(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体管上に燃料極と固体電解質膜と空気極とを備えるセルが前記基体管の円周方向に形成され、複数の前記セルが前記基体管の長手方向に沿って配列され、隣接する前記セルの間に前記セル同士を電気的に直列に接続するインターコネクタが形成されている複数のセルスタックを内部に収容する固体酸化物形燃料電池であって、
前記複数のセルスタックの両端部が金属板により連結されることにより、前記複数のセルスタックが電気的に並列に配列され、
運転温度において、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記空気極上に形成される導電膜が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極上に形成される導電膜と直接接触し、または、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と直接接触し、または、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜と直接接触し、または、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と直接接触して、
前記セル同士が電気的に接続する固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜と隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜とが、室温において離間する、または、
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極とが、室温において離間する、または、
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜とが、室温において離間する、または、
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極とが、室温において離間する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記運転温度において、全ての前記セルスタックの全ての前記セルが、隣接する前記セルスタック中の前記セルと電気的に接続する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記運転温度において、一部の前記セルスタックの一部の前記セルが、隣接する前記セルスタックの前記セルと離間し、残りの前記セルが、隣接する前記セルスタックの前記セルと電気的に接続している請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記運転温度において互いに電気的に接続する任意の前記セルスタックの前記セルの前記空気極及び隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極の各々は、前記運転温度において互いに離間する任意の前記セルスタックの前記セル及び隣接する前記セルスタックの前記セルの少なくとも一方の前記セルの前記空気極よりも厚く形成されている請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記複数のセルスタックに亘って酸化ガスが蛇行して流通することで、前記酸化ガスが前記セルスタックの軸方向に沿って直線的に流通することによって前記複数のセルスタックの間を蛇行して流通しない場合と比べて前記酸化ガスの流通経路が長くなるように、前記運転温度において任意の前記セルスタックの前記セルと隣接する前記セルスタックの前記セルとが接触する厚さで前記空気極が形成されている前記セルと、前記運転温度において任意の前記セルスタックの前記セルと隣接する前記セルスタックの前記セルとが離間する厚さで前記空気極が形成されている前記セルとが配置されている請求項４または請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記導電膜が、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料のいずれかの膜である請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルスタックを内部に収容する固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、基体管上の円周方向に、燃料極、固体電解質膜、空気極を積層させたセルが複数形成され、隣接するセル同士がインターコネクタで電気的に直列に接続されたセルスタックを備える。複数のセルスタックの両端部が複数の孔を有する管板に嵌め込まれることで並列に配列されて、固体酸化物形燃料電池内部に収容されている。セルスタックの端部の各々に集電板が配置され、集電板によって複数のセルスタックが互いに電気的に並列に接続されている（特許文献１参照）。
【０００３】
円筒型の固体酸化物形燃料電池では、円筒形状の支持管の表面に空気極、固体電解質、燃料極が形成されている。また、特許文献３に開示される円筒型の固体酸化物形燃料電池では、円筒状の固体電解質の内面に空気極が、外面に燃料極が形成されている。特許文献２及び特許文献３のいずれも、円筒の長手方向に固体電解質及び燃料極が存在しない領域があり、その領域において空気極と電気的に接続されたインターコネクタが外部に露出して形成されている。すなわち、１つの円筒が１つのセルを構成している。
【０００４】
