(57)【要約】【課題】  クラックの発生を抑制できる電解セル、セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置を提供する。【解決手段】  長尺状で多孔質な導電性の支持体１と、支持体１の側面に、支持体１を取り囲むように設けられ、支持体１の側面に位置する部分に第１開口部９ａを有する絶縁性の緻密質な筒状体９と、筒状体９の第１開口部９ａにおける支持体１に設けられた、多孔質な第１電極層３、緻密質な固体電解質層４および多孔質な第２電極層６とを具備するとともに、筒状体９に固体電解質層４の外周部が接合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状で多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記第１開口部における前記支持体に設けられた、多孔質な第１電極層、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とする電解セル。
【請求項２】
第１電極層となる長尺状の多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記第１開口部における前記支持体に設けられた、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とする電解セル。
【請求項３】
前記支持体の第１側面に前記固体電解質層が設けられており、前記筒状体の前記支持体の第２側面に位置する部分には第２開口部が設けられ、該第２開口部における前記支持体にインターコネクタ層が設けられている請求項１または２に記載の電解セル。
【請求項４】
前記固体電解質層および前記筒状体は、固体電解質材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の電解セル。
【請求項５】
前記固体電解質層および前記筒状体を構成する固体電解質材料は、希土類元素を含有するＺｒＯ２系材料からなり、前記筒状体は、前記固体電解質層よりも希土類元素の含有量が少ないことを特徴とする請求項４に記載の電解セル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれかに記載の電解セルを複数具備してなるとともに、該複数の電解セルを電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項７】
前記電解セルの長さ方向の一方端部が、絶縁性の接着剤でガスタンクに接合されていることを特徴とする請求項６に記載のセルスタック装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする電解モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の電解モジュールと、該電解モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解セル、セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなるセルスタック装置を、収納容器内に収容した燃料電池装置が種々提案されている。
【０００３】
このような燃料電池装置の固体酸化物形燃料電池セルとしては、例えば、互いに平行な一対の平坦面を有するとともに、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路を有し、かつＮｉを含有してなる導電性支持体を具備するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、導電性支持体の一方側の平坦面上に、燃料極層、固体電解質層、酸素極層が順に積層され、他方側の平坦面上にインターコネクタ層が積層されている。
【０００４】
そして、固体酸化物形燃料電池セルは、導電性支持体の周囲を取り囲むように形成された緻密質なＺｒＯ２系酸化物からなる固体電解質層と、この固体電解質層の両端部に、緻密質なＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層の両端部が重なるように接合して構成されており、固体電解質層とインターコネクタ層とで、導電性支持体の周囲を気密に取り囲み、導電性支持体の内部を通過する燃料ガスが、固体電解質層とインターコネクタ層とにより形成された緻密質な筒状体から外部に漏出しないように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年においては、固体電解質層は厚みが薄くなるほどイオン導電性が向上し、燃料電池セルの発電性能が向上するため、発電性能を向上すべく固体電解質層の厚みを薄くすることが行われているが、発電性能を向上すべく固体電解質層の厚みを薄くすると、固体電解質層による強度向上効果が低下し、燃料電池セルにクラックが発生し易くなるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、クラックの発生を抑制できる電解セル、セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置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】
【０００８】
本発明の電解セルは、長尺状で多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記第１開口部における前記支持体に設けられた、多孔質な第１電極層、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の電解セルは、第１電極層となる長尺状の多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記開口部における前記
支持体に設けられた、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とする。
【００１０】
本発明のセルスタック装置は、上記の電解セルを複数具備してなるとともに、該複数の電解セルを電気的に接続してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電解モジュールは、上記のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電解装置は、上記の電解モジュールと、該電解モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電解セルでは、筒状体の第１開口部が固体電解質層で塞がれて筒状体および固体電解質層で筒状のシール層を構成し、その内部をガス通路とすることができるとともに、固体電解質層を薄くして電解性能を向上できる一方で、例えば、筒状体を高強度材料で形成したり、筒状体の厚みを厚くすることにより、筒状体の高強度化を図ることができ、電解セルにおけるクラック発生を抑制できる。
【００１４】
これにより、性能が高く、長期信頼性の高いセルスタック装置、電解モジュール、電解装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】燃料電池セルを示すもので、（ａ）はインターコネクタ層側から見た側面図、（ｂ）は酸素極層側から見た側面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）の２ａ−２ａ線に沿った横断面図、（ｂ）は図１（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿った横断面図である。
【図３】（ａ）は筒状体の開口部内に発電素子部の固体電解質層を設けた状態を示す断面図、（ｂ）は発電素子部の固体電解質層の外周部に筒状体が重畳している状態を示す断面図である。
【図４】発電素子部の固体電解質層の外周部が筒状体の第１開口部の外周面に重畳している状態を示す断面図である。
【図５】インターコネクタ層が上端部に設けられていない形態の燃料電池セルを示すもので、（ａ）はインターコネクタ層側から見た側面図、（ｂ）は酸素極層側から見た側面図である。
【図６】図１の燃料電池セルの製法を示す説明図である。
【図７】セルスタック装置を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す横断面図である。
【図８】図１の燃料電池セルを、接着剤を用いてガスタンクに接着固定した状態を示すもので、（ａ）はセル配列方向から見た側面図、（ｂ）はセル幅方向から見た側面図（一部断面）である。
【図９】燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図１０】燃料電池装置の一部を省略して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１、２は、電解セルの一例である燃料電池セルを示すものであり、図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれインターコネクタ層、酸素極層側から見た側面図、図２（ａ）は図１（ａ）の２ａ−２ａ線に沿った断面図、図２（ｂ）は２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。なお、両図面において、燃料電池セル１０の各構成の一部を拡大して示している。
【００１７】
この燃料電池セル１０は、図２に示すように、中空平板型で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状をしたＮｉを含有してなる長尺状で多孔質な導電性の支持体１を備えている。支持体１は、図２に示すように、上下面に一対の平坦面ｎを有し、セル幅方向Ｗに設けられた、一対の平坦面ｎを連結する一対の弧状面ｍを有している。支持体１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路２が燃料電池セル１０の長さ方向Ｌに貫通して形成されており、燃料電池セル１０は、この支持体１上に各種の部材が設けられた構造を有している。
【００１８】
そして、本実施形態では、支持体１の側面に、絶縁性の緻密質な筒状体９が、支持体１を取り囲むように設けられており、この筒状体９の支持体１の側面に位置する部分に２つの第１開口部９ａ、第２開口部９ｂが形成されている。なお、図１（ａ）に示すように、第２開口部９ｂのような筒状体９の上端に形成された凹部も、本実施形態では、開口部と定義する。
