(57)【要約】      （修正有）【課題】固体酸化物形燃料電池としての出力電力を略同一とする固体酸化物形燃料電池セルスタックを提供する。【解決手段】固体酸化物からなる電解質層の表裏面に燃料極と空気極を配設してなるセル１００と、導電性を有するセパレータとを交互に積層した固体酸化物形燃料電池セルスタック１０において、複数の前記セル１００が前記セパレータの一面に当接する。前記セパレータは、カソード板状部材２００とアノード板状部材３００とで構成される。【選択図】  図１
2007317594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物からなる電解質層の表裏面に燃料極と空気極を配設してなるセルと、導電性を有するセパレータとを交互に積層した固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
複数の前記セルが同一の前記セパレータの一面に当接する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項２】
請求項１に記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、さらに、
前記セパレータの間に配置され、貫通孔を有する絶縁部材を備え、
前記セパレータは、貫通孔と、この貫通孔内に一端が開口し、前記セルと当接する領域内に他端が開口する流路とを有し、
積層された前記絶縁部材の貫通孔と前記セパレータの貫通孔とが互いに接続されて、マニホールドを形成する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項３】
請求項２に記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
前記絶縁部材は、２つの前記セパレータの間で複数積層される
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項４】
請求項２または３に記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、さらに、
前記セパレータの一面に当接する複数のセルは、前記セパレータの貫通孔に関して対称に配置されている
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
前記セパレータは、アノード側板状部材とカソード側板状部材とから構成され、
前記流路は、前記アノード側板状部材と前記カソード側板状部材との互いに対向する面の少なくとも一方に溝を設けることにより形成される
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
前記セパレータは、連結用貫通孔を有し、
この連結用貫通孔に嵌入される絶縁体からなる連結部材によって互いに連結され、
この連結部材は、大径部と小径部とを有し、前記大径部の上面に隣接する連結部材の小径部が係入される
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
前記セルは、平板型または円板型の形状である
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
前記セルの空気極は、ステンレス系の金属不織布、この金属不織布の焼結体およびステンレス系のメッシュの少なくともいずれか１つを介して前記セパレータと当接する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、
前記セルの燃料極は、Ｎｉ系金属の発泡体、Ｎｉ系金属の不織布およびＮｉ系金属のメッシュの少なくともいずれか１つを介して前記セパレータと当接する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、さらに、
積層された前記セルと前記セパレータとをその積層方向に押圧する押圧手段を有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池セルスタックを有することを特徴とする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、固体酸化物形燃料電池単セルをセパレータを介して複数個接続する固体酸化物形燃料電池スタックおよび固体酸化物形燃料電池に関する。より具体的には、単セルの空気極とセパレータとを接続する技術に関し、特に、セパレータの材料として金属を用いる固体酸化物形燃料電池セルスタックおよび固体酸化物形燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）の低温作動化が進み、平板型の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの開発が盛んに行われている。特に、平面セルまたは平板型セルと呼ばれるセルを用いたセルスタックは、酸化剤ガスや燃料ガスの供給・排気を行うマニホールドをセルスタックの側面に設ける外部マニホールド方式と、このマニホールドをセパレータに持たせた内部マニホールド方式とに大きく分かれ、様々な形式が提案されている。