特許文献２では、複数の上記のセルが円筒の長手方向に連結されて、１つのセルのインターコネクタと隣接するセルの燃料極とが直列接続されている。また、直列接続した燃料電池セルが複数本並行して配置され、導電部材により燃料電池セルを直列接続されている。
【０００５】
特許文献３では、１つのセルのインターコネクタと隣接するセルの燃料極との間にＮｉを主成分とする導電板が配置されて、セル間が電気的に直列接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１０９５９８号公報（段落［００２３］、図１）
【特許文献２】特許第３５９５０９１号公報（段落［００１２］〜［００２２］、図１〜６）
【特許文献３】特許第４６６３１３７号公報（請求項１、段落［００２２］〜［００２７］、［００３３］、図１，２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
円筒型の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの電気回路図は、図８のようになる。セル６１が直列接続されているので、１つのセルスタック６０においてセル６１を流れる電流の大きさは同じになる。固体酸化物形燃料電池は、両端の電圧はセルスタック６０間で等電位として運転される。
【０００８】
図８の電気回路図で表されるように複数のセルスタックを配列する場合、あるセルが劣化すると、そのセルの抵抗が増加してセルの性能が低下する。劣化したセルを含むセルスタックに供給される電流が、他のセルスタックに供給される電流量よりも小さくなる。すなわち、セルスタックにおいて劣化したセルが１つでも存在するとセルスタック全体に影響を及ぼし、他の健全なセルへの電流量も低下するので、そのセルスタックでの発電量が低下することが問題となっていた。また、劣化したセルを含むセルスタック以外の他のセルスタックへの電流供給量が増加する。セルの耐久性は電流密度に依存するため、他のセルスタックの耐久性が低下する恐れがあることが問題となっていた。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み、劣化セルが発生した場合でも他のセルに影響を及ぼすことなく発電を継続させることができる固体酸化物形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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、基体管上に燃料極と固体電解質膜と空気極とを備えるセルが前記基体管の円周方向に形成され、複数の前記セルが前記基体管の長手方向に沿って配列され、隣接する前記セルの間に前記セル同士を電気的に直列に接続するインターコネクタが形成されている複数のセルスタックを内部に収容する固体酸化物形燃料電池であって、前記複数のセルスタックの両端部が金属板により連結されることにより、前記複数のセルスタックが電気的に並列に配列され、運転温度において、任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記空気極上に形成される導電膜が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極上に形成される導電膜と直接接触し、または、任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と直接接触し、または、任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜と直接接触し、または、任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と直接接触して、前記セル同士が電気的に接続する固体酸化物形燃料電池を提供する。
【００１１】
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜と隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜とが、室温において離間する、または、前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極とが、室温において離間する、または、前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜とが、室温において離間する、または、前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極とが、室温において離間することが好ましい。
【００１２】
上記発明において、前記運転温度において、全ての前記セルスタックの全ての前記セルが、隣接する前記セルスタック中の前記セルと電気的に接続することが好ましい。
【００１３】
本発明の固体酸化物形燃料電池において、任意のセルで発生した電流は、セルスタック中で直列接続されたセルを通過だけでなく、空気極を介して隣接するセルスタック中のセルを通過して集電される。従って、あるセルスタック中のセルが劣化した場合、同じセルスタック中のセルで発生した電流は、劣化したセル以外のセルの空気極を介して、隣接するセルスタックへと流れることができる。このため、セルスタック内に劣化セルが発生しても、他の正常なセルが発電に寄与する。本発明の固体酸化物形燃料電池は、劣化セルが発生しても高い発電量を維持することが可能となる。
【００１４】
あるいは、上記発明において、前記運転温度において、一部の前記セルスタックの一部の前記セルが、隣接する前記セルスタックの前記セルと離間し、残りの前記セルが、隣接する前記セルスタックの前記セルと電気的に接続していても良い。
