(57)【要約】【課題】  カソード側の酸素分圧に原因する出力低下がなく、燃焼系の空気の流れに原因する拡散過電圧の発生がなく、かつ排出ガスを有効利用することができる火炎型燃料電池を提供すること。【解決手段】  ガス燃料を使用した火炎型燃料電池において、燃焼室が筒状体の形態を有しており、燃焼室の室壁が燃料電池セルによって規定されており、燃焼室の室壁が、層間において空気案内路が形成された少なくとも２層の複合壁構造を有しており、空気が、隣接する壁の間に形成された空気案内路を通過した後に燃焼室に供給されるように、構成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルをガス燃料の燃焼によって発生せしめられた火炎の近傍に配置して火炎により発電を行うタイプの固体電解質型燃料電池において、
前記燃料を燃焼させる燃焼室が、筒状体の形態を有しており、
前記燃焼室の室壁が前記燃料電池セルによって規定されており、
前記燃料電池セルが、固体電解質基板と、該基板の燃焼室側の面に形成されたアノード層と、前記基板のアノード層とは反対側の面に形成されたカソード層とを含み、かつ
前記燃焼室の室壁が、層間において空気案内路が形成された少なくとも２層の複合壁構造を有しており、前記室壁を構成する層のうち前記燃焼室に接する最内層が少なくとも前記燃料電池セルからなり、かつ前記室壁を構成する最外層の外部に存在する空気が、前記層間に形成された空気案内路を通過した後に前記燃焼室に供給されることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
前記ガス燃料の燃焼口が、前記燃焼室の底部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガス燃料が、炭化水素系ガス、ガソリン、アルコール及びケトンからなる群から選択された液体から生成せしめられたガス又はその混合物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃焼室が、その筒状体の下端部に、前記ガス燃料の燃焼に関与し、かつ前記アノード層に供給される空気を取り入れる空気供給口を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記室壁が、１個もしくはそれ以上の空気侵入孔又はスリットを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記燃焼室が、その内部に空気を供給する送気機構をさらに有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料電池セルが、固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを含む単一のセル部材からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電池セルが、縦方向、横方向又は縦横両方向に分割して配置された、それぞれ固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを含む複数個の区画セル部材の組み合わせからなり、かつそれぞれの区画セル部材が、相互に直列もしくは並列に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
隣接して配置された複数個の区画セル部材において、アノード層及びカソード層がそれぞれ直列に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
複数個の区画セル部材において、前記固体電解質基板は共通の基板であり、かつ前記直列接続が、ある区画セル部材のアノード層と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層との間で、前記固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して行われていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
複数個の区画セル部材において、前記固体電解質基板は共通の基板であり、かつ前記直列接続が、ある区画セル部材のアノード層と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層との間で、前記固体電解質基板の貫通孔を通過して配線された導体ワイヤを介して行われていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１２】
複数個の区画セル部材において、各区画セル部材はそれぞれ前記固体電解質基板を備えており、かつ前記直列接続は、ある区画セル部材のアノード層に埋設又は固定したアノード側メッシュ状金属と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層に埋設又は固定したカソード側メッシュ状金属との間で、前記区画セル部材間の間隙を通過して配線された導体ワイヤを介して行われていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１３】
複数個の区画セル部材において、各区画セル部材はそれぞれ前記固体電解質基板を備えており、かつ前記直列接続は、ある区画セル部材のアノード層に埋設又は固定したアノード側メッシュ状金属と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層に埋設又は固定したカソード側メッシュ状金属との間で、前記区画セル部材間の間隙を通過して延長して配置された前記アノード側メッシュ状金属及び（又は）前記カソード側メッシュ状金属を介して行われていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記燃料電池が、それぞれが燃料電池として機能する２個もしくはそれ以上の燃料電池ユニットの組み合わせからなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記燃料電池ユニットが、１個のケーシング内に一括して配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、さらに詳しく述べると、燃料電池セルをガス燃料由来の火炎の近傍に配置してその火炎によって発電を行うタイプの固体電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、火力発電などに代わる低公害の発電手段として、あるいはガソリンなどを燃料とするエンジン自動車に代わる電気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。特に最近では、燃料電池の高効率化、低コスト化を目指して多くの研究がなされている。
【０００３】
周知の通り、燃料電池には種々の発電形式があるけれども、なかでも固体電解質を用いた形式の燃料電池、すなわち、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、最も高い発電効率が期待され、長寿命化、低コスト化が可能であるので、いろいろな技術分野において着目されている。
【０００４】
