(57)【要約】 【課題】優れた耐熱衝撃性及び耐振動性を確保したうえで、複数の固体電解質型燃料電池ユニットの中心部までガスを確実に導入することができ、自由なレイアウト設計を行うことが可能である燃料電池を提供する。【解決手段】単セル６を保持し且つ燃料ガス導入孔２１を有するセル板２と、燃料ガス導入孔３１を有し且つ外周縁部をセル板２の外周縁部に接合させたセパレータ板３を具備した固体電解質型燃料電池ユニット１を集電体１５を介して複数積層して成るスタック構造体１１を備えていると共に、ガス導入部１２ａ及びガス排出部１２ｂを具備してスタック構造体１１を収容するケース１２を備え、ガス導入部１２ａと連通し且つガス導入部１２ａから導入した空気をスタック構造体１１の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニット１間に噴出させる噴出孔１６ａを有するガス分配部１６を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単セルを保持していると共に中心部分に燃料ガス及び空気のうちの一方のガスの導入孔を有するセル板と、中心部分に燃料ガス及び空気のうちの一方のガスの導入孔を有し且つその外縁部をセル板の外縁部に接合させたセパレータ板を具備した固体電解質型燃料電池ユニットを複数積層して成るスタック構造体を備えていると共に、ガス導入部及びガス排出部を具備し且つスタック構造体を収容した状態でガス導入部から燃料ガス及び空気のうちの他方のガスを導入してガス排出部に流すケースを備え、ガス導入部と連通し且つこのガス導入部から導入した他方のガスをスタック構造体の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニット間に噴出させる噴出孔を有するガス分配部を設けたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
ガス分配部は、固体電解質型燃料電池ユニットの間に配置した集電体を通過した他方のガスをガス排出部に流す排出口を形成している請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
ガス分配部は、スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部を移動可能に支持している請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
ガス分配部とスタック構造体の各固体電解質型燃料電池ユニットとの間に絶縁材を介在させてある請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項５】
絶縁材の気孔率をスタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニット間に配置した集電体の気孔率よりも小さく設定した請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
絶縁材を少なくともガス分配部の噴出孔の近傍に設けた請求項４又は５に記載の燃料電池。
【請求項７】
ガス分配部をスタック構造体の周囲において複数に分割した請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項８】
ガス分配部に導入する他方のガスを分割部分毎に流量を違えて導入可能とした請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニット間に対応するガス分配部の噴出孔の数及び／又は配置部位をユニット間毎に違えてある請求項１〜８のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
固体電解質型燃料電池ユニットの中心部に一方のガスを排出するガス排出孔を形成し、固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数を上記ガス排出孔の数と同じにしてある請求項２〜９のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
固体電解質型燃料電池ユニットの中心部に一方のガスを排出するガス排出孔を形成し、固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数を上記ガス排出孔の半数又は倍数にしてある請求項２〜９のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数及び／又は配置部位をユニット間毎に違えてある請求項２〜１１のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１３】
ガス分配部は、ガス導入部と連通し且つスタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの積層方向に配置した積層方向配管と、この積層方向配管に連通し且つスタック構造体の周囲のうちの少なくとも一部に位置して複数の固体電解質型燃料電池ユニット間にそれぞれ対応する複数の周回配管を具備し、周回配管に噴出孔を配置している請求項１〜１２のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１４】
ガス分配部は、ガス導入部と連通し且つスタック構造体の周囲のうちの少なくとも一部に位置して複数の固体電解質型燃料電池ユニット間にそれぞれ対応する複数の周回流路を有する壁体を具備し、周回流路上に噴出孔を配置している請求項１〜１２のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１５】
ガス分配部は、ガス導入部と連通し且つスタック構造体の周囲に螺旋状に巻き付く周回配管を具備し、周回流路上に噴出孔を配置している請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【請求項１６】
ガス分配部をケースに一体で形成した請求項１〜１５のいずれか一つの項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の固体電解質型燃料電池ユニットを積層して形成したスタック構造体をケースに収容して成る燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような燃料電池としては、例えば、円形のセパレータとセル板とを交互に積層して成るスタック構造体を備えたものがあり、この燃料電池では、円形中心位置まで達するガス供給管を表裏に有するセパレータを使用することで、燃料ガス及び空気を円形中心にそれぞれ吹き込むようにしていて、ガス供給管を介して吹き込まれた燃料ガス及び空気の両ガスは、いずれも中心から外周側に向けて流れて、スタック構造体の外周縁部において互いに混ざり合って排気されるようになっている。
【０００３】
この場合、断熱壁の外側位置において、セパレータのガス供給管を絶縁性のセラミックス管に接続することで、ガス供給管により発電電力がリークすることを阻止するようにしている。
【特許文献１】特開平１１−１６５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した燃料電池では、積層したセル板とセパレータとの間に、円形中心に達するガス供給管を位置させているので、円形中心部にまで確実にガスを流すことができるものの、セパレータの厚みが厚くなると共に形状が複雑化することから、積層ピッチを狭くして積層密度を高くすることが困難であるという問題があった。
【０００５】