【００１９】
第１開口部９ａは、筒状体９のセル長さ方向Ｌにおける中央部に設けられ、セル長さ方向両端部には設けられておらず、第２開口部９ｂは、筒状体９のセル長さ方向Ｌの上端から下方に向けて形成されているが、セル長さ方向Ｌの下端部には設けられていない。
【００２０】
筒状体９の第１開口部９ａにおける支持体１の側面の部分（第１側面）には、多孔質な燃料極層（第１電極層）３、緻密質な固体電解質層４および多孔質な酸素極層（第２電極層）６が設けられ、筒状体９の第２開口部９ｂにおける支持体１の側面の部分（第２側面）には、緻密質な導電性セラミックスからなるインターコネクタ層８が設けられている。なお、支持体１の側面とは、一対の平坦面ｎおよび一対の弧状面ｍをいう。
【００２１】
すなわち、筒状体９は、一対の平坦面ｎおよび一対の弧状面ｍを被覆するように形成されており、一方の平坦面ｎにおける筒状体９には、矩形状の第１開口部９ａが設けられ、他方の平坦面ｎにおける筒状体９には、矩形状の第２開口部９ｂが設けられている。
【００２２】
第１開口部９ａには、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、燃料極層（第１電極層）３、固体電解質層４および酸素極層（第２電極層）６が設けられており、これらは矩形状に形成されており、固体電解質層４の外周部は筒状体９の第１開口部９ａを構成する壁面と接合している。
【００２３】
また、第２開口部９ｂには矩形状のインターコネクタ層８が設けられており、インターコネクタ層８の外周部は筒状体９の第１開口部９ａを構成する壁面および壁部上面に接合している。インターコネクタ層８は、セル長さ方向Ｌの下端部には形成されておらず、図２（ａ）に示すように、筒状体が支持体１の外周面全周に形成されている。
【００２４】
筒状体９は、固体電解質層４およびインターコネクタ層８が設けられる支持体１の部分を除き、支持体１の一対の平坦面ｎと両側の弧状面ｍとを覆っている。固体電解質層４の厚みは、３０μｍ以下、特には２０μｍ以下、さらには１５μｍ以下であることが発電性能向上という点から望ましい。インターコネクタ層８についても、厚みが薄い方が、導電性が向上するため、７０μｍ以下、特には、５０μｍ以下とされている。
【００２５】
また、固体電解質層４の表面には、中間層５を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な酸素極層６が配置されている。中間層５は、酸素極層６が形成される固体電解質層４上に形成されている。酸素極層６は、中間層５の上面および第１開口部９ａを構成する壁部上面に形成されている。
【００２６】
ここで、燃料電池セル１０は、燃料極層３と酸素極層６とが固体電解質層４を介して対
面している部分が燃料電池として機能して発電する。即ち、酸素極層６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体１内の燃料ガス通路２に燃料ガス（水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。かかる発電によって生成した電流は、支持体１に設けられているインターコネクタ層８を介して集電される。
【００２７】
すなわち、ガス遮断性を有する緻密質な筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８とで支持体１を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。言い換えれば、筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８とで、ガス遮断性を有する楕円筒状体を形成し、この楕円筒状体の内部が燃料ガス流路とされ、燃料極層３に供給される燃料ガスと、酸素極層６に供給される酸素含有ガスとが、楕円筒状体で遮断されている。なお、緻密質な筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８とは、走査型電子顕微鏡写真を画像解析装置で測定した気孔率が５％以下、特に２％以下の筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８をいう。
【００２８】
筒状体９は、緻密質で強度が高い材料であれば良いが、特には、固体電解質材料で構成することが望ましい。固体電解質材料とは、固体電解質層４を構成する材料、例えば、ジルコニア系酸化物、ランタンガレード系酸化物等を用いることができ、特に、固体電解質層４と同じ系の材料が望ましい。固体電解質層４および筒状体９は、希土類元素を含有するＺｒＯ２から構成されていることが望ましく、この場合、筒状体９は、固体電解質層４よりも希土類元素の含有量が少ないことが強度向上の点から望ましい。
【００２９】
特には、固体電解質層４は部分安定化ジルコニア、例えば、３〜１５モル％、特には７〜９モル％のＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２からなることが、発電性能を向上させる点で望ましい。また、筒状体９を構成する固体電解質材料は同じ部分安定化ジルコニアで、希土類元素として、固体電解質層４と同じものを含有することが望ましい。さらに、希土類元素は、固体電解質層４よりも少なく、例えば、３〜５モル％のＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２からなることが強度という点から望ましい。
【００３０】
以上のような燃料電池セル１０では、筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８で構成された緻密質なシール体で多孔質な支持体１を取り囲んでいるため、筒状体９内部をガス通路とすることができる。また、固体電解質層４およびインターコネクタ層８が形成されていない部分は、筒状体９が存在しているため、固体電解質層４およびインターコネクタ層８の厚みを薄くして、発電性能を向上できる一方で、筒状体９の厚みを厚くして補強したり、高強度材料で構成することができ、特に、支持体１の弧状面ｍの部分や、支持体１のセル長さ方向両端部におけるクラック発生を抑制できる。
【００３１】
また、従来、ＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層８は還元雰囲気に曝されると膨張し、また、Ｎｉを含有してなる多孔質の導電性の支持体１は、インターコネクタ層８からの元素拡散により、還元雰囲気に曝されると膨張しようとする。このような燃料電池セル１０の下端部を、後述する図８に示すようにガスタンクの開口部に無機材料からなる接着剤で接合すると、燃料電池セル１０の接着剤が存在しない部分では、インターコネクタ層８が還元雰囲気に曝されることにより還元膨張しようとする一方で、燃料電池セル１０の接着剤による接合部分では接着剤でインターコネクタ層８の還元膨張が抑えられるため、その境界部分（セル下端部）における応力が大きく、クラックが発生するおそれがあった。
【００３２】
これに対して、本実施形態では、支持体１のセル長さ方向Ｌの下端部には、還元変形するインターコネクタ層８が形成されておらず、筒状体９が形成されているため、筒状体９の下端部を接着剤で接合し、インターコネクタ層８の部分は接着剤で接合しない構造とすることができ、これにより、セル下端部における応力を低減でき、クラック発生を抑制で
きる。
【００３３】
なお、図１、２に示す形態では、図３（ａ）に示すように、固体電解質層４の外周面を筒状体９の第１開口部９ａを構成する壁面と接合した場合について説明したが、図３（ｂ）に示すように、固体電解質層４（中間層５）の外周部表面を、中間層５を介して筒状体９の第１開口部９ａを構成する外周部が重畳し、固体電解質層４の外周面が第１開口部９ａを構成する壁面に接合する場合であっても良い。さらに、図４に示すように、筒状体９の第１開口部９ａを構成する外周部表面に、固体電解質層４の外周部が重畳し、接合する場合であっても良い。
【００３４】
図５は、燃料電池セル１０の他の形態を示すもので、この形態では、インターコネクタ層８が設けられる第２開口部９ｂが、支持体１のセル長さ方向Ｌの両端部に筒状体９の一部が存在した状態で設けられている。この形態では、インターコネクタ層８が、支持体１のセル長さ方向Ｌの両端部に形成されていないため、インターコネクタ層８の還元膨張によるセル両端部の応力を低減できる。
【００３５】
以下に、本実施形態の燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。
【００３６】
導電性の支持体１は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ層８を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、無機酸化物、例えば特定の希土類酸化物とにより形成されることが好ましい。
【００３７】
特定の希土類酸化物とは、支持体１の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物が、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの組み合わせで使用することができる。このような希土類酸化物の具体例としては、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３を例示することができ、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層４と同程度であり、かつ安価であるという点から、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３が好ましい。
【００３８】
また、本実施形態においては、支持体１の良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層４と近似させるという点で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ：希土類酸化物＝３５：６５〜６５：３５の体積比で存在することが好ましい。なお、支持体１中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。
