(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法であって、
（ａ）前記平板型ＳＯＦＣが、セルの表裏両側にそれぞれ複数個の空気流路と複数個の燃料流路とが直交するように備え、
（ｂ）前記複数個の燃料流路を２つのグループに分けて燃料流を折り返すようにするとともに、前記複数個の空気流路を２つのグループに分けて空気流を折り返すようにし、
（ｃ）燃料を、空気流路の空気折り返し側のグループの燃料流路に流した後、折り返して、空気流路の空気入口側且つ空気出口側のグループの燃料流路に流し、且つ、
（ｄ）空気を、燃料流路の燃料折り返し側のグループの空気流路に流した後、折り返して、燃料流路の燃料入口側且つ燃料出口側のグループの空気流路に流すこと
を特徴とする平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法。
【請求項２】
空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法であって、
（ａ）前記平板型ＳＯＦＣが、セルの表裏両側にそれぞれ複数個の空気流路と複数個の燃料流路とが直交するように備え、
（ｂ）燃料を前記複数個の各燃料流路に燃料入口側から燃料出口側へ流すとともに、
（ｃ）前記複数個の各空気流路へ供給する空気の流量を、燃料入口側寄りの空気流路から燃料出口側寄りの空気流路へと順次少量から多量となるように各空気流路ごとに変化させて流すこと
を特徴とする平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法。
【請求項３】
空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法であって、
（ａ）前記平板型ＳＯＦＣが、セルの表裏両側にそれぞれ複数個の空気流路と複数個の燃料流路とが直交するように備え、
（ｂ）空気を前記複数個の各空気流路に空気入口側から空気出口側へ流すとともに、
（ｃ）前記複数個の各燃料流路へ供給する燃料の流量を、空気入口側寄りの燃料流路から空気出口側寄りの燃料流路へと順次少量から多量となるように各燃料流路ごとに変化させて流すこと
ことを特徴とする平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法。
【請求項４】
空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法であって、
（ａ）前記平板型ＳＯＦＣが、セルの表裏両側にそれぞれ複数個の空気流路と複数個の燃料流路とが直交するように備え、
（ｂ）前記複数個の空気流路を２つのグループに分けて、空気を、燃料流路の燃料出口側のグループの空気流路に流した後、折り返して、燃料流路の燃料入口側のグループの空気流路に流し、且つ、
（ｃ）前記複数個の各燃料流路へ供給する燃料の流量を、空気入口側且つ空気出口側寄りから空気折り返し側寄りへと順次少量から多量となるように各燃料流路ごとに変化させて流すこと
を特徴とする平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法。
【請求項５】
空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法であって、
（ａ）前記平板型ＳＯＦＣが、セルの表裏両側にそれぞれ複数個の空気流路と複数個の燃料流路とが直交するように備え、
（ｂ）前記複数個の空気流路を２つのグループに分けて、空気を、燃料流路の燃料入口側のグループの空気流路に流した後、折り返して、燃料流路の燃料出口側のグループの空気流路に流し、且つ、
（ｃ）前記複数個の各燃料流路へ供給する燃料の流量を、空気入口側且つ空気出口側寄りから空気折り返し側寄りへと順次多量から少量となるように各燃料流路ごとに変化させて流すこと
を特徴とする平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法。
【請求項６】
空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法であって、
（ａ）前記平板型ＳＯＦＣが、セルの表裏両側にそれぞれ複数個の空気流路と複数個の燃料流路とが直交するように備え、
（ｂ）前記複数個の燃料流路を２つのグループに分けて、燃料を、空気流路の空気入口側のグループの燃料流路に流した後、折り返して、空気流路の空気出口側のグループの燃料流路に流し、且つ、
（ｃ）前記複数個の各空気流路へ供給する空気の流量を、燃料入口側且つ燃料出口側寄りから燃料折り返し側寄りへと順次少量から多量となるように各空気流路ごとに変化させて流すこと
