(57)【要約】【解決課題】両側管式発電試験装置と同程度に正確な発電試験結果が得られる片側管式発電試験装置を提供することにある。【解決手段】片側管式の発電試験装置において、燃料極側発電有効面の面積に対する燃料極側発電有効面と上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上であることを特徴とする発電試験装置。【選択図】図１
2008059833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の電解質と、該電解質の上側面に形成される平板状の燃料極と、該電解質の下側面に形成され、該電解質より平面形状が小さい平板状の空気極とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であって、
上側の管端が、該空気極が形成されている側の該電解質の面に、直接又はシール材を介して接し、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持すると共に、燃料極側ガスと空気極側ガスを隔離する、下側支持管と、
該燃料極側ガスの通気孔を有し、該燃料極側ガスの通気孔の開口面が、該燃料極の上側面と対向するように設置され、該下側支持管との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む、上側支持部材と、
該上側支持部材が固定される、上側支持部材固定部材と、
リード線を有し、該燃料極の上側面に接する、燃料極側集電部材と、
該燃料極の上側面に該燃料極側ガスを供給する、燃料極側ガス供給管と、
リード線を有し、該空気極の下側面に接する、空気極側集電部材と、
該空気極の下側面との間で該空気極側集電部材を挟み込む、空気極側集電部材支持部材と、
該空気極側ガスを供給する、空気極側ガス供給管と、
該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該燃料極側集電部材、該燃料極側ガス供給管、該空気極側集電部材、該空気極側集電部材支持部材及び該空気極側ガス供給管が内部に設置され、該燃料極側ガスと外気を隔離する、外側管と、
を有し、
該燃料極側発電有効面の面積に対する該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上であること、
を特徴とする発電試験装置。
【請求項２】
平板状の電解質と、該電解質の上側面に形成される平板状の空気極と、該電解質の下側面に形成され、該電解質より平面形状が小さい平板状の燃料極とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であって、
上側の管端が、該燃料極が形成されている側の該電解質の面に、直接又はシール材を介して接し、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持すると共に、空気極側ガスと燃料極側ガスを隔離する、下側支持管と、
該空気極側ガスの通気孔を有し、該空気極側ガスの通気孔の開口面が、該空気極の上側面と対向するように設置され、該下側支持管との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む、上側支持部材と、
該上側支持部材が固定される、上側支持部材固定部材と、
リード線を有し、該空気極の上側面に接する、空気極側集電部材と、
該空気極側ガスの上側面に該空気極側ガスを供給する、空気極側ガス供給管と、
リード線を有し、該燃料極の下側面に接する、燃料極側集電部材と、
該燃料極の下側面との間で該燃料極側集電部材を挟み込む、燃料極側集電部材支持部材と、
該燃料極側ガスを供給する、燃料極側ガス供給管と、
該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該空気極側集電部材、該空気極側ガス供給管、該燃料極側集電部材、該燃料極側集電部材支持部材及び該燃料極側ガス供給管が内部に設置され、該空気極側ガスと外気を隔離する、外側管と、
を有し、
該空気極側発電有効面の面積に対する該空気極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上であること、
を特徴とする発電試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、電解質を、燃料極及び空気極で挟み込んで形成されているセルを有し、該セルの燃料極側に、水素ガス等の燃料極側ガスが供給され、該セルの空気極側に、酸素ガス等の空気極側ガスが供給され、１０００℃程度の運転条件下で運転される。
【０００３】
該固体酸化物形燃料電池用セルの発電特性を把握するためには、該セルを用いて発電試験を行う必要がある。
【０００４】
そこで、固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験には、従来より、燃料極側ガスを隔離するための燃料極側隔離管及び空気極側ガスを隔離するための空気極側隔離管を有し、該燃料極側隔離管及び該空気極側隔離管で、該セルを挟み込む形態の発電試験装置が用いられてきた。以下、該燃料極側隔離管及び該空気極側隔離管で、該セルを挟み込む形態の発電試験装置を、両側管式発電試験装置とも記載する。
【０００５】