【０００３】
いずれの方式においても、積層された各セルに酸化剤ガスや燃料ガスを供給して、発電電流を取り出すことが可能である。このとき、１セル当たりの出力電力は１〜１０Ｗ程度（出力電圧は高々１Ｖ程度）であるため、上述したいずれの方式においても、実用上固体酸化物形燃料電池として必要な出力電力に合わせ、セルを直列に接続したものを並列に接続する必要がある。
【０００４】
このうち、外部マニホールド方式としては、例えば、モノリスと呼ばれる方式や、外部に設置した酸化剤ガスや燃料ガスのマニホールドと、セルを格納する溝等で形成されるセルホルダの上下に配置されるセパレータとを管などで接続し、酸化剤ガスや燃料ガスを供給・排出することを特徴としている方式がある。
【０００５】
しかしながら、外部マニホールド方式を用いる場合、マニホールドとセパレータとを何らかの手段で接合しなければならない。例えば、モノリス型では、積層したセルホルダおよびセパレータとの間を絶縁部材を介して接合する必要がある。また、マニホールドとセパレータとの間を管などで接続する場合、管とマニホールドとを接続するとともに管とセパレータとを接合する必要がある。この場合、管にセラミックなどの絶縁材料を用い、マニホールドおよびセパレータに金属材料を用いると、異種金属の接合になるため、熱膨張率の違いまたは使用する接合剤によってガスのシール性が損なわれ、管とマニホールドとの接合部あるいは管とセパレータとの接合部からガスが漏れることが十分に考えられる。また、管の材料を金属とし、マニホールドおよびセパレータにも金属材料を用いる場合、その接合方法としては溶接やロウ付けが用いられる。しかしながら、外部マニホールド方式のいずれにおいても、部品点数が多くなり、それら全ての材料を個々に加工する必要がある。その結果、このような加工に関わる費用によりセルスタックの製造コストが上昇してしまう。
【０００６】
一方、内部マニホールド方式としては、セルホルダやセパレータに酸化剤ガスや燃料ガスのマニホールドを形成し、セルホルダやセパレータ間を適当にシールしつつ積層することで、各セルホルダやセパレータのマニホールドを接続してマニホールド全体を形成することを特徴としているものがある（非特許文献１）。
この内部マニホールド方式では、同一の部材にセルホルダとマニホールド、またはセパレータとマニホールドを同時に加工できるため、外部マニホールド方式に比べて部品点数および加工に関わる費用の点で優位性があると考えられる。  
【０００７】
【非特許文献１】田川博章、「固体酸化物形燃料電池と地球環境」、アグネス承風社、１９９８年、ｐ．２６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したいずれの方式においても、セルを直列に接続したものを並列に接続する必要があるため、各セルに出力電力のばらつきがあると、固体酸化物形燃料電池の出力電力のばらつきとなり、固体酸化物形燃料電池を管理する上で障害となる。
【０００９】
また、内部マニホールド方式のセルスタックでは、アノード板状部材、カソード板状部材およびセルホルダを貫通する孔によってマニホールドを構成するため、その構成による隙間から燃料ガスおよび酸化剤ガスが漏洩する可能性が高い。そのため、その隙間をシールして燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏洩を防ぐ必要があるが、外部マニホールド方式に比べ、シールする箇所は多くなる。シールする箇所が多くなると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏洩を防止する性能、いわゆるシール性能が低下してしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、固体酸化物形燃料電池としての出力電力を略同一とする固体酸化物形燃料電池セルスタックを提供することを目的とする。