を特徴とする平板型ＳＯＦＣにおける空気及び燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気流と燃料流とが直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料の供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）には平板方式、円筒方式、あるいは一体積層方式など各種あるが、図１〜２は平板方式（平板型）の一態様例を原理的に説明する図である。図示のとおり、電解質材料を挟んで燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置されて、空気極／電解質／燃料極の３層ユニットで単電池（単セル）が構成される。空気極と燃料極は電解質材料の両面に焼き付け等により配置される。
【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）のシート状焼結体等が用いられる。空気極としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ3等の多孔質体が用いられ、燃料極としては、例えばニッケルとイットリア安定化ジルコニア混合物（Ｎｉ／ＹＳＺサーメット）等の多孔質体が用いられる。
【０００４】
空気極側に酸化剤、例えば空気を流し、燃料極側に燃料を流して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。単セル一つでは高い電圧は得られないので、セルとセルをインターコネクタを介して交互に積層配置してスタック化される。すなわち、隣接するセルを電気的に接続すると同時に空気極と燃料極それぞれに空気と燃料とを分配し供給し排出する目的で、インターコネクタ板と単セルとが交互に積層される。
図１〜２には、単セルを２個、その間にインターコネクタ板を１個、上方単セルの上面及び下方単セルの下面にそれぞれ枠体（この枠体も１種のインターコネクタである）を備えてスタックを構成した場合を示している。
【０００５】
インターコネクタには、セルに空気及び燃料を供給するための複数個の溝状のガス流路が形成されている。ガス流路を介したセルへの空気及び燃料の供給フローのタイプには、主に、空気流と燃料流を同一方向に流す並向流、空気流と燃料流を反対方向に流す対向流、空気流と燃料流が直交するように流す直交流の３通りがあるが、直交流のガスフロータイプが多く用いられている。図３は、そのうち直交流のガスフロータイプ（直交流パターン）の概略を示した図である。図３のとおり、空気流と燃料流が相互に直交するように流される。
【０００６】
ところで、それらのうち、特に直交流のガスフロータイプにおいては、元来、セル内部に複雑な温度分布を生み出しやすい。ＳＯＦＣは約７５０〜１０００℃の範囲で作動されるが（最近では７５０℃以下という作動温度のものも開発されつつある）、１０００℃（１２７３Ｋ）程度の温度で発電されることが多い。以下、１０００℃（１２７３Ｋ）程度の温度で発電される場合を例に説明する。セル内温度がこの温度からあまりに低くなっても高くなっても良くない。すなわち、温度が低くなり過ぎる場合には、内部抵抗が増加してエネルギーロスが大きくなり、一方、温度が高くなりすぎる場合には、セルの強度的な問題から、セルの破壊の危険が増大するといった問題がある。したがって、セルの内部の温度は１０００℃近傍で高からず低からずの間に収まっていることが望ましい。
【０００７】
また、セルの内部における温度分布に差が生じると、その温度分布に応じてセル構成部材の変形が起こり、電解質が破損するなどセルの応力破壊に至る危険性があるため、できる限り温度分布は小さくなるように運転する必要がある。一例として、高温域がセルの中央部に生じると割れが生じやすく、このため高温域はできるだけ隅部や縁部にあるようにする必要がある。
【０００８】
ところが、セルの内部の温度分布を制御する要因はいくつもはない。運転温度を１０００℃程度に設定した場合、多少コントロールが効くのは、燃料の入り温度（入口温度）、流入量、空気の入り温度（入口温度）、流入量ぐらいである。燃料の流入量に関しては、外部への出力が決っているために殆ど変更ができず、燃料の入り温度、空気の入り温度に関しても殆ど自由度はない。したがって、空気の流入量のみで調整するほかはないが、特に直交流のガスフロータイプにおいては、温度分布が複雑になるために、空気の流入量だけの調整で、思うように温度コントロールすることはなかなか困難である。
【０００９】
図４は、従来法（常法）、すなわち図３のような直交流のガスフロータイプにおける温度分布の一例を示す図である。図４のとおり、空気の入口付近では１２００〜１３００Ｋ（９２７〜１０２７℃）程度、燃料の入口付近では９００〜１０００Ｋ（６２７〜７２７℃）程度である。空気の流れ方向では、その全長のうち入口から１／４程度の位置から１３００〜１４００Ｋ（１０２７〜１１２７℃）程度という高温になっており、燃料の流れ方向では、その全長のうち入口から１／３程度の位置から１３００〜１４００Ｋ程度という高温になっていることが分かる。
