以下、本発明に係る平板型の固体酸化物� ��燃料電池の実施形態を、図1~図5を用いて説� ��する。

 本実施形態に係る燃料電池は、図1および 図2に示すように、円板状の固体電解質11の一 方の表面に燃料極層12が形成されるとともに� ��他方の表面に酸化剤極層13が形成された発� �セル16を、板厚方向にセパレータ2を介して� �数積層するとともに、このセパレータ2と燃� ��極層12との間に燃料極集電体14を、セパレー タ2と酸化剤極層13との間に酸化剤極集電体15� ��それぞれ配設した概観視略矩形柱状の平板� ��層形燃料電池スタック10を有して構成され� �いる。

 この固体電解質11は、組成式La _1-x Sr _x Ga _1-y Mg _y O ₃ (X=0.05~0.3、Y=0.025~0.3)、またはLa _1-x Sr _x Ga _1-y-z Mg _y Co _z O ₃ (X=0.05~0.3、Y=0~0.29、Z=0.01~0.3、Y+Z=0.025~0.3)で表� �れる円形平板状のランタンガレート系セラ� �ックスからなる。

 上記燃料極層12は、Ni等の金属あるいはNi-YSZ 、Ni-SDC、Ni-GDC等のサーメットによって形成さ れ、酸化剤極層13は、LaMnO ₃ 、LaCoO ₃ 、SrCoO ₃ 等によって形成されている。

 また、燃料極集電体14は、Niなどのスポン ジ状の多孔質焼結金属板で円形平板状に構成 され、酸化剤極集電体15はAg等のスポンジ状� �多孔質焼結金属板で円形平板状に構成され� �いる。これらの集電体14および15は、それぞ� ��固体電解質11よりも一回り小さく形成され� �いる。

 このようにして、固体電解質11は、燃料� �集電体14と酸化剤極集電体15とによって挟ま� ��て配置されるとともに、集電体14および15の 外周縁から全周に亘って半径の3/100以上20/100� ��下が外方に突き出して配置されている。

 これは、この突き出し部分11aが固体電解� ��11の半径の3/100未満では、固体電解質11の外� ��部が変形することによって亀裂の入らない� ��度に熱応力を緩和させることができないた� ��であり、突き出し部分11aが固体電解質11の� �径の20/100を超えると、発電セル16と集電体14� ��よび15との電気的接触面が必要以上に狭く� �って酸化剤ガスと燃料ガスとの反応により� �られる電力量が著しく低下してしまうため� �ある。

 上記セパレータ2は、厚さ数mmの略方形状� ��ステンレス製の板材で構成されており、上� ��した発電セル16および各集電体14、15が積層� ��れる中央部のセパレータ本体20と、このセ� �レータ本体20より面方向に延設されて、当セ パレータ本体20の対向縁部を2箇所で支持する 一対のセパレータアーム21、22とで構成され� �いる。

 そして、セパレータ本体20は、集電体14、 15を介して発電セル16間を電気的に接続する� �ともに、発電セル16に対して反応用ガスを供 給する機能を有し、その内部に燃料ガスをセ パレータ2の縁部から導入してセパレータ2の� ��料極集電体14に対向する面の中心部の吐出� �2xから噴出させる燃料ガス通路23と、酸化剤� ��スをセパレータ2の縁部から導入してセパレ ータ2の酸化剤極集電体15に対向する面の中心 部の吐出口2yから噴出させる酸化剤ガス通路2 4とを有する。

 また、各セパレータアーム21、22は、それぞ れセパレータ本体20の外周辺に沿って僅かな� ��間を持って対向角隅部に延設される細長帯� ��として積層方向に可撓性を持たせた構造と� ��れると共に、これらセパレータアーム21、22 の端部26、27に板厚方向に貫通する一対のガ� �孔28x、28yが設けてある。
 一方のガス孔28xはセパレータ2の燃料ガス通 路23に連通し、他方のガス孔28yはセパレータ2 の酸化剤ガス通路24に連通し、各々のガス孔2 8x、28yからこれらのガス通路23、24を通して各 発電セル16の各電極12、13面に燃料ガスや酸化 剤ガスを供給するようになっている。