【００３９】
また、支持体１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、多孔質であり、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあることが好ましい。また、支持体１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
なお、支持体１の平坦面ｎの長さ（支持体１のセル幅方向Ｗの長さ）は、例えば、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、支持体１の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍである。支持体１の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍとされている。
【００４１】
燃料極層３は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することができる。例えば、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２ま
たは希土類元素酸化物が固溶したＣｅＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素としては、導電性支持体１において例示した希土類元素を用いることができ、例えばＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００４２】
燃料極層３中の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２または希土類元素酸化物が固溶しているＣｅＯ２の含有量は、３５〜６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯの含有量は、６５〜３５体積％であるのが好ましい。さらに、この燃料極層３の開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、１〜３０μｍであるのが好ましい。
【００４３】
固体電解質層４は、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスを用いるのが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。固体電解質層４は、部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスに限定されるものではなく、従来、公知の、例えば、ランタンガレード系の固体電解質層であっても良いことは勿論である。
【００４４】
固体電解質層４と後述する酸素極層６との間に、固体電解質層４と酸素極層６との接合を強固とするとともに、固体電解質層４の成分と酸素極層６の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で中間層５が形成されている。
【００４５】
中間層５としては、Ｃｅ以外の他の希土類元素を含有するＣｅＯ２系焼結体からなるもので、例えば、（ＣｅＯ２）１−ｘ（ＲＥＯ１．５）ｘ（式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数）で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ１．５またはＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２からなることが好ましい。
【００４６】
酸素極層６としては、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物としては、Ｌａを含有する遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＳｒとＬａが共存するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも１種が好ましく、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＣｏＯ３系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Ｂサイトに、ＣｏとともにＦｅやＭｎが存在しても良い。
【００４７】
また、酸素極層６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、酸素極層６を形成する導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、酸素極層６の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。
【００４８】
インターコネクタ層８は導電性セラミックスにより形成されている。燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、耐還元性、耐酸化性を有する導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が使用され、特に支持体１および固体電解質層４の熱膨張係数に近づける目的から、ＢサイトにＭｇが存在するＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物が用いられる。インターコネクタ層８材料は導電性セラミックスであればよく、特に限定されるものではない。
【００４９】
また、インターコネクタ層８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１
０〜７０μｍであることが好ましい。この範囲ならばガスのリークを防止できるとともに、電気抵抗を小さくできる。
【００５０】
さらに、支持体１とインターコネクタ層８との間には、インターコネクタ層８と支持体１との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層（図示せず）を形成することができる。
【００５１】
このような密着層としては、燃料極層３と類似した組成とすることができる。例えば、希土類酸化物、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２、希土類元素酸化物が固溶したＣｅＯ２のうち少なくとも１種と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。より具体的には、例えばＹ２Ｏ３とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成や、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ等の酸化物が固溶したＣｅＯ２とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成から形成することができる。なお、希土類酸化物や希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２（ＣｅＯ２）と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。
【００５２】
以上説明した本実施形態の燃料電池セル１０の作製方法の一例について説明する。
【００５３】
先ず、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により、図６（ａ）に示すように、支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持体成形体として、支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。
【００５４】
次に、例えば所定の調合組成に従い、ＮｉＯと、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）との素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダーおよび溶媒を混合して燃料極層用スラリーを調製する。
【００５５】
また、例えば、ＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２粉末を８００〜９００℃にて２〜６時間、熱処理を行い、中間層成形体用の原料粉末を調整する。この原料粉末に、溶媒としてトルエンを添加し、中間層用スラリーを作製する。
【００５６】
そして、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末、市販の分散剤等を加えて固体電解質層スラリーを作製し、これを用いてドクターブレード等の方法により、成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。
【００５７】
得られたシート状の固体電解質層成形体上の一方側の面に、燃料極層用スラリーを塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成し、他方側の面に中間層用スラリーを塗布して中間層成形体を形成し、シート状の３層成形体を形成する。この燃料極層成形体、中間層成形体および固体電解質層成形体が積層したシート状の３層成形体の燃料極層成形体側の面を支持体成形体に積層し、図６（ｂ）に示すような積層成形体を形成する。
【００５８】
この後、例えば、３〜５モル％のＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、図６（ｃ）に示すような第１開口部９ａを有する筒状体を構成するシート状の成形体を作製する。
【００５９】
次に、図６（ｄ）に示すように、筒状体を構成するシート状の成形体の第１開口部に、支持体成形体の３層成形体が位置するように巻き付け積層する。巻き付けた後には、第２
開口部９ａが形成される。図６（ｅ）に、筒状体成形体を支持体成形体に巻き付けた状態の表面と裏面を示す。
【００６０】
次いで、上記の積層成形体を８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。続いて、インターコネクタ層材料（例えば、ＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製する。