【００１０】
１０００℃（１２７３Ｋ）程度の温度で発電されるＳＯＦＣにおけるセルの温度は、できるだけ１０００℃（１２７３Ｋ）近傍である必要があり、これをあまり下回ってもよくない。また、スタックを構成する電解質、空気極、燃料極、インターコネクタ等の各構成材料の強度の問題から、１０００℃（１２７３Ｋ）近傍をあまり上回ってもよくない。さらには、中央域のみに高温域があると割れが生じやすく、このため高温域はできるだけ縁部や隅部、特に隅部にあるようにする必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、空気流と燃料流とが直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、セル内温度分布差、高温域の位置などに起因する諸問題を解決する空気及び燃料の供給方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は（１）空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流れを折り返して流すことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料供給方法を提供する。
【００１３】
本発明は（２）空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、燃料流の流れを折り返して流すことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料供給方法を提供する。
【００１４】
本発明は（３）空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流量を流路ごとに変化させることを特徴とする平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料供給方法を提供する。
【００１５】
本発明は（４）空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、燃料流の流量を流路ごとに変化させることを特徴とする平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料供給方法を提供する。
【００１６】
本発明は（５）空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流れを折り返して流し、且つ、燃料流の流量を流路ごとに変化させることを特徴とする平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料供給方法を提供する。
【００１７】
本発明は（６）空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流量を流路ごとに変化さ、且つ、燃料流の流れを折り返して流すことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池における空気及び燃料供給方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明（１）は、空気流と燃料流とが直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流を折り返して流すことを特徴とする。すなわち、燃料流は一方向のみに流し、空気流を一方向から逆方向へ折り返して流す空気及び燃料供給方法である。これにより、空気流出口側の低温域の空気を高温域に戻し、高温域を冷却するか、もしくは逆に空気流出口側の高温域の空気のエンタルピー（熱）を再びセルに戻して低温域を加熱し、セルの温度分布をより均一化する（より均一にする）とともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
空気流の流れを折り返して流す一つの態様例では、空気流を、複数個の空気流路のうちの燃料入口側寄りの空気流路中に流した後、折り返して、残部の空気流路中に逆方向へ流す。これにより、空気流出口側の低温域の空気を高温域に戻して高温域を冷却し、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
他の態様例では、空気流を、複数個の空気流路のうちの燃料出口側寄りの空気流路中に流した後、折り返して、残部の空気流路中に逆方向へ流す。これにより、空気流出口側の高温域の空気のエンタルピーを再びセルに戻して低温域を加熱し、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
【００１９】
