(57)【要約】【課題】サブアセンブリを積層してスタック化するに際して、セルの若干の反りや歪みや厚みのばらつきの問題、また積層数を増やすことによる変位の蓄積の問題を解決した支持膜式ＳＯＦＣスタック及びその作製方法を得る。【解決手段】支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行う波状部を有するインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックであって、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの一個ないし複数個を配置、積層してなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法。【選択図】図１１
2005317291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行う波状部を有するインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックであって、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの一個ないし複数個を配置、積層してなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記ガス流路を備えた平滑な仕切板が耐熱性合金製またはセラミック製であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１または２に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記合金箔板が短冊状の箔板であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記合金箔板の構成材料が耐熱性合金であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記インターコネクタの波状部の形状が断面ジグザグ状、断面マシュマロ状、断面台形状または断面コ字状であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記インターコネクタが、カソードと接する部分に波状部を備え且つその波状部にその波方向と平行にスリットを入れてなるインターコネクタであることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項５または６に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記インターコネクタが、カソードと接する部分に波状部を備え且つその波状部に複数個の孔を設けてなるインターコネクタであることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項８】
支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行う波状部を有するインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法であって、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリ一個ないし複数個を配置、積層することを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項９】
請求項８に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記ガス流路を備えた平滑な仕切板が耐熱性合金製またはセラミック製であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記合金箔板が短冊状の箔板であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記合金箔板の構成材料が耐熱性合金であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記インターコネクタの波状部の形状が断面ジグザグ状、断面マシュマロ状、断面台形状または断面コ字状であることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか１項に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記インターコネクタが、カソードと接する部分に波状部を備え且つその波状部にその波方向と平行にスリットを入れてなるインターコネクタであることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか１項に記載の支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記インターコネクタが、カソードと接する部分に波状部を備え且つその波状部に複数個の孔を設けてなるインターコネクタであることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下適宜「ＳＯＦＣ」と略称する）の単電池すなわち単セルは、固体酸化物電解質を挟んでアノード及びカソードが配置され、アノード／電解質／カソードの３層ユニットで構成される。本明細書中、単セルを適宜「セル」とも言い、固体酸化物電解質を適宜「電解質」または「電解質膜」とも言う。
【０００３】