固体電解質型燃料電池の一例を示すと、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層として用いたものがある。この固体電解質層の一面にカソード層を、そして、その反対面にアノード層を形成し、このカソード層側に酸素又は酸素含有気体が供給され、さらに、アノード層には、メタン等の燃料ガスが供給されるようになっている。固体電解質層、アノード層及びカソード層から形成される燃料電池セルをチャンバーに収納して燃料電池が完成する。
【０００５】
この燃料電池では、カソード層に供給された酸素（Ｏ２）が、カソード層と固体電解質層との境界で酸素イオン（Ｏ２−）にイオン化され、この酸素イオンが、固体電解質層によってアノード層に伝導され、アノード層に供給された、例えばメタン（ＣＨ４）ガスと反応し、そこで、最終的には、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）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、カソード層とアノード層との間に電位差が生じる。そこで、カソード層とアノード層とにリード線を取付ければ、アノード層の電子が、リード線を介してカソード層側に流れ、燃料電池として発電することになる。なお、この種の燃料電池の駆動温度は、通常、約１０００℃である。また、ここでは示さないけれども、かかる固体電解質型燃料電池において、システムや構成の簡略化、駆動温度の低温化、耐久性の向上などを目的としていろいろな改善が行なわれている。
【０００６】
上述の燃料電池は、燃料電池セルがチャンバー内に収納されているけれども、構造の簡略化、小型軽量化、低コスト化などをねらって、固体電解質燃料電池セルを火炎中、あるいは火炎の近傍に配置し、火炎の熱によって燃料電池セルをその動作温度に保持させて、発電を行う形式の燃料電池も提案されている。特にこの種の燃料電池の場合、火炎を直接利用しているので、起電時間が短縮できるという効果もある。
【０００７】
火炎を利用した固体電解質型燃料電池の一例を示すと、特許文献１は、気体又は気化燃料の供給手段と、燃料と空気が取り込まれて燃焼を行う燃焼空間とを備える燃焼装置において、上記燃焼空間の周囲に、多孔セラミックス、ジルコニア層、電極よりなる固体電解質型燃料電池を、上記燃料と外部空気を隔てるように設けたことを特徴とする燃焼装置を開示している。図１１は、この燃焼装置の一例を示したものであり、燃焼空間１１３の周囲に燃料電池１１２が備わっている。バーナー１０３では、燃料の燃焼によって一次炎１１０と二次炎１１１が分離して形成される。参照番号１１４は、電力取り出し用の配線である。
【０００８】
また、特許文献２は、管状の固体電解質型燃料電池を備えた燃料電池を開示している。図１２は、この燃焼装置の一例を示したものであり、燃料電池セル２０３は、ジルコニア固体電解質管２１２ａと、管２１２ａの外側に形成された燃料極であるアノード層２２２と、管２１２ａの内側に形成された空気極であるカソード層（図示せず）とからなる。この固体電解質の燃料電池セル２０３を、燃料ガスが供給される燃焼装置２０１から発生する火炎２０２の還元炎部分２２３に、アノード層２２２をさらした状態で設置する。このように燃料電池セル２０３を火炎２０２内に設置することにより、還元炎中に存在するラジカル成分等を燃料として利用して発電を行うことが可能である。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−６０３１０号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特開平６−１９６１７６号公報（特許請求の範囲、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば図１１及び図１２を参照して説明した、燃料電池セルを火炎に直接接触させて発電を行うタイプの固体電解質型燃料電池（以下、直接火炎型燃料電池ともいう）は、先にも説明したように、起電時間を短縮できる、構造を簡略化することができるので、装置の小型軽量化、低コスト化を容易に達成できる、などの利点がある。
【００１１】
しかし、従来の直接火炎型燃料電池には、依然として改善の余地が残されている。例えば、直接火炎型燃料電池において燃料として特にガス燃料を使用した場合、カソード側の酸素分圧を高く維持することが困難であるために出力低下が発生し、十分に高い電力量を実現できないという問題がある。また、燃焼系において空気の流れが安定しないので、拡散過電圧の状態が発生し、電力を安定に供給できないという問題がある。さらに加えて、ガス燃料の燃焼時に発生する排出ガスについて、それを有効利用することが望まれている。
【００１２】
本発明の目的は、したがって、起電時間を短縮でき、構造を簡略化することができ、装置の小型軽量化、低コスト化を容易に達成できるとともに、カソード側の酸素分圧に原因する出力低下がなく、燃焼系の空気の流れに原因する拡散過電圧の発生がなく、しかも排出ガスを有効利用することができる、従来品に比較してさらに改良された固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【００１３】
本発明の目的はまた、燃焼室の空間をより効果的に利用できる固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【００１４】
本発明の上記した目的やその他の目的は、以下の詳細な説明から容易に理解することができるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記した目的を達成すべく鋭意研究した結果、固体電解質型燃料電池を、
燃料電池セルを燃料の燃焼によって発生せしめられた火炎の近傍に配置して火炎によって発電を行うタイプの直接火炎型燃料電池として構成すること、
燃料としてガス燃料を使用すること、
燃料を燃焼させる燃焼室をその上部が開放された筒状体の形で構成すること、及び
燃焼室の室壁を層間に空気流路を備えた多層壁構造体の形で構成するとともに、その室壁の最内層を燃料電池セルによって規定すること
が有効であるということを発見し、本発明を完成した。
【００１６】
すなわち、本発明は、燃料電池セルをガス燃料の燃焼によって発生せしめられた火炎の近傍に配置して火炎によって発電を行うタイプの固体電解質型燃料電池において、
前記燃料を燃焼させる燃焼室が、筒状体の形態を有しており、
前記燃焼室の室壁が前記燃料電池セルによって規定されており、
前記燃料電池セルが、固体電解質基板と、該基板の燃焼室側の面に形成されたアノード層と、前記基板のアノード層とは反対側の面に形成されたカソード層とを含み、かつ
前記燃焼室の室壁が、層間において空気案内路が形成された少なくとも２層の複合壁構造を有しており、前記室壁を構成する層のうち前記燃焼室に接する最内層が少なくとも前記燃料電池セルからなり、かつ前記室壁を構成する最外層の外部に存在する空気が、前記層間に形成された空気案内路を通過した後に前記燃焼室に供給されることを特徴とする固体電解質型燃料電池にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下の詳細な説明から理解されるように、固体電解質型燃料電池において火炎を直接的に燃料電池セルのアノード層に接触させる構造を採用しているので、起電時間を短縮し、かつ電池の構造を簡略化することができ、したがって、装置の小型軽量化、低コスト化を容易に達成することができる。
【００１８】