本発明（２）は、空気流と燃料流とが直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、燃料流を折り返して流すことを特徴とする。すなわち、空気流は一方向のみに流し、燃料流を一方向から逆方向へ折り返して流す空気及び燃料供給方法である。これにより、燃料流出口側の低温域の燃料を戻してエンタルピーを受け取り、逆に、燃料流出口側の高温域の燃料のエンタルピーを再びセルに戻して、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
燃料流の流れを折り返して流す一つの態様例では、燃料流を、複数個の燃料流路のうちの空気入口側寄りの燃料流路中に流した後、折り返して、残部の燃料流路中に逆方向へ流す。これにより、燃料流出口側の低温域の燃料を戻してエンタルピーを受け取り、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
他の態様例では、燃料流を、複数個の燃料流路のうちの空気排出側寄りの燃料流路中に流した後、折り返して、残部の燃料流路中に逆方向へ流す。これにより、燃料流出口側の高温域の燃料のエンタルピーを再びセルに戻して、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
【００２０】
本発明（３）は、空気流と燃料流とが直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流量を流路ごとに変化させることを特徴とする。すなわち、燃料流の流量は均一に流し、空気流の流量を流路ごとに変化させて流す空気及び燃料供給方法である。
このように、空気流の流量を流路ごとに変化させることにより、発熱や吸熱の多かった領域では空気流量を増やして空気による温度コントロールを増やし（すなわち空気による温度調整量を増やし）、元来発熱や吸熱の少なかった領域には流入する空気流量を減らして、この領域の空気による温度コントロールを減らして（すなわち空気による温度調整量を減らして）、セルの温度分布をより均一化することができる。なお、上記のように空気による温度コントロールを減らすと、反応による発熱や吸熱の効果がダイレクトに現れるようになる。
空気流の流量を流路ごとに変化させる一つの態様例では、複数個の各空気流路へ供給する空気流の流量を、燃料の入口側寄りから出口側寄りへと順次少量から多量となるよう空気流路ごとに変化させる。
他の態様例では、複数個の各空気流路へ供給する空気流の流量を、燃料の入口側寄りから出口側寄りへと順次多量から少量となるよう空気流路ごとに変化させる。
【００２１】
本発明（４）は、空気流と燃料流とが直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、燃料流の流量を流路ごとに変化させることを特徴とする。すなわち、空気流の流量は均一に流し、燃料流の流量を流路ごとに変化させて流す空気及び燃料供給方法である。
このように、燃料流の流量を流路ごとに変化させることにより、元来、発熱や吸熱が多かった領域では燃料流量を減らし、これにより反応量を減らして発熱、吸熱の相対量を減らし、逆に、元来発熱や吸熱の少なかった領域では燃料の流量を増やし、セルの温度分布をより均一化することができる。
燃料流の流量を流路ごとに変化させる一つの態様例では、複数個の各燃料流路へ供給する燃料流の流量を、空気の入口側寄りから出口側寄りへと順次少量から多量となるよう燃料流路ごとに変化させる。
他の態様例では、複数個の各燃料流路へ供給する燃料流の流量を、空気の入口側寄りから出口側寄りへと順次多量から少量となるよう燃料流路ごとに変化させる。
【００２２】
本発明（５）は、空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流れを折り返して流し、且つ、燃料流の流量を流路ごとに変化させる空気及び燃料供給方法である。
本発明（６）は、空気流と燃料流が直交するガスフロータイプの平板型固体電解質燃料電池において、空気流の流量を流路ごとに変化させ、且つ、燃料流の流れを折り返して流す空気及び燃料供給方法である。これらにより、前記それぞれの効果を合わせた効果が得られる。
空気流の流れを折り返す態様、燃料流の流れを折り返す態様、燃料流の流量を流路ごとに変化させる態様及び燃料流の流量を流路ごとに変化させる態様については前記と同様である。
【００２３】
以上における、空気流の流量の流路ごとの変化、燃料流の流量の流路ごとの変化は、（ａ）流量調整弁（例えば各流路への導管に設ける）により調整して行うこともでき、（ｂ）空気流路幅（複数の空気流路の各流路の幅）、燃料流路幅（複数の燃料流路の各流路の幅）を変えることにより行うこともでき、（ｃ）空気流路、燃料流路の入口にスリットを設け、そのスリット幅を変えることによっても行うことができ、（ｄ）空気流路又は燃料流路の出口にスリットを設け、そのスリット幅を変えることにより行うこともできる。