図１３を参照して、該両側管式発電試験装置を説明する。図１３は、両側管式発電試験装置を示す模式的な断面図である。図１３中、両側管式発電試験装置６０は、電解質６１と、該電解質６１の上側面に形成されており、該電解質６１と平面形状が同じ大きさの燃料極６２と、該電解質６１の下側面に形成されており、該電解質６１より平面形状が小さい空気極６３とからなるセルを、燃料極側ガス隔離管６４と空気極ガス隔離管６５とで、上下から挟み込む形態である。該燃料極側ガス隔離管６４内には、リード線を有し、該燃料極６２の上側面に接触している燃料極側集電部６６と、該燃料極側集電部６６を支持するための燃料極側支持管６８と、燃料極側ガス供給管７０と、燃料極側ガス排出管７０１とが設置され、該空気極側ガス隔離管６５内には、リード線を有し、該空気極６３の下側面に接触している空気極側集電部６７と、該空気極側集電部６７を支持するための空気極側支持管６９と、空気極側ガス供給管７１と、空気極側ガス排出管７１１とが設置されている。該両側管式発電試験装置６０では、該セルと隔離管のシール箇所は、燃料極側のシール部７２及び空気極側のシール部７３の２箇所である。
【０００６】
該空気極側ガス隔離管６５がシール部を形成する相手は、緻密な構造の該電解質６１であるため、該電解質６１と該空気極側ガス隔離管６５のシールを十分に行なえば、該空気極側ガスのリークを防ぐことができる。一方、該燃料極６２及び該空気極６３は、該電解質６１と違い、通常多孔質構造である。そのため、該燃料極側ガス隔離管６４がシール部を形成する相手が、多孔質構造の該燃料極６２となるので、例え、該燃料極６２と該燃料極側ガス隔離管６４のシールを十分に行なっても、符号７４の点線矢印に示すように、該燃料極側ガスが該燃料極６２中の孔を通ってリークする。
【０００７】
そこで、近年、セルと隔離管のシール箇所を１箇所にした片側管式発電試験装置が開発が行なわれている。図１４及び図１５を参照して、片側管式発電試験装置を説明する。図１４は、従来の片側管式発電試験装置を示す模式的な断面図であり、図１５は、図１４に示す片側管式発電試験装置の上側支持部材の模式的な平面図である。図１４中、片側管式発電試験装置７５は、電解質１と該電解質１の上下の面に形成されている燃料極２及び空気極３とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であり、該片側管式発電装置７５は、下側支持管４、上側支持部材７６、上側支持部材固定部材６、燃料極側集電部材７、燃料極側ガス供給管８、空気極側集電部材９、空気極側集電部材支持部材１０及び空気極側ガス供給管１１及び外側管１７を有し、これらの部材は、台座１３に固定されている。また、該片側管式発電試験装置７５には、該燃料極側ガスを排出するための燃料極側ガス排出管８４及び該空気極側ガスを排出するための空気極側ガス排出管８５が設置されている。図１５中、該上側支持部材７６は、燃料極側ガスの通気孔７７を有する。該片側管式発電試験装置７５においては、セルと隔離管とのシール箇所は、シール部１６の１箇所であり、該下側支持部材４がシール部を形成するのは緻密な構造の該電解質１であるので、該両側管式発電試験装置に比べ、リークが起こり難い。なお、図１５中の該上側支持部材７６をｚ−ｚ断面で切ったときの断面図と、図１４中の該上側支持部材７６の断面図は、一致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、該片側管式発電試験装置７５で検出される固体酸化物形燃料電池用セルの電圧値は、固体酸化物形燃料電池用セルを構成する燃料極、空気極及び電解質のサイズ、形状、材質等によっては、両側管式発電試験装置で検出される電圧値よりも低くなるという問題があった。つまり、従来の片側管式発電試験装置には、正確な発電試験結果が得られない場合があるという問題があった。
【０００９】
従って、本発明の課題は、固体酸化物形燃料電池用セルを構成する燃料極、空気極及び電解質のサイズ、形状、材質等によらず、両側管式発電試験装置と同程度に正確な発電試験結果が得られる片側管式発電試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、（１）従来の片側管発電試験装置で、正確な発電試験結果が得られなかった場合においては、電極近傍のガスの拡散状態が不十分であること、（２）発電有効面と上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積を、該発電有効面の面積の７５％以上とすることにより、電極近傍のガスの拡散状態を良くすることができること等を見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明（１）は、平板状の電解質と、該電解質の上側面に形成される平板状の燃料極と、該電解質の下側面に形成され、該電解質より平面形状が小さい平板状の空気極とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であって、
上側の管端が、該空気極が形成されている側の該電解質の面に、直接又はシール材を介して接し、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持すると共に、燃料極側ガスと空気極側ガスを隔離する、下側支持管と、
該燃料極側ガスの通気孔を有し、該燃料極側ガスの通気孔の開口面が、該燃料極の上側面と対向するように設置され、該下側支持管との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む、上側支持部材と、
該上側支持部材が固定される、上側支持部材固定部材と、
リード線を有し、該燃料極の上側面に接する、燃料極側集電部材と、