また、燃料電池を自動車などの移動体に搭載する場合には、頻繁な起動停止及び機械的振動に耐えることが要求されるのに加えて、限られたスペースにシステムをレイアウトして収めることが要求されるが、上記した燃料電池では、発電電力のリークを回避するために、セパレータのガス供給管をセラミックス管に接続して絶縁性するようにしているので、急激な昇降温や機械的振動に弱いうえ、配管部分を含む燃料電池全体の大型化及び配管部分の複雑化を避け得ない分だけ自由なレイアウト設計を行うことができないという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、優れた耐熱衝撃性及び耐振動性を確保したうえで、複数の固体電解質型燃料電池ユニットを積層して成るスタック構造体のユニット間隔が狭く、そして、積層密度が高い場合であったとしても、各固体電解質型燃料電池ユニットの中心部までガスを確実に導入することができ、加えて、限られた収納スペースであったとしても、自由なレイアウト設計を行うことが可能である燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池は、単セルを保持していると共に中心部分に燃料ガス及び空気のうちの一方のガスの導入孔を有するセル板と、中心部分に燃料ガス及び空気のうちの一方のガスの導入孔を有し且つその外縁部をセル板の外縁部に接合させたセパレータ板を具備した固体電解質型燃料電池ユニットを複数積層して成るスタック構造体を備えていると共に、ガス導入部及びガス排出部を具備し且つスタック構造体を収容した状態でガス導入部から燃料ガス及び空気のうちの他方のガスを導入してガス排出部に流すケースを備え、ガス導入部と連通し且つこのガス導入部から導入した他方のガスをスタック構造体の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニット間に噴出させる噴出孔を有するガス分配部を設けた構成としたことを特徴としており、この燃料電池の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
本発明の燃料電池において、燃料ガス及び空気のうちの一方のガスは、セル板及びセパレータ板の各ガスの導入孔から固体電解質型燃料電池ユニット内に供給される。この固体電解質型燃料電池ユニット内に供給された一方のガスは、固体電解質型燃料電池ユニットの中心部にガス排出孔を形成してユニット中央から排出したり、固体電解質型燃料電池ユニットの外周縁部にガス排出用切欠きを形成してユニット外周から排出したりしてもよい。
【０００９】
本発明の燃料電池では、ケースのガス導入部から導入した他方のガスをガス分配部の噴出孔からスタック構造体の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニットの間に噴出させるようにしていることから、複数の固体電解質型燃料電池ユニットの各間隔が狭く、そして、積層密度が高い場合であったとしても、従来必要としていたガス供給管を配置しなくても、各固体電解質型燃料電池ユニットの中心部までガスを確実に導入し得ることとなり、したがって、十分な発電出力が得られることとなる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池において、上記ガス供給管を必要としない分だけ、小型で且つ耐熱衝撃性及び耐振動性に優れたものとなり、加えて、限られた収納スペースであったとしても、自由なレイアウト設計を行い得ることとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記した構成としているので、優れた耐熱衝撃性及び耐振動性の確保を実現したうえで、スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの間隔が狭く、そして、積層密度が高い場合であったとしても、各固体電解質型燃料電池ユニットの中心部までガスを確実に導入することができ、加えて、限られた収納スペースであったとしても、自由なレイアウト設計を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の燃料電池の固体電解質型燃料電池ユニットは、セル板及びセパレータ板の各外縁部同士を接合して成るものであり、セル板及びセパレータ板のうちの少なくともいずれか一方に外縁部に沿う段差を設けることで、セル板及びセパレータ板間に、燃料ガス及び空気のうちの一方のガスを流す空間を形成している。
【００１３】
また、本発明の燃料電池において、固体電解質型燃料電池ユニットの中央部分の厚さを単セル設置領域の厚さよりも大きくしてスペーサの機能を持たせることで、積層した固体電解質型燃料電池ユニットの層間に、燃料ガス及び空気のうちの他方のガスを流す流路を形成している。
【００１４】
なお、上記段差をセル板及びセパレータ板の双方に形成して互いに対称を成すようにすれば、応力集中を抑制し得ることとなり、この際、両段差の大きさを相互に変化させたとしても、段差を設けたことによる強度の向上を期待でき、段差をセル板及びセパレータ板の一方に形成した場合には、単セルの搭載面積を拡大することができ、このように、耐熱衝撃性の向上や出力密度の向上など重視する特性に応じてセル板及びセパレータ板の形状を変更し得る。
【００１５】
さらに、本発明の燃料電池において、固体電解質型燃料電池ユニットのセル板及びセパレータ板に設ける段差はプレス加工により形成することが望ましく、セル板及びセパレータ板の各々の外縁部同士の接合には、溶接やロウ付けを用いることができるほか超音波接合法なども用いることができる。
【００１６】
さらにまた、本発明の燃料電池において、固体電解質型燃料電池ユニットの単セルの取付位置をセル板の中心部と外縁部との間の領域に設定し、この領域内に単セルを１つ以上固定することができる。
【００１７】
例えば、単セルが小径の円板状を成す場合は、セル板の中心周りに規則正しく配置することが望ましい。また、単セルがドーナツ状を成す場合は、その内周縁部及び外周縁部にプレス加工済の内側リング及び外側リングをそれぞれ接合することが望ましい。さらに、上記内側リング及び外側リングを連結してフレーム状をなすようにしてもよく、このフレームに扇形の単セルを貼り付けることも可能である。
【００１８】
さらにまた、本発明の燃料電池において、スタック構造体は複数の固体電解質型燃料電池ユニットを積層して成っているが、互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニットの各中心部分間にガスシール接合層を介在させ、固体電解質型燃料電池ユニットの各単セル領域の間にユニット間集電体を介在させるようにしており、固体電解質型燃料電池ユニット内に供給した一方のガスを固体電解質型燃料電池ユニットの中心から排出させるタイプの燃料電池では、一方のガスを固体電解質型燃料電池ユニット内に供給する導入配管を具備したフランジ及び固体電解質型燃料電池ユニット内から一方のガスを排出する排気配管を具備したフランジを、積層した固体電解質型燃料電池ユニットの上下に設置してスタック構造体を形成する。
【００１９】
この際、上記導入配管を具備したフランジに、ケースのガス導入部から導入されて固体電解質型燃料電池ユニット間を流れる他方のガスの排気配管を併設して、この他方のガスの排気配管とケースのガス排出部とが接続するように成せば、導入配管を具備したフランジにおいて、導入される一方のガスと排出される他方のガスとの間で熱交換を行わせることができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の燃料電池において、スタック構造体を形成する固体電解質型燃料電池ユニットの平面形状及びスタック構造体を収容するケースの間口形状は、円形状に限定されるものではなく、例えば、四角形状や多角形状や雲形状を成していてもよい。
【００２１】
さらにまた、本発明の燃料電池において、例えば、スタック構造体及びケースが円筒形状を成している場合、ケースのガス導入部及びガス排出部は、スタック構造の側面に向けて配置したり、スタック構造の上下面に向けて配置したりすることができる。
【００２２】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ケース内に収容するスタック構造体の数は１個に限定されるものではなく、複数個収容する構成としてもよい。そして、ケースのガス導入部及びガス排出部の数も各々１個ずつに限定されるものではなく、複数個ずつ設置することもできる。