【００２４】
以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはもちろんである。なお、以下において、図６、図９、図１２、図１４及び図１９は、約１０００℃（１２７３Ｋ）で発電されるＳＯＦＣの例を示しているが、約７５０〜１０００℃、あるいは７５０℃以下で発電されるＳＯＦＣについても同様である。
【００２５】
〈参考例１〉
図５〜７は燃料流を一方向のみに流し、空気流を折り返す例を示す図である。すなわち、燃料流については、複数個の燃料流路のすべてに一方向のみに流し、空気流を、複数の空気流路のうち、燃料流入口側寄りの空気流路もしくは燃料流出口側寄りの空気流路に流した後、折り返して、残部の空気流路に流す例である。図５〜７中、矢印（→）は、空気流、燃料流の各ガスの流れ方向を示し、この点以下の例においても同じである。
図５の例では、空気を、８個の空気流路のうち燃料流の入口側寄りの４個の流路に導入し、それら４個の流路の全長を流れた空気流を折り返して、燃料流の出口側寄りの４個の流路に導入する。空気流の折り返しは、例えばガス分配機構を備えたヘッダーを介して行うことができる。この点、以下の態様でも同様である。
空気流路の数は、本例では８個であるが、燃料電池の規模その他の条件に応じて適宜の数とすることができる。この点、以下の例でも同じである。また、そのうち折り返し前と折り返し後の空気流路の数についても適宜設定することができる。この点、空気流を折り返す以下の例についても同じである。
【００２６】
図６は、図５のように空気流を折り返した場合における温度分布を示した図である。従来法（常法）では、例えば図４のように、１３００〜１４００Ｋの高温域が中央域から空気流及び燃料流の下流側、すなわち図４中上部及び右部へ大きく広がっている。これに対して、図６の場合には、高温域が幾分小さくなり、折り返された空気流により１３００〜１４００Ｋの高温が中央域から折り返された空気流の下流側及び燃料流の下流側、すなわち下方部及び右方部へシフトしている。このように、吸熱により温度が下がった領域の空気を温度が高い領域に折り返すことで、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
【００２７】
図７の例では、空気を、８個の空気流路のうち燃料流出口側寄りの４個の空気流路に導入し、それら空気流路の全長を流れた空気流を折り返し、燃料流入口側寄りの４個の流路に導入する。前記図４のとおり、常法では、燃料流出口側寄りの領域は高温となるが、本例では、空気を燃料流出口側寄り空気流路に導入することにより、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせ、セルの温度分布をより均一化することができる。
【００２８】
〈参考例２〉
図８〜１０は空気流を一方向のみに流し、燃料流を折り返す例を示す図である。
すなわち、空気流については、複数個の空気流路のすべてに一方向のみに流し、燃料流を、複数の燃料流路のうち、空気流入口側寄りの燃料流路もしくは空気流出口側寄りの燃料流路に流した後、折り返して、残部の燃料流路に流す例である。図８の例では、燃料を、７個の燃料流路のうち空気流の入口側寄りの４個の燃料流路に導入し、それら４個の燃料流路の全長を流れた燃料流を折り返して、空気流の出口側寄りの３個の燃料流路に導入する。燃料流の折り返しは、例えばガス分配機構を備えたヘッダーを介して行われる。この点、以下の例でも同様である。
【００２９】
従来法では、例えば図４のように、空気流入口側寄りの燃料流路を流れた燃料は未だ低温であるので、図８においては、その低温の燃料流を折り返して、常法では高温となる空気流出口側寄りの燃料流路に導入することにより、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
燃料流路の数は、本例では７個であるが、燃料電池の規模等に応じて適宜の数とすることができる。この点、以下の例でも同じである。また、そのうち折り返し前と折り返し後の燃料流路の数についても適宜設定することができる。この点、燃料流を折り返す以下の例についても同じである。
【００３０】
図９は、燃料流を図８のように折り返した場合における温度分布を示した図である。従来法では、例えば図４のように、１３００〜１４００Ｋの高温が中央域から空気流及び燃料流の下流側、すなわち図４中上部及び右部へ大きく広がっている。これに対して、図９の場合には、１３００〜１４００Ｋの高温域が右部へシフトし、高温域が図４の場合の２／３程度に小さくなっている。このように、吸熱により温度が下がった領域の燃料を温度が高い領域に折り返すことで、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
【００３１】