この場合、前記運転温度において互いに電気的に接続する任意の前記セルスタックの前記セルの前記空気極及び隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極の各々は、前記運転温度において互いに離間する任意の前記セルスタックの前記セル及び隣接する前記セルスタックの前記セルの少なくとも一方の前記セルの前記空気極よりも厚く形成されている。
【００１５】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、一部のセルを隣接するセルスタックのセルと接触させてセルスタック間での電気的接続を確保する。同時に、一部のセルを隣接するセルスタックのセルと離間させる。こうすることで、セルスタックの発電部において所望の酸化ガスの流通経路を作ることができる。
本発明では、空気極の膜厚を変えることによって、所定位置でセル同士を接触させたり、離間させることができる。すなわち、容易な方法により所望の酸化ガスの流通経路を適宜設定することができる。
【００１６】
この場合、前記複数のセルスタックに亘って酸化ガスが蛇行して流通することで、前記酸化ガスが前記セルスタックの軸方向に沿って直線的に流通することによって前記複数のセルスタックの間を蛇行して流通しない場合と比べて前記酸化ガスの流通経路が長くなるように、前記運転温度において任意の前記セルスタックの前記セルと隣接する前記セルスタックの前記セルとが接触する厚さで前記空気極が形成されている前記セルと、前記運転温度において任意の前記セルスタックの前記セルと隣接する前記セルスタックの前記セルとが離間する厚さで前記空気極が形成されている前記セルとが配置されていることが好ましい。
【００１７】
このように、セルスタックの発電部において酸化ガスの流通経路を長くすると、固体酸化物形燃料電池内部での酸化ガスの圧損が上昇して、酸化ガスの流速を上昇させることができる。また、発電部周辺で酸化ガスの滞留時間が長くなるので、伝熱特性を向上させることができる。
【００１８】
この場合、前記導電膜が、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料のいずれかの膜であることが好ましい。
【００１９】
導電膜を設けることにより、セル同士が接触した時のセル間の導電性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の固体酸化物形燃料電池では、１つのセルスタック内でセルを電気的に接続するだけでなく、隣接するセルスタック間でセルを電気的に接続する。任意のセルスタックに劣化セルが発生した場合、そのセルスタック中の他の正常なセルで発生した電流は、空気極を介して隣接するセルスタックのセルへと流れる。すなわち、セルスタックに劣化セルが発生しても、他の正常なセルが発電に寄与する。このため、高い発電量を維持することができる。
また、他のセルスタックへの電流供給量が増加して他のセルスタックの耐久性が低下することを防止することができる。この結果、固体酸化物形燃料電池全体で高い耐久性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の概略図である。
【図２】発電時における第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。
【図３】第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの電気回路図である。
【図４】第１実施形態の固体酸化物形燃料電池において、劣化セルが発生した場合の電流の流れを説明する電気回路図である。
【図５】発電時における第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。
【図６】発電時における第２実施形態の別の例に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。
【図７】発電時における第２実施形態の別の例に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。
【図８】従来の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を以下で説明する。
図１は、第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の概略図であり、図１（ａ）は正面の縦断面図、図１（ｂ）は側面の縦断面図、図１（ｃ）は上面図である。
【００２３】
第１実施形態の固体酸化物形燃料電池１は、容器２と、管板（金属板）３ａ，３ｂとを備える。管板３ａは、容器２内部を発電室４と発電室４上部に設けられる燃料供給室５とを仕切っている。管板３ｂは、容器２内部を発電室４と発電室４下部に設けられる燃料排出室６とを仕切っている。
【００２４】
発電室４の下部に、酸化ガス供給部７が接続される。発電室４の上部に、酸化ガス排出部８が接続される。発電室４の大きさに応じて、発電室４に複数の酸化ガス供給部７及び酸化ガス排出部８が設置されていても良い。本実施形態において、酸化ガスは酸素を含む気体とされ、特に空気が好ましい。
【００２５】
燃料供給室５に燃料供給部９が接続される。燃料排出室６に燃料排出部１０が接続される。本実施形態において、燃料ガスは水素ガスまたはメタンガスとされる。
【００２６】
