；210b-第2互連層。
【具體實施方式】
[0022]接下來，參照附圖對本發明的實施方式的固體氧化物型燃料電池單電池(SOFC)進行說明。
首先，參照圖1至圖12對本發明的第I實施方式的固體氧化物型燃料電池單電池進行說明。
圖1是表示內置有本發明的第I實施方式的固體氧化物型燃料電池單電池的固體氧化物型燃料電池系統的整體構成圖。如該圖1所示，固體氧化物型燃料電池系統I具備燃料電池模塊2、及輔助設備單元4。
[0023]燃料電池模塊2具備殼體6，且在該殼體6內部，介由絕熱材料7而配置有燃料電池單電池收容容器8。在該燃料電池單電池收容容器8內的內部構成有發電室10，在該發電室10之中，多個燃料電池單電池16 (固體氧化物型燃料電池單電池)被配置成同心圓狀，通過這些燃料電池單電池16進行燃料氣體和氧化劑氣體即空氣的發電反應。
[0024]在各燃料電池單電池16的上端部安裝有排氣匯集室18。在各燃料電池單電池16中，未使用于發電反應而殘余的殘余燃料(剩余氣體)匯集在安裝于上端部的排氣匯集室18中，并從設置在該排氣匯集室18的頂面上的多個噴出口流出。所流出的燃料通過在發電室10內未使用于發電而殘余的空氣燃燒，生成排放氣體。
[0025]接下來，輔助設備單元4具備:純水箱26，貯存來自水管等供水源24的水并通過過濾器使其成為純水；及供水裝置即水流量調整單元28 (由電機驅動的“水栗”等)，調整從該純水箱供給的水的流量。此外，輔助設備單元4具備燃料供給裝置即燃料鼓風機38 (由電機驅動的“燃料栗”等)，調整從城市煤氣等燃料供給源30供給的烴類原燃料氣體的流量。
[0026]此外，流經燃料鼓風機38的原燃料氣體介由配置在燃料電池模塊2內的脫硫器36、換熱器34、及電磁閥35而被導入燃料電池單電池收容容器8的內部。脫硫器36以環狀配置在燃料電池單電池收容容器8的周圍，從原燃料氣體去除硫。此外，換熱器34被設置為用于防止在脫硫器36中溫度上升后高溫原燃料氣體直接流入電磁閥35而導致電磁閥35劣化。電磁閥35被設置為用于停止向燃料電池單電池收容容器8內供給原燃料氣體。
[0027]輔助設備單元4具備氧化劑氣體供給裝置即空氣流量調整單元45 (由電機驅動的“空氣鼓風機”等)，調整從空氣供給源40供給的空氣的流量。
[0028]而且，輔助設備單元4中具備溫水制造裝置50，其用于回收來自燃料電池模塊2的排放氣體的熱量。該溫水制造裝置50被供給自來水，該自來水因排放氣體的熱量而成為溫水，并被供給至未圖示的外部的供熱水器的貯熱水箱。
而且，在燃料電池模塊2上連接有電力導出部(電力轉換部)即逆變器54，其用于向外部供給由燃料電池模塊2發出的電力。
[0029]接下來，根據圖2，說明燃料電池單電池收容容器8的內部結構。圖2是燃料電池單電池收容容器的剖面圖。
如圖2所示，在燃料電池單電池收容容器8內的空間中以同心圓狀排列有多個燃料電池單電池16，以包圍其周圍的方式依次以同心圓狀形成有燃料流路即燃料氣體供給流路20、排氣排出流路21、及氧化劑氣體供給流路22。
[0030]首先，如圖2所示，燃料電池單電池收容容器8是大致圓筒狀的密閉容器，在其側面連接有供給發電用的空氣的氧化劑氣體流入口即氧化劑氣體導入管56、及排出排放氣體的排氣排出管58。而且，點火加熱器62從燃料電池單電池收容容器8的上端面突出，用于對從排氣匯集室18流出的殘余燃料進行點火。
[0031]如圖2所示，在燃料電池單電池收容容器8的內部以包圍燃料電池單電池16的周圍的方式，從內側依次配置發電室構成部件即內側圓筒部件64、外側圓筒部件66、內側圓筒容器68、及外側圓筒容器70。上述的燃料氣體供給流路20、排氣排出流路21、及氧化劑氣體供給流路22是分別構成在這些圓筒部件及圓筒容器之間的流路，在相鄰的流路之間進行換熱。此外，燃料電池單電池收容容器8的下端側的開放空間被大致圓形的分散室基底部件72封閉，該分散室基底部件72構成使燃料分散至各燃料電池單電池16的燃料氣體分散室76的底面。
[0032]在排氣排出流路21的下部配置有燃燒催化劑60及用于對其進行加熱的鎧裝加熱器61。