該燃料極の上側面に該燃料極側ガスを供給する、燃料極側ガス供給管と、
リード線を有し、該空気極の下側面に接する、空気極側集電部材と、
該空気極の下側面との間で該空気極側集電部材を挟み込む、空気極側集電部材支持部材と、
該空気極側ガスを供給する、空気極側ガス供給管と、
該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該燃料極側集電部材、該燃料極側ガス供給管、該空気極側集電部材、該空気極側集電部材支持部材及び該空気極側ガス供給管が内部に設置され、該燃料極側ガスと外気を隔離する、外側管と、
を有し、
該燃料極側発電有効面の面積に対する該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上であること、
を特徴とする発電試験装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明（２）は、平板状の電解質と、該電解質の上側面に形成される平板状の空気極と、該電解質の下側面に形成され、該電解質より平面形状が小さい平板状の燃料極とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であって、
上側の管端が、該燃料極が形成されている側の該電解質の面に、直接又はシール材を介して接し、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持すると共に、空気極側ガスと燃料極側ガスを隔離する、下側支持管と、
該空気極側ガスの通気孔を有し、該空気極側ガスの通気孔の開口面が、該空気極の上側面と対向するように設置され、該下側支持管との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む、上側支持部材と、
該上側支持部材が固定される、上側支持部材固定部材と、
リード線を有し、該空気極の上側面に接する、空気極側集電部材と、
該空気極側ガスの上側面に該空気極側ガスを供給する、空気極側ガス供給管と、
リード線を有し、該燃料極の下側面に接する、燃料極側集電部材と、
該燃料極の下側面との間で該燃料極側集電部材を挟み込む、燃料極側集電部材支持部材と、
該燃料極側ガスを供給する、燃料極側ガス供給管と、
該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該空気極側集電部材、該空気極側ガス供給管、該燃料極側集電部材、該燃料極側集電部材支持部材及び該燃料極側ガス供給管が内部に設置され、該空気極側ガスと外気を隔離する、外側管と、
を有し、
該空気極側発電有効面の面積に対する該空気極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上であること、
を特徴とする発電試験装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、固体酸化物形燃料電池用セルを構成する燃料極、空気極及び電解質のサイズ、形状、材質等によらず、両側管式発電試験装置と同程度に正確な発電試験結果が得られる片側管式発電試験装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の第一の形態の発電試験装置は、平板状の電解質と、該電解質の上側面に形成される平板状の燃料極と、該電解質の下側面に形成され、該電解質より平面形状が小さい平板状の空気極とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であって、
上側の管端が、該空気極が形成されている側の該電解質の面に、直接又はシール材を介して接し、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持すると共に、燃料極側ガスと空気極側ガスを隔離する、下側支持管と、
該燃料極側ガスの通気孔を有し、該燃料極側ガスの通気孔の開口面が、該燃料極の上側面と対向するように設置され、該下側支持管との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む、上側支持部材と、
該上側支持部材が固定される、上側支持部材固定部材と、
リード線を有し、該燃料極の上側面に接する、燃料極側集電部材と、
該燃料極の上側面に該燃料極側ガスを供給する、燃料極側ガス供給管と、
リード線を有し、該空気極の下側面に接する、空気極側集電部材と、
該空気極の下側面との間で該空気極側集電部材を挟み込む、空気極側集電部材支持部材と、
該空気極側ガスを供給する、空気極側ガス供給管と、
該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該燃料極側集電部材、該燃料極側ガス供給管、該空気極側集電部材、該空気極側集電部材支持部材及び該空気極側ガス供給管が内部に設置され、該燃料極側ガスと外気を隔離する、外側管と、
を有し、
該燃料極側発電有効面の面積に対する該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上である発電試験装置である。
【００１５】
本発明の第一の形態の発電試験装置を、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の第一の形態の発電試験装置の形態例を示す模式的な断面図であり、図２は、図１中の発電試験装置に設置される固体酸化物形燃料電池用セルを、空気極側から見たときの平面図を示し、図３は、図１中の上側支持部材の平面図であり、図４は、図１中の上側支持部材及び上側支持部材固定部材の斜視図である。