容器２は、内部に複数のセルスタック１１を収納する。セルスタック１１は、多孔質の基体管で構成される。セルスタック１１の中央部に発電部が形成され、発電部の両側は非発電部である。複数のセルスタック１１の非発電部は、それぞれ管板３ａ，３ｂで固定されている。管板３ａ，ｂには複数の孔が開いており、その孔に各セルスタック１１がシールリング（不図示）を介して嵌め込まれている。管板３によって、複数のセルスタック１１が整列されている。図１に示される例では、正面から見たときに７本のセルスタック１１が整列し、側面から見たときに３０本のセルスタック１１が整列している。但し、収納されるセルスタック１１の数は、上記に限定されない。
【００２７】
セルスタック１１の発電部及び非発電部の一部は発電室４内に収納されているが、非発電部の両端部は燃料供給室５内に配置される。これにより、燃料供給室５内の燃料ガスが、セルスタック１１の内側を流通して燃料排出室６に排出されるようになっている。
【００２８】
セルスタック１１の発電部において、複数のセルがセルスタック１１の長手方向に沿って形成されている。１本のセルスタック１１には、例えば８５個のセルが形成されるが、これに限定されない。
１つのセルは、基体管の円周方向に沿って形成されている。１つのセルは、基体管側から燃料極、固体酸化物膜、及び、空気極の積層体で構成されている。隣接するセル同士は、インターコネクタで連結される。基体管材料としては、Ｃａ安定化ジルコニアが適用される。燃料極材料としては、例えばＮｉ及びＹＳＺの混合物が適用される。固体電解質膜材料としては、ＹＳＺが適用される。空気極材料としては、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料などが適用される。インターコネクタ材料としては、ＬａＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３、Ｌａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３が適用される。
【００２９】
発電室４内部におけるセルスタック１１の非発電部の周囲、及び、セルスタック１１の非発電部の位置に対応する発電室４の外側周囲に、断熱材１２が設置される。セルスタック１１と断熱材１２とは離間しており、その隙間を酸化ガスが流通可能とされている。発電時において、発電部は７５０℃〜９５０℃に加熱されるが、管板３ａ，３ｂの周囲は材料面からの仕様により約５５０℃とされる。断熱材１２を設けることにより、発電部は高温に保持される。また、断熱材１２を設けることにより酸化ガスの流通路の面積を小さくして、酸化ガスの流速が高められる。
【００３０】
燃料供給室５及び燃料排出室６において、セルスタック１１の両端部に集電板１３ａ，１３ｂがそれぞれ設置される。集電板１３ａ，１３ｂはそれぞれ集電極１４ａ，１４ｂに連結される。集電板１３ａ，１３ｂによって、複数のセルスタック１１が電気的に並列に接続される。
【００３１】
図２は、第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図２（ａ）は縦断面図であり、図２（ｂ）は発電部の横断面図である。
第１実施形態の固体酸化物形燃料電池の発電時に、セルスタック１１の発電部２２は７５０℃〜９５０℃程度に加熱される。発電部２２において、全てのセル２０の空気極２３が、隣接するセルスタック１１のセル２０の空気極２３と接触している。すなわち、隣り合うセルスタック１１の同じ高さに位置するセル２０の空気極同士が接触する。１つのセルスタックでは空気極同士は接触しておらず、隣接するセル間の空気極の間で、固体電解質膜及びインターコネクタが露出している（図２中の符号２４）。一方、非発電部２１にはセルは形成されていない。
【００３２】
図３は、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池の電気回路図である。セル２０は、抵抗２５と電池２６で表される。１つのセルスタック１１では、セル２０が直列接続されている。セルスタック１１同士は、セルスタック１１の端部だけでなく、セル２０の間でも並列に接続されている。
【００３３】
燃料供給部９から燃料ガスが燃料供給室５内に供給される。燃料ガスは、燃料供給部９からセルスタック１１の基体管内側に流入し、セルスタック１１の内側を流通する。
酸化ガス供給部７から発電室４内に酸化ガスが供給される。酸化ガスは、セルスタック１１と断熱材１２との間を通過して、セルスタック１１の発電部２２周辺に流入する。発電部２２周囲に流入した酸化ガスは、図２（ｂ）における円筒型のセルスタック１１間の隙間や、図１におけるセルスタック１１と発電室４との隙間を流通する。
【００３４】
セルスタック１１の内部を流通する燃料ガスは、基体管側から外側に向かって拡散する。セルスタック１１の外側を流通する酸化ガスは、空気極２３から基体管の方に向かって拡散する。固体電解質膜において、燃料ガスと酸化ガス中の酸素とが反応し、電気が発生する。発生した電流は、セルスタック１１中で直列接続されたセル２０を通過するだけでなく、空気極を介して隣接するセルスタック１１中のセル２０も通過して、集電板１３に到達する。電流は集電極１４を通じて外部に取り出される。
【００３５】
反応に寄与しなかった燃料ガスは、セルスタック１１から燃料排出室６に流出する。燃料排出室６内の燃料ガスは、燃料排出部１０を介して固体酸化物形燃料電池１の外部に排出される。反応に寄与しなかった酸化ガスは、酸化ガス排出部８を介して固体酸化物形燃料電池１の外部に排出される。
【００３６】
図４に、劣化セルが発生したときの電流の流れの一例を示す電気回路図を示す。任意のセルスタックの任意のセルが劣化した場合、劣化セル２７での抵抗は他の正常なセルよりも大きくなる。このため、他のセル２０で発生した電流は、劣化セル２７を迂回するように流れて集電板１３に到達する。劣化セル２７と同じセルスタック１１中の他の正常なセル２０は発電する。発生した電流は、そのセルスタック１１中のいずれかの正常なセル２０から空気極を介して隣接するセルスタック１１へと流れる。本実施形態では、劣化セル２７が発生しても、同じセルスタック１１内の他の正常なセル２０が発電に寄与することができる。