また、従来の直接火炎型燃料電池においてガス燃料を使用した場合にはカソード側の酸素分圧を高く維持することが困難であったのに反して、本発明では、カソード側の酸素分圧を常に大気レベルで維持することができ、よって、高出力な状態を達成し、かつ安定に維持することができる。また、本発明によると、空気を空気案内路で予備加熱した後に燃焼室に供給し、かつ燃焼室の底部で火炎に対向させているので、供給される空気をカソード反応に有利に利用することができる。さらに、燃焼系において、強制的な空気の流れが発生し、しかもその流れが一様であるので、拡散過電圧を低減することができる。
【００１９】
さらに、本発明では、燃料電池を燃料電池ユニットの形で構成し、２個もしくはそれ以上の燃料電池ユニットを１つのケーシングに組み入れることで、燃料電池の空間を有効利用し、小型かつコンパクトであるにもかかわらず高出力な燃料電池を提供することができる。
【００２０】
さらに、本発明の燃料電池の場合、その燃焼室の上部空間が開放されているので、その空き空間をより効果的に利用することができる。例えば、上部空間から排出された排気ガスの熱量（廃熱）を湯沸かし器、調理器具などの加熱に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明による燃料電池は、上記したように、固体電解質型燃料電池であり、なかんずく、燃料電池セルを火炎の近傍に配置して火炎によって発電を行うタイプの直接火炎型燃料電池にある。ここで、「火炎の近傍」とは、ガス燃料の燃焼口、例えばバーナーの先端部が燃料電池セル、特にそのアノード層に近い位置にあり、燃焼口から放出された火炎が燃料電池セルに均一に接触し、所期の発電を実現できるような位置関係を意味している。本発明の燃料電池の場合、特に、ガス燃料の燃焼口を筒型燃焼室の底部に配置し、燃焼口からの火炎が燃焼室を上向きに流れて燃料電池セルのアノード層に接触するように構成するのが有利である。
【００２２】
本発明の燃料電池は、いろいろな形態で有利に実施することができる。本発明の燃料電池の好ましい実施形態は、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、次の通りである。
【００２３】
本発明による固体電解質型燃料電池は、まず、燃料を燃焼させて火炎を生じさせる燃焼室が筒状体の形態を有していることを特徴とする。ここで、「筒状体」とは、通常円筒体の形をいうけれども、燃料電池のデザイン、用途などの面から必要であるならば、立方体やその他の形の筒状体であってもよい。基本的に、かかる筒状体は、燃焼時に発生する排気ガスの廃熱を有効利用するため、上部が開放された構造を有することが好ましい。上部開口は、燃焼室が円筒体であれば、円形である。
【００２４】
また、本発明において重要な１つの要件は、燃焼室が従来の燃料電池のように単なる燃焼室として機能するのではなくて、その燃焼室の室壁をもって燃料電池の心臓部とも言うべき「燃料電池セル」が規定されているということである。燃料電池セルは、基本的に、固体電解質基板と、該基板の燃焼室側の面に形成されたアノード層（燃料極）と、前記基板のアノード層とは反対側の面に形成されたカソード層（空気極）とを含むように構成される。本発明に従い燃料電池セルをもって燃焼室の室壁を構成することで、今までに予想されなかったいろいろな作用や効果を期待することができる。例えば、燃焼室の室壁のほぼ全体に燃料電池セルを配置した構造を採用しているので、起電時間を短縮でき、構造を簡略化し、装置の小型化、低コスト化を達成できることは言うまでもなく、さらには、火炎と燃料電池セルの間のアノード反応を非常に効率よく実施できるという効果がある。燃料電池セルのアノード層に火炎をむらなく接触させ、火炎中に存在する炭化水素、水素、ラジカル（ＯＨ、ＣＨ、Ｃ２、Ｏ２Ｈ、ＣＨ３等）などを効率よく利用することができるからである。
【００２５】
さらに、本発明において重要ないま１つの要件は、燃焼室の室壁が、従来の燃料電池に一般的に採用されている単一壁構造の代わりに、層間において空気案内路が形成された少なくとも２層の複合壁構造を有していることである。特に本発明の燃料電池の場合、燃焼室の室壁を構成する複数の壁のうち燃焼室に接する最内層の壁が少なくとも燃料電池セルからなることが必須である。また、本発明の燃料電池の場合、室壁が２層以上の複合構造を有しているので、室壁を構成する最外層の壁の外部に存在する空気を、隣接する壁の間に形成された空気案内路を通過させ、加熱した後に燃焼室に供給することができる。
【００２６】
燃焼室の複合壁構造についてさらに説明すると、本発明の燃料電池の場合、燃焼室に接する最内層の壁が少なくとも燃料電池セルからなることが好ましく、また、所望ならば、内側から数えて第２、第３、…の層（壁）も、燃料電池セルからなってもよい。いずれにしても、かかる複合壁構造の場合、隣接した壁の間には、外部から導入されてきた空気の流通を可能ならしめるのに十分なサイズの間隙をもった空気案内路が形成されていることが必要であり、このように構成したことによって、空気案内路を通過する間に空気が徐々に加温されて燃焼室の送り込まれるので、燃焼室内に冷たい空気が直接的に送り込まれ、燃料電池セルを急冷するという不都合を回避するとともに、予備加熱された空気をカソード反応に有利に利用することができる。
【００２７】
ここで、燃料電池セルの構成について説明する。燃料電池セルは、以下に説明するように、単一のセル部材からなっていてもよく、さもなければ２個もしくはそれ以上の区画されたセル部材の組み合わせからなっていてもよいけれども、いずれのセル部材も、基本的には、固体電解質基板と、その基板の主たる２つの面に対向して配置されたアノード層及びカソード層とからなる。これらのセル部材は、アノード層及びカソード層に接続されたリード線を有することのほか、必要ならば、アノード層、カソード層またはそれらの層に埋設もしくは貼り合わされたメッシュ状金属やその他の部材を有していてもよい。リード線は、例えば、銀、金、白金などから形成することができる。メッシュ状金属は、特に、補強材兼集電材として機能することができる。
【００２８】
固体電解質基板は、本発明の実施において特に限定されるものではなく、例えば、次のような公知の材料から形成することができる。
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）、これらのジルコニアにさらに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）、ＧＤＣ（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。
【００２９】
また、アノード層は、本発明の実施において特に限定されるものではなく、例えば、次のような公知の材料から形成することができる。
ａ）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。
ｂ）導電性酸化物を主成分（５０〜９９重量％）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）。
ｃ）上記ａ）及びｂ）の材料に、白金族元素からなる金属又はその酸化物を１〜１０重量％程度配合したもの。
【００３０】
上記した材料のなかで、ｂ）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層の酸化に起因して発生する、アノード層の電極抵抗の上昇による発電効率の低下あるいは発電不能、アノード層の固体電解質層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、上記した材料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。