図１０の例では、燃料を、７個の燃料流路のうち空気流出口側寄りの４個の流路に導入し、それら全長を流れた燃料流を折り返して、空気流入口側寄りの３個の流路に導入する。従来法では、例えば図４のように、空気流出口側寄りの領域は高温となるのに対して、図１０においては、燃料を空気流出口側寄り燃料流路に導入し、空気流入口側寄に折り返すことにより、セルの温度分布をより均一化するとともに、高温域をセルの縁部あるいは隅部方向にシフトさせることができる。
【００３２】
〈実施例３〉
図１１〜１２は、空気流及び燃料流を共に折り返す例を示す図である。図１１の例では、空気については、８個の空気流路のうち燃料流の折り返し側寄りの４個の流路に導入し、それら空気流路の全長を流れた空気流を折り返して、燃料流入口側寄りの４個の流路に導入する。燃料については、７個の燃料流路のうち空気流の折り返し側寄りの４個の流路に導入し、それら燃料流路の全長を流れた燃料流を折り返して、空気流の入口側寄りの３個の燃料流路に導入する。これにより高温域をより小さくし、その高温域を縁部あるいは隅部へシフトさせることができる。
【００３３】
図１２は、図１１のように空気流及び燃料流を共に折り返した場合における温度分布を示した図である。従来法では、例えば図４のように、１３００〜１４００Ｋの高温が中央域から空気流及び燃料流の下流側、すなわち図４中上部及び右部へ大きく広がっている。これに対して、図１２の場合には、高温域がその１／２程度に小さくなり、しかも折り返された空気流及び燃料流により１３００〜１４００Ｋの高温域が右下部の隅へシフトしている。
【００３４】
〈実施例４〉
図１３〜１５は、燃料流の流量を各燃料流路共一定とし、空気流の流量を流路ごとに変化させる例を示す図である。図１３〜１５中、矢印（→）の長短は空気流量の大小を示し、この点、空気流の流量を流路ごとに変化させる以下の図においても同じである。図１３の例では、空気流の流量を、８個の空気流路のうち燃料流入口側寄りから順次少量から多量へと流路ごとに変化させる。空気の全流量は空気流量を均等に流す場合と同じであり、この点以下の例においても同じである。本例により、高温域を隅部あるいは縁部にシフトさせることにより、中央域における高温部を無くすか、少なくすることができる。
【００３５】
図１４は、図１３のように空気流の流量を変化させた場合におけるセルの温度分布を示した図である。従来法では、例えば図４のように、１３００〜１４００Ｋの高温が中央域から空気流及び燃料流の下流側、すなわち図４中上部及び右部へ大きく広がっている。これに対して、図１４の場合には、高温域が小さくなり、１３００〜１４００Ｋの高温域が図４の場合に比べて上方部へシフトしている。すなわち、例えば図４では温度が高かった領域に流す空気量を増やして、この領域の温度調整を多量に流す空気流に担わせることで高温になることを防ぎ、全体としてセルの温度分布をより均一化することができる。
【００３６】
図１５の例では、空気流の流量を、８個の空気流路のうち燃料流入口側寄りから順次の多量から少量へと空気流路ごとに変化させる。従来法では、例えば図４のように、空気流の流量を各空気流路共均等に流す場合には、燃料流入口側寄りの空気流路を流れた空気は低温であるが、本例のように燃料流入口側寄りの空気流量を多くすることにより、高温域を図４の場合に比べて上方部へずらすなど、セルの温度分布をより均一化することができる。
【００３７】
〈実施例５〉
図１６〜１７は、空気流の流量を各空気流路共一定とし、燃料流の流量を燃料流路ごとに変化させる例を示す図である。図１６〜１７中、矢印（→）の長短は燃料流量の大小を示し、この点、燃料流量を流路ごと変化させる以下の図においても同じである。図１６の例では、燃料流の流量を、７個の燃料流路のうち空気流の入口側寄りから出口側寄りへ順次少量から多量へと流路ごとに変化させる。燃料の全流量は燃料流の流量を各燃料流路共一定とする場合と同じであり、この点以下の例においても同じである。本例により、高温域を縁部あるいは隅部にシフトさせ、中央部における高温部を無くすか、少なくすることができる。
【００３８】
図１７の例では、燃料流の流量を、７個の燃料流路のうち空気流入口側寄りから出口側寄りへ順次多量から少量へと流路ごとに変化させる。従来法では、例えば図４のように、燃料流量を各燃料流路共均等に流す場合には、空気流入口側寄りの燃料流路を流れた燃料は低温であるが、本例のように空気流入口側寄りの燃料流量を多くすることにより、高温域を縁部あるいは隅部へシフトさせ、中央部における高温部を無くすか、少なくすることができる。
【００３９】
〈実施例６〉
図１８〜２０は、空気流又は燃料流を折り返すことと、空気流の流量又は燃料流の流量を流路ごとに変化させることを組み合わせた例を示す図である。図１８の例では、空気については、８個の空気流路のうち燃料流出口側寄りの４個の流路に導入し、それら空気流路の全長を流れた空気流を折り返して、燃料流入口側寄りの４個の流路に導入する。燃料については、燃料流の流量を７個の燃料流路のうち空気流出口側寄り（折り返して４個の流路を経た出口側寄り）から順次少量から多量へと流路ごとに変化させる。これにより、１３００〜１４００Ｋという高温域を小さくし、セルの温度分布をより均一化することができる。