また、本発明は、シール性能の低下を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、固体酸化物からなる電解質層の表裏面に燃料極と空気極を配設してなるセルと、導電性を有するセパレータとを交互に積層した固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、複数の前記セルが同一の前記セパレータの一面に当接することを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記セパレータの間に配置され、貫通孔を有する絶縁部材を備え、前記セパレータは、貫通孔と、この貫通孔内に一端が開口し、前記セルと当接する領域内に他端が開口する流路とを有し、積層された前記絶縁部材の貫通孔と前記セパレータの貫通孔とが互いに接続されて、マニホールドを形成してもよい。また、前記絶縁部材は、２つの前記セパレータの間で複数積層してもよい。また、前記セパレータの一面に当接する複数のセルは、前記セパレータの貫通孔に関して対称に配置されてもよい。また、前記セパレータは、アノード側板状部材とカソード側板状部材とから構成され、前記流路は、前記アノード側板状部材と前記カソード側板状部材との互いに対向する面の少なくとも一方に溝を設けることにより形成されてもよい。
【００１３】
さらに、前記セパレータは、連結用貫通孔を有し、この連結用貫通孔に嵌入される絶縁体からなる連結部材によって互いに連結され、この連結部材は、大径部と小径部とを有し、前記大径部の上面に隣接する連結部材の小径部が係入されてもよい。また、前記セルは、平板型または円板型の形状としてもよい。また、前記セルの空気極は、ステンレス系の金属不織布、この金属不織布の焼結体およびステンレス系のメッシュの少なくともいずれか１つを介して前記セパレータと当接してもよい。また、前記セルの燃料極は、Ｎｉ系金属の発泡体、Ｎｉ系金属の不織布およびＮｉ系金属のメッシュの少なくともいずれか１つを介して前記セパレータと当接してもよい。さらに、積層された前記セルと前記セパレータとをその積層方向に押圧する押圧手段を有してもよい。
【００１４】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、上述したような固体酸化物形燃料電池セルスタックを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、同時に１つのセパレータの１面で２つのセルと当接することで、同一セパレータ上のセル同士の電圧ばらつき防止する。その結果、固体酸化物形燃料電池としての出力電力を略同一とすることができる。
また、内部マニホールド方式を採用するとともに、同一セパレータ上のセルに対するマニホールドを共通化することで、シールする箇所を半減し、シール性能の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態にかかるセルスタックついて詳細に説明する。
図１は、本実施の形態にかかるセルスタック１０の構成を示す俯瞰図、図２はセルスタック１０の側面図である。
図１に示すように、セルスタック１０は、円板形のセル１００と、セパレータを構成するカソード板状部材２００及びアノード板状部材３００と、例えばＮｉ系金属の発泡体、Ｎｉ系金属の不織布またはＮｉ系金属のメッシュ部材であるアノード集電部材４００と、例えばステンレス系の金属不織布、この金属不織布の焼結体またはステンレス系のメッシュ部材であるカソード集電部材５００と、セパレータが有する燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド及び燃料ガス排気マニホールドそれぞれと対応する貫通孔を有するマニホールド絶縁部材６００と、大径部と小径部とを有する位置決め絶縁部材７００とから構成される。
【００１７】
セル１００は、図３（ａ）に示すように、燃料極１０２、電解質層１０１、空気極１０３の順に、薄い電解質層１０１および空気極１０３が厚い燃料極１０２の基板によって構造的に支えられた電解質層支持型の構造である。
【００１８】
電解質層１０１の材質としては、電子を通さず、酸素イオンの伝導特性が高いセラミック材料、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）に酸化スカンジウム（Ｓｃ2Ｏ3）を添加したＳｃＳＺ、このＳｃＳＺにさらに酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3）を添加したＳＡＳＺや、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）に酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を添加したＹＳＺなどのジルコニア材料が用いらる。