【００２３】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部は、固体電解質型燃料電池ユニットの間に配置した集電体を通過した他方のガスをガス排出部に流す排出口を形成している構成とすることができ、この場合には、固体電解質型燃料電池ユニット間において他方のガスの流れを制御し得ることとなる。
【００２４】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部は、スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部を移動可能に支持している構成とすることができ、具体的には、ガス分配部に、固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部と移動可能に係合する凹凸を設ける構成とすることができる。
【００２５】
この構成を採用すると、固体電解質型燃料電池ユニットが昇降温に対してその外縁部で応力を開放しやすくなり、その結果、耐熱衝撃性の向上及び薄板化が図られて、起動性及び応答性に優れた低熱容量のスタック構造体が得られることとなり、加えて、スタック構造体全体の耐振動強度の向上も図られることとなる。
【００２６】
そして、ガス分配部は、スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部に接触することで、スタック構造体からの放熱を抑制する断熱機能及び固体電解質型燃料電池ユニットの間に導入する他方のガスを予熱する機能をも併せ持つことから、発電効率に優れたものとなる。
【００２７】
なお、上記したように、ガス分配部が、他方のガスの流れを制御する機能を果たす都合上、ガス分配部と固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部との間の隙間は、できるだけ小さくすることが望ましい。
【００２８】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部とスタック構造体の各固体電解質型燃料電池ユニットとの間に絶縁材を介在させてある構成とすることが可能である。この構成を採用すると、ガス分配部が金属などの導電性材料で形成されている場合において、ガス分配部とスタック構造体の各固体電解質型燃料電池ユニットとの間の電気的絶縁を確保し得ることとなり、また、ガス分配部がセラミックスなどの絶縁材料で形成されている場合には、両者間の電気的絶縁を補強し得ることとなり、その結果、発電出力のロスを少なく抑え得ることとなる。
【００２９】
上記のように、ガス分配部とスタック構造体の各固体電解質型燃料電池ユニットとの間に絶縁材を介在させる場合、両者間の隙間を埋めるように成せば、この部分での通気抵抗が大きくなって、固体電解質型燃料電池ユニット間の中心に対して、他方のガスをより確実に導入し得ることとなり、この際、両者間の絶縁材を介在させない部分が他方のガスをガス排出部に流す排出口として機能することとなる。
【００３０】
そして、固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部と移動可能に係合させるべくガス分配部に設けた凹凸の補填材として絶縁材を用いたり、絶縁材自体を固体電解質型燃料電池ユニット間に合わせて凹凸状に形成したりすれば、固体電解質型燃料電池ユニットの間隔を保持可能となって、スタック構造体全体の耐振動強度の向上も図られることとなる。
【００３１】
さらにまた、本発明の燃料電池において、絶縁材の気孔率をスタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニット間に配置した集電体の最も気孔率が小さい部分と同等よりも小さく設定した構成としたり、絶縁材を少なくともガス分配部の噴出孔あるいは排出口の近傍に設けた、より好ましくはガス分配部の噴出孔あるいは排出口を除くスタック構造体の周囲全体に設けた構成としたりすることができ、この場合には、他方のガスが、固体電解質型燃料電池ユニット間の中心に向けてより優先的に流れることから、ガス利用効率の高い発電を行い得ることとなって、システム効率が向上することとなる。
【００３２】
さらにまた、本発明において、他方のガスを固体電解質型燃料電池ユニット間の中心に向けて優先的に流したり、単セルの発電出力分布が均一になるようにユニット間のガスの流れを制御したりする効果を促進するために、一つの固体電解質型燃料電池ユニット間に設置する集電体において、その気孔率の面内粗密分布を変化させることが可能である。例えば、ガス分配部の噴出孔から中心部に向かう領域の気孔率を小さく設定したり、排出口近傍の集電体の気孔率を絶縁材の気孔率と同等よりもやや小さく且つ他の領域の集電体の気孔率よりも大きくなるように設定したりすることができる。
【００３３】
なお、絶縁材は、ガス分配部及びスタック構造体の各固体電解質型燃料電池ユニットの双方に移動可能に接触していることが望ましく、この場合には、固体電解質型燃料電池ユニットが昇降温に対してその外縁部で応力を開放しやすくなって、耐熱衝撃性の向上及び薄板化が図られることとなる。
【００３４】
ここで、ガス分配部が、スタック構造体の周囲に位置する配管を有している場合には、固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部側に、セラミックス製の絶縁ペーストや、ガラスや、ホウロウを塗布焼成して、絶縁層を形成することができるほか、熱処理やプラズマ処理を施して、絶縁材としての酸化物層やフッ化物層を形成したり、耐火セメントや耐火モルタルや石膏の絶縁層を形成したりすることができる。
【００３５】
この際、固体電解質型燃料電池ユニットの外縁部が複雑な形状を成している場合には、この外縁部に離型材を塗布してからペースト状の絶縁充填材を押し付けて乾燥させたり切削加工したりすれば、ガス分配部とスタック構造体の各固体電解質型燃料電池ユニットとの間の隙間を埋めることができる。
【００３６】
また、アルミナやＳｉＣなどの絶縁性繊維で形成された不織布や織物や編物で配管を直接包んだり、シート材を介して包んだりして、絶縁材と成すこともでき、さらに、絶縁材として、ガス分配部の噴出孔の近傍に、リング状のセラミックス管やセラミックス繊維を編んで形成したメッシュ状袋リボンを嵌めることもでき、さらにまた、上記した絶縁材料を組合わせて用いることもできる。
【００３７】
さらにまた、本発明の燃料電池において、スタック構造体を囲むようにガス分配部を配置することができるほか、ガス分配部をスタック構造体の周囲において複数に分割した構成とすることができ、この際、ガス分配部に導入する他方のガスを分割部分毎に流量を違えて導入可能とした構成とすることができる。
【００３８】
上記したように、ガス分配部をスタック構造体の周囲において複数に分割すると、分割数に応じて他方のガスをガス排出部に流す排出口の数が増えることから、他方のガスを固体電解質型燃料電池ユニット間にムラなく供給し得ることとなり、ガス分配部に導入する他方のガスを分割部分毎に流量を違えて導入可能とすると、固体電解質型燃料電池ユニットの温度分布や単セルの出力密度などの条件の変更に応じ得ることとなる。
【００３９】
ここで、固体電解質型燃料電池ユニットのセル板の温度分布は、固体電解質型燃料電池ユニット内の一方のガスの流れとユニット間の他方のガスの流れに依存し、一般的に、両ガスともに発電に必要なガス成分濃度が高い上流領域が重なる部位の温度は、平均温度よりも高くなる傾向にあり、これとは反対に、両ガスともにガス成分濃度が低い下流領域が重なる部位の温度は、平均温度よりも低くなる傾向にある。
【００４０】
そこで、排出口の数及び／又は配置部位をユニット間毎に違えた場合には、固体電解質型燃料電池ユニット間毎に他方のガスの流れパターンが変わる、すなわち、固体電解質型燃料電池ユニット間毎に温度分布パターンが変わることとなって、スタック構造体に温度のムラがなくなり、その結果、スタック構造体全体の出力損失を低減し得ることとなる。