電解質材料としては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等のシート状焼結体が用いられ、アノードとしては、例えばニッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合物（Ｎｉ／ＹＳＺサーメット）等の多孔質体が用いられ、カソードとしては、例えばＳｒドープのＬａＭｎＯ3等の多孔質体が用いられ、通常、電解質材料の両面にアノードとカソードを焼き付けることにより単セルが構成される。その作動時に、カソードに導入される空気中の酸素はカソードで酸化物イオン（Ｏ2-）となり、電解質を通ってアノードに至る。ここで、アノードに導入される燃料と反応して電子を放出し、電気と水、二酸化炭素等の反応生成物を生成する。カソードでの利用済み空気はカソードオフガスとして排出され、アノードでの利用済み燃料はアノードオフガスとして排出される。
【０００４】
ところで、従来のＳＯＦＣはその作動温度が１０００〜８００℃程度と高いが、最近ではそれ以下、８００〜６５０℃程度の範囲、例えば７５０℃程度の温度で作動するＳＯＦＣが開発されつつある。図１はそのＳＯＦＣのセルの態様例を説明する図である。図１（ａ）は単セルの断面図、図１（ｂ）はカソード側から見た斜視図である。図１（ａ）〜（ｂ）のとおり、セルは、アノードの上に電解質膜が配置され、電解質膜の上にカソードが配置されて構成される。
【０００５】
固体酸化物電解質として例えばジルコニア系やＬａＧａＯ3系などの電解質材料が用いられ、これを膜厚の厚いアノードで支持するように構成されており、支持膜式と称される。支持膜式においては、電解質膜の膜厚を薄く構成でき、その膜厚が例えば１０μｍ程度となり、８００〜６５０℃という低温で運転できる。このため、その構成材料として耐熱合金、例えばステンレス鋼などの安価な材料の使用を可能とし、また小型化が可能であるなど各種利点を有する。
【０００６】
図２は、そのようにして構成された単セルを組み込んだＳＯＦＣスタックの構成例である。ここで、カソードとセパレータＡとの間に空気が流通し、カソードとセパレータＡの間は電気的に接触している必要がある。このため、カソードとセパレータＡの間には、空気流通用の溝を有し且つ導電性のインターコネクタが設けられるが、図示は省略している。インターコネクタは、セパレータＡとは別個に設けてもよく、それと一体に設けてもよい。
【０００７】
図２のとおり、支持膜式ＳＯＦＣスタックは、上部から下部へ順次セパレータＡ、セパレータＢ、セパレータＣ、セル、セパレータＤが配置される。このうちセパレータＣはセルサポートフォイルともいわれる。セパレータＡの上部には集電板等が配置されるが、図示は省略している。セパレータＡ〜Ｄはステンレス鋼等の耐熱合金で構成される。なお、図２中、アノードと集電板との間に間隙を置いて示しているが、両者は電気的に接触している必要がある。このため、アノード下面と集電板を直かに接するようにしてもよく、両者間にニッケルフェルト等を介在させてもよい。アノードは多孔質体であるので、燃料はアノード中やその下面を流通しながら発電に寄与する。
【０００８】
ところで、上記のような低温作動の支持膜式ＳＯＦＣにおいても、単セル一個の電圧は低いため、通常、単セルを複数層電気的に直列に積層して構成される。単セルをセルサポートフォイル（すなわち図２中セパレータＣ）に接合し、それをマニホールド（図２中セパレータＢ、Ｄ）に納まるように配置、接合したものをユニットとし、これを耐熱合金製のインターコネクタを介して次のユニットに接合することによりスタックが形成される。加えて、ＳＯＦＣスタックを流通する燃料、空気、アノードオフガス、カソードオフガスはすべて気体であることからガス封止をするが、その封止性を高めるために各部材間にはシール材を挟み込む必要があるなど、ＳＯＦＣスタックを構成するには数多くの部材に加え、煩鎖で数多くの工程を必要とする。
【０００９】
本発明者らは、そのような数多くの部材や煩鎖で数多くの工程を経ることなく構成でき、且つ、ガス封止部を格段に減じてなる支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリ（以下“Ａ”とする）、これを用いた支持膜式ＳＯＦＣスタック（以下“Ｂ”とする）及びモジュールを先に開発している（特願２００３−１１２２０２号：平成１５年４月１６日出願）。以下、これらサブアセンブリ、スタック、モジュールについてその概略を順次説明する。
【００１０】
【特許文献１】特願２００３−１１２２０２号
【００１１】
〈Ａ：支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリについて〉
支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリは、支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔（開口）及び導出用の孔（開口）を備えた合金箔板で包み込んでなる支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリである。図３〜４はその構成例を示す図である。図３（ａ）は第１合金箔板１を示す図、図３（ｂ）は第２合金箔板２を示す図であり、合金箔板を短冊状の形状に形成した例であるが、合金箔板は矩形状のほか、四角形状その他適宜の形状とすることができる。
【００１２】