 そして、各セパレータ2の本体20間にそれ� ��れ発電セル16および集電体14、15を介在させ� ��とともに、各セパレータ2のガス孔28x、28y間 に各々絶縁性のマニホールドリング29x、29yを 介在させることによって、ガス孔28xおよびマ ニホールドリング29xによって構成された燃料 ガスマニホールドと、ガス孔28yおよびマニホ ールドリング29yによって構成された空気マニ ホールドとを有する外観視略矩形柱状の燃料 電池スタック10が構成される。

 この燃料電池スタック10の上部および下� �には、図3Aおよび図3Bに示すように、セパレ� ��タ2より外法の大きいフランジ3が設けられ� �おり、これらのフランジ3のマニホールドに� ��応する2箇所には、それぞれ2本ずつボルト31 が挿通されて、その両端部にナット32が螺合� ��れている。このフランジ3と、両端部にナッ ト32を螺合したボルト31とによって、上述の� �ニホールドリング29x、29yを介装したマニホ� �ルドのガスシール性が担保されている。

 そして、上部のフランジ3には、中央部に 発電セル16の外法より大きい穴30が設けられ� �おり、この穴30には、最上段のセパレータ2� �に載置された発電セル16と略同一の大きさの 錘39が配置されている。この錘39により、集� �体14、15に挟まれた発電セル16とセパレータ2� ��の相互密着性が担保されている。

 このようにして構成された燃料電池スタ� ��ク10は、4枚の側板からなる矩形筒体と天板� ��底板とを有する内部缶体5内の中央部に、架 台51に載置された状態で、平面的に縦横方向� ��複数行(本実施形態においては2行)複数列(本 実施形態においては2列)に並べて多数配置さ� ��、上下高さ方向にも複数(本実施形態におい ては4個)配置されている。また、各燃料電池� ��タック10は、燃料ガスマニホールドに燃料� �スを改質した改質ガスを供給する燃料ガス� �給ラインが接続されるとともに、空気マニ� �ールドに酸素などの酸化剤ガスを供給する� �化剤ガス供給ラインが接続されて、発電時� �酸化剤ガスと改質ガスとの反応によって生� �される反応生成ガスや未反応ガスをそのま� �外部に放出するシールレス構造が採用され� �おり、これらの放出された未反応ガスの燃� �熱等で内部缶体5内は発電に必要な温度を保� ��るようになっている。

 さらに、この内部缶体5は、その外周が断 熱材50で覆われており、内部缶体5内あるいは その近傍には、上述の燃料ガス供給ラインに 介装された水蒸気発生器(図示を略す)、燃料� ��交換器62や改質器61が配設されているととも に、酸化剤ガス供給ラインに介装された空気 熱交換器72が配設されている。そして、内部� ��体5の各側板には、それぞれ起動時に内部温 度を上昇させる赤外線バーナ55が配置されて� ��る。これによって、燃料電池は、燃料ガス� ��ニホールドに供給された改質ガスが各スタ� ��ク10の発電セル16の燃料極層12に、空気マニ� ��ールドに供給された酸化剤ガスが各スタッ� ��1の発電セル16の酸化剤極層13にそれぞれ供� �されるようになっている。

 本実施形態の平板型の固体酸化物形燃料� ��池によれば、固体電解質11は、燃料極集電� �14および酸化剤極集電体15の外周縁から全周� ��亘って半径の3/100以上20/100以下が外方に突� �出して配置されているため、この突き出し� �分11aが集電体14および15により拘束されるこ� ��なく変形することによって発電時の引っ張� ��応力などの応力を緩和できる。従って、こ� ��ら応力の作用によって固体電解質11の外周� �から亀裂が入ることを抑制できる。