【００６１】
続いて、支持体１とインターコネクタ層８との間に密着層成形体を形成する場合には、下記のように作製する。例えば、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２とＮｉＯが体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲となるように混合して乾燥し、有機バインダー等を加えて密着層用スラリーを調整し、筒状体成形体の第２開口部を構成する壁部上面および第２開口部内における支持体成形体上に塗布して密着層成形体を形成する。
【００６２】
この後、密着層成形体上にインターコネクタ層用スラリーを塗布し、積層成形体を作製する。
【００６３】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中、１４００〜１４５０℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。
【００６４】
さらに、酸素極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ３系酸化物粉末）、溶媒および増孔剤を含有するスラリーをディッピング等により中間層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１、２に示す構造の本実施形態の燃料電池セル１０を製造できる。
【００６５】
なお、図３（ｂ）に示すような構造は、例えば、第１開口部９ａの寸法が３層成形体よりも小さい筒状体を構成するシート状の成形体を作製し、この成形体の第１開口部９ａを構成する壁部が、支持体成形体の３層成形体の外周部に重畳するように巻き付け積層して得ることができる。また、図４に示すような構造は、例えば、支持体成形体に筒状体を構成するシート状の成形体を巻き付けて積層した後、第１開口部９ａ内に燃料極層用スラリー、固体電解質層用スラリー、中間層用スラリーを塗布して得ることができる。なお、固体電解質層用スラリー、中間層用スラリーは、第１開口部９ａを構成する壁部上面にも塗布する。
【００６６】
図７は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示しており、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した中間層等の一部の部材を省略して示している。
【００６７】
なお、セルスタック装置においては、各燃料電池セル１０を、弾性を有する集電部材１３を介して配列することでセルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６に、ガラスシール材等の絶縁性の接着剤１７により固定されている。
【００６８】
また、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４により、燃料電池セル１０のセル配列方向ｘの両端から、セルスタック１２を挟持している。
【００６９】
また、図７に示す導電部材１４においては、燃料電池セル１０のセル配列方向ｘに沿っ
て外側に向けて延びた形状で、セルスタック１２（燃料電池セル１０）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。
【００７０】
図８に、燃料電池セル１０下端部のガスタンク１６への固定構造を示す。燃料電池セル１０の下端部は、ガスタンク１０に形成された開口部内に挿入され、ガラスシール材等の接着剤１７により固定されている。なお、図８（ａ）はセル配列方向ｘから見た側面図、図８（ｂ）はセル幅方向Ｗから見た側面図である。
【００７１】
すなわち、薄い箱状のガスタンク１０の上壁に、２個のセルスタック１２の下端部が挿入される開口部が２個形成されており、これらの開口部に、セルスタック１２の下端部がそれぞれ挿入された状態で、接着剤１７で接合固定されている。接着剤１７は、セルスタック１２とガスタンク１０上壁の開口部を構成する壁面との間、燃料電池セル１０間に充填され、シールされている。
【００７２】
接着剤１７は、図８に示すように、筒状体９の下端部に接合しており、インターコネクタ層８の下端部は接着剤１７に埋設されていない。従って、例えば、筒状体９を高強度材料で構成したり、筒状体９の厚みを厚くすることにより、燃料電池セル１０の下端部を補強でき、クラックの発生を抑制できる。
【００７３】
すなわち、耐熱性合金からなるガスタンク１６、燃料電池セル１０、接着剤１７を構成する材料の違いにより、燃料電池セル１０の下端部に応力が生じ、クラック等が発生するおそれがあるが、筒状体９により補強でき、燃料電池セル１０の下端部におけるクラックの発生を防止できる。
【００７４】
また、ＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層８は、還元雰囲気に晒されると還元膨張するが、図８に示すように、インターコネクタ層８の下端部は接着剤１７で被覆されていないため、接着剤１７で被覆された部分と被覆されていない部分との間における応力を小さくでき、燃料電池セル１０の下端部におけるクラックの発生を抑制できる。
【００７５】
図９は、セルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図８に示したセルスタック装置を収納して構成されている。
【００７６】
なお、燃料電池セル１０にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０をセルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介して燃料電池セル１０の内部に設けられた燃料ガス通路２に供給される。
【００７７】
なお、図９においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図９に示した燃料電池モジュール１８においては、セルスタック装置を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置は、改質器２０を含むものとしても良い。
【００７８】
また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図９においてはガスタンク１６に並置された一対のセルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル１０の燃料ガス通路２より排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池
セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、セルスタック装置の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス通路２から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル１０（セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。
【００７９】
さらに、本実施形態の燃料電池モジュール１８では、上述した燃料電池セル１０を用いたセルスタック装置を収納容器１９内に収納してなることから、発電性能が高く、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。
【００８０】
図１０は、外装ケース内に図９で示した燃料電池モジュール１８と、セルスタック装置を動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図１０においては一部構成を省略して示している。
【００８１】
図１０に示す燃料電池装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール１８を動作させるための補機類を収納する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略して示している。
【００８２】
また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。
【００８３】
このような燃料電池装置２３においては、上述したように、発電性能が高く、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール１８をモジュール収納室２７に収納して構成されることにより、発電性能が高く、信頼性の向上した燃料電池装置２３とできる。
【００８４】
以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。例えば、導電性支持体上に酸素極層、固体電解質層、燃料極層を配置した燃料電池セルであっても良い。さらに、例えば、上記形態では、支持体１上に燃料極層３、固体電解質層４、酸素極層６を積層したが、支持体１を用いることなく、燃料極層自体を支持体１とし、この支持体１に、固体電解質層４、酸素極層６を設けても良い。
【００８５】
なお、上記実施形態では、中空平板型の固体酸化物形燃料電池セルについて説明したが、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルであっても良いことは勿論である。また、各部材間に機能に合わせて各種中間層を形成しても良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、インターコネクタ層８を有する場合について記載したが、インターコネクタ層を有しない場合であっても良い。
【００８７】
さらに、上記形態では燃料電池セル、セルスタック装置、燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）およびこの電解セルを備える電解モジュールおよび電解装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１：支持体
２：燃料ガス通路
３：燃料極層
４：固体電解質層
６：酸素極層
８：インターコネクタ層
９：筒状体
９ａ：第１開口部
９ｂ：第２開口部
１８：燃料電池モジュール
２３：燃料電池装置
【図１】
2015159080.tif 000003
【図２】