【００１９】
燃料極１０２の材質としては、電子導電性を有する酸化物あるいは貴金属、例えばニッケル（Ｎｉ）−ＹＳＺサーメット、Ｐｔ等の材料が用いられる。
空気極１０３の材質としては、高温酸化雰囲気下で安定で、触媒能が高く、かつ高い電子導電性を有する酸化物あるいは金属、例えば銀（Ａｇ）や白金（Ｐｔ）、電気伝導性酸化物であるＳｒ添加ランタンマンガナイト（（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3、ＬＳＭ）やランタンニッケル鉄酸化物（Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ）Ｏ3、ＬＮＦ）などの材料が用いられる。
【００２０】
このように、セル１００は、固体酸化物形からなる電解質層１０１の表裏面に燃料極１０２と空気極１０３とを配設した構成をしている。
なお、本実施の形態においては、形状が平板型のセル１００でもよいし、図３（ｂ）に示すように、薄い電解質層１０１および空気極１０３が厚い燃料極１０２を基板として構造的に支えられた燃料極支持型のセル１００を用いてもよいことは言うまでもない。特に、燃料極支持型のセル１００を用いる場合、酸化剤ガス等が燃料極１０２と接触しないようにするため、電解質層１０１まで達するまでシール材をシールする必要がある。
【００２１】
また、セパレータは、例えばＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレスからなる導電性を有する部材である。図１に示すように、燃料ガスを燃料極１０２に供給する燃料極供給マニホールドと、酸化剤ガスを空気極１０３に供給する空気極供給マニホールドと、燃料ガスの排ガスおよび未反応の燃料ガスを燃料極１０２から排出する燃料ガス排出マニホールドとを有し、２つのセル１００の燃料極１０２と当接するアノード板状部材３００と、２つのセル１００の空気極１０３と当接するカソード板状部材２００とから構成される。
【００２２】
燃料極１０２と当接するアノード板状部材３００の面３００ａとその裏面である面３００ｂとをそれぞれ図４（ａ）と図４（ｂ）に示す。
図４（ａ）に示すように、面３００ａには、燃料ガス供給マニホールドを形成する第１の燃料ガス供給マニホールド孔３０１と、酸化剤ガス供給マニホールドを形成する第１の酸化剤ガス供給マニホールド孔３０２と、燃料ガス排出マニホールドを形成する第１の燃料ガス排出マニホールド孔３０３とが、アノード板状部材３００の中央に設けられている。
【００２３】
さらに、面３００ａには、メッシュ状に形成されたアノード集電部材４００を介して燃料極１０２と当接し、セル１００を収容する溝であるセルホルダ３０４が、アノード板状部材３００の中央に関して対称に２箇所設けられている。これらセルホルダ３０４内には、燃料ガス供給孔３０５と燃料ガス排出孔３０６とが設けられている。互いの燃料ガス供給孔３０５は、第１の燃料ガス供給マニホールド孔３０１に関して対称に、また、互いの燃料ガス排出孔３０６は、第１の燃料ガス排出マニホールド孔３０３に関して対称にそれぞれ設けられている。
【００２４】
また、後述する位置合わせ絶縁部材７００を固定する固定孔３０７は、アノード板状部材３００の四隅にそれぞれ設けられている。
なお、固定孔３０７は、アノード板状部材３００の四隅にそれぞれ設けられているが、固定孔３０７の位置および個数を限定するものではなく、例えば、アノード板状部材３００の四隅の他に、四隅の中間点それぞれにも固定孔３０７を設ける等、任意に設計してよいことはいうまでもない。
【００２５】
一方、図４（ｂ）に示すように、面３００ｂには、面３００ａに形成された貫通孔、具体的には、第１の燃料ガス供給マニホールド孔３０１と、第１の酸化剤ガス供給マニホールド孔３０２と、第１の燃料ガス排出マニホールド孔３０３と、燃料ガス供給孔３０５と、燃料ガス排出孔３０６と、固定孔３０７とに対応する孔がそれぞれ形成されている。
【００２６】
次に、空気極１０３と当接するカソード板状部材２００の面２００ｂとその裏面である面２００ａとをそれぞれ図５（ｂ）と図５（ａ）とに示す。
