耐久性の向上手法としては、燃料電池セルにおけるカソード電極層とアノード電極層とに、メッシュ状金属を埋設、或いは、固着させるものである。埋設する方法としては、各層の材料（ペースト）を固体酸化物基板に塗布し、メッシュ状金属をその塗布された材料中に埋め込んだ後に焼成を行う。固着する方法としては、メッシュ状金属を各層の材料によって完全に埋め込むことなく、接着させて焼結しても良い。
【００４８】
メッシュ状金属としては、これを埋設する、或いは、固着するカソード電極層、アノード電極層との熱膨張係数の調和や、耐熱性に優れたものが好適である。具体的には、白金や、白金を含む合金から成る金属でメッシュ状にしたものが挙げられる。ＳＵＳ３００番代（３０４、３１６等）、或いは、ＳＵＳ４００番代（４３０等）のステンレスでも良く、これらはコストの点で有利である。
【００４９】
また、メッシュ状金属を用いる代わりに、ワイヤ状金属をアノード電極層、カソード電極層に埋設或いは固着させてもよい。ワイヤ状金属は、メッシュ状の金属と同様の金属から成り、その数や配設形状等に限定はない。メッシュ状金属やワイヤ状金属を、アノード電極層やカソード電極層に埋設、或いは、固着することにより、熱履歴等によってひび割れした固体酸化物基板がバラバラになって崩れないように補強されることになり、さらに、メッシュ状金属やワイヤ状金属は、ひび割れした部分を電気的に接続することができる。
【００５０】
なお、これまで、固体酸化物基板を多孔質性にした場合を説明したが、燃料電池の固体酸化物基板に、緻密構造のものを使用することができ、この場合には、特に、熱履歴によるひび割れに対処するのに、カソード電極層及びアノード電極層にメッシュ状金属又はワイヤ状金属を埋め込み、或いは、埋設することは、有効な手段となる。
【００５１】
メッシュ状金属或いはワイヤ状金属は、アノード電極層とカソード電極層の両方に配設しても良いし、どちらか一方に配設しても良い。また、メッシュ状金属とワイヤ状金属を組み合わせて配設しても良い。熱履歴によってひび割れが生じたときには、少なくともアノード電極層に、メッシュ状金属又はワイヤ状金属が埋設されていれば、その発電能力を低下させることがなく、発電を継続することができる。固体酸化物燃料電池セルの発電能力は、アノード電極層の燃料極としての有効面積に負うところが大きいので、少なくともアノード電極層にメッシュ状金属或いはワイヤ状金属を配設すると良い。
【００５２】
以上に説明したように、本発明の固体酸化物型燃料電池の実施例において、共通して使用される固体酸化物燃料電池セルは、基本的には、図８に示された固体酸化物燃料電池セルＣと同様の構成であり、固体酸化物基板１、カソード電極層２及びアノード電極層３を有しており、固体酸化物型燃料電池として、その固体酸化物燃料電池セルＣの一枚が、又は、複数が積層されて筒状容器に収容される。そこで、固体酸化物燃料電池セルの筒状容器への収容の仕方に応じて、実施例１乃至６による固体酸化物型燃料電池が、以下に説明される。
【実施例１】
【００５３】
実施例１は、空気が、複数の固体酸化物燃料電池セルの各々のカソード電極層に、そして、燃料が、各々のアノード電極層に夫々個別に供給される場合である。実施例１の固体酸化物型燃料電池が、図１に示されている。
【００５４】
図１に示された固体酸化物型燃料電池では、図８に示された固体酸化物燃料電池セルの複数枚が積層されており、同じ部分には、同じ符号が付されている。同図では、同じ矩形形状に形成された５枚の固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５が、垂直配置されるように、断熱材層からなる筒状壁体１１内に収納されている。燃料電池セルの枚数は、５枚に限られず、一枚又は複数とすることができ、取り出せる出力の電圧値又は電流値の大きさに合わせて選択される。
【００５５】