【００４１】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部の噴出孔は、スタック構造体の一つの固体電解質型燃料電池ユニット間に対して、少なくとも１個配置するが、その形状や個数や位置は、固体電解質型燃料電池ユニット内における一方のガスの流れ分布及びガス供給圧力を始めとする運転条件に依存して決定される。そして、例えば、スタック構造体が円筒形状を成している場合には、外縁部に配置した噴出孔からユニット中心に向けてガスを噴出させたり、同じく外縁部に配置した噴出孔から半径と角度を持った方向にガスを噴出させたりすることができる。この際、重なり合う固体電解質型燃料電池ユニットの間隔が比較的広い場合には、ユニット間の中心からガスを噴出させたり、セル板側に寄った位置からガスを噴出させたり、セル板に向けてガスを噴出させたりすることができる。
【００４２】
そこで、本発明の燃料電池において、スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニット間に対応するガス分配部の噴出孔の数及び／又は配置部位をユニット間毎に違えてある構成とすることができる。
【００４３】
この構成を採用すると、固体電解質型燃料電池ユニット間毎に他方のガスの流れパターンが変わって、すなわち、固体電解質型燃料電池ユニット間毎に温度分布パターンが変わって、スタック構造体に温度のムラがなくなり、その結果、スタック構造体全体の出力損失を低減し得ることとなる。
【００４４】
さらにまた、本発明の燃料電池において、固体電解質型燃料電池ユニットの中心部に一方のガスを排出するガス排出孔を形成し、固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数を上記ガス排出孔の数と同じにしたり、固体電解質型燃料電池ユニットの中心部に一方のガスを排出するガス排出孔を形成し、固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数を上記ガス排出孔の半数又は倍数にしたりすることができる。
【００４５】
例えば、固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数を固体電解質型燃料電池ユニットの中心部に位置するガス排出孔の数と同じにすると、ガス流量の増加減少を伴う過渡運転時において均熱化し易く、また、固体電解質型燃料電池ユニットの間においてガス分配部により形成される排出口の数を固体電解質型燃料電池ユニットの中心部に位置するガス排出孔の半数又は倍数にすると、固体電解質型燃料電池ユニット内を流れる一方のガス及びユニット間を流れる他方のガスによって、発電する出力分布又は熱分布を制御し易く、そして、均熱化し易い。
【００４６】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部は、ガス導入部と連通し且つスタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの積層方向に配置した積層方向配管と、この積層方向配管に連通し且つスタック構造体の周囲のうちの少なくとも一部に位置して複数の固体電解質型燃料電池ユニット間にそれぞれ対応する複数の周回配管を具備し、周回配管に噴出孔を配置している構成とすることが可能である。
【００４７】
この構成を採用すると、スタック構造体の固体電解質型燃料電池ユニットの間隔にばらつきがあったとしても、周回配管を固体電解質型燃料電池ユニット間に装着することができ、加えて、熱衝撃に対応してスタック構造体が伸縮したとしても、周回配管がこの動作を拘束しないので、耐熱衝撃性の向上が図られることとなる。
【００４８】
上記積層方向配管及び周回配管には、断面円形状を成すものや、多角形状を成すものを適宜用いることができる。積層方向配管と周回配管との接続形態はとくに限定しないが、周回配管の端部に積層方向配管を接続したり、周回配管の中央に積層方向配管を接続したりすることができる。
【００４９】
複数の周回配管は、固体電解質型燃料電池ユニットの積層方向に並んで配置されるが、これらの複数の周回配管を互いに接合して一体化することも可能である。そして、周回配管の少なくとも噴出孔の近傍には、絶縁の確保，噴出孔からユニット中央までのガスの整流及び周回配管や固体電解質型燃料電池ユニットの間隔確保を目的として、上記した絶縁充填材を設けることが望ましい。
【００５０】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部は、ガス導入部と連通し且つスタック構造体の周囲のうちの少なくとも一部に位置して複数の固体電解質型燃料電池ユニット間にそれぞれ対応する複数の周回流路を有する壁体を具備し、周回流路上に噴出孔を配置している構成とすることが可能であり、この構成を採用すると、積層した固体電解質型燃料電池ユニット間に他方のガスを導入する部品の作成や組み立てが容易になる。
【００５１】
上記スタック構造体の周囲のうちの少なくとも一部に位置する壁体には、固体電解質型燃料電池ユニットの間隔確保を目的として、固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部と移動可能に係合する凹凸を設けることが望ましく、例えば、積層した固体電解質型燃料電池ユニットの間隔に合う凹凸を有する波板と平板とから壁体を形成して、波板の凹凸を固体電解質型燃料電池ユニット間に係合させることが望ましい。
【００５２】
この場合も、壁体の少なくとも噴出孔の近傍に、絶縁の確保及び噴出孔からユニット中央までのガスの整流を目的として、上記した絶縁充填材を設けることが望ましく、壁体に固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部と係合する凹凸を設けていない場合には、固体電解質型燃料電池ユニットの間隔確保を目的として、壁体に上記した絶縁充填材を設けることが望ましい。
【００５３】
また、壁体の内部において、固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部に対して、複数の周回流路を平行に形成することができるほか、斜めに形成したり、垂直に形成したり、或いは、隣接する周回流路同士を適宜位置で連通させたりすることが可能であり、このように、複数の周回流路をスタック構造体の熱分布に合わせて自由に設定することができるので、すなわち、スタック構造体の熱分布に合わせて他方のガスの供給量及び供給方向の制御を行い得るので、燃料電池全体の温度バランスが取り易くなる。
【００５４】
加えて、ガス導入部を壁体のユニット積層方向の中央付近に接続して壁体の中央から優先的にガスを導入したり、ガス導入部を壁体のユニット積層方向の上下端部に接続して壁体の上下端部から優先的にガスを導入したりすることもできる。例えば、連続運転時において、スタック構造体の積層方向中段部分は放熱効率がよくないため、上下端部よりも温度が上昇する場合があるが、単セル部分よりも温度が低い他方のガスを壁体の中央から優先的に導入するように成せば、ユニット積層方向の温度分布を容易に調整し得ることとなり、その結果、固体電解質型燃料電池ユニットの発電出力や内部抵抗のばらつきが少なくなって、スタック構造体全体の出力損失を低減し得ることとなる。
【００５５】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部は、ガス導入部と連通し且つスタック構造体の周囲に螺旋状に巻き付く周回配管を具備し、周回流路上に噴出孔を配置している構成とすることが可能であり、スタック構造体における固体電解質型燃料電池ユニットの各外縁部の断面形状が単純である場合にこの構成を採用すると、螺旋状の周回配管内にスタック構造体を挿入すれば、スタック構造体と周回配管との組み付けが完了するので、組み立て作業性が向上することとなる。
【００５６】
スタック構造体の周囲に螺旋状に巻き付く周回配管は、１本に限定されるものではなく、２本以上設けることが可能である。また、周回配管の少なくとも噴出孔の近傍に、絶縁の確保及び噴出孔からユニット中央までのガスの整流を目的として、上記した絶縁充填材を設けることが望ましく、この際、絶縁充填材を設置しない部分が、他方のガスをガス排出部に流す排出口として形成される。
【００５７】