【００３７】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池１では、発電時にセルスタック１１が膨張してセル２０の空気極２３同士が接触すれば良いので、セルスタック１１を管板３ａ，３ｂに嵌める際（室温）には必ずしも隣接するセルスタック１１のセル２０の空気極２３同士が接触している必要はない。空気極２３の厚さは、セルスタック間の距離、発電時のセルの温度、セルスタックの各層の熱膨張率などを考慮して決定される。例えば、熱膨張により空気極２３同士が接触した際に、空気極２３に大きな応力がかかって空気極２３が破損することが懸念される場合には、室温ではセル２０同士は離間し、発電時に確実に接触するように、空気極２３の厚さを設計する。
【００３８】
セル２０の空気極２３同士が接触した時の導電性を向上させるために、各セル２０の空気極２３表面に導電膜が形成されていても良い。導電膜は、接触している２つのセル２０の内、少なくとも一方のセル２０の空気極２３上に形成される。導電膜は導電性セラミックスからなる。本実施形態に適用可能な導電性セラミックスは、高い導電性を有するとともに、空気極材料（ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料）と同程度の熱膨張率を有することが要求される。具体的に、導電性セラミックスには、ＬａＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３、Ｌａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３で表される導電性酸化物が適用可能である。これらはインターコネクタに用いられる材料である。あるいは、導電膜はＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料としても良い。具体的に、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＦｅＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣｏＯ３で表される導電性酸化物が適用可能である。この場合、導電膜は空気極と異なる材料を使用する。
【００３９】
導電膜は、空気極２３の表面の全面に形成されていても良いし、空気極２３の表面の一部に形成されていても良い。導電膜は、スクリーン印刷やジェットディスペンサを用いて形成される。導電膜形成後にセルスタック１１を焼成して、導電膜を焼結しても良い。あるいは、導電膜形成後に焼成することなくセルスタック１１を固体酸化物形燃料電池１に収納しても良い。この場合は、運転時にセルスタック１１が加熱されることにより、導電膜が焼結される。
【００４０】
導電膜の膜厚は、セルスタック間の距離、空気極の厚さ、発電時のセルの温度、セルスタックの各層の熱膨張率などを考慮して決定される。導電膜を設ける場合、空気極の厚さは導電膜の厚さも考慮して適宜設定される。
【００４１】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を以下で説明する。第２実施形態の固体酸化物形燃料電池は、セルの発電部以外は第１実施形態と同じである。
【００４２】
図５は、第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図５（ａ）は正面の縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の右側から見た縦断面図である。図５では、正面から見たときにセルスタック３０が９本、側面から見たときに５本配列され、１つのセルスタック３０にセル３１が６つ形成された例として示している。
第２実施形態の固体酸化物形燃料電池において、一部のセルスタック３０中の一部のセル３１の空気極３２ａは、隣接するセルスタック３０のセル３１の空気極３２ｂと接触せず、離間している。残りのセル３１の空気極３２ｂは、隣接するセルスタック３０のセル３１の空気極３２ｂと接触している。図５の例では、空気極３２ａが他のセルの空気極と離間しているセルは任意の位置に設けられている。空気極同士が接触している部分のみで、隣接するセルスタック３０のセル３１同士が電気的に接続されている。
【００４３】
隣接するセルスタック３０のセル３１の空気極３２ｂと接触しているセル３１の空気極３２ｂは、接触していないセル３１の空気極３２ａと比較して、相対的に厚く形成されている。このように１つのセルスタック３０内でセル３１の空気極の厚さを変えるためには、ジェットディスペンサを用いて空気極を形成すると良い。
【００４４】
セルスタック３０の発電部の周囲に流入した酸化ガスは、円筒型のセルスタック３０間の隙間を流通する他、空気極が接触していないセル３１の間隙を流通する。セルスタック３０間の隙間よりも空気極が接触していないセル３１間の間隙の流路面積を大きくすれば、酸化ガスは主としてセル３１間を流通する。
【００４５】
図６は、第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の別の例について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図６（ａ）は正面の縦断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の左側面から見た縦断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）の右側面から見た縦断面図である。図６の固体酸化物形燃料電池は、正面から見たときにセルスタック４０が８本、側面から見たときに４本配列され、１つのセルスタックにセル４１が１２つ形成されている。