実施例１では、空気と燃料が、固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層とアノード電極層とに夫々個別に供給されるように、固体酸化物燃料電池セル間に、板状のセパレータ層１４が挿入されている。固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５とセパレータ層とで、固体酸化物燃料電池セル群が構成され、この固体酸化物燃料電池セル群の両側には、集電層１２及び１３が配置されている。筒状壁体１１は、固体酸化物燃料電池セル群を取り囲んで収納し、固体酸化物燃料電池セル群の上端と下端とに空間を形成している。なお、両側に設けられた集電層は、固体酸化物燃料電池セル群の出力を取り出すためのものである。
【００５６】
固体酸化物燃料電池セル群の上端に形成された空間には、燃料Ｆと空気Ｇｏの供給装置が設けられる。各々の固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５のアノード電極層３のみに燃料Ｆを供給する燃料供給装置１５が設けられる。そして、空気供給装置１６が、固体酸化物燃料電池セル群の上端の空間を覆うように設けられる。各アノード電極層３には、その上端から下端に向けて燃料Ｆが供給され、アノード電極層側を燃料リッチ状態とし、また、各カソード電極層２には、その上端から下端に向けて空気Ｇｏが供給され、カソード電極層側を酸素リッチ状態としている。
【００５７】
固体酸化物燃料電池セル群に挿入されているセパレータ層１４は、各個体酸化物燃料電池セルにおいて、燃料リッチ状態と酸素リッチ状態を区別して生成するものであり、セパレータ層１４は、導電性材料又は電気絶縁性材料で形成される。導電性材料で形成された場合には、固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５が直列接続されることになり、電気絶縁性材料で形成された場合には、リード線Ｌ１とＬ２により、固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５を並列接続することもでき、或いは、直列接続することもできる。
【００５８】
一方、固体酸化物燃料電池セル群の下端に形成された空間には、着火装置（図示なし）を有する燃焼装置１７が設けられる。燃料電池を駆動するとき、この下端の空間に、固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５のカソード電極層２を介して、空気Ｇｏが供給され、そして、アノード電極層３を介して燃料Ｆが供給されるので、燃焼装置１７により、燃料Ｆが燃焼されて、火炎が生成される。この火炎によって、固体酸化物燃料電池セル群が発電駆動可能な温度にまで加熱される。
【００５９】
固体酸化物燃料電池セル群の発電開始後においては、固体酸化物燃料電池セル群で消費仕切れなかった燃料は、固体酸化物燃料電池セル群の下端から排出され、やはり、各カソード電極層２を通過して発電に寄与しなかった酸素もその下端から排出されるので、固体酸化物燃料電池セル群の排ガスは、燃焼装置１７により安全に燃焼処理される。
【００６０】
以上のように、実施例１の固体酸化物型燃料電池の構成によれば、固体酸化物燃料電池セル群の上端から空気及び燃料を供給し、固体酸化物燃料電池セル群の下端において、排ガスを燃焼するようにしたので、固体酸化物型燃料電池の容器を開放型にでき、その装置としての構成を簡単化でき、さらに、排ガスの燃焼による熱エネルギーを有効に利用することができる。しかも、排ガスを簡単に且つ安全に処理できる。
【実施例２】
【００６１】
実施例１は、空気と燃料が、固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層とアノード電極層とに夫々個別に供給される場合であったが、実施例２では、空気と燃料との混合ガスが、固体酸化物燃料電池セル群に供給される固体酸化物型燃料電池の場合である。実施例２による固体酸化物型燃料電池の構成が、図２に示される。
【００６２】