図３（ａ）のとおり、第１の短冊状合金箔板１は、その中央部にカソード用の開口（窓）３と長手方向の両端に燃料流通用開口（孔）４、４を設けるとともに、その長手方向に対する左右両端に図３（ｂ）に示す第２の短冊状合金箔板２との接合部５、５を設けて構成される。第２の短冊状合金箔板２は、その長手方向の両端に燃料流通用開口（孔）７、７を設けるとともに、その短冊状合金箔板の長手方向に対する左右両端に図３（ａ）に示す第１の短冊状合金箔板１との接合部６、６を設けて構成される。
【００１３】
ここで、第２の短冊状合金箔板２の接合部６、６はその端部を折曲げて構成し、第１の短冊状合金箔板１の接合部５、５はその端部を２回折り曲げ、第２の短冊状合金箔板２の接合部６、６で係止されるように構成しているが、その形状は、第２の短冊状合金箔板２の接合部６、６と第１の短冊状合金箔板１の接合部５、５とが接合材により接合し得る適宜の形状に構成することができる。その接合は溶接や、接合材により接合することができ、接合材としては金属ろうやガラス接合材等が用いられる。
【００１４】
図３（ｃ）は、上記のように構成した第１の短冊状合金箔板１及び第２の短冊状合金箔板２と、前述図１に示すような支持膜式ＳＯＦＣの単セル１０と、スペーサ８、８を用いて支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリを構成する例を示す図である。ここで、ＳＯＦＣの単セル１０はカソードを上にして配置される。スペーサ８、８は、第１の短冊状合金箔板１の長手方向の両端に設けられた開口（孔）４、４及び第２の短冊状合金箔板２の長手方向の両端に設けられた開口（孔）７、７に対応した開口を有し、両短冊状合金箔板と同様の合金部材で構成される。スペーサ８、８には内部に向けてガスが通るように開口部側面に複数の孔９が設けてある。
【００１５】
図３（ｃ）のとおり、まず第２の短冊状合金箔板２の中央部に単セル１０を載置する。そして、第１の短冊状合金箔板１と第２の短冊状合金箔板２との間で、第１の短冊状合金箔板１の長手方向の両端開口（孔）４、４と第２の短冊状合金箔板２の長手方向の両端開口（孔）７、７に対応した位置にスペーサ８、８を配置する。その後、第２の短冊状合金箔板２の接合部６、６で第１の短冊状合金箔板１の接合部５、５を係止し、その間を接合材で接合する。
【００１６】
図４は、こうして構成された支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリ１１を示し、図４（ａ）はカソード側すなわち表面側から見た斜視図、図４（ｂ）はアノード側すなわち裏面側から見た斜視図である。図４のとおり、本サブアセンブリは、支持膜式ＳＯＦＣの単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔（開口）及び導出用の孔（開口）を備えた合金箔板で包み込んで構成される。図４に示すような支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリは、一枚の合金箔板を折曲げて単セルを包み込むことでも作製することもできる。一枚の合金箔板を折曲げて単セルを包み込む構成によれば、接合する箇所が合金箔板の折曲部と相対する端部だけであるので、その工作上も簡単且つ容易であり、ガスシール性の優れた支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリとすることができる。
【００１７】
〈Ｂ：支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリＡを用いたスタックについて〉
支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリＡを用いてスタックが構成される。構成部材としては、以上のようにして作製した支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリと絶縁体部材とインターコネクタを用いる。絶縁体部材は、スタック構成用サブアセンブリの開口と対応した開口を有し、例えば雲母等の耐熱性材料で構成され、インターコネクタは例えばステンレス鋼等の耐熱性合金で構成される。
【００１８】
インターコネクタは通常波状に構成され、その波状部により空気流通（つまりガス流通）及び電気的接続が行われる。すなわち、インターコネクタは、空気流通及び電気的接続用の波状部を備えて構成し、これを単セルのカソードに対応する部位に配置する。インターコネクタは、その点を基本とし、空気流通及び電気的接続用の波状部をその両側に延長し、その両端部に絶縁体部材の開口及びサブアセンブリの開口に対応した開口を備えて構成してもよい。この場合にも、空気流通及び電気的接続用の波状部を単セルのカソードに対応する部位に配置する。
【００１９】
図５は、図４に示すような支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリ１１を用いた支持膜式ＳＯＦＣスタックの構成過程を示す図である。インターコネクタとして、上記空気流通及び電気的接続用の波状部からその両側に面状に延長し、その両端部に絶縁体部材の開口及びサブアセンブリの開口に対応した開口を備えたインターコネクタを用いる場合を示している。図５のとおり、インターコネクタ１３は、その両端に絶縁体部材１２、１２の開口及びサブアセンブリ１１の開口（孔）４（７）、４（７）に対応した開口１４、１４を備え、その中央部の単セル１０のカソードに対応する部位に空気流通及び電気的接続用の波状部（溝）１５が設けてある。
【００２０】