【００３１】
同様に、カソード層は、本発明の実施において特に限定されるものではなく、例えば、公知の材料、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）などから形成することができる。
【００３２】
本発明の燃料電池セルにおいて、アノード層及びカソード層は、好ましくは、ともに多孔質体で形成されるが、固体電解質基板も同様に多孔質体として形成することが好ましい。従来の燃料電池セルでは、固体電解質層は緻密質に形成されていたが、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かった。また、一般に、固体電解質層は、アノード層及びカソード層よりも厚く形成されているので、固体電解質層のひび割れが引き金となり、燃料電池セルの全体にひび割れが発生し、バラバラになってしまっていた。本発明に従い固体電解質基板を多孔質体として形成することによって、これらの欠点を有利に回避することができる。
【００３３】
特に本発明では、固体電解質基板が多孔質であることで、発電時に、火炎の近傍に配置されて、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、固体電解質層が多孔質であると、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。
【００３４】
本発明による固体電解質型燃料電池は、上記したように、直接火炎型燃料電池である。したがって、火炎の形成のために燃料が必要である。従来の燃料電池では都市ガスやその他のガス状燃料を使用することや、ウッドチップなどの固形燃料を使用することが提案されているけれども、本発明では、上記した通り、ガス燃料を使用したときに発生する出力低下を防止することが１目的としてあり、したがってガス燃料を使用することが必須である。
【００３５】
本発明の実施に好適なガス燃料としては、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素系ガスや、液体燃料もしくは液化ガス燃料、例えばヘキサン、へプタン、オクタン等のガソリン系液体、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、あるいはアセトン等のケトンに由来して生成せしめられたガスを挙げることができる。これらのガス燃料は、通常単独で使用されるけれども、必要ならば、２種類以上のガスを混合して使用してもよい。とりわけ、炭化水素系ガスがガス燃料として好適である。これらのガス燃料は、ガスボンベ、液化ガス容器、都市ガスラインなどから燃料電池に供給することができ、燃料電池に付属の燃焼器具、例えばガスバーナーで燃焼させることができる。
【００３６】
さらに、ガス燃料の燃焼に由来する火炎は、拡散炎でも予混炎でもよいけれども、拡散炎は、炎が不安定であり、煤の発生によってアノード層の機能低下を招きやすいので、予混炎の方が好適である。予混炎は安定している上に、火炎サイズを調整しやすいので有利であり、さらに燃料濃度を調整して、煤の発生を防止することができる。
【００３７】
本発明による燃料電池において、燃料電池セルを室壁（側壁）に備えた燃焼室は、燃料電池の構造、性能などを改善するため、本発明の範囲内でいろいろに変更することができる。例えば、燃焼室は、燃料の燃焼に関与し、かつアノード層に供給される空気を十分に取り入れ可能とするため、任意の位置に１個もしくはそれ以上の空気供給口を備えていることが好ましい。空気供給口は、通常、燃焼室の室壁（筒状体）の下端部に設けることが好ましい。
【００３８】
また、燃焼室の室壁は、上記のような空気供給口を備えるばかりでなく、空気の供給を補助するため、１個もしくはそれ以上の空気侵入孔又はスリットを有していてもよい。例えば、空気侵入孔は、室壁の任意の位置に複数個の細孔を間隔をあけて貫通させることによって形成することができる。同様に、スリットも、室壁の任意の位置に複数個の細長い切り欠き部を間隔をあけて切削することによって形成することができる。また、燃料電池セルを複数個の区画セル部材の組み合わせから構成する場合、相隣れる区画セル部材間の間隙をスリットとして利用することもできる。
【００３９】
さらに、燃焼室に対する空気の供給を補助し、特に常に新鮮な空気が供給されるようにするため、燃焼室に送気機構、例えば空気ファン、ブロアなどを装備するのが好ましい。送気機構は、空気の強制的な供給を保証するため、燃焼室の室壁に形成された空気案内路の始端、すなわち、空気取り入れ口の近傍に配置することが好ましい。
【００４０】
さらに加えて、本発明の燃料電池では、燃料電池セルを単一の部材から完成してもよく、２個もしくはそれ以上の部材を組み合わせて完成してもよい。すなわち、本発明の好ましい１態様において、燃料電池セルは、固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを含む単一のセル部材から形成することができる。固体電解質基板、アノード層及びカソード層は、それぞれ、前記したような材料から形成することができる。
【００４１】
本発明のもう１つの好ましい態様によると、燃料電池セルは、縦方向、横方向又は縦横両方向に分割して配置された、それぞれ固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを含む複数個の区画セル部材の組み合わせからなることができる。かかる燃料電池セルの場合、それぞれの区画セル部材を相互に直列もしくは並列に電気的に接続して、目的とする燃料電池セルを完成することができる。
【００４２】
本発明の実施においては、隣接して配置された複数個の区画セル部材において、アノード層及びカソード層がそれぞれ直列に接続されていることが特に好ましい。また、区画セル部材の直接接続は、以下に記載する典型的な態様を含めて、いろいろな方法で有利に実現することができる。
【００４３】
第1の接続方法によると、複数個の区画セル部材において、固体電解質基板として１つの共通の基板を用意する。ここで、直列接続は、ある区画セル部材のアノード層と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層との間で、前記固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して行われるように構成する。
【００４４】
第２の接続方法によると、複数個の区画セル部材において、固体電解質基板として１つの共通の基板を用意する。ここで、直列接続は、ある区画セル部材のアノード層と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層との間で、前記固体電解質基板の貫通孔を通過して配線された導体ワイヤを介して行われるように構成する。
【００４５】
また、この接続方法の１変更例として、複数個の区画セル部材において、固体電解質基板として１つの共通の基板を用意する代わりに、各区画セル部材のために専用の固体電解質基板を用意してもよい。すなわち、この態様の場合、ある区画セル部材のアノード層と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層とを、それらの区画セル部材間の間隙又はスリットを通過して配線された導体ワイヤを介して直列接続することができる。