図２に示された固体酸化物型燃料電池も、実施例１の場合と同様に、同じ矩形形状に形成された５枚の固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５が、垂直配置されるように、断熱材層からなる筒状壁体１１内に収納されている。なお、実施例２の固体酸化物型燃料電池では、実施例１の場合と異なり、固体酸化物燃料電池セル群には、混合ガスが供給されるので、固体酸化物燃料電池セル間にセパレート層を挿入する必要がなく、従って、固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層又はアノード電極層と、隣接する固体酸化物燃料電池セルのアノード電極層又はカソード電極層とが面接触している。
【００６３】
固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５で固体酸化物燃料電池セル群が構成され、この固体酸化物燃料電池セル群が、筒状壁体１１で取り囲まれる。筒状壁体１１によって固体酸化物燃料電池セル群の上端に形成された空間には、混合ガス供給装置１８が設けられ、固体酸化物燃料電池セル群の上端から、混合ガスが供給される。供給された混合ガスは、各固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層２とアノード電極層３を通過する。
【００６４】
各固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層２とアノード電極層３を通過した混合ガスは、固体酸化物燃料電池セル群の下端に形成された空間に排出され、この空間で、燃焼装置１７により燃焼される。また、燃料電池の発電において消費仕切れなかった燃料及び酸素も、固体酸化物燃料電池セル群の下端から排出されて、燃焼装置１７により燃焼される。
【００６５】
燃料電池を駆動するとき、この下端の空間に、固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５のカソード電極層２とアノード電極層３を介して混合ガスが供給されるので、燃焼装置１７により、混合ガス中の燃料Ｆが空気Ｇｏで燃焼されて、火炎が生成される。この火炎によって、固体酸化物燃料電池セル群が発電駆動可能な温度にまで加熱される。
【００６６】
固体酸化物燃料電池セル群の発電開始後においては、固体酸化物燃料電池セル群で消費仕切れなかった燃料は、固体酸化物燃料電池セル群の下端から排出され、同時に、発電に寄与しなかった酸素もその下端から排出されるので、固体酸化物燃料電池セル群の排ガスは、燃焼装置１７により安全に燃焼処理される。
【００６７】
以上のように、実施例２の固体酸化物型燃料電池の構成によれば、固体酸化物燃料電池セル群の上端から混合ガスを供給し、固体酸化物燃料電池セル群の下端において、排ガスを燃焼するようにしたので、固体酸化物型燃料電池の容器を開放型にでき、その装置としての構成を簡単化できる。さらに、排ガスの燃焼による熱エネルギーを有効に利用することができ、しかも、排ガスを簡単に且つ安全に処理できる。
【実施例３】
【００６８】
実施例２は、空気と燃料との混合ガスが、固体酸化物燃料電池セル群に供給される固体酸化物型燃料電池の場合であって、固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層又はアノード電極層と、隣接する固体酸化物燃料電池セルのアノード電極層又はカソード電極層とが面接触している。しかし、カソード電極層とアノード電極層とが面接触しているため、接触抵抗が発生し、燃料電池セルの発電に対する集電効率が低下する可能性がある。さらに、カソード電極層とアノード電極層への混合ガスの供給が、その全面に渡って効率的に供給できないため、発電効率の向上に限界があった。
【００６９】
そこで、実施例３の固体酸化物型燃料電池は、図２に示された実施例２による固体酸化物型燃料電池の構成と同様であるが、積層配置された固体酸化物燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５の各々の間に、ガス透過性の導電層を挿入することとした。図３に、そのガス透過性導電体層が固体酸化物燃料電池セル間に挿入された固体酸化物燃料電池セル群の一部が示されている。図２に示された固体酸化物燃料電池セル群と同じ部分には、同じ符号が付与されている。