2015159080.tif 000004
【図３】
2015159080.tif 000005
【図４】
2015159080.tif 000006
【図５】
2015159080.tif 000007
【図６】
2015159080.tif 000008
【図７】
2015159080.tif 000009
【図８】
2015159080.tif 000010
【図９】
2015159080.tif 000011
【図１０】
2015159080.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月1日(2014.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状で多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記第１開口部における前記支持体に設けられた、多孔質な第１電極層、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とするセル。
【請求項２】
第１電極層となる長尺状の多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記第１開口部における前記支持体に設けられた、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とするセル。
【請求項３】
前記支持体の第１側面に前記固体電解質層が設けられており、前記筒状体の前記支持体の第２側面に位置する部分には第２開口部が設けられ、該第２開口部における前記支持体にインターコネクタ層が設けられている請求項１または２に記載のセル。
【請求項４】
前記固体電解質層および前記筒状体は、固体電解質材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセル。
【請求項５】
前記固体電解質層および前記筒状体を構成する固体電解質材料は、希土類元素を含有するＺｒＯ２系材料からなり、前記筒状体は、前記固体電解質層よりも希土類元素の含有量が少ないことを特徴とする請求項４に記載のセル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれかに記載のセルを複数具備してなるとともに、該複数のセルを電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項７】
前記セルの長さ方向の一方端部が、絶縁性の接着剤でガスタンクに接合されていることを特徴とする請求項６に記載のセルスタック装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とするモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケー
ス内に収納してなることを特徴とするモジュール収容装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなるセルスタック装置を、収納容器内に収容した燃料電池装置が種々提案されている。
【０００３】
このような燃料電池装置の固体酸化物形燃料電池セルとしては、例えば、互いに平行な一対の平坦面を有するとともに、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路を有し、かつＮｉを含有してなる導電性支持体を具備するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、導電性支持体の一方側の平坦面上に、燃料極層、固体電解質層、酸素極層が順に積層され、他方側の平坦面上にインターコネクタ層が積層されている。
【０００４】
そして、固体酸化物形燃料電池セルは、導電性支持体の周囲を取り囲むように形成された緻密質なＺｒＯ２系酸化物からなる固体電解質層と、この固体電解質層の両端部に、緻密質なＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層の両端部が重なるように接合して構成されており、固体電解質層とインターコネクタ層とで、導電性支持体の周囲を気密に取り囲み、導電性支持体の内部を通過する燃料ガスが、固体電解質層とインターコネクタ層とにより形成された緻密質な筒状体から外部に漏出しないように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年においては、固体電解質層は厚みが薄くなるほどイオン導電性が向上し、燃料電池セルの発電性能が向上するため、発電性能を向上すべく固体電解質層の厚みを薄くすることが行われているが、発電性能を向上すべく固体電解質層の厚みを薄くすると、固体電解質層による強度向上効果が低下し、燃料電池セルにクラックが発生し易くなるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、クラックの発生を抑制できるセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置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】
【０００８】
本発明のセルは、長尺状で多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁
性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記第１開口部における前記支持体に設けられた、多孔質な第１電極層、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のセルは、第１電極層となる長尺状の多孔質な導電性の支持体と、該支持体の側面に、前記支持体を取り囲むように設けられ、前記支持体の側面に位置する部分に第１開口部を有する絶縁性の緻密質な筒状体と、該筒状体の前記開口部における前記支持体に設けられた、緻密質な固体電解質層および多孔質な第２電極層とを具備するとともに、前記筒状体に前記固体電解質層の外周部が接合していることを特徴とする。
【００１０】
本発明のセルスタック装置は、上記のセルを複数具備してなるとともに、該複数のセルを電気的に接続してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明のモジュールは、上記のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明のモジュール収容装置は、上記のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセルでは、筒状体の第１開口部が固体電解質層で塞がれて筒状体および固体電解質層で筒状のシール層を構成し、その内部をガス通路とすることができるとともに、固体電解質層を薄くして電解性能を向上できる一方で、例えば、筒状体を高強度材料で形成したり、筒状体の厚みを厚くすることにより、筒状体の高強度化を図ることができ、セルにおけるクラック発生を抑制できる。
【００１４】
これにより、性能が高く、長期信頼性の高いセルスタック装置、モジュール、モジュール収容装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】燃料電池セルを示すもので、（ａ）はインターコネクタ層側から見た側面図、（ｂ）は酸素極層側から見た側面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）の２ａ−２ａ線に沿った横断面図、（ｂ）は図１（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿った横断面図である。
【図３】（ａ）は筒状体の開口部内に発電素子部の固体電解質層を設けた状態を示す断面図、（ｂ）は発電素子部の固体電解質層の外周部に筒状体が重畳している状態を示す断面図である。
【図４】発電素子部の固体電解質層の外周部が筒状体の第１開口部の外周面に重畳している状態を示す断面図である。
【図５】インターコネクタ層が上端部に設けられていない形態の燃料電池セルを示すもので、（ａ）はインターコネクタ層側から見た側面図、（ｂ）は酸素極層側から見た側面図である。
【図６】図１の燃料電池セルの製法を示す説明図である。
【図７】セルスタック装置を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す横断面図である。
【図８】図１の燃料電池セルを、接着剤を用いてガスタンクに接着固定した状態を示すもので、（ａ）はセル配列方向から見た側面図、（ｂ）はセル幅方向から見た側面図（一部断面）である。
【図９】燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図１０】燃料電池装置の一部を省略して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１、２は、セルの一例である燃料電池セルを示すものであり、図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれインターコネクタ層、酸素極層側から見た側面図、図２（ａ）は図１（ａ）の２ａ−２ａ線に沿った断面図、図２（ｂ）は２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。なお、両図面において、燃料電池セル１０の各構成の一部を拡大して示している。
【００１７】
この燃料電池セル１０は、図２に示すように、中空平板型で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状をしたＮｉを含有してなる長尺状で多孔質な導電性の支持体１を備えている。支持体１は、図２に示すように、上下面に一対の平坦面ｎを有し、セル幅方向Ｗに設けられた、一対の平坦面ｎを連結する一対の弧状面ｍを有している。支持体１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路２が燃料電池セル１０の長さ方向Ｌに貫通して形成されており、燃料電池セル１０は、この支持体１上に各種の部材が設けられた構造を有している。
【００１８】