支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリ１１に、その長手方向両端の開口部４（７）、４（７）に対応した開口を有する絶縁体部材１２、１２を載置し、その上にインターコネクタ１３を載置することにより支持膜式ＳＯＦＣスタックが形成される。図５中、矢印（↓）はその載置方向を示すものである。こうして作製した支持膜式ＳＯＦＣスタックは上下両面に集電板を配し、ケーシング内に納めて使用される。図６はこうして構成された支持膜式ＳＯＦＣスタックの長手方向中央部の断面図である。
以上は単セル一個を配置したスタックであるが、当該スタックの複数個を積層して複数個の単セルを備えた支持膜式ＳＯＦＣスタックが構成される。なお、前述特願２００３−１１２２０２号では、そのように複数個を積層したものを支持膜式ＳＯＦＣモジュールと称している。
【００２１】
ところが、以上のような支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリ及びこれを用いた支持膜式ＳＯＦＣスタックについても、以下のような問題点がある。支持膜式ＳＯＦＣの単セルを模式的に示せば前述図１のように平面になる。しかし、単セルは、その作製に際して焼成工程を必須とする上、アノードや電解質などの部材間の熱膨張係数の差が原因で完全な平面乃至スタック化するに際して許容できる範囲の平面にはなり難く、図７〜９に示すように、反りや歪みが生じる。図７は断面図、図８はカソード側すなわち表面から見た斜視図、図９はアノード側すなわち裏面から見た斜視図である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
こうして構成した支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリはその一個でスタックを構成してもよいが、その複数個をガス流通及び電気的接続を行うインターコネクタを介して積層することにより支持膜式ＳＯＦＣスタックを構成する。図１０はその態様を説明する図で、各部材の配置関係を示すため、各部材を間隔を置いて示している。図１０では、サブアセンブリの三個を積層する場合を示しているが、サブアセンブリの二個、四個以上を積層する場合についても同様である。
【００２３】
図１０のとおり、下部台２０の上に順次、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２を配置する。そして上部から荷重をかけることでＳＯＦＣスタックが構成される。
【００２４】
しかし、こうして構成したＳＯＦＣスタックをよく観察すると、さらに改良の余地があることが分かった。図７〜９に示すようにセルには若干反りや歪みが存在し、また厚みにもばらつきがある。マニホールドや絶縁スペーサ、波状インターコネクタの高さが均等な場合でも、積層数を増やすことにより、ガスシール部（図１０中左右の部分）と集電部分（図１０中中央部分）の厚みの微小差による変位が蓄積される。そのため、上層部のサブアセンブリの変形量が大きくなりすぎ、セルの割れや集電不良があることが分かった。
【００２５】
そこで、本発明は、支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリを積層してスタック化するに際して生じる上記問題点を解決してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、（１）支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行う波状部を有するインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックであって、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層してなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。
【００２７】
本発明は、（２）支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行う波状部を有するインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法であって、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層することを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法を提供する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用のサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行うインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してスタック化するに際して、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層することにより、高積層化による変位の蓄積が初期化され、セル割れや集電不良の不具合を回避することができる。また、本発明によれば、上層部のサブアセンブリの変形量を少なくし、セルの割れや集電不良を無くして、所望の積層数の高積層スタックを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明（１）は、支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行うインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックである。そして、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層してなることを特徴とする。