【００７０】
固体酸化物燃料電池セルの電極層と同じ形状を有するガス透過性導電体層１９が、固体酸化物燃料電池セルのカソード電極層２と、それに隣接する固体酸化物燃料電池セルのアノード電極層３との間に挿入されている。各ガス透過性導電体層１９は、混合ガスを固体酸化物燃料電池セル群の上端から下端まで混合ガスを供給できるように、金属又は導電性セラミックによる多孔体で形成することができる。
【００７１】
また、導電体層１９は、金属又は導電性セラミックによる板体の両面に、その垂直方向に溝が形成されたものでもよく、又は、その垂直方向に直交する波形状に形成された板体であってもよい。或いは、導電体層１９自体を、金属又はカーボンによる織物体で形成してもよい。
【００７２】
以上のように、実施例３の固体酸化物型燃料電池の構成によれば、ガス透過性導電体層が固体酸化物燃料電池セル群内に挿入されており、混合ガスが固体酸化物燃料電池セル群の上端から有効に供給され、固体酸化物燃料電池セル群の下端において、排ガスを燃焼するようにしたので、固体酸化物型燃料電池の容器を開放型にでき、その装置としての構成を簡単化できるとともに、燃料電池発電効率を向上できる。さらに、排ガスの燃焼による熱エネルギーを有効に利用することができ、しかも、排ガスを簡単に且つ安全に処理できる。
【実施例４】
【００７３】
実施例２及び３の固体酸化物型燃料電池では、筒状壁体内で、複数枚の固体酸化物燃料電池セルが積層され、一つの燃料電池セル群を構成していた。実施例４では、複数の燃料電池セル群を筒状壁体内に構成できるようにした。実施例４では、固体酸化物型燃料電池を複数の固体酸化物燃料電池セル群で構成するものとし、その実施例４の構成例が、図４に示される。
【００７４】
図４に示された固体酸化物型燃料電池では、２つの固体酸化物燃料電池セル群が構成されている。この固体酸化物燃料電池セル群は、図３に示された実施例３による固体酸化物燃料電池セル群で構成されており、各々の燃料電池セル群は、複数の固体酸化物燃料電池せるＣ１１乃至Ｃ１５の積層体と、複数の固体酸化物燃料電池セルＣ２１乃至Ｃ２５の積層体で構成されている。各固体酸化物燃料電池セルの間には、ガス透過性の導電体層１９が挿入されている。
【００７５】
この様に構成された２つの固体酸化物燃料電池セル群は、筒状壁体１１内に取り囲まれるようにして収納される。２つの固体酸化物燃料電池セル群の間には、図５に示される電気絶縁性介在層２０が配置され、２つの固体酸化物燃料電池セル群を電気的に分離している。図４では、固体酸化物燃料電池セル群が２つの場合を例にしたが、さらに多くの固体酸化物燃料電池セル群を収納してもよい。なお、固体酸化物燃料電池セル群として、ガス透過性導電体層を有しない実施例２の固体酸化物燃料電池セル群を採用してもよい。
【００７６】
図５に示されるように、電気絶縁性介在層２０は、電気絶縁性基板２０１と、導電体層２０２、２０３とを有している。この電気絶縁性介在層２０は、固体酸化物燃料電池セルと同じ形状に形成される。ここで、電気絶縁性基板２０１が、２つの固体酸化物燃料電池セル群を電気的に分離する役割を持っているが、２つの固体酸化物燃料電池セル群からの集電を容易にするために、電気絶縁性基板２０１の両側に、導電体層２０２と２０３とが配置されている。２つの固体酸化物燃料電池セル群の電気出力を、並列接続することができる。
【００７７】
電気絶縁性介在層２０を間に配置された２つの固体酸化物燃料電池セル群は、図４に示されるように、筒状壁体１１内で積層されて収納され、２つの固体酸化物燃料電池セル群の上側と下側とに空間が形成される。その上側の空間には、混合ガス供給装置１８が設けられ、混合ガスが２つの固体酸化物燃料電池セル群に同時に供給される。個々の固体酸化物燃料電池セルに上端から混合ガスが供給される。
【００７８】