【００４６】
図６の例では、隣接するセルスタック４０のセル４１の空気極と接触する空気極４２ｂが縦方向に２列ずつ設けられている。正面から見たときに（図６（ａ））この空気極４２ｂの列の左端部または右端部は、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極４２ａとなっている。図６では列内で空気極４２ａは２つずつ設けられている。正面から見た図６（ａ）では、空気極４２ｂの列は、空気極４２ａが設けられる位置が縦方向に交互になるように配列されている。
空気極４２ｂの列の間には、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極４２ａのみが設けられる列が配列されている。
【００４７】
図６の固体酸化物形燃料電池では、発電部の周囲に流入した酸化ガスは、空気極４２ａが接触していないセル４１の間隙を主として通過するように、流通面積が設計されている。このため、正面から見たとき（図６（ａ））に、酸化ガスは発電部を蛇行しながら下方から上方に向かって流通することになる。こうすることで、発電部を流通する酸化ガスの流通経路が長くなるので、圧力損失が上昇して発電部周囲での酸化ガスの流速が上昇する。更に、発電部での酸化ガスの滞留時間が長くなるので、熱交換率が上昇する。従って、伝熱特性が向上する。
【００４８】
なお、図６の例では、縦方向に空気極４２ｂが設けられる列の数、当該列内での空気極４２ａの数、及び、空気極４２ａのみが設けられる列の数は特に限定されない。これらは、酸化ガスの流路面積を考慮して適宜設定すると良い。但し、縦方向に空気極４２ｂが設けられる列の数が多くなると、列中心部のセル４１は酸化ガスが十分に送給されなくなる可能性があるので、列数は１列または２列である方が有利である。
【００４９】
図７は、第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の例について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図７（ａ）は正面の縦断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の左側面から見た縦断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）を右側面から見た縦断面図である。図７の固体酸化物形燃料電池は、正面から見たときにセルスタック５０が８本、側面から見たときに５本配列され、１つのセルスタックにセル５１が１２つ形成されている。
【００５０】
図７の例では、隣接するセルスタック５０のセル５１の空気極と接触する空気極５２ｂが縦方向に２列ずつ設けられる。正面から見たときに（図７（ａ））、空気極５２ｂの列は全てのセルスタック５０に亘って設けられる。一方、側面からみた場合（図７（ｂ）、図７（ｃ））に、空気極５２ｂの列の左端部または右端部は、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極５２ａとなっている。図７では、列内で空気極５２ａは１つずつ設けられる。空気極５２ｂの列は、側面から見たときに空気極５２ａが設けられる位置が縦方向に交互になるように配列されている。
空気極５２ｂの列の間には、空気極５２ａのみが設けられる列が配列されている。
【００５１】
この例においても、発電部の周囲に流入した酸化ガスは、空気極５２ａが接触していないセル５１の間隙を主として通過するように、流通面積が設計されている。このため、側面から見たとき（図７（ｂ）、図７（ｃ））に、酸化ガスは発電部を蛇行しながら下方から上方に向かって流通することになる。こうすることで、発電部を流通する酸化ガスの流通経路が長くなるので、圧力損失が上昇して発電部周囲での酸化ガスの流速が上昇する。更に、発電部での酸化ガスの滞留時間が長くなるので、熱交換率が上昇する。従って、伝熱特性が向上する。
【００５２】
図７の例では、縦方向に空気極５２ｂが設けられる列の数、当該列内での空気極５２ａの数、及び、空気極５２ａのみが設けられる列の数は特に限定されず、酸化ガスの流路面積を考慮して適宜設定すると良い。
【００５３】
第２実施形態においても、空気極同士が接触しているセルにおいて、空気極表面に導電膜が形成されていても良い。
導電膜を設ける場合は、空気極の厚さはセルスタック内で同じとして、導電膜により隣接するセルスタックのセル同士の接触を確保しても良い。この場合、導電膜は、発電時に熱膨張してセル同士が接触することができる厚さで形成される。
【符号の説明】
【００５４】
１  固体酸化物形燃料電池
２  容器
３ａ，３ｂ  管板
４  発電室
５  燃料供給室
６  燃料排出室
７  酸化ガス供給部
８  酸化ガス排出部
９  燃料供給部
１０  燃料排出部
１１，３０，４０，５０，６０  セルスタック
１２  断熱材
１３  集電板
１４  集電極
２０，３１，４１，５１，６１  セル
２１  非発電部
２２  発電部
２３，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂ  空気極
２４  固体電解質膜及びインターコネクタ
２５，６５  抵抗
２６，６６  電池
２７  劣化セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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