そして、本実施形態では、支持体１の側面に、絶縁性の緻密質な筒状体９が、支持体１を取り囲むように設けられており、この筒状体９の支持体１の側面に位置する部分に２つの第１開口部９ａ、第２開口部９ｂが形成されている。なお、図１（ａ）に示すように、第２開口部９ｂのような筒状体９の上端に形成された凹部も、本実施形態では、開口部と定義する。
【００１９】
第１開口部９ａは、筒状体９のセル長さ方向Ｌにおける中央部に設けられ、セル長さ方向両端部には設けられておらず、第２開口部９ｂは、筒状体９のセル長さ方向Ｌの上端から下方に向けて形成されているが、セル長さ方向Ｌの下端部には設けられていない。
【００２０】
筒状体９の第１開口部９ａにおける支持体１の側面の部分（第１側面）には、多孔質な燃料極層（第１電極層）３、緻密質な固体電解質層４および多孔質な酸素極層（第２電極層）６が設けられ、筒状体９の第２開口部９ｂにおける支持体１の側面の部分（第２側面）には、緻密質な導電性セラミックスからなるインターコネクタ層８が設けられている。なお、支持体１の側面とは、一対の平坦面ｎおよび一対の弧状面ｍをいう。
【００２１】
すなわち、筒状体９は、一対の平坦面ｎおよび一対の弧状面ｍを被覆するように形成されており、一方の平坦面ｎにおける筒状体９には、矩形状の第１開口部９ａが設けられ、他方の平坦面ｎにおける筒状体９には、矩形状の第２開口部９ｂが設けられている。
【００２２】
第１開口部９ａには、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、燃料極層（第１電極層）３、固体電解質層４および酸素極層（第２電極層）６が設けられており、これらは矩形状に形成されており、固体電解質層４の外周部は筒状体９の第１開口部９ａを構成する壁面と接合している。
【００２３】
また、第２開口部９ｂには矩形状のインターコネクタ層８が設けられており、インターコネクタ層８の外周部は筒状体９の第１開口部９ａを構成する壁面および壁部上面に接合している。インターコネクタ層８は、セル長さ方向Ｌの下端部には形成されておらず、図２（ａ）に示すように、筒状体が支持体１の外周面全周に形成されている。
【００２４】
筒状体９は、固体電解質層４およびインターコネクタ層８が設けられる支持体１の部分を除き、支持体１の一対の平坦面ｎと両側の弧状面ｍとを覆っている。固体電解質層４の厚みは、３０μｍ以下、特には２０μｍ以下、さらには１５μｍ以下であることが発電性能向上という点から望ましい。インターコネクタ層８についても、厚みが薄い方が、導電性が向上するため、７０μｍ以下、特には、５０μｍ以下とされている。
【００２５】
また、固体電解質層４の表面には、中間層５を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な酸素極層６が配置されている。中間層５は、酸素極層６が形成される固体電解質層４上に形成されている。酸素極層６は、中間層５の上面および第１開口部９ａを構成する壁部上面に形成されている。
【００２６】
ここで、燃料電池セル１０は、燃料極層３と酸素極層６とが固体電解質層４を介して対面している部分が燃料電池として機能して発電する。即ち、酸素極層６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体１内の燃料ガス通路２に燃料ガス（水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。かかる発電によって生成した電流は、支持体１に設けられているインターコネクタ層８を介して集電される。
【００２７】
すなわち、ガス遮断性を有する緻密質な筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８とで支持体１を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。言い換えれば、筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８とで、ガス遮断性を有する楕円筒状体を形成し、この楕円筒状体の内部が燃料ガス流路とされ、燃料極層３に供給される燃料ガスと、酸素極層６に供給される酸素含有ガスとが、楕円筒状体で遮断されている。なお、緻密質な筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８とは、走査型電子顕微鏡写真を画像解析装置で測定した気孔率が５％以下、特に２％以下の筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８をいう。
【００２８】
筒状体９は、緻密質で強度が高い材料であれば良いが、特には、固体電解質材料で構成することが望ましい。固体電解質材料とは、固体電解質層４を構成する材料、例えば、ジルコニア系酸化物、ランタンガレード系酸化物等を用いることができ、特に、固体電解質層４と同じ系の材料が望ましい。固体電解質層４および筒状体９は、希土類元素を含有するＺｒＯ２から構成されていることが望ましく、この場合、筒状体９は、固体電解質層４よりも希土類元素の含有量が少ないことが強度向上の点から望ましい。
【００２９】
特には、固体電解質層４は部分安定化ジルコニア、例えば、３〜１５モル％、特には７〜９モル％のＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２からなることが、発電性能を向上させる点で望ましい。また、筒状体９を構成する固体電解質材料は同じ部分安定化ジルコニアで、希土類元素として、固体電解質層４と同じものを含有することが望ましい。さらに、希土類元素は、固体電解質層４よりも少なく、例えば、３〜５モル％のＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２からなることが強度という点から望ましい。
【００３０】
以上のような燃料電池セル１０では、筒状体９、固体電解質層４およびインターコネクタ層８で構成された緻密質なシール体で多孔質な支持体１を取り囲んでいるため、筒状体９内部をガス通路とすることができる。また、固体電解質層４およびインターコネクタ層８が形成されていない部分は、筒状体９が存在しているため、固体電解質層４およびインターコネクタ層８の厚みを薄くして、発電性能を向上できる一方で、筒状体９の厚みを厚くして補強したり、高強度材料で構成することができ、特に、支持体１の弧状面ｍの部分や、支持体１のセル長さ方向両端部におけるクラック発生を抑制できる。
【００３１】
また、従来、ＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層８は還元雰囲気に曝されると膨張し、また、Ｎｉを含有してなる多孔質の導電性の支持体１は、インターコネクタ層８からの元素拡散により、還元雰囲気に曝されると膨張しようとする。このような燃料電池セル１０の下端部を、後述する図８に示すようにガスタンクの開口部に無機材料からなる接着剤で接合すると、燃料電池セル１０の接着剤が存在しない部分では、インターコネクタ層８が還元雰囲気に曝されることにより還元膨張しようとする一方で、燃料電池セル１０の接着剤による接合部分では接着剤でインターコネクタ層８の還元膨張が抑えら
れるため、その境界部分（セル下端部）における応力が大きく、クラックが発生するおそれがあった。
【００３２】
これに対して、本実施形態では、支持体１のセル長さ方向Ｌの下端部には、還元変形するインターコネクタ層８が形成されておらず、筒状体９が形成されているため、筒状体９の下端部を接着剤で接合し、インターコネクタ層８の部分は接着剤で接合しない構造とすることができ、これにより、セル下端部における応力を低減でき、クラック発生を抑制できる。
【００３３】
なお、図１、２に示す形態では、図３（ａ）に示すように、固体電解質層４の外周面を筒状体９の第１開口部９ａを構成する壁面と接合した場合について説明したが、図３（ｂ）に示すように、固体電解質層４（中間層５）の外周部表面を、中間層５を介して筒状体９の第１開口部９ａを構成する外周部が重畳し、固体電解質層４の外周面が第１開口部９ａを構成する壁面に接合する場合であっても良い。さらに、図４に示すように、筒状体９の第１開口部９ａを構成する外周部表面に、固体電解質層４の外周部が重畳し、接合する場合であっても良い。
【００３４】
図５は、燃料電池セル１０の他の形態を示すもので、この形態では、インターコネクタ層８が設けられる第２開口部９ｂが、支持体１のセル長さ方向Ｌの両端部に筒状体９の一部が存在した状態で設けられている。この形態では、インターコネクタ層８が、支持体１のセル長さ方向Ｌの両端部に形成されていないため、インターコネクタ層８の還元膨張によるセル両端部の応力を低減できる。
【００３５】
以下に、本実施形態の燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。
【００３６】
導電性の支持体１は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ層８を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、無機酸化物、例えば特定の希土類酸化物とにより形成されることが好ましい。
【００３７】
特定の希土類酸化物とは、支持体１の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物が、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの組み合わせで使用することができる。このような希土類酸化物の具体例としては、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３を例示することができ、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層４と同程度であり、かつ安価であるという点から、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３が好ましい。
【００３８】
また、本実施形態においては、支持体１の良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層４と近似させるという点で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ：希土類酸化物＝３５：６５〜６５：３５の体積比で存在することが好ましい。なお、支持体１中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。