筒状壁体１１内であって、２つの固体酸化物燃料電池セル群の下側に形成された空間には、着火装置（図示なし）を含む燃焼装置１７が配置され、この空間において、各固体酸化物燃料電池セルを通過してきた排ガス又は混合ガスが燃焼されて、火炎が生成される。図４の固体酸化物型燃料電池では、均一な火炎が生成されるように、電気絶縁性多孔体層２１が、２つの固体酸化物燃料電池セル群の下端全面を覆うように配置されている。
【００７９】
燃料電池を駆動するとき、この下端の空間には、各固体酸化物燃料電池セル群のカソード電極層２とアノード電極層３を介して混合ガスが供給されるので、燃焼装置１７により、混合ガス中の燃料Ｆが空気Ｇｏで燃焼されて、火炎が生成される。この火炎によって、固体酸化物燃料電池セル群が発電駆動可能な温度にまで加熱される。
【００８０】
また、固体酸化物燃料電池セル群の発電開始後においては、固体酸化物燃料電池セル群で消費仕切れなかった燃料が、固体酸化物燃料電池セル群の下端から排出され、同時に、発電に寄与しなかった酸素もその下端から排出されるので、固体酸化物燃料電池セル群の排ガスは、燃焼装置１７により安全に燃焼処理される。
【００８１】
なお、固体酸化物型燃料電池の筒状壁体１１の外側には、図４に示されるように、冷却装置２２が設けられる。この冷却装置２２は、例えば、水などの冷却媒体を流通できるパイプであり、このパイプが筒状壁体１１の周囲に配設される。この冷却装置２２によって、固体酸化物燃料電池セル群の発電時の熱が、冷却媒体で熱交換され、この熱が、装置外部に取り出されて利用される。
【００８２】
以上のように、実施例４の固体酸化物型燃料電池の構成によれば、実施例３の場合と同様の効果を奏することに加えて、電気絶縁性介在層を固体酸化物燃料電池セル群の間に配置するようにしたので、固体酸化物燃料電池セル群の並列接続を簡単にできる。
【実施例５】
【００８３】
実施例４では、複数の燃料電池セル群の間に電気絶縁性介在層を配置して、筒状壁体内に、各燃料電池セル群が電気絶縁性介在層を介して積み重ねられていた。そこで、実施例５では、複数の固体酸化物燃料電池セル群の各々の上下間に、電気絶縁性多孔体層を挟んで構成して、固体酸化物型燃料電池とするものとし、その実施例５の構成例が、図６に示される。
【００８４】
図６に示された固体酸化物型燃料電池では、２つの固体酸化物燃料電池セル群が構成されている。固体酸化物燃料電池セル群の各々は、図３に示された実施例３による固体酸化物燃料電池セル群と同様の構成の仕方であり、積層された複数の固体酸化物燃料電池セルＣ１１乃至Ｃ１８で、上段の第１固体酸化物燃料電池セル群が構成され、積層された複数の固体酸化物燃料電池セルＣ２１乃至Ｃ２８で、下段の第２固体酸化物燃料電池セル群が構成されている。積層された固体酸化物燃料電池セルの間には、ガス透過性の導電体層１９が挿入されている。
【００８５】
第１固体酸化物燃料電池セル群と第２固体酸化物燃料電池セル群との間には、垂直に配置された固体酸化物燃料電池セルと直交する方向に広がる電気絶縁性多孔体層２３が配置され、図６に示されるように、電気絶縁性多孔体層２３の上面は、第１固体酸化物燃料電池セル群の下端面に接し、電気絶縁性多孔体層２３の下面は、第２固体酸化物燃料電池セル群の上端面に接している。
【００８６】
筒状壁体１１内において、第１固体酸化物燃料電池セル群と第２固体酸化物燃料電池セル群とが、集電層１２及び１３を介して収納される。この集電層１２及び１３が、第１及び第２固体酸化物燃料電池セル群を電気的に並列接続している。第１固体酸化物燃料電池セル群の上側と、第２固体酸化物燃料電池セル群の下側とに、夫々、空間が形成される。その上側の空間には、混合ガス供給装置１８が設けられる。混合ガスが第１固体酸化物燃料電池セル群の上端に供給され、個々の固体酸化物燃料電池セルに上端から混合ガスが供給される。
【００８７】