この場合も、ガス導入部を螺旋状周回配管のユニット積層方向の中央付近に接続して周回配管の中央から優先的にガスを導入したり、ガス導入部を螺旋状周回配管のユニット積層方向の上下端部に接続して周回配管の上下端部から優先的にガスを導入したりすることもでき、上記と同じく、連続運転時において、単セル部分よりも温度が低い他方のガスを螺旋状周回配管の中央から優先的に導入するように成せば、ユニット積層方向の温度分布を容易に調整し得ることとなり、その結果、固体電解質型燃料電池ユニットの発電出力や内部抵抗のばらつきが少なくなって、スタック構造体全体の出力損失を低減し得ることとなる。
【００５８】
なお、螺旋状周回配管と固体電解質型燃料電池ユニットの外縁部とが成す角度は、固体電解質型燃料電池ユニットの大きさや、積層ピッチや、固体電解質型燃料電池ユニット内におけるガスの流れのパターンに依存して決定されるが、上記角度が３０°を超えると、ユニット積層方向の一部に他方のガスが行き渡り難い部分が生じてしまうので、螺旋状周回配管と固体電解質型燃料電池ユニットの外縁部とが成す角度を３０°以下とすることが望ましい。
【００５９】
さらにまた、本発明の燃料電池において、ガス分配部をケースに一体で形成した構成とすることができ、この際、ケースのガス分配部が形成されていない部分が、他方のガスをガス排出部に流す排出口として形成され、この構成を採用すると、組み立て作業性が向上することとなる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６１】
図１〜図７は、本発明の燃料電池の一実施例を示しており、図１に示すように、この燃料電池１０は、集電体１５を介して複数の固体電解質型燃料電池ユニット１を複数積層して成るスタック構造体１１と、ガス導入部１２ａ及びガス排出部１２ｂを具備し且つスタック構造体１１を収容した状態でガス導入部１２ａから空気を導入してガス排出部１２ｂに流す円筒形状を成すケース１２を備えている。
【００６２】
この燃料電池１０のスタック構造体１１を構成する固体電解質型燃料電池ユニット１は、円形薄板状を成し且つ中心部分にガス導入孔２１及びガス排出孔２２を有する金属製セル板２と、このセル板２と同じく円形薄板状を成し且つ中心部分にガス導入孔３１及びガス排出孔３２を有する金属製セパレータ板３を備えている。これらのセル板２及びセパレータ板３は、互いに対向した状態で各々の外周縁部同士を接合させてあり、セル板２及びセパレータ板３間に形成される袋部分（空間）Ｓには、集電体４が収容してある。
【００６３】
互いに対向した状態で接合するセル板２及びセパレータ板３の各中心部分には、図５及び図６にも示すように、外周縁部と同心状を成し且つ互いに離間する方向に突出して後述するようにスペーサとして機能する円形凸状段差部２３，３３がプレス加工によってそれぞれ形成してあり、セル板２及びセパレータ板３の各外周縁部には、この外周縁部と同心状を成し且つ互いに接近する方向に突出して空間Ｓを形成するための環状段差２４，３４がプレス加工によってそれぞれ形成してあり、上記したガス導入孔２１，３１及びガス排出孔２２，３２は、セル板２及びセパレータ板３の各円形凸状段差２３，３３に配置してある。
【００６４】
また、図７に示すように、セル板２には、内側リング７及び外側リング８を縦横の桟９で連結してなるフレームを介して扇形の単セル６が複数個固定してあり、これらの単セル６は、電解質支持型セル、電極支持型セル、多孔質支持型セルのいずれでもあってもよい。
【００６５】
さらに、セル板２及びセパレータ板３の各中心部分に位置する円形凸状段差部２３，３３のうちのセパレータ板３の円形凸状段差部３３には、ガス導入孔３１と連通するガス導入流路５１を具備してセル板２及びセパレータ板３間に形成される空間Ｓ内に対して燃料ガスを供給する流路部品５が収容してあると共に、セル板２の円形凸状段差部２３には、ガス排出孔２２と連通するガス排出流路５２を具備して上記空間Ｓから燃料ガスを排出する流路部品５が収容してあり、これらの流路部品５，５は、後述するように、固体電解質型燃料電池ユニット１を積層してスタック構造体１１を形成した状態において、スタック構造体１１全体の押付力のみで互いに密着するようになっている。
【００６６】
この実施例において、セル板２及びセパレータ板３には、肉厚が０．１ｍｍのＳＵＳ４３０の圧延板を用いた。そして、この圧延板を超硬及びＳＫＤ１１から成る金型を装備したプレス装置にセットして、８０トンのプレス荷重をかけてプレス加工を行った。このプレス加工により得られたセル板２及びセパレータ板３の外径は１２５ｍｍであり、セル板２及びセパレータ板３の各外周縁部同士をレーザ溶接を用いて接合して、厚さ１．５ｍｍの固体電解質型燃料電池ユニット１とした。また、セル板２及びセパレータ板３間の空間Ｓに収容する集電体４には、インコネル製金属メッシュから成るものを用い、セル板２及びセパレータ板３に対してその周縁部をレーザ溶接により接合した。
【００６７】
一方、流路部品５にもＳＵＳ４３０を用い、セル板２及びセパレータ板３に対しては、接合温度を１０００℃以下とした真空中での拡散接合により固定し、接合時の変形を防いでいる。なお、拡散接合に代えてＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接による接合も可能であり、この際、セル板２及びセパレータ板３が薄板状を成していることから、表側からレーザを照射しても接合することができる。また、流路部品５の流路パターンは、エッチングや研削加工やレーザ加工により形成することができるほか、エッチング部品を積層して接合することによっても形成することができる。
【００６８】
この実施例に係る燃料電池１０において、スタック構造体１１は、上記固体電解質型燃料電池ユニット１を間隔１．５ｍｍで４０層（図１では５段に省略して示している）積層して成っていて、図４にも示すように、積層した複数の固体電解質型燃料電池ユニット１を上下からフランジ１３，１４で挟み込み、セル板２及びセパレータ板３の各ガス導入孔２１，３１の周囲に形成した複数のガス排出孔２２，３２に図示しない複数本のスタッドボルトをそれぞれ挿通して、燃料ガスの導入配管１３ａを具備した上側のフランジ１３にスタッドボルトの一端部をねじ込むと共に、燃料ガスの排気配管１４ａを具備した下側のフランジ１４から外部に突出するスタッドボルトの他端部に皿ばねを介してナットをねじ込むことにより、互いに積層した固体電解質型燃料電池ユニット１同士を締結するようにしている。
【００６９】
この際、互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニット１の各中心部分間には、シール接合材としてのセラミックス系接着材１７が二重リング状に塗布してある。なお、シール接合材として、ガラス系の接着材や、ガラスにセラミックス繊維やフィラーを加えて成型したガスケットを使用することができるほか、後述するように単セル６がドーナツ状を成す場合には、金属粉が混在するペースト状接着材や、ガスケット状のろう材や、金属ガスケットを使用することが可能である。
【００７０】
そして、この燃料電池１０において、ＳＵＳ４３０製の円筒形状を成すケース１２内にスタック構造体１１を収容するようにしており、この際、スタック構造体１１とケース１２との間における隙間に、ガス導入部１２ａと連通するガス分配部１６を設けることによって、ガス導入部１２ａから導入した空気をスタック構造体１１の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニット１の間の集電体１５を通してガス排出部１２ｂに流すようにしている。
【００７１】
このガス分配部１６は、ガス導入部１２ａと連通し且つスタック構造体１０の固体電解質型燃料電池ユニット１の積層方向に配置した積層方向配管１６Ａと、図２にも示すように、スタック構造体１０のほぼ半周をカバーし得る半円弧状を成してその中央を該積層方向配管１６Ａに接続させた円形断面の周回配管１６Ｂを複数具備しており、これらの周回配管１６Ｂは、複数の固体電解質型燃料電池ユニット１間にそれぞれ係合すべく配置してあって、周回配管１６Ｂの積層方向配管１６Ａとの接続部分の両側には、ガス導入部１２ａから導入した空気を固体電解質型燃料電池ユニット１間に噴出させる噴出孔１６ａが３個ずつ配置してある。