燃燒催化劑60是被填充在比排氣排出管58更上方且在外側圓筒部件66的外周面和內側圓筒容器68的內周面之間的圓環狀的空間的催化劑。沿排氣排出流路21下降的排放氣體通過流經燃燒催化劑60而去除一氧化碳，并從排氣排出管58排出。
鎧裝加熱器61是燃燒催化劑60下方的以包圍外側圓筒部件66的外周面的方式安裝的電加熱器。在固體氧化物型燃料電池裝置I的起動時，通過鎧裝加熱器61通電，從而燃燒催化劑60被加熱至活性溫度。
[0033]內側圓筒容器68的外周面和外側圓筒容器70的內周面之間的圓環狀的空間作為氧化劑氣體供給流路22而發揮功能。此外，在外側圓筒容器70的下部側面連接有氧化劑氣體導入管56，氧化劑氣體供給流路22與氧化劑氣體導入管56連通。
[0034]在第I固定部件63和分散室基底部件72之間構成有燃料氣體分散室76。此外，在分散室基底部件72的中央設置有用于使母線80(圖2)插通的插通管72a。與各燃料電池單電池16電連接的母線80經由該插通管72a而被引出至燃料電池單電池收容容器8的外部。
[0035]以從內側圓筒容器68的頂面垂下的方式安裝有用于噴射發電用的空氣的圓形截面的氧化劑氣體噴射用管74。該氧化劑氣體噴射用管74在內側圓筒容器68的中心軸線上向鉛垂方向延伸，在其周圍的同心圓上配置有各燃料電池單電池16。介由氧化劑氣體供給流路22而供給的空氣從氧化劑氣體噴射用管74的頂端向下方噴射，與第I固定部件63的上面接觸，從而擴散至發電室10內整體。
[0036]燃料氣體分散室76是在第I固定部件63和分散室基底部件72之間構成的圓筒形的具有氣密性的腔室，在其上面豎立有各燃料電池單電池16。安裝在第I固定部件63上面的各燃料電池單電池16內側的燃料極與燃料氣體分散室76的內部連通。各燃料電池單電池16的下端部貫穿第I固定部件63的插通孔而向燃料氣體分散室76的內部突出，各燃料電池單電池16通過粘接而被固定于第I固定部件63。
[0037]如圖2所示，所供給的燃料先沿外側圓筒部件66的內周和中間圓筒部件65的外周之間的空間上升，然后沿內側圓筒部件64的外周和中間圓筒部件65的內周之間的空間下降，經由多個小孔64b而流入燃料氣體分散室76內。流入燃料氣體分散室76的燃料被分配至安裝于燃料氣體分散室76的頂面(第I固定部件63)的各燃料電池單電池16的燃料極。
[0038]而且，向燃料氣體分散室76內突出的各燃料電池單電池16的下端部在燃料氣體分散室76內與母線80電連接，經由插通管72a而向外部導出電力。母線80在燃料氣體分散室76的內部與安裝于各燃料電池單電池16的集電體82電連接。此外，母線80在燃料電池單電池收容容器8的外部與逆變器54(圖1)連接。此外，集電體82也被安裝于向排氣匯集室18內突出的各燃料電池單電池16的上端部。通過這些上端部及下端部的集電體82，多個燃料電池單電池16被并聯電連接，同時并聯連接的多組的燃料電池單電池16被串聯電連接，該串聯連接的兩端分別與母線80連接。
[0039]接下來，對排氣匯集室18的構成進行說明。排氣匯集室18是安裝于各燃料電池單電池16的上端部的環形截面的腔室，氧化劑氣體噴射用管74在該排氣匯集室18的中央貫穿并延伸。在匯集室18的底面上設置有多個圓形的插通孔。在各插通孔上分別插通有燃料電池單電池16的上端部。另一方面，在排氣匯集室18的頂面上設置有用于使所匯集的燃料氣體噴出的多個噴出口。未使用于發電而殘余的燃料從各燃料電池單電池16的上端向排氣匯集室18內流出，匯集在排氣匯集室18內的燃料從各噴出口流出，并在此燃燒。
[0040]下面，參照圖2說明用于對從燃料供給源30供給的原燃料氣體進行重整的構成。 首先，在燃料氣體供給流路20的下部設置用于使水蒸汽重整用的水蒸發的蒸發部86。
蒸發部86由在外側圓筒部件66的下部內周上安裝的環狀傾斜板86a及供水管88構成。傾斜板86a是形成為環狀的金屬的薄板，其外周緣被安裝在外側圓筒部件66的內壁面上。另一方面，傾斜板86a的內周緣位于比外周緣更上方，在傾斜板86a的內周緣和內側圓筒部件64的外壁面之間設置有間隙。