筒状壁体１１内であって、第２固体酸化物燃料電池セル群の下側に形成された空間には、着火装置（図示なし）を含む燃焼装置１７が配置される。この下側の空間では、第１固体酸化物燃料電池セル群、電気絶縁性多孔体層２３、そして、第２固体酸化物燃料電池セル群を通過して排出された排ガス又は混合ガスが燃焼されて、火炎が生成される。図６の固体酸化物型燃料電池においても、実施例４と同様に、第２固体酸化物燃料電池セル群の下端面に、電気絶縁性多孔体層を配置してもよい。
【００８８】
燃料電池を駆動するとき、この下端の空間には、上段と下段における各固体酸化物燃料電池セル群のカソード電極層２とアノード電極層３を介して混合ガスが供給されるので、燃焼装置１７により、混合ガス中の燃料Ｆが空気Ｇｏで燃焼されて、火炎が生成される。この火炎によって、第１及び第２固体酸化物燃料電池セル群が発電駆動可能な温度にまで加熱される。
【００８９】
また、第１及び第２固体酸化物燃料電池セル群の発電開始後においては、固体酸化物燃料電池セル群で消費仕切れなかった燃料が、第２固体酸化物燃料電池セル群の下端から排出され、同時に、発電に寄与しなかった酸素もその下端から排出されるので、第１及び第２固体酸化物燃料電池セル群の排ガスは、燃焼装置１７により安全に燃焼処理される。
【００９０】
なお、実施例５においても、固体酸化物型燃料電池の筒状壁体１１の外側に、図６に示されるように、冷却装置２２が設けられる。この冷却装置２２は、例えば、水などの冷却媒体を流通できるパイプであり、このパイプが筒状壁体１１の周囲に配設される。この冷却装置２２によって、第１及び第２固体酸化物燃料電池セル群の発電時の熱が、冷却媒体で熱交換され、この熱が、装置外部に取り出されて利用される。
【００９１】
以上のように、実施例５の固体酸化物型燃料電池の構成によれば、実施例３の場合と同様の効果を奏することに加えて、電気絶縁性多孔体層を上段と下段の固体酸化物燃料電池セル群の間に配置するようにしたので、固体酸化物燃料電池セル群の並列接続を簡単にでき、電気絶縁性多孔体層を介して、更に複数段の固体酸化物燃料電池セル群を収納でき、燃料電池の出力容量を簡単に増加することができる。
【実施例６】
【００９２】
実施例２乃至５の固体酸化物型燃料電池では、基本的には、図８に示されるように、例えば、矩形形状に形成された平板の固体酸化物燃料電池セルが採用され、この固体酸化物燃料電池セルが複数積層された固体酸化物燃料電池セル群を構成していた。実施例６では、複数枚の固体酸化物燃料電池セルを積層するのではなく、一枚の矩形形状の固体酸化物燃料電池セルを、垂直軸を中心にして巻いた巻体の形式に形成するようにした。図７に、実施例６による固体酸化物型燃料電池を構成する巻体形式の固体酸化物燃料電池セルの形成例が示される。図７（ａ）には、一つの巻体形式の固体酸化物燃料電池セルに関する上面図が示され、図７（ｂ）には、図７（ａ）に示されたＸ−Ｘ線における縦断面図が示されている。
【００９３】
固体酸化物燃料電池セルＣが、固体酸化物基板１、カソード電極層２及びアノード電極層３を有する点では、図８に示された固体酸化物燃料電池セルと同様であるが、固体酸化物基板１、カソード電極層２及びアノード電極層３が重ねられた一枚の矩形形状の固体酸化物燃料電池セルが、垂直軸を中心にして巻かれ、渦巻状の巻体に形成される。このとき、図７では、カソード電極層２が外側になるように巻かれているが、アノード電極層３が外側になるように巻かれてもよい。ここで、巻体形式に巻かれる固体酸化物燃料電池セル自体を、固体酸化物基板１とカソード電極層２及びアノード電極層３とを有する固体酸化物燃料電池セルによる複数枚の積層体で形成してもよい。
【００９４】
また、図７（ａ）に示されるように、渦巻きの外形が、矩形であると、例えば、他の実施例で用いられているような、矩形の箱体に形成された筒状壁体１１内に収納する場合には、都合がよく、そして、複数の固体酸化物燃料電池セルＣを垂直に収納することもできる。一方、その渦巻きの外形が、円形である場合には、固体酸化物燃料電池セルＣを収納する筒状壁体の横断面形状も円形とする必要がある。
【００９５】