【００３９】
また、支持体１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、多孔質であり、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあることが好ましい。また、支持体１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
なお、支持体１の平坦面ｎの長さ（支持体１のセル幅方向Ｗの長さ）は、例えば、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、支持体１の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍである。支持体１の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍとされている。
【００４１】
燃料極層３は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することができる。例えば、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２または希土類元素酸化物が固溶したＣｅＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素としては、導電性支持体１において例示した希土類元素を用いることができ、例えばＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００４２】
燃料極層３中の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２または希土類元素酸化物が固溶しているＣｅＯ２の含有量は、３５〜６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯの含有量は、６５〜３５体積％であるのが好ましい。さらに、この燃料極層３の開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、１〜３０μｍであるのが好ましい。
【００４３】
固体電解質層４は、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスを用いるのが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。固体電解質層４は、部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスに限定されるものではなく、従来、公知の、例えば、ランタンガレード系の固体電解質層であっても良いことは勿論である。
【００４４】
固体電解質層４と後述する酸素極層６との間に、固体電解質層４と酸素極層６との接合を強固とするとともに、固体電解質層４の成分と酸素極層６の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で中間層５が形成されている。
【００４５】
中間層５としては、Ｃｅ以外の他の希土類元素を含有するＣｅＯ２系焼結体からなるもので、例えば、（ＣｅＯ２）１−ｘ（ＲＥＯ１．５）ｘ（式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数）で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ１．５またはＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２からなることが好ましい。
【００４６】
酸素極層６としては、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物としては、Ｌａを含有する遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＳｒとＬａが共存するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも１種が好ましく、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＣｏＯ３系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Ｂサイトに、ＣｏとともにＦｅやＭｎが存在しても良い。
【００４７】
また、酸素極層６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、酸素極層６を形成する導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、酸素極層６の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。
【００４８】
インターコネクタ層８は導電性セラミックスにより形成されている。燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必
要である。このため、耐還元性、耐酸化性を有する導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が使用され、特に支持体１および固体電解質層４の熱膨張係数に近づける目的から、ＢサイトにＭｇが存在するＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物が用いられる。インターコネクタ層８材料は導電性セラミックスであればよく、特に限定されるものではない。
【００４９】
また、インターコネクタ層８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜７０μｍであることが好ましい。この範囲ならばガスのリークを防止できるとともに、電気抵抗を小さくできる。
【００５０】
さらに、支持体１とインターコネクタ層８との間には、インターコネクタ層８と支持体１との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層（図示せず）を形成することができる。
【００５１】
このような密着層としては、燃料極層３と類似した組成とすることができる。例えば、希土類酸化物、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２、希土類元素酸化物が固溶したＣｅＯ２のうち少なくとも１種と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。より具体的には、例えばＹ２Ｏ３とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成や、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ等の酸化物が固溶したＣｅＯ２とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成から形成することができる。なお、希土類酸化物や希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２（ＣｅＯ２）と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。
【００５２】
以上説明した本実施形態の燃料電池セル１０の作製方法の一例について説明する。
【００５３】
先ず、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により、図６（ａ）に示すように、支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持体成形体として、支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。
【００５４】
次に、例えば所定の調合組成に従い、ＮｉＯと、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）との素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダーおよび溶媒を混合して燃料極層用スラリーを調製する。
【００５５】
また、例えば、ＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２粉末を８００〜９００℃にて２〜６時間、熱処理を行い、中間層成形体用の原料粉末を調整する。この原料粉末に、溶媒としてトルエンを添加し、中間層用スラリーを作製する。
【００５６】
そして、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末、市販の分散剤等を加えて固体電解質層スラリーを作製し、これを用いてドクターブレード等の方法により、成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。
【００５７】
得られたシート状の固体電解質層成形体上の一方側の面に、燃料極層用スラリーを塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成し、他方側の面に中間層用スラリーを塗布して中間層成形体を形成し、シート状の３層成形体を形成する。この燃料極層成形体、中間層成形体および固体電解質層成形体が積層したシート状の３層成形体の燃料極層成形体側の面を支持体成形体に積層し、図６（ｂ）に示すような積層成形体を形成する。
【００５８】
この後、例えば、３〜５モル％のＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、図６（ｃ）に示すような第１開口部９ａを有する筒状体を構成するシート状の成形体を作製する。
【００５９】
次に、図６（ｄ）に示すように、筒状体を構成するシート状の成形体の第１開口部に、支持体成形体の３層成形体が位置するように巻き付け積層する。巻き付けた後には、第２開口部９ａが形成される。図６（ｅ）に、筒状体成形体を支持体成形体に巻き付けた状態の表面と裏面を示す。
【００６０】
次いで、上記の積層成形体を８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。続いて、インターコネクタ層材料（例えば、ＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製する。