【００７２】
この燃料電池１０において、積層方向配管１６Ａ及び周回配管１６Ｂから成るガス分配部１６を２組備えており、これらのガス分配部１６は、スタック構造体１０を間にして各々の周回配管１６Ｂ，１６Ｂ同士が互いに対向するようにして設置してあって、両ガス分配部１６，１６の間が、すなわち、周回配管１６Ｂ，１６Ｂ間の切れ目が、固体電解質型燃料電池ユニット１間の集電体１５を通過した空気をケース１２のガス排出部１２ｂに流す排出口１６ｂとして機能するようにしている。
【００７３】
この場合、円形断面を有する周回配管１６Ｂの固体電解質型燃料電池ユニット１との接触部位で且つ排出口１６ｂを除く部位には、図３（ａ）にも示すように、固体電解質型燃料電池ユニット１の外周縁部と移動可能に接触する絶縁材１８が設けてある。この絶縁材１８は、固体電解質型燃料電池ユニット１の外周縁部付近と同じ形状に成形した型に離型材を塗布し、この型に対して絶縁性セラミックス接着材を塗布した周回配管１６Ｂを押し付けて室温硬化させた後、型を外して焼成固化させて形成してある。
【００７４】
なお、図３（ｂ）に示すように、積層方向配管１６Ａとの接続に先立って、周回配管１６Ｂの表面に溶射法により形成した酸化絶縁層を絶縁材１８としてもよい。
【００７５】
この燃料電池１０において、図１〜図３に示すように、ガス導入部１２ａからケース１２に空気を導入すると、２組のガス分配部１６の積層方向配管１６Ａ及び周回配管１６Ｂの各噴出孔１６ａを介してスタック構造体１１の積層した固体電解質型燃料電池ユニット１間、すなわち、カソード側である層間に位置する集電体１５に空気が流れた後、排出口１６ｂとして機能する２組のガス分配部１６の間の２箇所の切れ目及びガス排出部１２ｂを通して排気され、一方、燃料ガスは、図４及び図５にも示すように、フランジ１３の導入配管１３ａ及び固体電解質型燃料電池ユニット１の各ガス導入孔２１，３１を通してセル板２及びセパレータ板３間に形成される各空間Ｓ内に導入され、上記空間Ｓ内を流れた後、各ガス排出孔２２，３２及びフランジ１４の排気配管１４ａを通して排気される。
【００７６】
上記した燃料電池１０では、スタック構造体１１とケース１２との間における隙間に積層方向配管１６Ａ及び周回配管１６Ｂから成るガス分配部１６を２組配置して、ケース１２のガス導入部１２ａから導入した空気をこれらのガス分配部１６における周回配管１６Ｂ上の噴出孔１６ａからスタック構造体１１の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池ユニット１の間に噴出させるようにしていることから、複数の固体電解質型燃料電池ユニット１の各間隔が狭く、そして、積層密度が高い場合であったとしても、従来必要としていたガス供給管を配置することなく、各固体電解質型燃料電池ユニット１の中心部まで空気を確実に導入し得ることとなり、したがって、十分な発電出力が得られることとなる。
【００７７】
また、上記した燃料電池１０では、上記ガス供給管を必要としない分だけ、小型で且つ耐熱衝撃性及び耐振動性に優れたものとなり、加えて、限られた収納スペースであったとしても、自由なレイアウト設計を行い得ることとなる。
【００７８】
さらに、上記した燃料電池１０では、スタック構造体１１の固体電解質型燃料電池ユニット１のセル板２及びセパレータ板３の間に形成される空間Ｓ内に燃料ガスのみを流すようにしているので、未燃焼ガスを回収し得ることとなり、したがって、過渡運転時などのガス流が変化する場合であったとしても、燃料利用率が低下することがなく、加えて、単セル６に局所的な熱応力がかかって不具合が生じる可能性が少なくなる。
【００７９】
さらにまた、上記した燃料電池１０では、スタック構造体１１の各固体電解質型燃料電池ユニット１の中心部まで空気を導入するガス分配部１６を、積層方向配管１６Ａ及び周回配管１６Ｂから成るものとしているので、スタック構造体１１の固体電解質型燃料電池ユニット１の間隔にばらつきがあったとしても、周回配管１６Ｂを固体電解質型燃料電池ユニット１間に装着することができ、加えて、熱衝撃に対応してスタック構造体１１が伸縮したとしても、周回配管１６Ｂがこの動作を拘束しないので、耐熱衝撃性の向上が図られることとなる。
【００８０】
加えて、このガス分配部１６の周回配管１６Ｂにおける固体電解質型燃料電池ユニット１との接触部位で且つ排出口１６ｂを除く部位には、固体電解質型燃料電池ユニット１の外周縁部と移動可能に接触する絶縁材１８が設けてあるので、ガス分配部１６とスタック構造体１１の各固体電解質型燃料電池ユニット１との間の電気的絶縁を確保し得ることとなり、この際、絶縁材１８でガス分配部１６とスタック構造体１１の各固体電解質型燃料電池ユニット１との間の隙間を埋めるように成せば、この部分での通気抵抗が大きくなる分だけ、固体電解質型燃料電池ユニット１間の中心に対して、空気をより確実に導入し得ることとなると共に、周回配管１６Ｂ，１６Ｂ間の切れ目を排出口１６ｂとして確実に機能させ得ることとなる。
【００８１】
さらにまた、上記した絶縁材１８が固体電解質型燃料電池ユニット１の外周縁部と移動可能に接触するようにしているので、固体電解質型燃料電池ユニット１が昇降温に対してその外周縁部で応力を開放しやすくなり、したがって、耐熱衝撃性向上及び薄板化が図られることとなる。
【００８２】
上記した実施例の燃料電池１０におけるスタック構造体１１の固体電解質型燃料電池１では、セル板２及びセパレータ板３が互いにほぼ同一形状を成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図８示すように、単セル６を取り付けるセル板２が円形凸状段差部２３のみを有する形状を成し且つセパレータ板３が通常の約二倍の高さの環状段差部３４を有する形状を成していてもよい。
【００８３】
また、この実施例では、単セル６が扇形形状を成す場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、図９（ａ）に示すように、単セル６Ａがドーナツ状を成す場合には、その内周縁部及び外周縁部にプレス加工済の内側リング７及び外側リング８をそれぞれ接合してセル板２に取付けることができる他、図９（ｂ）に示すように、接合時の作業性を考慮して、セル板２の中心部分と外周縁部との間のドーナツ状を成す領域に、円形状を成す複数個の単セル６Ｂを固定することも可能である。
【００８４】
さらにまた、上記した実施例では、ケース１２とスタック構造体１１との間における隙間のうちのほぼ全周にわたってガス分配部１６の周回配管１６Ｂでカバーするようにしているが、ケース１２とスタック構造体１１との間における隙間のうちの一部分にガス分配部１６の周回配管１６Ｂが位置するようにしてもよく、この場合には、適宜位置に絶縁材１８を充填することで、空気をケース１２のガス排出部１２ｂに流す排出口１６ｂを形成する。
【００８５】
さらにまた、上記した実施例では、固体電解質型燃料電池ユニット１の間においてガス分配部１６，１６により形成される排出口１６ｂが、図２に示すように、ユニット間毎に同じ部位に位置するようにしているが、すなわち、スタック構造体１０の固体電解質型燃料電池ユニット１の積層方向におけるほぼ同一のライン上に位置するようにしているが、例えば、図１０に示すように、固体電解質型燃料電池ユニット１の間においてガス分配部１６，１６により形成される排出口１６ｂが、ユニット間毎に違う部位に位置するようにしてもよい。
【００８６】
さらにまた、上記した実施例では、ガス分配部１６の積層方向配管１６Ａ及び周回配管１６Ｂを断面円形状を成すものとしたが、断面が三角形状や多角形状を成すものを用いることも可能である。
【００８７】
さらにまた、上記した実施例では、ケース１２のガス排出部１２ｂから他方のガスを排出するようにしているが、例えば、燃料ガスの導入配管１３ａを具備した上側のフランジ１３に、他方のガスの排気配管を併設して、この他方のガスの排気配管とケース１２のガス排出部１２ｂとが接続するように成せば、導入配管１３ａを具備した上フランジ１３において、導入される一方のガスと排出される他方のガスとの間で熱交換を行わせることが可能である。