【００３０】
本発明（２）は、支持膜式固体酸化物形燃料電池の単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなるサブアセンブリの複数個を、ガス流通及び電気的接続を行うインターコネクタ及び絶縁スペーサを介して積層してなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法である。そして、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層することを特徴とする。
【００３１】
ここで、本発明（１）〜（２）における、ガス流路を備えた平滑な仕切板の上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層する、その積層段の数は一段のほか、必要に応じて二段、三段、あるいは四段以上と積層するものであり、上記“サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層してなる”とは、必要に応じて二段、三段、あるいは四段以上と積層してなる態様を含む意味である。
【００３２】
〈サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層する支持膜式ＳＯＦＣスタックの構成態様〉
図１１は、本発明において、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層する態様を説明する図である。各部材の配置関係を示すため、各部材を間隔を置いて示している。図１１では、サブアセンブリの四個を積層する場合を示しているが、サブアセンブリの三個、五個以上を積層する場合についても同様である。
【００３３】
図１１のとおり、下部台２０の上に、順次、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２を配置する。サブアセンブリの三個を積層する場合を示しているが、二個あるいは四個以上のサブアセンブリを積層することができる。
【００３４】
そして、その上にガス流路２４を備えた平滑な仕切板２３を置き、その上に、上記と同様にして、順次、サブアセンブリ１１、絶縁スペーサ２１、インターコネクタ２２を積層した後、上部から荷重をかけることでＳＯＦＣスタックが構成される。ガス流路２４を備えた平滑な仕切板２３としては剛性の耐熱性合金やセラミック板などを用いることができる。仕切板２３は積層する複数個のサブアセンブリ間に一個とは限らず必要数使用してよい。すなわち、図１１中、その下部に・・・で示すように、ガス流路を備えた平滑な仕切板の上に再びサブアセンブリの所定数を配置、積層する、その積層段の数は必要に応じて二段、三段、あるいは四段以上と積層することができる。これらの態様では、仕切板２３の直上のサブアセンブリの下面、仕切板２３の直下のインターコネクタに電流端子のケーブルが接続される。
【００３５】
このように、本発明においては、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層することにより、高積層化による変位の蓄積が初期化され、セル割れや集電不良の不具合を回避することができる。また、本発明によれば、上層部のサブアセンブリの変形量を少なくし、セルの割れや集電不良を無くして、所望の積層数の高積層スタックを作製することができる。
【００３６】
図１２は、集電用電流端子２５を配置する場合の態様である。ガス流路２３を備えた平滑な仕切板２３の上下に集電用電流端子２５を配置する点を除き、図１１の態様と同様である。この態様では、電流は集電用電流端子２５からリード線を通して取り出される。
【００３７】
〈本発明に関連する支持膜式ＳＯＦＣスタックの構成部材〉
本発明において、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層するに際しては、支持膜式ＳＯＦＣの形状に対応した構成を備えたインターコネクタを用いることが有用である。以下、そのインターコネクタの構成について順次説明する。
【００３８】
インターコネクタの波状部における波状の形状は各種形状を採ることができる。図１３はその形状の態様例を示す図である。図１３（ａ）は断面波状の形状、図１３（ｂ）は断面ジグザグ状の形状、図１３（ｃ）は断面マシュマロ状の形状、図１３（ｄ）は断面台形状の形状、図１３（ｅ）は断面コ字状の形状であり、さらにはこれらの変形形状を採ることができる。ここで、本明細書及び特許請求の範囲における、インターコネクタの波状部あるいはその波状とは、図１３（ａ）に示すような断面波状の形状そのものを意味するほか、当該断面波状の形状を含む上記各種形状のものを包括した意味でも用いている。
【００３９】
支持膜式ＳＯＦＣの単セルの表面すなわちカソード面は、図７〜９のように、中央部が膨らみ、周縁部に向けて漸次湾曲して反りないし歪みが生じる。すると、スタック作製に際して、そのカソード面に図１１〜１２に示すようにインターコネクタの波状部を当接させる場合、その反りないし歪みにより、図１４中、非接触部分として示すように、カソード面とインターコネクタの波状部間の接触が阻害され、電気的接触にむらが生じて接触抵抗を増大させ、発電性能を低下させてしまう。そこで、インターコネクタの波状部に、その波方向と平行にスリットを入れて構成する。図１５はその態様を示す図である。
【００４０】