【００６１】
続いて、支持体１とインターコネクタ層８との間に密着層成形体を形成する場合には、下記のように作製する。例えば、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２とＮｉＯが体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲となるように混合して乾燥し、有機バインダー等を加えて密着層用スラリーを調整し、筒状体成形体の第２開口部を構成する壁部上面および第２開口部内における支持体成形体上に塗布して密着層成形体を形成する。
【００６２】
この後、密着層成形体上にインターコネクタ層用スラリーを塗布し、積層成形体を作製する。
【００６３】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中、１４００〜１４５０℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。
【００６４】
さらに、酸素極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ３系酸化物粉末）、溶媒および増孔剤を含有するスラリーをディッピング等により中間層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１、２に示す構造の本実施形態の燃料電池セル１０を製造できる。
【００６５】
なお、図３（ｂ）に示すような構造は、例えば、第１開口部９ａの寸法が３層成形体よりも小さい筒状体を構成するシート状の成形体を作製し、この成形体の第１開口部９ａを構成する壁部が、支持体成形体の３層成形体の外周部に重畳するように巻き付け積層して得ることができる。また、図４に示すような構造は、例えば、支持体成形体に筒状体を構成するシート状の成形体を巻き付けて積層した後、第１開口部９ａ内に燃料極層用スラリー、固体電解質層用スラリー、中間層用スラリーを塗布して得ることができる。なお、固体電解質層用スラリー、中間層用スラリーは、第１開口部９ａを構成する壁部上面にも塗布する。
【００６６】
図７は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示しており、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した中間層等の一部の部材を省略して示している。
【００６７】
なお、セルスタック装置においては、各燃料電池セル１０を、弾性を有する集電部材１３を介して配列することでセルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端
部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６に、ガラスシール材等の絶縁性の接着剤１７により固定されている。
【００６８】
また、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４により、燃料電池セル１０のセル配列方向ｘの両端から、セルスタック１２を挟持している。
【００６９】
また、図７に示す導電部材１４においては、燃料電池セル１０のセル配列方向ｘに沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック１２（燃料電池セル１０）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。
【００７０】
図８に、燃料電池セル１０下端部のガスタンク１６への固定構造を示す。燃料電池セル１０の下端部は、ガスタンク１０に形成された開口部内に挿入され、ガラスシール材等の接着剤１７により固定されている。なお、図８（ａ）はセル配列方向ｘから見た側面図、図８（ｂ）はセル幅方向Ｗから見た側面図である。
【００７１】
すなわち、薄い箱状のガスタンク１０の上壁に、２個のセルスタック１２の下端部が挿入される開口部が２個形成されており、これらの開口部に、セルスタック１２の下端部がそれぞれ挿入された状態で、接着剤１７で接合固定されている。接着剤１７は、セルスタック１２とガスタンク１０上壁の開口部を構成する壁面との間、燃料電池セル１０間に充填され、シールされている。
【００７２】
接着剤１７は、図８に示すように、筒状体９の下端部に接合しており、インターコネクタ層８の下端部は接着剤１７に埋設されていない。従って、例えば、筒状体９を高強度材料で構成したり、筒状体９の厚みを厚くすることにより、燃料電池セル１０の下端部を補強でき、クラックの発生を抑制できる。
【００７３】
すなわち、耐熱性合金からなるガスタンク１６、燃料電池セル１０、接着剤１７を構成する材料の違いにより、燃料電池セル１０の下端部に応力が生じ、クラック等が発生するおそれがあるが、筒状体９により補強でき、燃料電池セル１０の下端部におけるクラックの発生を防止できる。
【００７４】
また、ＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層８は、還元雰囲気に晒されると還元膨張するが、図８に示すように、インターコネクタ層８の下端部は接着剤１７で被覆されていないため、接着剤１７で被覆された部分と被覆されていない部分との間における応力を小さくでき、燃料電池セル１０の下端部におけるクラックの発生を抑制できる。
【００７５】
図９は、セルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図８に示したセルスタック装置を収納して構成されている。
【００７６】
なお、燃料電池セル１０にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０をセルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介して燃料電池セル１０の内部に設けられた燃料ガス通路２に供給される。
【００７７】
なお、図９においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図９に示した燃料電池モジュール１８においては、セルスタック装置を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置は、改質器２０を含むものと
しても良い。
【００７８】
また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図９においてはガスタンク１６に並置された一対のセルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル１０の燃料ガス通路２より排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、セルスタック装置の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス通路２から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル１０（セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。
【００７９】
さらに、本実施形態の燃料電池モジュール１８では、上述した燃料電池セル１０を用いたセルスタック装置を収納容器１９内に収納してなることから、発電性能が高く、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。
【００８０】
図１０は、外装ケース内に図９で示した燃料電池モジュール１８と、セルスタック装置を動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図１０においては一部構成を省略して示している。
【００８１】
図１０に示す燃料電池装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール１８を動作させるための補機類を収納する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略して示している。
【００８２】
また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。
【００８３】
このような燃料電池装置２３においては、上述したように、発電性能が高く、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール１８をモジュール収納室２７に収納して構成されることにより、発電性能が高く、信頼性の向上した燃料電池装置２３とできる。
【００８４】
以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。例えば、導電性支持体上に酸素極層、固体電解質層、燃料極層を配置した燃料電池セルであっても良い。さらに、例えば、上記形態では、支持体１上に燃料極層３、固体電解質層４、酸素極層６を積層したが、支持体１を用いることなく、燃料極層自体を支持体１とし、この支持体１に、固体電解質層４、酸素極層６を設けても良い。
【００８５】
なお、上記実施形態では、中空平板型の固体酸化物形燃料電池セルについて説明したが、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルであっても良いことは勿論である。また、各部材間に機能に合わせて各種中間層を形成しても良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、インターコネクタ層８を有する場合について記載したが、インターコネクタ層を有しない場合であっても良い。
【００８７】
さらに、上記形態では燃料電池セル、セルスタック装置、燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）およびこの電解セルを備える電解モジュールおよび電解装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１：支持体
２：燃料ガス通路
３：燃料極層
４：固体電解質層
６：酸素極層
８：インターコネクタ層
９：筒状体
９ａ：第１開口部
９ｂ：第２開口部
１８：燃料電池モジュール
２３：燃料電池装置