【００８８】
図１１は、本発明の燃料電池の他の実施例を示している。図１１に示すように、この燃料電池１０において、スタック構造体１１とケース１２との間における隙間に設けたガス分配部４６は、ガス導入部１２ａと連通し且つスタック構造体１０の固体電解質型燃料電池ユニット１の積層方向に配置した積層方向配管４６Ａと、スタック構造体１０のほぼ四分の一周をカバーし得る円弧状を成してその中央を該積層方向配管４６Ａに接続させた円形断面の周回配管４６Ｂを複数具備しており、これらの周回配管４６Ｂも、複数の固体電解質型燃料電池ユニット１間にそれぞれ係合すべく配置してあって、この周回配管４６Ｂでは、その中央部分に噴出孔４６ａを１個配置している。
【００８９】
この燃料電池１０では、積層方向配管４６Ａ及び周回配管４６Ｂから成るガス分配部４６を４組備えており、これらのガス分配部４６は、スタック構造体１０を間にして各々の周回配管４６Ｂがいずれもスタック構造体１０の中心を向くようにして設置してあって、４組のガス分配部４６の間が、すなわち、各周回配管４６Ｂ間の４箇所の切れ目が、固体電解質型燃料電池ユニット１間の集電体１５を通過した空気をケース１２のガス排出部１２ｂに流す排出口４６ｂとして機能するようにしている。
【００９０】
この燃料電池１０において、ガス導入部１２ａからケース１２に空気を導入すると、４組のガス分配部４６の積層方向配管４６Ａ及び周回配管４６Ｂの噴出孔４６ａを介してスタック構造体１１の積層した固体電解質型燃料電池ユニット１間に位置する集電体１５に空気が流れた後、排出口４６ｂとして機能する４組のガス分配部４６の間の４箇所の切れ目及びガス排出部１２ｂを通して排気され、一方、フランジ１３の導入配管１３ａを通して供給される燃料ガスは、図１２に示すように、固体電解質型燃料電池ユニット１の各ガス導入孔２１（３１）を通してセル板２及びセパレータ板３間に形成される各空間Ｓ内に導入され、上記空間Ｓ内を点線で示す経路で流れた後、各ガス排出孔２２（３２）及びフランジ１４の排気配管１４ａを通して排気される。
【００９１】
図１２では、セル板２及びセパレータ板３の各中心近傍に位置するガス排出孔２２（３２）が、セル板２及びセパレータ板３の各中心と４組のガス分配部４６により形成された排出口４６ｂとを結ぶ線上に位置している場合を示しているが、これに限定されるものではなく、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、ガス排出孔２２（３２）と排出口４６ｂとを適宜角度をもってずらして配置してもよい。
【００９２】
また、上記した実施例では、ガス分配部１６を２組（或いは、ガス分配部４６を４組）設置した場合を示したが、図１４に示すように、積層方向配管５６Ａ及び周回配管５６Ｂを有するガス分配部５６を１組だけ設ける構成としてもよく、この場合、ガス分配部５６の周回配管５６Ｂにより形成される排出口５６ｂは１箇所だけになるが、周回配管５６Ｂと固体電解質型燃料電池ユニット１の外周縁部との間に設置する絶縁材１８を適宜部位で間引いて適宜数の排出口５６ｂを形成すればよい。
【００９３】
さらに、図１５に示すように、ガス分配部６６を２組設置したうえで噴出孔６６ａの数を４個としたり、図１６に示すように、ガス分配部７６を２組設置したうえで２箇所に複数の噴出孔７６ａを集中して配置して、これらの噴出孔７６ａから固体電解質型燃料電池ユニット１の中心に対して角度をもって他方のガスを噴出させるようにしたりしてもよいほか、図１７に示すように、ガス分配部８６の周回配管８６Ｂをスタック構造体１１に巻き付く螺旋状をなすものとしてもよい。
【００９４】
図１８及び図１９は、本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示している。図１８に部分的に示すように、この燃料電池１０において、ガス分配部９６は、ガス導入部１２ａと連通する導入配管９６Ａと、スタック構造体１１のほぼ四分の一周をカバーし得る湾曲状を成してその上端中央に該導入配管９６Ａを接続させた壁体９６Ｃを具備しており、この壁体９６Ｃ内には、図１９に示すように、導入配管９６Ａと連通して複数の固体電解質型燃料電池ユニット１間にそれぞれ対応する複数の周回流路９６Ｂが形成してあって、これらの周回流路９６Ｂ上に複数の噴出孔９６ａが配置してある。
【００９５】
この場合、壁体９６Ｃに、固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部と移動可能に係合する凹凸９７ｂを有する絶縁充填材９７を設けることにより、固体電解質型燃料電池ユニット１間の間隔及び絶縁の確保、並びに、噴出孔９６ａからユニット中央までのガスの整流を行うようにしている。この絶縁充填材９７は、絶縁性耐熱セメントを壁体９６Ｃのスタック構造体１１と対向する面に塗布して焼成して成っており、凹凸９７ｂ及び噴出孔９６ａと連通するノズル孔９７ａは機械加工により形成するようにしている。
【００９６】
この燃料電池１０において、ガス分配部９６が、導入配管９６Ａと、複数の周回流路９６Ｂを有する壁体９６Ｃを具備した構成としているので、積層した固体電解質型燃料電池ユニット１間に他方のガスを導入する部品の作成や組み立てが容易になる。
【００９７】
なお、この実施例では、壁体９６Ｃ内の複数の周回流路９６Ｂが、固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部に対して平行を成している場合を示したが、複数の周回流路９６Ｂは、斜めに形成したり、垂直に形成したり、或いは、図２０に示すように、隣接する周回流路９６Ｂ同士を適宜位置で連通させたりすることが可能であり、このように、複数の周回流路９６Ｂをスタック構造体１１の熱分布に合わせて自由に設定することができるので、すなわち、スタック構造体１１の熱分布に合わせて他方のガスの供給量及び供給方向の制御を行い得るので、燃料電池１０全体の温度バランスが取り易くなる。
【００９８】
加えて、図２０（ｂ）に示すように、ガス導入部１２ａと連通する導入配管９６Ａを壁体９６Ｃのユニット積層方向の中央付近に接続して壁体９６Ａの中央から優先的にガスを導入したり、導入配管９６Ａを壁体９６Ａのユニット積層方向の上下端部に接続して壁体９６Ａの上下端部から優先的にガスを導入したりすることもできる。
【００９９】
例えば、連続運転時において、スタック構造体１１の積層方向中段部分は放熱効率がよくないため、上下端部よりも温度が上昇する場合があるが、単セル部分よりも温度が低い他方のガスを壁体９６Ｃの中央から優先的に導入するように成せば、ユニット積層方向の温度分布を容易に調整し得ることとなり、その結果、固体電解質型燃料電池ユニット１の発電出力や内部抵抗のばらつきが少なくなって、スタック構造体１１全体の出力損失を低減し得ることとなる。
【０１００】
図２１は、本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示している。図２１に示すように、この燃料電池１０において、ガス分配部１０６は、２分割されたケース１１２の壁部に一体で形成されてガス導入部と連通する壁体１０６Ｃを具備しており、この壁体１０６Ｃ内には、複数の固体電解質型燃料電池ユニット１間にそれぞれ対応する複数の周回流路１０６Ｂが形成してあって、これらの周回流路１０６Ｂ上に複数の噴出孔１０６ａが設置してある。
【０１０１】
そして、２分割されたケース１１２同士を接合した段階において、スタック構造体１０を間にして互いに対向するガス分配部１０６の壁体１０６Ｃの間が、すなわち、壁体１０６Ｃ間の切れ目が、排出口（図示省略）として機能するようにしている。
【０１０２】
この場合も、壁体１０６Ｃに、固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部と移動可能に係合する凹凸１０７ｂを有する絶縁充填材１０７を設けることにより、固体電解質型燃料電池ユニット１間の間隔及び絶縁の確保、並びに、噴出孔１０６ａからユニット中央までのガスの整流を行うようにしている。この絶縁充填材１０７は、絶縁性セラミックスペーストを壁体１０６Ｃのスタック構造体１１と対向する面に塗布して焼成して成っており、凹凸１０７ｂ及び噴出孔１０６ａと連通するノズル孔１０７ａは機械加工により形成するようにしている。