[0041]供水管88是從內側圓筒部件64的下端向燃料氣體供給流路20內在鉛垂方向上延伸的管，被供給至傾斜板86a的上面側的水IC留在傾斜板86a的上面和外側圓筒部件66的內壁面之間。被供給至傾斜板86a的上面側的水在此蒸發而生成水蒸汽。
[0042]此外，在蒸發部86的下方設置有燃料氣體導入部，用于向燃料氣體供給流路20內導入原燃料氣體。從燃料鼓風機38送來的原燃料氣體介由燃料氣體供給管90而被導入至燃料氣體供給流路20。從燃料鼓風機38送來的原燃料氣體則被導入傾斜板86a的下側，利用傾斜板86a的傾斜而使流路收縮并向傾斜板86a的上側上升。向傾斜板86a的上側上升的原燃料氣體與蒸發部86中生成的水蒸汽一起上升。
[0043]在燃料氣體供給流路20內的蒸發部86上方設置有燃料氣體供給流路隔板92。在該燃料氣體供給流路隔板92的圓周上等間隔地設置有多個噴射口 92a。從燃料氣體供給管90導入的原燃料氣體及蒸發部86中生成的水蒸汽先滯留在燃料氣體供給流路隔板92的下側的空間，其后經由各噴射口 92a向燃料氣體供給流路隔板92的上側的空間噴射，在此充分混合。
[0044]而且，在中間圓筒部件65的內周和內側圓筒部件64的外周之間的圓環狀的空間的上部設置有重整部94。重整部94由安裝在內側圓筒部件64的外壁面上的催化劑保持板(未圖示)、及被其保持的重整催化劑96構成。當燃料氣體供給流路隔板92的上側的空間內混合的原燃料氣體及水蒸汽與重整催化劑96接觸時，則在重整部94內進行式(I)所示的水蒸汽重整反應SR。
CnHn+xH20 — aC02+bC0+cH2 (I)
[0045]在重整部94中重整的燃料氣體沿中間圓筒部件65的內周和內側圓筒部件64的外周之間的空間流向下方，流入燃料氣體分散室76，并供給至各燃料電池單電池16。雖然水蒸汽重整反應SR為吸熱反應，但是反應所需的熱量通過從排氣匯集室18流出的剩余氣體的燃燒熱量、及在各燃料電池單電池16中產生的發熱而得到供給。
[0046]接下來，參照圖3及圖4對本發明的第I實施方式的燃料電池單電池的結構進行說明。
圖3是表示燃料電池單電池整體的立體圖，圖4是將在燃料電池單電池的多孔質支撐體表面上形成的功能層放大表示的剖面圖。
如圖3所示，本實施方式的燃料電池單電池16(固體氧化物型燃料電池單電池)是使用了固體氧化物的圓筒橫縞型單電池。在各燃料電池單電池16上以橫縞狀形成有多個發電元件16a，通過使它們串聯電連接而構成I根燃料電池單電池16。各燃料電池單電池16構成為其一端為正極(陽極)，另一端為負極(陰極)，多個燃料電池單電池16中的一半被配置為上端為正極且下端為負極，剩下的一半被配置為上端為負極且下端為正極。
[0047]如圖4所示，本實施方式的燃料電池單電池16具有圓筒形的多孔質支撐體97、及在其上形成的3個功能層即燃料極層98、電解質層100、及空氣極層101。在燃料電池單電池16上，通過在多孔質支撐體97上依次形成燃料極層98、電解質層100、及空氣極層101而形成有多個發電元件16a。各發電元件16a的燃料極層98作為正極，空氣極層101作為負極而發揮作用。這些各發電元件16a通過互連層102而被串聯電連接。在本實施方式中，在I根燃料電池單電池16上形成有12個發電元件16a，它們通過互連層102而連接。
[0048]具體而言，如圖4所示，構成各發電元件16a的燃料極層98的一側的端部、及空氣極層101的相反側的端部被延長。發電元件16a的陽極即燃料極層98的延長的端部與鄰接配置的發電元件16a的陰極即空氣極層101的延長的端部通過互連層102而連接。
[0049]下面，對多孔質支撐體97及各功能層的構成進行說明。
在本實施方式中，多孔質支撐體97以電絕緣性材料即鎂橄欖石粉末作為主要成分，并通過將添加有粘合劑的混合物擠壓成型為圓筒形，且進行燒結而形成。
在本實施方式中，燃料極層98是由N1粉末及10YSZ (1mol %