【００４６】
第３の接続方法によると、複数個の区画セル部材において、各区画セル部材のために専用の固体電解質基板を用意する。ここで、直列接続は、ある区画セル部材のアノード層に埋設又は固定したアノード側メッシュ状金属と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層に埋設又は固定したカソード側メッシュ状金属との間で、前記区画セル部材間の間隙又はスリットを通過して配線された導体ワイヤを介して行われるように構成する。
【００４７】
第４の接続方法によると、複数個の区画セル部材において、各区画セル部材のために専用の固体電解質基板を用意する。ここで、直列接続は、ある区画セル部材のアノード層に埋設又は固定したアノード側メッシュ状金属と、該区画セル部材に隣接する別の区画セル部材のカソード層に埋設又は固定したカソード側メッシュ状金属との間で、前記区画セル部材間の間隙を通過して延長して配置された前記アノード側メッシュ状金属及び（又は）前記カソード側メッシュ状金属を介して行われるように構成する。なお、メッシュ状金属は、アノード側メッシュ状金属、カソード側メッシュ状金属及び接続手段としてのメッシュ状金属の３者が共通であることが好ましい。加工が容易であり、製造コストも低減できるからである。
【００４８】
もちろん、上記した第１〜第４の接続方法は、任意に組み合わせて使用することができ、さもなければ、上記以外の方法と組み合わせて使用してもよい。
【００４９】
さらにまた、上記した燃料電池セルによって規定される燃焼室の室壁は、その室壁や底壁を取り囲んだ筒状の断熱壁をさらに有していてもよい。断熱壁は、いろいろな断熱材から任意の厚さで形成することができ、燃焼室の外壁に固着材で貼り付けたり、機械的手段で取り付けたりすることができる。適当な断熱材として、例えば、グラスウールなどを挙げることができる。
【００５０】
さらに詳しく述べると、本発明の燃料電池及びそれに使用される燃料電池セル（単一セル部材又は区画セル部材）は、それぞれ、燃料電池の製造に従来から一般的に使用されている技法を使用するか、もしくはその技法を本発明のために改良して、いろいろな手法で製造することができる。例えば、区画セル部材は、次のようにして製造することができる。
【００５１】
先ず、固体電解質層の形成材料（通常、粉末）を所定配合割合で混合し、平板状に成形する。成形には、プレス成形などを利用できる。その後、得られたグリーンシートを焼成及び焼結して固体電解質層としての基板を作製する。このとき、気孔生成剤等の任意の添加剤を添加し、特に気孔生成剤の粉末の種類や配合割合を調整し、さらには焼成温度、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電解質基板を作製することができる。
【００５２】
次に、固体電解質基板に、作製する予定の区画セル部材の数にあわせてアノード層及びカソード層を形成する。本発明では、両者を導体ビアや導体ワイヤなどを介して接続することが必要であるので、その接続方法などの条件に応じてアノード層及びカソード層を任意の形状に形成する。例えば、アノード層及びカソード層に凸部を形成し、その凸部で導体ビアを介して接続することが望まれる場合、基板上の凸部を形成すべき位置に、例えばドリル加工等の公知の方法にて貫通孔を形成する。
【００５３】
上記のようにして貫通孔を形成した固体電解質基板について、先ず、アノード層及びカソード層の凸部に対応する位置に形成した貫通孔に、適当な導電性金属からなる導体ビア形成用のペーストを充填すると共に、一面側に、アノード層となる形状でペーストを、他面側にカソード層となる形状でペーストをそれぞれ塗布し、さらに焼成を行う。このようにして、１枚の固体電解質基板に複数の燃料電池セル（本発明でいう区画セル部材）を組み込むことができる。
【００５４】
また、このようにして燃料電池セルを作製した場合、区画セル部材が順次直列に接続されることとなる。すなわち、区画セル部材のアノード層は、基板を貫通した導体ビアを介して隣接する次の区画セル部材のカソード層に接続される。さらに、その区画セル部材のアノード層は、導体ビアを介して隣接する次の区画セル部材のカソード層に接続される。このように導体ビアを介して接続することで、複数個の区画セル部材を順次直列に接続して目的とする燃料電池セルを完成することができる。
【００５５】
本発明の他の実施形態による燃料電池セル（区画セル部材）も、上記と同様にして、あるいは本発明の範囲に属する別の方法を使用して、簡単に製造することができる。例えば、貫通孔に充填した導体ビアに代えて、貫通孔やそれに類似する開口部に差し込んだ導体ワイヤを使用してアノード層とカソード層を接続してもよく、さもなければ、隣接する区画セル部材の間の隙間（スリット）に差し込んだ導体ワイヤを使用してアノード層とカソード層を接続してもよい。
【００５６】
区画セル部材は、上記したように、メッシュ状金属あるいはその他の類似の材料をアノード層及びカソード層に備えることができる。また、必要ならば、同じもしくは異なるメッシュ状金属をアノード層及びカソード層の接続及び固定に利用することもできる。メッシュ状金属は、任意の形状を有する区画セル部材にあわせて任意の形状に加工した後、固体電解質基板のアノード層及びカソード層に任意の手段で取り付けることができる。一般的には、埋設、固着等の手段を使用してメッシュ状金属をアノード層及びカソード層に取り付けることができる。
【００５７】
メッシュ状金属としては、これを埋設するかもしくは固着するカソード層及びアノード層との熱膨張係数の調和や、耐熱性に優れた金属が好適である。具体的には、白金や、白金を含む合金からなる金属からメッシュ状体を加工することが理想的である。しかしながら、高価であることから、実際上は、ＳＵＳ３００番代（３０４、３１６等）あるいはＳＵＳ４００番代（４３０等）のステンレスやハステロイ等でもよく、これらの金属はコストの点で有利である。メッシュ状金属のメッシュサイズは、燃料電池セルの構成などに応じていろいろに変更することができるが、一般的には約１〜５ｍｍ角であり、好ましくは約２〜３ｍｍ角である。
【００５８】
メッシュ状金属は、単に相隣れる区画セル部材の接続や固定のために使用されるだけでなく、集電性の向上、機械的強度の向上にも寄与することができる。また、電極材料や電解質材料より熱伝導性が高いため、燃料電池セルの均熱性を向上させ、結果として耐熱衝撃性を向上させる効果も高い。特に本実施形態では、カソード層及びアノード層にメッシュ状金属を埋設又は固着したので、速やかに均熱化が起こり、固体電解質基板の割れが生じ難く、またたとえ割れが起きても区画セル部材を接続する金属線やメッシュ状金属の断線が起きない限り発電を継続できるという利点もある。
【００５９】
本発明による燃料電池は、単一の燃料電池のみからなってもよく、さもなければ、それぞれ本発明の燃料電池として機能することのできる２個もしくはそれ以上の燃料電池ユニットの組み合わせからなってもよい。特に本発明の燃料電池は、複数個の燃料電池ユニットを組み合わせることで、所定のサイズにおいて出力の増加などを容易に達成することができる。
【００６０】