【０１０３】
この燃料電池１０において、２分割されたケース１１２の壁部にガス分配部１０６の壁体１０６Ｃを一体で形成した構成としているので、組み立て作業性が向上することとなる。
【０１０４】
図２２は、本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示している。図２２に示すように、この燃料電池１０において、ガス分配部１１６は、ガス導入部と連通してスタック構造体１１の周囲に位置する湾曲状を成す壁体１１６Ｃを具備している。この壁体１１６Ｃは、複数の固体電解質型燃料電池ユニット１間にそれぞれ対応する複数の周回流路１１６Ｂを有するベースプレート１１６ｃと、固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部と移動可能に係合する波板１１６ｄとをろう付けにより接合して成っており、波板１１６ｄの固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部間に嵌まり込む凸部分に複数の噴出孔１０６ａが設置してある。
【０１０５】
この場合も、壁体１１６Ｃの波板１１６ｄにおける表面に、固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部と移動可能に接触する絶縁充填材１１７を設けることにより、固体電解質型燃料電池ユニット１間の絶縁の確保、並びに、噴出孔１１６ａからユニット中央までのガスの整流を行うようにしている。
【０１０６】
この絶縁充填材１１７は、絶縁性セラミックスを含む溶液の波板１１６ｄの表面に対するスプレー塗布及び乾燥を数回繰り返して焼成して成っており、噴出孔１１６ａと連通するノズル孔１１７ａは機械加工により形成するようにしている。なお、絶縁充填材１１７として、セラミックス繊維などの耐熱繊維で形成された布職布を用いてもよく、この場合には、この布職布を波板１１６ｄと固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部との間に挟んで設置する。
る。
【０１０７】
この燃料電池１０において、ガス分配部１１６が、複数の周回流路１１６Ｂを有するベースプレート１１６ｃと、固体電解質型燃料電池ユニット１の各外縁部と移動可能に係合する波板１１６ｄとを接合して成る壁体１１６Ｃを具備した構成としているので、積層した固体電解質型燃料電池ユニット１間に他方のガスを導入する部品の作成や組み立てが容易になる。
【０１０８】
上記した各実施例では、本発明をいずれも円形の固体電解質型燃料電池ユニット１を積層して成るスタック構造体１１に適用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、図２３に示すように、四角形の固体電解質型燃料電池ユニット１Ａを積層して成るスタック構造体１１Ａに対しても本発明を適用可能であり、この際、噴出孔１２６ａを有する壁体１２６Ｃを具備したガス分配部１２６をスタック構造体１１Ａの周囲の４箇所に配置して、これらの壁体１２６Ｃの境目を排出口１２６ｂとして機能させる。
【０１０９】
また、図２４に示すように、六角形の固体電解質型燃料電池ユニット１Ｂを積層して成るスタック構造体１１Ｂに対しても本発明を適用可能であり、この際、積層方向配管１３６Ａと噴出孔１３６ａを有する壁体１３６Ｃを具備したガス分配部１３６をスタック構造体１１Ｂの周囲の６箇所に配置して、これらの壁体１３６Ｃの境目を排出口１３６ｂとして機能させる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の燃料電池の一実施例を示す平面説明図（ａ）及び図１（ａ）Ａ−Ａ線位置に基づく断面説明図である。（実施例１）
【図２】図１における燃料電池のスタック構造体の全体斜視説明図である。（実施例１）
【図３】図１の燃料電池の部分縦断面説明図（ａ）及び（ｂ）である。（実施例１）
【図４】図１の燃料電池のスタック構造体の組み立て要領説明図である。（実施例１）
【図５】図１における燃料電池のスタック構造体を構成する固体電解質型燃料電池ユニットの分解斜視説明図である。（実施例１）
【図６】図５の固体電解質型燃料電池ユニットの部分縦断面説明図である。（実施例１）
【図７】図５の固体電解質型燃料電池ユニットにおける単セルの配置パターンを示すセル板の平面説明図である。（実施例１）
【図８】図１における燃料電池のスタック構造体を構成する固体電解質型燃料電池ユニットの他の構成例を示す部分縦断面説明図である。
【図９】図１における燃料電池のスタック構造体を構成する固体電解質型燃料電池ユニットの単セルの他の配置パターンを示すセル板の平面説明図（ａ）及び（ｂ）である。
【図１０】図１における燃料電池のガス分配部の変形例を示すスタック構造体の全体斜視説明図である。
【図１１】本発明の燃料電池の他の実施例を示すスタック構造体のユニット間における断面説明図である。（実施例２）
【図１２】図１１における燃料電池のスタック構造体のユニット内のガスの流れのパターンを示す断面説明図である。（実施例２）
【図１３】図１１におけるスタック構造体のユニット内のガスの流れの他のパターンを示す断面説明図（ａ）及び（ｂ）である。（実施例２）
【図１４】図１における燃料電池のガス分配部の変形例を示すスタック構造体のユニット間の断面説明図である。
【図１５】図１における燃料電池のガス分配部の他の変形例を示すスタック構造体のユニット間の断面説明図である。
【図１６】図１における燃料電池のガス分配部のさらに他の変形例を示すスタック構造体のユニット間の断面説明図である。
【図１７】図１における燃料電池のガス分配部のさらに他の変形例を示すスタック構造体の全体斜視説明図である。
【図１８】本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示すガス分配部の拡大斜視説明図である。（実施例３）
【図１９】図１８における燃料電池の部分縦断面説明図である。（実施例３）
【図２０】図１８における燃料電池の他の構成例を示す拡大斜視説明図（ａ）及び（ｂ）である。
【図２１】本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示す部分縦断面説明図である。（実施例４）
【図２２】本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示す部分縦断面説明図である。（実施例５）
【図２３】本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示す部分縦断面説明図である。（実施例６）
【図２４】本発明の燃料電池のさらに他の実施例を示す部分縦断面説明図である。（実施例７）
【符号の説明】
【０１１１】
１     固体電解質型燃料電池ユニット
２     セル板
３     セパレータ板
６   単セル
１０    燃料電池
１１    スタック構造体
１２    ケース
１２ａ  ガス導入部
１２ｂ  ガス排出部
１５，１１５  集電体
１６，４６，５６，６６，７６，８６，９６，１０６，１１６，１２６，１３６  ガス分配部）
１６Ａ，４６Ａ，５６Ａ，６６Ａ，７６Ａ，８６Ａ，９６Ａ，１３６Ａ  積層方向配管
１６Ｂ，４６Ｂ，５６Ｂ，６６Ｂ，７６Ｂ，８６Ｂ  周回配管
１６ａ，４６ａ，５６ａ，６６ａ，７６ａ，９６ａ，１０６ａ，１１６ａ，１２６ａ，１３６ａ  噴出孔
１６ｂ，４６ｂ，５６ｂ，６６ｂ，７６ｂ，１２６ｂ，１３６ｂ  排気口
１８  絶縁材
２１，３１  ガス導入孔
９７，１０７，１１７  絶縁充填材
９６Ｂ，１０６Ｂ，１１６Ｂ  周回流路
９６Ｃ，１０６Ｃ，１１６Ｃ，１２６Ｃ，１３６Ｃ  壁体
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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