【００１６】
図１中、発電試験装置２０は、平板状の電解質１と、該電解質１の上側面に形成される平板状の燃料極２と、該電解質１の下側面に形成される空気極３とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置である。
【００１７】
該発電試験装置２０に設置される該固体酸化物形燃料電池用セルにおいては、図２に示すように、該空気極３の平面形状が、該電解質１の平面形状より小さい。また、該燃料極２の平面形状は、該電解質１の平面形状と同程度の大きさである。
【００１８】
該発電試験装置２０は、上側の管端が、該空気極３が形成されている側の該電解質１の面に、直接又はシール材を介して接する下側支持管４と、該下側支持管４との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む上側支持部材５ａと、該上側支持部材５ａが固定される上側支持部材固定部材６ａと、リード線を有し、該燃料極２の上側面に接する燃料極側集電部材７と、該燃料極２の上側面に燃料極側ガス８２を供給する燃料極側ガス供給管８と、リード線を有し、該空気極３の下側面に接する空気極側集電部材９と、該空気極３の下側面との間で該空気極側集電部材９を挟み込む空気極側集電部材支持部材１０と、空気極側ガス８３を供給する空気極側ガス供給管１１と、該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管４、該上側支持部材５ａ、該上側支持部材固定部材６ａ、該燃料極側集電部材７、該燃料極側ガス供給管８、該空気極側集電部材９、該空気極側集電部材支持部材１０及び該空気極側ガス供給管１１が内部に設置される外側管１７とを有する。また、該発電試験装置２０には、該燃料極側ガス８２を排出するための燃料極側ガス排出管８４及び該空気極側ガス８３を排出するための空気極側ガス排出管８５が設置されている。
【００１９】
該下側支持管４は、上側の管端１９が、該空気極３が形成されている側の該電解質１の面に、直接又はシール材を介して接しているので、該下側支持管４は、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持する支持部材としての役割と、該燃料極側ガスと該空気極側ガスを隔離する隔離部材としての役割の両方を果たす。そして、該電解質１と該下側支持管４は、シール部１６で、シール材を用いてシールされ、該燃料極側ガスが、該空気極側ガスへリークすること、及び該空気極側ガスが、該燃料極側ガスへリークすることが防がれる。
【００２０】
該下側支持管の形状としては、中空の形状であれば、特に制限されず、断面の外側形状が、円形、楕円形、正方形、長方形等が挙げられ、これらのうち、強度の観点から、断面の外側形状が円形である円筒管が好ましい。
【００２１】
該下側支持管４の上側の管端１９と該空気極３が形成されている側の該電解質１の面とをシールするためのシール材としては、通常、両側管式発電試験装置の燃料極側隔離管又は空気極側隔離管と電解質のシールに用いられるものであれば、特に制限されず、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス等が挙げられる。
【００２２】
該下側支持管４の下側の管端２１は、台座１３に固定されている。両者の固定部分は、シール性を高めるために、シール材を用いてシールされてもよい。
【００２３】
また、該下側支持管は、下側の管端が封じられている形態、言い換えると、上側にのみ開口を有する柱形状の容器であってもよい。
【００２４】
該上側支持部材５ａは、該上側支持部材固定部材６ａにより、該発電試験装置２０内に固定されている。そして、該下側支持管４との間で、該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込むことにより、該固体酸化物形燃料電池用セルが、該発電試験装置２０内に固定される。
【００２５】
該上側支持部材５ａは、図３に示すように、該燃料極側ガス８２を通気するための通気孔、すなわち、燃料極側ガスの通気孔１２を有しており、該燃料極側ガスの通気孔１２の開口面が、該燃料極２の上側面と対向するように設置される。
【００２６】
該上側支持部材５ａは、例えば、図４に示すように、該上側支持部材固定部材６ａの側面に開けられた挿入口１８から、該上側支持部材固定部材６ａの内側に挿入され、該上側支持部材固定部材６ａの内面側に設けられた係合溝１９１に係合され、該上側支持部材固定部材６ａに固定される。
【００２７】
該上側支持部材固定部材６ａは、上下に開口を有する管であり、下側の管端２２が、該台座１３に固定されており、該上側支持部材固定部材６ａ内に、該下側支持管４が配置されている。
【００２８】
該上側支持部材及び該上側支持部材固定部材は、図１に示す形態例に制限されるものではなく、例えば、図５〜図７に示す形態例が挙げられる。図５〜図７は、該上側支持部材及び該上側支持部材固定部材の形態例を示す模式的な断面図である。図５に示す形態例では、上側支持部材５ｂと上側支持部材固定部材６ｂとが一体となっている。該上側支持部材固定部材６ｂの下側の管端は、該台座１３に固定されている。図６に示す形態例では、上側支持部材固定部材６ｃは、上側の管端に張り出し部２３を有しており、該張り出し部２３には切り欠き部２４が設けられている。そして、該切り欠き部２４に、上側支持部材５ｃが嵌合されることにより、該上側支持部材５ｃが、該上側支持部材固定部材６ｃに固定される。該上側支持部材固定部材６ｃの下側の管端は、該台座１３に固定されている。図７に示す形態例では、上側支持部材固定部材６ｄは、上側の管端が、該外側管１７に固定されており、一方、下側の管端には、切り欠き部２５が設けられている。そして、該切り欠き部２５に、上側支持部材５ｄが嵌合されることにより、該上側支持部材５ｄが、該上側支持部材固定部材６ｄに固定される。また、該上側支持部材固定部材６ｄの側面には、該燃料極側ガス供給管８を挿通させるための挿通孔２６が設けられている。なお、図５〜図７では、説明に必要な部材のみ記載し、それ以外の部材の記載を省略した。