本発明の燃料電池は、それを複数個の燃料電池ユニットの組み合わせから構成する場合、いろいろな組み合わせで実施することができる。例えば、複数個の燃料電池ユニットを１個のケーシング内に一括して並べて配置することができる。組み合わせて使用する複数個の燃料電池ユニットは、それぞれ、同一の形状、構成及び寸法を有していてもよく、さもなければ、互いに異なる形状、構成及び寸法を有していてもよい。もちろん、所望であるあらならば、いろいろな燃料電池ユニットを任意に組み合わせて、かつ任意の配置パターンで使用してもよい。また、ケーシング内において、それぞれの燃料電池ユニットの燃焼室の上部開口部が同一レベルに調整されているように構成すると、コンパクトで取り扱い性に優れた燃料電池を実現することができる。さらに、複数個の燃料電池ユニットをケーシングに収納して使用することは一例であり、例えば共通の基板に固定して使用することなど、その他の手法で使用してもよい。
【００６１】
本発明による燃料電池は、小型・軽量、低価格であり、メンテナンスが容易であるので、いろいろな分野において有利に製造することができる。例えば、本発明の燃料電池は、ＬＥＤの点灯、ＬＣＤの表示、携帯ラジオ又は携帯情報機器の駆動などに使用することができる。また、非常・停電時、野外活動中などの電源として使用することも可能である。
【００６２】
引き続いて、本発明の燃料電池を添付の図面を参照して説明する。なお、図示の燃料電池は一例であって、当業者に容易に理解されるように、本発明の範囲内で構造、寸法等をいろいろに変更可能である。なお、燃料電池を構成する部材の形成に好適な材料などの説明は、すでに上記してあるので、ここでの説明を省略する。
【００６３】
図１は、本発明による固体電解質型燃料電池の好ましい１形態を示した斜視図であり、図２は、図１に示した燃料電池の線分II−IIに沿った断面図である。なお、これらの図面では合計して９個の燃料電池ユニット（それぞれのユニットが、本発明の燃料電池の要件を満たしている）を組み合わせて１つの燃料電池を構成した例が示されているけれども、本発明の燃料電池は、図３に示すように、単一の燃料電池からなっていてもよい。なお、図３は、図２に示した一群の燃料電池ユニットの１つを拡大して示した断面図である。
【００６４】
図３を参照して説明すると、本発明の燃料電池は、基本的に、単一の燃料電池セル（本発明では、「セル部材」ともいう）５と、その燃料電池セルをもって室壁（１２−１）を構成した燃焼室１１とを有する。燃料電池セル５は、固体電解質基板１と、基板１の燃焼室側の面に形成されたアノード層２と、基板１のアノード層２とは反対側の面に形成されたカソード層３とからなる。燃焼室１１の室壁は、火炎に接する燃料電池セルによって構成された円筒形の室壁（内壁）１２−１と、それを取り囲んだ同じく円筒形の室壁（外壁）１２−２との２層構造体である。なお、図示の例では室壁１２−１を燃料電池セル５そのものから形成しているけれども、加工性の面などを考慮した場合、室壁１２−１を室壁１２−２と同様な材料から一体的に形成し、最後に室壁１２−１の内面に、別に作製しておいた燃料電池セルを貼り付けたり取り付けたりすることが推奨される。また、図示の燃焼室１１では、室壁１２−２の上部空間から空気が取り込まれるように構成されているけれども、室壁１２−２の外側にさらにもう１つの室壁を取り付けて（上端をケーシングの上面１９ａに固定）、その追加の室壁の下部空間から空気が取り込まれるように構成してもよい。外部の空気は、図中矢印で示されるように、室壁１２−１及び１２−２の間に形成された間隙（空気案内路）を流通中に加温されながら、燃焼室１１にその底部の空気供給口１８から送り込まれるであろう。ここで、図示の燃焼室１１は、円筒体であるけれども、所望ならば、立方体などであってもよい。
【００６５】
また、燃焼室１１は、その閉じられた底面に燃焼装置（図では、ガスバーナー）１６の燃焼口が備わっている。ガスバーナー１６に送られてきたガス燃料に着火すると、そのガス燃料の燃焼によって火炎６が発生し、その火炎が燃料電池セル５のアノード層２に接触する。その結果、火炎６に由来するアノード反応よって発電が行なわれる。
【００６６】
図３に示した燃料電池は、好ましくは、それを燃料電池ユニットとして使用して、図１及び図２に示すような、複数個の燃料電池ユニットの組み合わせからなる燃料電池を完成してもよい。燃料電池１０は、合計９個の燃料電池ユニットＢ１、Ｂ２、Ｂ３、…を並列に並べてステンレス鋼製のケーシング１９に収納している。それぞれの燃料電池ユニットは、図３を参照して上記した燃料電池と同様な構成を有している。しかし、この燃料電池１０において、当業者に明らかなように、燃料電池ユニットの形状、構成、数などは、燃料電池の用途やその他の要件に応じて任意に変更することができ、ケーシングの形状や材料もまた任意に変更することができる。一例として、円筒形のケーシング内で、やや大きな直径を有する主たる円筒形燃料電池を中央に配置し、その主たる燃料電池の周囲に、比較的に小さな直径を有する従たる円筒形燃料電池を複数個、等間隔で配置してもよい。また、図示の燃料電池１０の場合、空気案内路内において空気の案内を強制的に行い、空気供給口１８からの空気の供給を促進するために、燃焼室１１の下方に空気ファン２１も備えている。
【００６７】
燃料電池１０の運転は、先に図３を参照して説明したものと同様な方法で実施することができる。すなわち、外部の空気は、図中矢印で示されるように、燃料電池セル５（内壁１２−１）及び外壁１２−２の間に形成された所定の間隙をもった空気案内路を強制的に案内され、その途中で加温されながら、空気供給口１８を介して燃焼室１１に送られる。一方、バーナー１６に送られてきたガス燃料に着火すると、そのガス燃料の燃焼によって火炎６が発生し、その火炎が燃料電池セル５のアノード層２に接触する。その結果、火炎６に由来するアノード反応よって発電が行なわれる。また、ケーシング１９の上面１９ａでは燃焼室１１のそれぞれの開口部が同一レベルで形成されているので、それらの開口部の上に調理器具等の加熱を必要とする任意の装置を配置することで、排気ガスに由来する廃熱を有効利用することができる。
【００６８】
図１〜図３の燃料電池では、単一の燃料電池セルの使用について説明した。しかし、燃料電池セルは、必要ならば、２個もしくはそれ以上の部材に分割して、区画セル部材の形で構成してもよい。この場合、それぞれの区画セル部材は、燃料電池セルとして機能させるため、相互に電気的に接続することが必要である。
【００６９】
図４は、説明の簡略化のために固体電解質基板、アノード層及びカソード層の構成を省略しているが、燃料電池セルを縦方向に４分割し、区画セル部材５１、５２、５３及び５４から構成した例である。それぞれの区画セル部材は、図示しないが、アノード層とカソード層の間で相互に接続されている。接続手段は、導体ワイヤやメッシュ状金属などである。また、相隣れる区画セル部材の間に形成された間隙（スリット）１５は、燃焼室に対する空気侵入口としても機能することができる。
【００７０】
図４を参照した上記の説明から理解できるように、区画セル部材は、縦方向に室壁を分割した形で形成されてもよく、横方向に分割した形で形成されてもよく、さもなければ、縦横両方向に分割した形で形成されてもよい。また、それぞれの区画セル部材は、相互に直列に接続されてもよく、あるいは並列に接続されてもよい。
【００７１】
図５は、燃焼室の室壁を構成する燃料電池セル５の下部に複数個の空気侵入孔８を形成した例である。室壁に空気侵入孔８を備えることによって、燃料の燃焼に関与し、かつアノード層に供給される空気をより効率的に燃焼室に送り込むことができる。なお、図示の例では空気侵入孔８が設けられているけれども、それに代えて、あるいはそれに組み合わせて、１本もしくはそれ以上のスリットを室壁に設けてもよい。例えば、室壁の任意の位置に縦長のスリットを切り込むことができる。