【００４０】
図１９は、当該図１９に示すように空気流を折り返し、燃料流の流量を燃料流路ごとに変化させた場合における温度分布を示した図である。図１９のとおり、１３００〜１４００Ｋという高温域が格段に小さくなり、１２００〜１３００Ｋの領域が広く分布している。すなわち、空気流については、低温の空気を高温域に折り返すことで高温域を冷却し、燃料流については、例えば図４では発熱、吸熱の多い、下方領域の流量を減らして反応量を減らし（したがって発熱、吸熱も減る）、これらの両方の作用効果によってセル全体の温度分布をより均一化することができる。
【００４１】
図２０の例では、空気については、空気流の流量を燃料流の折り返し側寄り（折り返し前の３個の燃料流路側寄り）から順次多量から少量へと空気流路ごとに変化させる。燃料については、７個の燃料流路のうち空気流入口側寄りの３個の流路に導入し、それら燃料流路の全長を流れた燃料流を折り返して、空気流出口側寄りの４個の流路に導入する。これにより、高温域は小さくなり、セル全体の温度分布をより均一化することができる。
【００４２】
〈実施例７〉
図２１は空気流の流量又は燃料流の流量を変化させる仕方として、空気流路、燃料流路の各流路の幅を変える例である。図２１のとおり、インターコネクタに形成する溝状の流路の横方向の幅を順次幅狭から幅広（左右逆に見れば幅広から幅狭）に変化させることにより、空気流の流量又は燃料流の流量を変化させる。
【００４３】
〈実施例８〉
図２２は空気流の流量又は燃料流の流量を変化させる仕方として、空気流路、燃料流路の各流路の幅は一定とし、各流路の入口又は出口にスリットを設け、そのスリット幅を変える例である。図２２のとおり、インターコネクタに形成した溝状の各流路は一定幅とし、各流路の入口又は出口にスリットを設ける。その際、スリット幅を順次幅狭から幅広（左右逆に見れば幅広から幅狭）に変化させて圧損を発生させることにより空気流の流量又は燃料流の流量を変化させる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、平板型固体電解質燃料電池におけるセル内部の温度分布差や温度分布などの温度分布状態をコントロールし、セル内部の温度分布差や温度分布などに起因して発生する熱応力を軽減することができるなど各種有用な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体電解質型燃料電池一態様例を原理的に説明する図
【図２】固体電解質型燃料電池一態様例を原理的に説明する図
【図３】直交流のガスフロータイプ（直交流パターン）の概略を示した図
【図４】直交流のガスフロータイプにおける温度分布の一例を示す図
【図５】参考例１を示す図
【図６】参考例１を示す図
【図７】参考例１を示す図
【図８】参考例２を示す図
【図９】参考例２を示す図
【図１０】参考例２を示す図
【図１１】実施例３を示す図
【図１２】実施例３を示す図
【図１３】実施例４を示す図
【図１４】実施例４を示す図
【図１５】実施例４を示す図
【図１６】実施例５を示す図
【図１７】実施例５を示す図
【図１８】実施例６を示す図
【図１９】実施例６を示す図
【図２０】実施例６を示す図
【図２１】実施例７を示す図
【図２２】実施例８を示す図
【図１】
0004485075.tif 000002
【図２】
0004485075.tif 000003
【図３】
0004485075.tif 000004
【図４】
0004485075.tif 000005
【図５】
0004485075.tif 000006
【図６】
0004485075.tif 000007
【図７】
0004485075.tif 000008
【図８】
0004485075.tif 000009
【図９】
0004485075.tif 000010
【図１０】
0004485075.tif 000011
【図１１】
0004485075.tif 000012
【図１２】
0004485075.tif 000013
【図１３】
0004485075.tif 000014
【図１４】
0004485075.tif 000015
【図１５】
0004485075.tif 000016
【図１６】
0004485075.tif 000017
【図１７】
0004485075.tif 000018
【図１８】
0004485075.tif 000019
【図１９】
0004485075.tif 000020
【図２０】
0004485075.tif 000021
【図２１】
0004485075.tif 000022
【図２２】
0004485075.tif 000023