【００２９】
該燃料極側集電部材７は、リード線１４を有しており、該燃料極２の上側面に接することにより、集電し、外部に電気を取り出す役割を果たす。該燃料極側集電部材の形状は、該燃料極２の上側面への該燃料極側ガスの供給を妨げない形状であればよく、また、材質としては、白金等が挙げられる。該燃料極側集電部材としては、例えば、白金メッシュが挙げられる。また、該燃料極２の上側面と該燃料極側集電部材７との接合を良くするために、該燃料極２の上側面に、白金ペースト等を塗り、気孔率が１０〜２０％程度、厚さ１〜１０μｍ程度の白金薄膜を形成させ、該白金薄膜の上に、該燃料極側集電部材７を配置させてもよい。そして、該燃料極側集電部材７は、該燃料極２の上側面と該上側支持部材５ａとの間に挟み込まれている。
【００３０】
該燃料極側ガス供給管８は、該燃料極２の上側面に該燃料極側ガス８２を供給するために、管端８１が、該上側支持部材の通気孔１２内、又は該上側支持部材の通気孔１２の上方であって、通気孔の近傍に位置するように、該台座１３に固定されている。
【００３１】
該空気極側集電部材９は、リード線１５を有しており、該空気極３の下側面に接することにより、集電し、外部に電気を取り出す役割を果たす。該空気極側集電部材の形状は、該空気極３の下側面への該空気極側ガスの供給を妨げない形状であればよく、また、材質としては、白金等が挙げられる。該空気極側集電部材としては、例えば、白金メッシュが挙げられる。また、該空気極３の下側面と該空気極側集電部材９との接合を良くするために、該空気極３の下側面に、白金ペースト等を塗り、気孔率が１０〜２０％程度、厚さ１〜１０μｍ程度の白金薄膜を形成させ、該白金薄膜の上に、該空気極側集電部材９を配置させてもよい。そして、該空気極側集電部材９は、該空気極３の下側面と該空気極側集電部材支持部材１０との間に挟み込まれている。
【００３２】
該空気極側集電部材支持部材１０は、該空気極３の下側面を覆うことになるため、できる限り、該空気極３の下側面への該空気極側ガス８３の供給を妨げない形状又は構造であることが好ましい。該空気極側集電部材支持部材１０の好ましい形態例としては、例えば、（ｉ）先端部１０１が、多孔質の材質で形成されている空気極側集電部材支持部材、（ｉｉ）該先端部１０１に、切り込み溝が形成されている空気極側集電部材支持部材、（ｉｉｉ）該先端部１０１に、突起が形成されている空気極側集電部材支持部材が挙げられる。（ｉｉ）該先端部１０１に、切り込み溝が形成されている空気極側集電部材支持部材の形態例としては、図８の（８−１）及び（８−２）に示すように、該先端部１０１に、十字の切り込み溝３０が形成されている形態例が挙げられるが、該切り込み溝の形状としては、特に制限されず、十字以外に、Ｙ字、格子状等が挙げられる。また、（ｉｉｉ）該先端部１０１に、突起が形成されている空気極側集電部材支持部材の形態例としては、図８の（８−３）及び（８−４）に示すように、該先端部１０１に、円柱状の突起３１が形成されている形態例が挙げられるが、該突起の形状としては、特に制限されず、円柱状以外に、四角柱状が挙げられる。本発明の第一の形態の発電試験装置において、該空気極側集電部材支持部材が、上記好ましい形態例の空気極側集電部材支持部材、すなわち、（ｉ）該先端部が、多孔質の材質で形成されている空気極側集電部材支持部材、（ｉｉ）該先端部に、切り込み溝が形成されている空気極側集電部材支持部材、又は（ｉｉｉ）該先端部に、突起が形成されている空気極側集電部材支持部材であることにより、該空気極の下側面への該空気極側ガスの拡散状態が良好になるので、更に正確な発電試験結果が得られる。なお、図８の（８−１）及び（８−３）は、該空気極側集電部材支持部材を上側から見たときの平面図であり、（８−２）及び（８−４）は、該空気極集電部材支持部材の側面図である。
【００３３】
該空気極側ガス供給管１１は、該台座１３に固定されている。該空気極側ガス供給管１１の管端１１１の位置が、該空気極３の下側面に近い程、該空気極３の下側面へのガスの拡散状態が良くなる。
【００３４】
該外側管１７は、該燃料極側ガスと外気を隔離するための隔離部材の役割を果たす。該外側管１７の上側の管端は、閉じられている。また、該外側管１７の下側の管端は、該台座１３に固定されており、両者の固定部分は、シール性を高めるために、シール材を用いてシールされてもよい。また、該外側管の形状としては、中空の形状であれば、特に制限されず、断面の外側形状が、円形、楕円形、正方形、長方形等が挙げられ、これらのうち、強度の観点から、断面の外側形状が円形である円筒管が好ましい。
【００３５】
該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該空気極側集電部材支持部材、該燃料極側ガス供給管及び該空気極側ガス供給管の材質としては、通常、両側管式発電試験装置の燃料極側隔離管又は空気極側隔離管に用いられる材質であれば、特に制限されず、例えば、アルミナ、石英、ジルコニア等が挙げられる。