図５（ａ）に示すように、面２００ａには、アノード板状部材３００の面３００ｂと接合した場合に、第１の燃料ガス供給マニホールド孔３０１に接続する第２の燃料ガス供給マニホールド孔２０１と、第１の酸化剤ガス供給マニホールド孔３０２に接続する第２の酸化剤ガス供給マニホールド孔２０２と、第１の燃料ガス排出マニホールド孔３０３と接続する第２の燃料ガス排出マニホールド孔２０３と、固定孔３０７と接続する固定孔２０８とが設けられている。
【００２７】
さらに、面２００ａには、一端を第２の燃料ガス供給マニホールド孔２０１に接続する溝である燃料ガス供給溝２０４と、一端を第２の酸化剤ガス供給マニホールド孔２０２に接続する溝である酸化剤ガス供給溝２０５と、一端を第２の燃料ガス排気マニホールド孔２０３に接続する溝である燃料ガス排気溝２０６とがそれぞれ２箇所設けられている。
アノード板状部材３００の面３００ｂと当接した場合に、各燃料ガス供給溝２０４の他端は燃料ガス供給孔３０５に、また、各燃料ガス排気溝２０６の他端は燃料ガス排出孔３０６にそれぞれ接続する。
また、各酸化剤ガス供給溝２０５の他端には、酸化剤ガス供給孔２０７が設けられている。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、面２００ｂには、面２００ａに形成された貫通孔、具体的には、第２の燃料ガス供給マニホールド孔２０１と、第２の酸化剤ガス供給マニホールド孔２０２と、第２の燃料ガス排出マニホールド孔２０３と、酸化剤ガス供給孔２０７と、固定孔２０８とに対応する孔がそれぞれ形成されている。
【００２９】
さらに、面２００ｂには、空気極１０３と当接し、面２００ｂから突出した突出台２０９が、カソード板状部材２００の中央に関して対称に２箇所設けられている。この突出台２０９により、隣接するセパレータと電気的に短絡することを防ぐことはもとより、積層する際の荷重を効率よくかけることができるので、より電気的に接続されたセルスタック１０を構成することができる。
さらに、この突出台２０９上には、酸化剤ガス供給孔２０７と、一端がこの酸化剤ガス供給孔２０７と接続する溝２１０とが設けられている。この溝２１０により、当接した空気極１０３全体に酸化剤ガスを供給することができる。なお、溝２１０は、必須の構成要素ではないことはいうまでもない。
【００３０】
以上のように構成されたアノード板状部材３００の面３００ｂとカソード板状部材２００の面２００ａとをロウ付け等の方法によって接合することで、１つのセパレータとなる。
その結果、セパレータは、第１の燃料ガス供給マニホールド３０１と第２の燃料ガス供給マニホールド２０１との接合により形成される燃料ガス供給マニホールドと、第１の酸化剤ガス供給マニホールド３０２と第２の酸化剤ガス供給マニホールド２０２との接合により形成される酸化剤ガス供給マニホールドと、第１の燃料ガス排気マニホールド３０３と第２の燃料ガス排気マニホールド２０３との接合により形成される燃料ガス排気マニホールドと、固定孔２０８と固定孔３０７との接合により形成される固定孔と、燃料ガス供給溝２０４と面３００ｂとの接合により形成される燃料ガス供給流路と、酸化剤ガス供給溝２０５と面３００ｂとの接合により形成される酸化剤ガス供給流路と、燃料ガス排気溝２０６と面３００ｂとの接合により形成される燃料ガス排気流路とを有するものとなる。
なお、アノード板状部材３００とカソード板状部材２００とを接合して設けられる貫通孔は、接合後に設けるようにしてもよい。また、燃料ガス供給流路、酸化剤ガス供給流路および燃料ガス排気流路は、カソード板状部材２００に設けられた溝とアノード板状部材３００の面とによって構成されるとしたが、この溝をアノード板状部材３００の面に設けるようにしてもよい。その場合、カソード板状部材２００に設けられた溝はなくてもよい。
【００３１】
また、マニホールド絶縁部材６００は、本発明における絶縁部材に相当し、燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド及び燃料ガス供給マニホールドとそれぞれ接続するため、３つの貫通孔を有している絶縁部材である。
【００３２】
また、位置決め絶縁部材７００は、本発明における連結部材に相当し、大径部と小径部とを有する。
この位置決め絶縁部材７００をセパレータが有する固定孔に嵌入することで、セパレータの位置を固定することができる。また、大径部の上面に隣接する別の位置決め絶縁部材７００の小径部が係入することで、２つの位置決め絶縁部材７００を互いに連結することができる。
【００３３】
以上のように構成されたセル１００とセパレータ（カソード板状部材２００及びアノード板状部材３００）とアノード集電部材４００と、カソード集電部材５００と、マニホールド絶縁部材６００と、位置決め絶縁部材７００とからセルスタック１０は構成される。