なお、カソード電極層２の外面に集電層１２を、更に、アノード電極層３の外面に集電層１３を設けておくと、燃料電池として発電出力を有効に取り出せる。この集電層としては、上述したように、各電極層に埋め込まれるメッシュ状金属又はワイヤ状金属を使用することができる。また、固体酸化物燃料電池セルＣが渦巻状に形成されたとき、カソード電極層２とアノード電極層３とが接触しないように、カソード電極層２とアノード電極層３との間に電気絶縁性多孔体層を形成する。
【００９６】
さらに、筒状壁体１１内に、渦巻き形状に巻かれて形成された固体酸化物燃料電池セルＣの複数を並行に配置する場合には、その複数の固体酸化物燃料電池セルＣの全てについて、カソード電極層、アノード電極層のいずれかを外側にして巻かれた巻体で構成するか、或いは、カソード電極層を外側にした巻体とアノード電極層を外側にした巻体を一組にして構成することができる。
【００９７】
複数の固体酸化物燃料電池セルＣの全てが、カソード電極層、アノード電極層のいずれかを外側にして巻かれた巻体で構成されると、各固体酸化物燃料電池セルが並列に接続されたことになり、カソード電極層を外側にした巻体とアノード電極層を外側にした巻体を一組にして構成した場合には、２つの固体酸化物燃料電池セルが直列に接続されたことになる。
【００９８】
以上のように構成された固体酸化物燃料電池セルＣは、実施例２乃至５の場合と同様に、筒状壁体１１内に、垂直に配置されて収納され、固体酸化物燃料電池セルＣの上側に形成された空間に、混合ガス供給装置１８により混合ガスが供給される。一方、固体酸化物燃料電池セルＣの下側に形成された空間では、固体酸化物燃料電池セルＣから排出される混合ガス及び排ガスが燃焼されて、火炎が生成される。
【００９９】
以上のように、実施例６の固体酸化物型燃料電池の構成によれば、実施例２乃至５の場合と同様に、固体酸化物型燃料電池の容器を開放型にでき、その装置としての構成を簡単化でき、さらに、排ガスの燃焼による熱エネルギーを有効に利用することができる。しかも、排ガスを簡単に且つ安全に処理できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の固体酸化物型燃料電池に係る実施例１を説明する図である。
【図２】本発明の固体酸化物型燃料電池に係る実施例２を説明する図である。
【図３】本発明の固体酸化物型燃料電池に係る実施例３を説明する図である。
【図４】本発明の固体酸化物型燃料電池に係る実施例４を説明する図である。
【図５】実施例４に使用される電気絶縁性の介在層の具体例を説明する図である。
【図６】本発明の固体酸化物型燃料電池に係る実施例５を説明する図である。
【図７】本発明の固体酸化物型燃料電池に係る実施例６を説明する図である。
【図８】固体酸化物燃料電池セルの構成を説明する図である。
【図９】従来の固体酸化物型燃料電池の構造を説明する図である。
【図１０】固体酸化物燃料電池セルの加熱の仕方を改良した固体酸化物型燃料電池を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１    固体酸化物基板
２    カソード電極層
３    アノード電極層
４、１１    筒状壁体
１２、１３    集電層
１４    セパレート層
１５    燃料供給装置
１６    空気供給装置
１７    燃焼空間部
１８    混合ガス供給装置
１９    ガス透過性導電層
２０    電気絶縁性介在層
２１、２３    電気絶縁性多孔体層
２２    冷却装置
【図１】
2006253090.tif 000003
【図２】
2006253090.tif 000004
【図３】
2006253090.tif 000005
【図４】
2006253090.tif 000006
【図５】
2006253090.tif 000007
【図６】
2006253090.tif 000008
【図７】
2006253090.tif 000009
【図８】
2006253090.tif 000010
【図９】
2006253090.tif 000011
【図１０】
2006253090.tif 000012