【００３６】
該燃料極側ガス供給管８、該燃料極側ガス排出管８４、該空気極側ガス供給管１１、該空気極側ガス排出管８５、該リード線１４及び該リード線１５は、該台座１３に挿通されているので、これらの部材の挿通部から該燃料極側ガス又は該空気極側ガスがリークしないように、該挿通部がシール材によりシールされてもよい。
【００３７】
該発電試験装置２０では、該燃料極側発電有効面の面積に対する該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積が７５％以上である。
【００３８】
先ず、該燃料極側発電有効面について、図９を参照して説明する。図９は、該燃料極側発電有効面を示す模式図であり、（９−１）は、該固体酸化物形燃料電池用セルを、該燃料極２の上側面側から見たときの平面図であり、（９−２）は、（９−１）中の該固体酸化物形燃料電池用セルをｘ−ｘ断面で切ったときの断面図である。固体酸化物形燃料電池用セルでは、電解質が燃料極と空気極の両方により挟み込まれている部分が、発電に関与する部分、すなわち、発電有効部である。（９−２）では、固体酸化物形燃料電池用セル４０中、電解質が燃料極と空気極の両方により挟み込まれている部分は、該電解質１と該空気極３の接触面３８の輪郭を、該接触面３８に対して垂直に延ばした面により切り取られる部分であるので、その部分が、該固体酸化物形燃料電池用セル４０中の発電有効部３６である。また、電解質が燃料極と空気極の両方により挟み込まれていない部分は、発電に殆ど関与しない部分３５である。そして、該燃料極２の上側面中、該接触面３８の輪郭を、該接触面３８に対して垂直に延ばした面により切り取られる部分が、燃料極側発電有効面３７である。言い換えると、（９−１）に示すように、該固体酸化物形燃料電池用セル４０を、該燃料極２の上側面側から平面視したときに、該接触面３８と重なる該燃料極２の上側面の部分が、該燃料極側発電有効面３７である。なお、（９−２）では、該接触面３８及び該燃料極側発電有効面３７の位置を解り易くするために、該当箇所を太線で示した。また、該発電有効部３６を、右上から左下に向かう斜線で示し、該発電に殆ど関与しない部分３５を、左上から右下に向かう斜線で示した。また、（９−１）では、該接触面３８及び該燃料極側発電有効面３７の輪郭を、点線で示し、（９−２）では、該発電有効部３６と該発電に殆ど関与しない部分３５の境界を、点線で示した。
【００３９】
次に、該上側支持部材の通気孔の開口面について、図１０を参照して説明する。図１０は、該上側支持部材の通気孔の開口面を示す模式図であり、（１０−１）は、該上側支持部材の平面図であり、（１０−２）は、（１０−１）中の上側支持部材をｙ−ｙ断面で切ったときの断面図である。本発明において、該上側支持部材の通気孔の開口面とは、該燃料極側ガスを通過させる際の出口側の該上側支持部材５ａの開口の開口面を指し、（１０−１）中、斜線で示す部分が、該上側支持部材５ａの該通気孔１２の開口面４１であり、また、（１０−２）中、太線で示す部分が、該開口面４１である。
【００４０】
そして、該固体酸化物形燃料電池用セル及び該上側支持部材を、発電試験装置に設置し、該固体酸化物形燃料電池用セル及び該上側支持部材を、上側から平面視したときに、「該燃料極側発電有効面の面積Ｂ」に対する「該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積Ａ」の面積割合Ｃ、すなわち、下記式（１）：
該面積割合Ｃ（％）＝（該面積Ａ／該面積Ｂ）×１００      （１）
により求められる面積割合Ｃが、７５％以上、好ましくは８５％以上、特に好ましくは９５％以上であり、更に好ましくは１００％である。該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分とは、図１に示す該発電試験装置２０では、該燃料極側発電有効面３７（図９）と、該通気孔１２の開口面４１（図１０）との重なり部分である。
【００４１】
該面積Ａについて、図１１を参照して説明する。図１１は、該固体酸化物形燃料電池用セル及び該上側支持部材の形態例を、発電試験装置に設置し、該固体酸化物形燃料電池用セル及び該上側支持部材を、上側から見たときの平面図である。図１１中、該上側支持部材の輪郭を実線で示し、該燃料極側発電有効面の輪郭を点線で示し、該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分４２を斜線で示す。（１１−１）の形態例のように、該上側支持部材の通気孔の開口面の内側に、該燃料極側発電有効面の全てが含まれる場合は、該燃料極側発電有効面の面積が、該面積Ａであり、この場合、該面積割合Ｃは１００％となる。（１１−２）の形態例のように、該燃料極側発電有効面の内側に、該上側支持部材の通気孔の開口面の全てが含まれる場合は、該上側支持部材の通気孔の開口面の面積が、該面積Ａである。（１１−３）の形態例のように、該上側支持部材の通気孔の開口面の方が、該燃料極側発電有効面より大きいが、該上側支持部材の一部が、該燃料極側発電有効面に重なっている場合、該燃料極側発電有効面の面積から、該燃料極側発電有効面に重なっている上側支持部材の面積を引いた面積が、該面積Ａである。
【００４２】