具体的には、セル１００の空気極１０３をカソード板状部材２００の各突出台２０９と当接させ、また、マニホールド絶縁部材６００が有する３つの貫通孔それぞれをカソード板状部材２００の第２の燃料ガス供給マニホールド孔２０１、第２の酸化剤ガス供給マニホールド孔２０２及び第２の燃料ガス排気マニホールド孔２０３に合わせて積層する。ここでは、空気極１０３と各突出台２０９との当接は、カソード集電部材５００を介して行われる。このカソード集電部材５００により、空気極１０３全体に酸化剤ガスを供給することができる。なお、カソード集電部材５００は、必須の構成要素ではないことはいうまでもない。
【００３４】
次に、アノード板状部材３００の面３００ｂとカソード板状部材２００の面２００ａとを接合する。そして、このアノード板状部材３００の各セルホルダ３０４に新たなセル１００の燃料極１０２を当接させ、また、新たなマニホールド絶縁部材６００が有する３つの貫通孔それぞれをアノード板状部材３００の第１の燃料ガス供給マニホールド孔３０１、第１の酸化剤ガス供給マニホールド孔３０２及び第１の燃料ガス排気マニホールド孔３０３に合わせて積層する。ここでは、セルホルダ３０４と燃料極１０２との当接は、アノード集電部材４００を介して行われる。このアノード集電部材４００により、燃料極１０２全体に燃料ガスを供給することができる。なお、アノード集電部材４００を用いず、例えばセルホルダ３０４に溝を設け、燃料極１０２全体に燃料ガスを供給するようにしてもよい。
【００３５】
セパレータの積層後、セパレータが有する固定孔に位置決め絶縁部材７００を嵌入し、セパレータを固定する。また、この位置決め絶縁部材７００の嵌入時には、既に嵌入された位置決め絶縁部材７００の大径部に位置決め絶縁部材７００の小径部が係入され、セルスタック１０が連結される。
【００３６】
同様に、この新たなセル１００の空気極１０３を新たなカソード板状部材２００の各突出台２０９と当接させ、また、マニホールド絶縁部材６００が有する３つの貫通孔それぞれをカソード板状部材２００の第２の燃料ガス供給マニホールド孔２０１、第２の酸化剤ガス供給マニホールド孔２０２及び第２の燃料ガス排気マニホールド孔２０３に合わせて積層する。
【００３７】
このように積層を繰り返すことで、電気的に接続されたセルスタック１０が構成されていく。そして、図示はしないが、セルスタック１０の上端にカソード板状部材４００に相当する板状部材から構成される正極終端セパレータを、また、セルスタック１０の下端にアノード板状部材３００に相当する板状部材から構成される負極終端セパレータを、それぞれ直接または導電性の接続部材を介して接触させることで、セルスタック１０は構成される。このセルスタック１０の正極終端セパレータと負極終端セパレータとを端子として付加回路を構成することにより、セルスタック１０は所定の電圧レベルを発生することができる。
【００３８】
以上により、本実施の形態にかかるセルスタック１０は、同時に１つのセパレータの１面で２つのセル１００と当接することで、同一セパレータ上のセル同士の電圧ばらつき防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池としての出力電力を略同一とすることができる。
また、この出力電力を略同一とする効果は、位置決め絶縁部材７００によってセパレータ間が固定されること、また、燃料ガス供給孔３０１、酸化剤ガス供給孔２０７および燃料ガス排気孔３０２をマニホールドから対称に設け、各セル１００に対し均等にガス供給および排気を行うことから、同一セパレータ上のセル同士の電圧ばらつき防止をより高めることができる。
【００３９】
また、内部マニホールド方式を採用し、さらに、２つのセル１００に対する各ガスのマニホールドを共通化することで、シールする箇所を半減することができ、固体酸化物形燃料電池としてのシール性能の低下を抑えることができる。
さらに、セパレータ間は、セパレータの突出台２０９の高さやマニホールド絶縁部材６００の厚さ、または、セパレータ間での積層したマニホールド絶縁部材６００の数で調節し、隣接するセパレータとの短絡を防ぐことができる。なお、この調節に基づいて、位置決め絶縁部材７００の長さ、または、セパレータ間における位置決め絶縁部材７００の連結した数でセルスタック１０の連結を保つことができることは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施の形態においては、１つのセル１００に対する燃料ガス供給孔３０５、酸化剤ガス供給孔２０７及び燃料ガス排気孔３０６は、各々１つとしたが、設計に応じて複数設けてもよい。