【００７２】
図６〜図９は、それぞれ、燃料電池セルを複数個の区画セル部材から構成した場合に、それぞれの区画セル部材を相互に接続する方法を説明したものである。なお、それぞれの図面において、説明の簡略化のために区画セル部材を平板の形で示してあるけれども、通常、筒状体を形成するのに十分なように湾曲した形に加工されているのが一般的である。
【００７３】
図６を参照すると、燃料電池セルは、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成される。また、それぞれの区画セル部材は、固体電解質基板（本例の場合、すべての区画セル部材に共通である）と、その基板のそれぞれの面に形成されたアノード層及びカソード層を有している。例えば区画セル部材Ｃ１を参照すると、共通の固体電解質基板１の片面にアノード層２１があり、他方の面にカソード層３１がある。この区画セル部材Ｃ１のアノード層２１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のカソード層３２とを、固体電解質基板１を貫通して充填された導体ビア２２を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。
【００７４】
図７は、アノード層とカソード層の接続を導体ビアに代えて導体ワイヤで行った違いを除いて、図６の例に同じである。すなわち、燃料電池セルは、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成される。それぞれの区画セル部材は、例えば区画セル部材Ｃ１を参照することで理解されるように、共通の固体電解質基板１の片面にアノード層２１があり、他方の面にカソード層３１がある。この区画セル部材Ｃ１のアノード層２１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のカソード層３２とを、固体電解質基板１の貫通孔１４に案内された導体ワイヤ２３を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。
【００７５】
なお、上記の方法の別法として、以下に図１０を参照して説明するように、それぞれの区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…に専用の固体電解質基板１１、１２、…を使用して、隣接する区画セル部材に形成された狭い隙間に導体ワイヤを通すことで、区画セル部材Ｃ１のアノード層２１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のカソード層３２とを、導体ワイヤ２３を介して接続することができる。
【００７６】
図８は、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…をそれぞれ独立したものとして構成するとともに、アノード層及びカソード層にそれぞれメッシュ状金属を埋設し、かつ隣接する区画セル部材のアノード層（メッシュ状金属）とカソード層（メッシュ状金属）を区画セル部材の間隙に通した導体ワイヤ２３で接続した例である。
【００７７】
すなわち、燃料電池セルは、図示されるように、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成される。また、それぞれの区画セル部材は、固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを有している。例えば区画セル部材Ｃ１を参照すると、固体電解質基板１１の片面にメッシュ状金属２Ｍ１を埋設したアノード層２１があり、他方の面にメッシュ状金属３Ｍ１を埋設したカソード層３１がある。この区画セル部材Ｃ１のメッシュ状金属２Ｍ１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のメッシュ状金属３Ｍ１とを、隣接する区画セル部材の間隙に通した導体ワイヤ２３を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。
【００７８】
図９は、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…をそれぞれ独立したものとして構成するとともに、アノード層及びカソード層にそれぞれ同一の材料からなるメッシュ状金属を埋設し、かつ隣接する区画セル部材のアノード層（メッシュ状金属）とカソード層（メッシュ状金属）を区画セル部材の間隙に通した同じく同一の材料からなるメッシュ状金属２４で接続した例である。
【００７９】
すなわち、燃料電池セルは、図示されるように、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成される。また、それぞれの区画セル部材は、固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを有している。例えば区画セル部材Ｃ１を参照すると、固体電解質基板１１の片面にメッシュ状金属２Ｍ１を埋設したアノード層２１があり、他方の面にメッシュ状金属３Ｍ１を埋設したカソード層３１がある。この区画セル部材Ｃ１のメッシュ状金属２Ｍ１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のメッシュ状金属３Ｍ１とを、それらのメッシュ状金属のいずれか一方（図では、便宜上、参照番号２４で示す）を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。
【００８０】
図１０は、複数個の区画セル部材をリング状に配置して燃料電池セルを完成した状態を示す断面図である。すなわち、隣接する区画セル部材間の接続部分を１８０°の平面ではなく、多少の角度を付けることで、区画セル部材の集合体（燃料電池セル）を全体として円筒状の配置構造とすることができる。このリング状燃料電池セルの外側には、ここでは図示していないけれども、同じくリング状の外壁が形成される。
【００８１】
すなわち、本例の場合、燃料電池セルを複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成するとともに、それぞれの区画セル部材を固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とから構成する。例えば区画セル部材Ｃ１の場合、固体電解質基板１１の片面にアノード層２１を形成し、他方の面にカソード層３１を形成する。この区画セル部材Ｃ１のアノード層２１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のカソード層３２とを、隣接する区画セル部材の間隙に通した導体ワイヤ２３を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。
【００８２】
なお、図１０に示す例では、円筒状の円周方向の部分で単一の区画セル部材を順次直列に接続しているが、円筒状の軸方向の部分で複数個の区画セル部材を配置し、それらの一部あるいはすべてを並列に接続するようにしてもよい。
【実施例】
【００８３】
直接火炎型燃料電池の製造