本発明の第一の形態の発電試験装置では、該面積割合Ｃを特定の値以上とすることにより、該燃料極の上側面への該燃料極側ガスの拡散状態が良好となるので、該燃料極側ガスの供給不足に起因する発電不良が起こり難い。そのため、本発明の第一の形態の発電試験装置によれば、正確な発電試験結果が得られる。従って、本発明の第一の形態の発電試験装置はよれば、片側管式発電試験装置において、固体酸化物形燃料電池用セルを構成する燃料極、空気極及び電解質のサイズ、形状、材質等によらず、従来の両側管式発電試験装置と同程度に正確な発電試験結果が得られる。
【００４３】
一方、図１４に示す該片側側管式発電試験装置７５では、該面積割合Ｃが小さいために、該燃料極の上側面への該燃料極側ガスの拡散状態が不十分となり、該燃料極側ガスの供給不足に起因する発電不良が起こる場合があった。そのため、該片側管式発電試験装置７５では、正確な発電試験結果が得られないことがあった。図１６を参照して説明する。図１６は、図１４に示す該片側管式発電試験装置７５の該上側支持部材７６を、上側から見た平面図である。図１６中、該上側支持部材の輪郭を実線で示し、該燃料極側発電有効面の輪郭を点線で示し、該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分を斜線で示す。該上側支持部材７６に形成されている通気孔の平面形状が、図１６に示す形状であるために、該燃料極側発電有効面７９に重なる該上側支持部材７６の面積が大きくなる。そのため、該燃料極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分７８の面積が小さくなるので、該面積割合Ｃが小さくなる。
【００４４】
本発明者らは、鋭意検討重ねた結果、図１４に示す該片側管式発電試験装置７５で、固体酸化物形燃料電池用セルを構成する燃料極、空気極及び電解質のサイズ、形状、材質等によって、正確な発電試験結果が得られなかったのは、該燃料極の上側面への該燃料極側ガスの拡散状態が不十分なために、該燃料極側ガスの供給不足に起因する発電不良が起こり、電圧値が、両側管式発電試験装置により得られる値よりも低くなってしまっていたということを見出した。
【００４５】
そして、本発明者らは、該面積割合Ｃを特定の値以上とすることにより、該燃料極の上側面への該燃料極側ガスの拡散状態が良好となり、該燃料極側ガスの供給不足に起因する発電不良が起こり難くなることを見出し、本発明を完成させた。
【００４６】
本発明の第二の形態の発電試験装置は、平板状の電解質と、該電解質の上側面に形成される平板状の空気極と、該電解質の下側面に形成され、該電解質より平面形状が小さい平板状の燃料極とからなる固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験を行うための発電試験装置であって、
上側の管端が、該燃料極が形成されている側の該電解質の面に、直接又はシール材を介して接し、該固体酸化物形燃料電池用セルを下側から支持すると共に、空気極側ガスと燃料極側ガスを隔離する、下側支持管と、
該空気極側ガスの通気孔を有し、該空気極側ガスの通気孔の開口面が、該空気極の上側面と対向するように設置され、該下側支持管との間で該固体酸化物形燃料電池用セルを挟み込む、上側支持部材と、
該上側支持部材が固定される、上側支持部材固定部材と、
リード線を有し、該空気極の上側面に接する、空気極側集電部材と、
該空気極側ガスの上側面に該空気極側ガスを供給する、空気極側ガス供給管と、
リード線を有し、該燃料極の下側面に接する、燃料極側集電部材と、
該燃料極の下側面との間で該燃料極側集電部材を挟み込む、燃料極側集電部材支持部材と、
該燃料極側ガスを供給する、燃料極側ガス供給管と、
該固体酸化物形燃料電池用セル、該下側支持管、該上側支持部材、該上側支持部材固定部材、該空気極側集電部材、該空気極側ガス供給管、該燃料極側集電部材、該燃料極側集電部材支持部材及び該燃料極側ガス供給管が内部に設置され、該空気極側ガスと外気を隔離する、外側管と、
を有し、
該空気極側発電有効面の面積に対する該空気極側発電有効面と該上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分の面積の面積割合が、７５％以上である発電試験装置である。
【００４７】
本発明の第二の形態の発電試験装置と、本発明の第一の形態の発電試験装置とは、電解質に形成されている燃料極及び空気極の位置が、上下反対である以外は、同様である。図１２に、本発明の第二の形態の発電試験装置に係る固体酸化物形燃料電池用セルの模式的な断面図を示す。図１２中、固体酸化物形燃料電池用セル４８では、電解質４５の上側面に空気極４６が形成されており、該電解質４５の下側面に燃料極４７が形成されており、該空気極４６の形状は、図１中の該燃料極２の形状と同一であり、該燃料極４７の形状は、図１中の該空気極３と同じである。従って、前記本発明の第一の形態の発電試験装置の説明中の「燃料極」の文言を「空気極」に読み替え、「空気極」の文言を「燃料極」に読み替えれば、本発明の第二の形態の発電試験装置の説明となる。
【００４８】
本発明の第一の形態の発電試験装置及び本発明の第二の形態の発電試験装置は、図１に示す形態例では、固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極、電解質及び空気極が、上下方向に並ぶように該セルが設置される発電試験装置であるが、本発明の第一の形態の発電試験装置及び本発明の第二の形態の発電試験装置には、固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極、電解質及び空気極が、左右方向に並ぶように該セルが設置され、該セルの設置方向に合わせて、各部材が配置されている発電試験装置、すなわち、該発電試験装置２０の上下方向を、左右方向に横倒しした形態例の発電試験装置も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、固体酸化物形燃料電池用セルの発電特性を正確に把握できるので、固体酸化物形燃料電池を有する発電システムの構築が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第一の形態の発電試験装置の形態例を示す模式的な断面図である。