また、本実施の形態においては、燃料ガス供給マニホールドと酸化剤ガス供給マニホールドと燃料ガス排気マニホールドとを有するセルスタック１０を示したが、同様の構成の仕方で、酸化剤ガス排気マニホールドを有するとしてもよい。また、燃料ガス供給マニホールドおよび酸化剤ガス供給マニホールドのみ有するとしてもよい。
また、本実施の形態においては、第１の燃料ガス供給マニホールド孔３０１と、第１の酸化剤ガス供給マニホールド孔３０２と、第１の燃料ガス排出マニホールド孔３０３とが、アノード板状部材３００の中央に設けられているとしたが、例えばアノード板状部材３００の端に設けるなど、設計に応じて任意の位置に設けてもよい。
【００４１】
次に、セルスタック１０の動作手順について図面を参照しながら説明する。
まず、酸化剤ガスの給排気について図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、酸化剤ガスＧ２は、酸化剤ガス供給マニホールドを通り、セパレータが有する酸化剤ガス供給流路から酸化剤ガス供給孔２０７に到達する。そして、酸化剤ガスＧ２は、セル１００の空気極１０３に接触する。
【００４２】
酸化剤ガスＧ２がセル１００の空気極１０３と接触すると、電解質層１０１と空気極１０３の界面では、電極反応に寄与する三層界面が形成され、下記（１）式に示す空気極反応により酸化剤ガス中の酸素と電子が反応して酸素イオンに変わる。そして、この酸素イオンは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の電解質層１０１の内部を移動して燃料極１０２に到達する。
【００４３】
（空気極反応）
1/2Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｏ2-      ・・・（１）
【００４４】
空気極反応によって生成された排ガスＧ２’および未反応の酸化剤ガスＧ２は、セル１００の外縁部等からスタック１０の外部に排出される。
【００４５】
次に、燃料ガスＧ１の給排気について図７（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。
図７（ａ）に示すように、燃料ガスＧ１は、燃料ガス供給マニホールドを通り、セパレータが有する燃料ガス供給流路から燃料極供給孔３０５に到達する。そして、燃料ガスＧ１は、セル１００の燃料極１０２に接触する。
【００４６】
燃料ガスＧ１がセル１００の燃料極１０２と接触すると、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット、Ｐｔ等から形成された燃料極１０２の働きで、空気極１０３から電解質層１０１の内部を通って移動してきた酸素イオンが下記（２）式および（３）式に示す反応により燃料極１０２に供給された水素および一酸化炭素と反応し、水蒸気または二酸化炭素と電子が生成される。そして、燃料極１０２で生成された電子は、外部回路を移動し、空気極１０３に達する。空気極１０３に達した電子は、空気極反応により酸素と反応する。この電子が外部回路を移動する過程で電気エネルギーを出力として取り出すことができる。
【００４７】
（燃料極反応）
Ｈ2 ＋Ｏ2- →Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ2- →ＣＯ2＋２ｅ-  ・・・（３）
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、燃料極反応によって生成された排ガスＧ１’および未反応の燃料ガスＧ１は、燃料ガス排気孔３０６を通り、燃料ガス排気流路から燃料ガス排気マニホールドに排出される。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるセルスタックについて図面を参照しながら説明する。
図８（ａ）は、本実施の形態にかかるセルスタック１０の正面図、また図８（ｂ）はその側面図である。
図８に示すように、第２の実施の形態にかかるセルスタック１０は、第１の実施の形態で示したセルスタック１０にさらに、本発明における押圧手段に相当する押圧部材を有し、この押圧部材は、このセルスタック１０の燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガスマニホールド及び燃料ガス排気マニホールドと接続し各ガスを給排気するガス供給台座２０と、２枚の連結板４０と、この２枚の連結板４０を接続する固定ボルトナット５０とを組合わせたものである。