ＳＤＣ（サマリアド−プセリア：Ｃｅ0.8Ｓｍ0.2Ｏ1.9）のグリーンシートを加工し、内径約１０ｍｍ、肉厚約０．２ｍｍ及び高さ約５０ｍｍの円筒状電解質体を作製した。次いで、得られた円筒状電解質体の内側面に、アノード層の形成のため、５重量％のＲｈ２Ｏ３を添加した８モル％ＬｉドープＮｉ酸化物−ＳＤＣ混合ペースト（組成比：２５重量％−７０重量％）を塗布した。また、円筒状電解質体の外側面に、カソード層の形成のため、ＳＳＣ（サマリウムストロンチウムコバルタイト：Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ３）−ＳＤＣ混合ペースト（組成比：５０重量％−５０重量％）を塗布した。さらに、円筒状電解質体の両側面に塗布したそれぞれのペースト層に白金メッシュ（白金線を接続済み）を埋め込んだ。次いで、円筒状電解質体を大気中で約１２００℃で焼成した。内側面にアノード層を、外側面にカソード層を有する円筒状燃料電池セルが得られた。
【００８４】
得られた燃料電池セルを、内径約４０ｍｍ及び高さ約８０ｍｍの第１の鋼板製筒状体の底部に開けた貫通孔に無機接着剤で固定した。第１の筒状体を倒立させた後、内径約２５ｍｍ及び高さ約５０ｍｍで、底部にガス火炎ノズルを挿入した第２の鋼板製筒状体に固定した。倒立状態の第１の筒状体を第２の筒状体に固定するに当っては、燃料電池セルの中心軸が得られる燃料電池の中心に位置し、第２の筒状体の底部と燃料電池セルの下端との間及び第２の筒状体の上端と第１の筒状体の底面との間にそれぞれ約１ｍｍ程度の間隙ができるように、両筒状体の位置決めを行った。
【００８５】
得られた燃料電池において、ガス火炎ノズルにｎ−ブタンガスを供給して着火し、下部から送気した状態で火炎由来の発電の挙動を調べた。送気量が多かったり、燃料電池セルの温度が十分に高くない状態では、火炎の吹き飛びや、セル開口部上に火炎ができることが観察され、適宜調整した。開回路電圧は約０．７Ｖであり、出力は最高約４０ｍＷであった。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明による固体電解質型燃料電池の好ましい１形態を示した斜視図である。
【図２】図１に示した燃料電池の線分II−IIに沿った断面図である。
【図３】図２に示した燃料電池の１つの燃料電池ユニットを拡大して示した断面図である。
【図４】本発明の燃料電池で使用される燃料電池セルの好ましい１形態を示した斜視図である。
【図５】本発明の燃料電池で使用される燃料電池セルのもう１つの好ましい形態を示した斜視図である。
【図６】燃料電池セルを構成する区画セル部材の１形態を示した断面図である。
【図７】燃料電池セルを構成する区画セル部材のもう１つの形態を示した断面図である。
【図８】燃料電池セルを構成する区画セル部材のもう１つの形態を示した断面図である。
【図９】燃料電池セルを構成する区画セル部材のもう１つの形態を示した断面図である。
【図１０】区画セル部材の組み合わせによって形成された燃料電池セルの１形態を示した断面図である。
【図１１】固体電解質型燃料電池を備えた従来の燃焼装置の一例を示した断面図である。
【図１２】固体電解質型燃料電池を備えた従来の燃焼装置のもう１つの例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    固体電解質基板
２    アノード層
３    カソード層
５    燃料電池セル
６    火炎
８    空気侵入孔
１０    燃料電池
１１    燃焼室
１２    燃焼室の室壁
１５    スリット（間隙）
１６    ガスバーナー
１８    空気供給口
１９    ケーシング
２１    空気ファン
２２    導体ビア
２３    導体ワイヤ
２４    メッシュ状金属
Ｂ    燃料電池ユニット
Ｃ    区画セル部材
【図１】
2006179277.tif 000003
【図２】
2006179277.tif 000004
【図３】
2006179277.tif 000005
【図４】
2006179277.tif 000006
【図５】
2006179277.tif 000007
【図６】
2006179277.tif 000008
【図７】
2006179277.tif 000009
【図８】
2006179277.tif 000010
【図９】
2006179277.tif 000011
【図１０】
2006179277.tif 000012
【図１１】
2006179277.tif 000013
【図１２】
2006179277.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月28日(2005.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
同様に、カソード層は、本発明の実施において特に限定されるものではなく、例えば、公知の材料、例えばストロンチウム（Ｓｒ）が添加されたランタン等の周期律表第３族元素のマンガン酸化合物（例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト）、コバルト酸化合物（例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト、サマリウムストロンチウムコバルタイト）、ガリウム酸化合物などから形成することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
すなわち、燃料電池セルは、図示されるように、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成される。また、それぞれの区画セル部材は、固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを有している。例えば区画セル部材Ｃ１を参照すると、固体電解質基板１１の片面にメッシュ状金属２Ｍ１を埋設したアノード層２１があり、他方の面にメッシュ状金属３Ｍ１を埋設したカソード層３１がある。この区画セル部材Ｃ１のメッシュ状金属２Ｍ１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のメッシュ状金属３Ｍ２とを、隣接する区画セル部材の間隙に通した導体ワイヤ２３を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
すなわち、燃料電池セルは、図示されるように、複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…から構成される。また、それぞれの区画セル部材は、固体電解質基板と、アノード層と、カソード層とを有している。例えば区画セル部材Ｃ１を参照すると、固体電解質基板１１の片面にメッシュ状金属２Ｍ１を埋設したアノード層２１があり、他方の面にメッシュ状金属３Ｍ１を埋設したカソード層３１がある。この区画セル部材Ｃ１のメッシュ状金属２Ｍ１と、その隣りの区画セル部材Ｃ２のメッシュ状金属３Ｍ２とを、それらのメッシュ状金属のいずれか一方（図では、便宜上、参照番号２４で示す）を介して接続する。このようにして複数個の区画セル部材Ｃ１、Ｃ２、…が直列に接続され、また、最初に配置された区画セル部材Ｃ１のカソード層３１と、最後に配置された区画セル部材のアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。