図１５のとおり、その波状部に、その波方向と平行にスリットを入れる。これにより、支持膜式ＳＯＦＣ単セルのカソード面とインターコネクタの波状部をむらなく接触させ、両者間で均等な電気的接触を達成することができる。本スリットは、図１５に示す断面波状の形状とは限らず、図１３（ｂ）〜（ｅ）に示すような、断面ジグザグ状、断面マシュマロ状、断面台形状、断面コ字状の形状の波状部のほか、これらの変形形状の波状部にも適用することができる。
【００４１】
支持膜式ＳＯＦＣの単セルをインターコネクタを介してスタック化した場合、そのカソード面とインターコネクタの波状部の位置関係は図１６（ａ）〜（ｂ）に示すようになる。そして、インターコネクタの波状部の空隙が空気の流通路となるが、図１６（ａ）に示すように、波状部のうちセルのカソード面に面する側の流路を流れる空気は発電に寄与するが、図１６（ｂ）に示すように、波状部のうちセルのカソード面に面しない側の流路を流れる空気はカソード面を流通しないことになり、発電に寄与しないことになる。そこで、インターコネクタの波状部に複数個の孔を設ける。図１７〜１８はその態様を示す図である。
【００４２】
図１７〜１８のとおり、インターコネクタの波状部に複数個の孔を設ける。図１７は、前述図１４（ａ）に示すような、スリットを設けない波状部に複数個の孔を設ける態様、図１８は、前述図１５に示すようにスリットを設けた波状部に複数個の孔を設ける態様である。この孔により、波状部のうちセルのカソード面に面しない側の流路を流れる空気をカソード側に流通させ、カソードに接触させて発電に寄与させることができる。複数個の孔は、図１７〜１８に示す断面波状の形状とは限らず、図１３（ｂ）〜（ｅ）に示すような、断面ジグザグ状、断面マシュマロ状、断面台形状、断面コ字状の形状の波状部のほか、これらの変形形状の波状部にも適用することができる。
【００４３】
本発明におけるスタックを構成する合金箔板及びインターコネクタの構成材料としてはステンレス鋼等の耐熱性合金が用いられる。また、スタックに供給する燃料としては、炭化水素、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油、アルコール類（メチルアルコール、エチルアルコール等）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）などが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ＳＯＦＣのセルの態様例を説明する図
【図２】単セルを組み込んだＳＯＦＣスタックの構成例を示す図
【図３】支持膜式ＳＯＦＣの単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなる支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリを示す図
【図４】支持膜式ＳＯＦＣの単セル全体を、カソード用の開口並びにガスの導入用の孔及び導出用の孔を備えた合金箔板で包み込んでなる支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリを示す図
【図５】図４に示すような支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリを用いた支持膜式ＳＯＦＣスタックの構成過程を示す図
【図６】図５のようにして構成された支持膜式ＳＯＦＣスタックの長手方向中央部の断面図
【図７】支持膜式ＳＯＦＣの単セルで生じる問題を説明する図
【図８】支持膜式ＳＯＦＣの単セルで生じる問題を説明する図
【図９】支持膜式ＳＯＦＣの単セルで生じる問題を説明する図
【図１０】支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリを用いて支持膜式ＳＯＦＣスタックを構成する態様を説明する図
【図１１】本発明において、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層する態様を説明する図
【図１２】本発明において、サブアセンブリの一定数を積層した後に、ガス流路を備えた平滑な仕切板を配置し、その上に再びサブアセンブリを配置、積層する態様を説明する図
【図１３】本発明の支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用に用いるインターコネクタの波状部における波状の形状の態様例を示す図
【図１４】支持膜式ＳＯＦＣ単電池のカソード面形状に起因する問題を説明する図
【図１５】支持膜式ＳＯＦＣ単電池のカソード面形状に起因する問題を解決する態様を示す図
【図１６】支持膜式ＳＯＦＣ単電池のカソード面形状に起因する問題を説明する図
【図１７】支持膜式ＳＯＦＣ単電池のカソード面形状に起因する問題を解決する態様を示す図
【図１８】支持膜式ＳＯＦＣ単電池のカソード面形状に起因する問題を解決する態様を示す図
【符号の説明】
【００４５】
１  第１合金箔板
２  第２合金箔板
３  カソード用の開口（窓）
４、４  燃料流通用開口
５、５  接合部
６、６  接合部
７、７  開口
８、８  スペーサ
９  複数の孔
１０  単セル
１１  支持膜式ＳＯＦＣスタック構成用サブアセンブリ
１２、１２  絶縁体部材
１３  インターコネクタ
１４、１４  開口
１５  波状部（溝）
２０  下部台
２１  絶縁スペーサ
２２  インターコネクタ
２３  ガス流路２４を備えた平滑な仕切板
２４  仕切板２３に設けられたガス流路
２５  集電用電流端子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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