【図２】図１中の発電試験装置に設置される固体酸化物形燃料電池用セルを、空気極側から見たときの平面図である。
【図３】図１中の上側支持部材の平面図である。
【図４】図１中の上側支持部材及び上側支持部材固定部材の斜視図である。
【図５】該上側支持部材及び該上側支持部材固定部材の形態例を示す模式的な断面図である。
【図６】該上側支持部材及び該上側支持部材固定部材の形態例を示す模式的な断面図である。
【図７】該上側支持部材及び該上側支持部材固定部材の形態例を示す模式的な断面図である。
【図８】該先端部１０１に、十字の切り込み溝３０が形成されている形態例、及び該先端部１０１に、円柱状の突起３１が形成されている形態例である。
【図９】該燃料極側発電有効面を示す模式図である。
【図１０】該上側支持部材の通気孔の開口面を示す模式図である。
【図１１】該固体酸化物形燃料電池用セル及び該上側支持部材を、上側から見たときの平面図である。
【図１２】本発明の第二の形態の発電試験装置に係る固体酸化物形燃料電池用セルの模式的な断面図を示す。
【図１３】両側管式発電試験装置を示す模式的な断面図である。
【図１４】従来の片側管式発電試験装置を示す模式的な断面図である。
【図１５】図１４に示す片側管式発電試験装置の上側支持部材の模式的な平面図である。
【図１６】図１４に示す該片側管式発電試験装置７５の該上側支持部材７６を、上側から見た平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、４５、６１  電解質
２、４７、６２  燃料極
３、４６、６３  空気極
４            下側支持管
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、７６  上側支持部材
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  上側支持部材固定部材
７            燃料極側集電部材
８、７０      燃料極側ガス供給管
９            空気極側集電部材
１０          空気極側集電部材支持部材
１１、７１    空気極側ガス供給管
１２、７７    燃料極側ガスの通気孔
１３          台座
１４、１５    リード線
１６          シール部
１７          外側管
１８          挿入口
１９          下側支持管の上側の管端
２０          発電試験装置
２１          下側支持管の下側の管端
２２          上側支持部材固定部材の下側の管端
２３          張り出し部
２４、２５    切り欠き部
２６          挿通孔
３０          切り込み溝
３１          突起
３５          発電に殆ど関与しない部分
３６          発電有効部
３７          燃料極側発電有効面
３８          電解質と空気極の接触面
４０、４８    固体酸化物形燃料電池用セル
４１          通気孔の開口面
４２、７８    燃料極側発電有効面と上側支持部材の通気孔の開口面との重なり部分
６０          両側管式発電試験装置
６４          燃料極側ガス隔離管
６５          空気極側ガス隔離管
６６          燃料極側集電部
６７          空気極側集電部
６８          燃料極側支持管
６９          空気極側支持管
７５          片側管式発電試験装置
７９          燃料極側発電有効面
８１          燃料極側ガス供給管の管端
８２          燃料極側ガス
８３          空気極側ガス
８４、７０１  燃料極側ガス排出管
８５、７１１  空気極側ガス排出管
１０１        空気極側集電部材支持部材の先端部
１１１        空気極側ガス供給管の管端
１９１        係合溝
【図１】
2008059833.tif 000003
【図２】
2008059833.tif 000004
【図３】
2008059833.tif 000005
【図４】
2008059833.tif 000006
【図５】
2008059833.tif 000007
【図６】
2008059833.tif 000008
【図７】
2008059833.tif 000009
【図８】
2008059833.tif 000010
【図９】
2008059833.tif 000011
【図１０】
2008059833.tif 000012
【図１１】
2008059833.tif 000013
【図１２】
2008059833.tif 000014
【図１３】
2008059833.tif 000015
【図１４】
2008059833.tif 000016
【図１５】
2008059833.tif 000017
【図１６】
2008059833.tif 000018