【００５０】
連結板４０の１枚は、絶縁板３０を介してスタック１０の上端に、もう１枚は、ガス供給台座２０介して連結板４０をスタック１０の下端に配置する。このように配置された連結板４０は、セルスタック１０を挾み、固定ボルトナット５０で固定されている。また、積層された位置決め絶縁部材７００も固定ボルトナット５０によって固定されている。
この固定ボルトナット５０を用いてセルスタック１０をその積層方向に押圧し、セルスタック１０の密着性をより高く保つことができる。
なお、本実施の形態において、押圧部材として固定ボルトナット５０を用いたが、空気バネやセラミックバネ等の押圧機構を代用又は併用するようにしてもよい。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態にかかるセルスタックについて図面を参照しながら説明する。
図９（ａ）は、本実施の形態にかかるセルスタック１０の上面図、また、図９（ｂ）はその正面図である。
図９に示すように、本実施の形態にかかるセルスタック１０は、第１の実施の形態で示したセルスタック１０を複数並列し、さらに、本発明における押圧手段に相当する押圧部材を有し、この押圧部材は、この各セルスタック１０の燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガスマニホールド及び燃料ガス排気マニホールドと接続し各ガスを給排気するガス供給台座２０と、２枚の連結板４０と、この２枚の連結板４０を接続する固定ボルトナット５０とを組合わせたものである。
【００５２】
連結板４０の１枚は、絶縁板３０を介して複数並列したスタック１０の上端に、もう１枚は、ガス供給台座２０を介して連結板４０を複数並列したスタック１０の下端に配置する。このように配置された連結板４０は、セルスタック１０を挾み、固定ボルトナット５０で固定されている。また、積層された位置決め絶縁部材７００も固定ボルトナット５０によって固定されている。
この固定ボルトナット５０を用いて複数並列したセルスタック１０をその積層方向に押圧し、各セルスタック１０の密着性を均一により高く保つことができる。
このようにすることで、並列した各セルスタック１０の密着性を均一により高く保つことができるので、各セルスタック１０の電圧ばらつきを略一定にすることができる。もちろん、空気バネやセラミックバネ等の押圧機構を固定ボルトナット５０の代用又は固定ボルトナット５０との併用に用いてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセルスタックの構成を示す俯瞰図である。
【図２】セルスタックの側面図である。
【図３】セルの構成を示す構成図である。
【図４】アノード板状部材の平面図である。
【図５】カソード板状部材の平面図である。
【図６】酸化剤ガスの給排気を示す図である。
【図７】燃料ガスの給排気を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るセルスタックの構成図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るセルスタックの構成図である
【符号の説明】
【００５４】
１０…セルスタック、２０…ガス供給台座、３０…絶縁板、４０…連結板、５０…固定ボルトナット、１００…セル、１０１…電解質層、１０２…燃料極、１０３…空気極、２００…カソード板状部材、２０１…第２の燃料ガス供給マニホールド孔、２０２…第２の酸化剤ガス供給マニホールド孔、２０３…第２の燃料ガス排出マニホールド孔、２０４…燃料ガス供給溝、２０５…酸化剤ガス供給溝、２０６…燃料ガス排気溝、２０７…酸化剤ガス供給孔、２０８…固定孔、２０９…突出台、２１０…溝、３００…アノード板状部材、３０１…第１の燃料ガス供給マニホールド孔、３０２…第１の酸化剤ガス供給マニホールド孔、３０３…第１の燃料ガス排出マニホールド孔、３０４…セルホルダ、３０５…燃料ガス供給孔、３０６…燃料ガス排出孔、３０７…固定孔、４００…アノード集電部材、５００…カソード集電部材、６００…マニホールド絶縁部材、７００…位置合わせ絶縁部材、Ｇ１…燃料ガス、Ｇ１’…排出ガス、Ｇ２…酸化剤ガス、Ｇ２’…排出ガス。
【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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